Luận án TS: Ảnh hưởng H/D, L/T đến hiệu suất tua bin trực giao sông, biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Quốc Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC (H/D VÀ L/T) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA TUA BIN TRỰC GIAO PHÙ HỢP VỚI DÒNG CHẢY TRÊN SÔNG VÀ VEN BIỂN Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Quốc Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HÌNH HỌC (H/D VÀ L/T) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA TUA BIN TRỰC GIAO PHÙ HỢP VỚI DÒNG CHẢY TRÊN SÔNG VÀ VEN BIỂN Ở VIỆT NAM Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Nguyễn Thế Mịch. Đỗ Huy Cương HÀ NỘI - 2018 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án tiến sỹ, tôi rất may mắn và vinh dự nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của hai nhà khoa học là GS. Nguyễn Thế Mịch và TS.

Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ có hiệu quả của hai thày. Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến các thày, cô trong Bộ môn Máy và tự động thủy khí, Viện cơ khí động lực, trường đại học Bách khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn đến tập thể lãnh đạo, anh em nhân viên kỹ thuật, công nhân của Viện thủy điện và năng lượng tái tạo đã giúp đỡ tận tình trong quá trình thực hiện luận án và có nhiều góp ý, hỗ trợ rất quý báu về thiết kế, chế tạo cũng như thử nghiệm các máy mẫu trong luận án tiến sỹ của tôi. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ông, bà, bố mẹ, anh em trong gia đình tôi, đặc biệt là người vợ và con trai yêu quý của tôi đã nhẫn nại, chịu nhiều khó khăn, thiệt thòi luôn luôn bên cạnh tôi để động viên, khuyến khích cho tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án tiến sỹ này.

Nghiên cứu sinh Nguyễn Quốc Tuấn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sỹ này là của riêng tôi. Các kết quả, số liệu của luận án là trung thực và chưa được ai công bố trên bất kỳ tài liệu nào. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh GS. Nguyễn Thế Mịch Nguyễn Quốc Tuấn TS.

Đỗ Huy Cương i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU n - Số vòng quay quay tua bin (v/ph) nmf – Số vòng quay máy phát điện (v/ph) i – Tỷ số truyền (không thứ nguyên) Z - Số lá cánh bánh công tác của tua bin P - Công suất trên trục tua bin (kW) Ptm – Công suất định mức của tổ máy (kW) S – Số tổ máy (tổ) PB – Công suất trên một cánh bánh công tác (kW) η - Hiệu suất tua bin (%) ηmf - Hiệu suất máy phát (%) ηol - Hiệu suất ổ lăn (%) ηck - Hiệu suất cơ khí (%) ρ - Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3) g - Gia tốc trọng trường (m/s2)  - Độ nhớt động học của chất lỏng công tác (m2/s) Vmax – Vận tốc dòng chảy lớn nhất (m/s) Vtt – Vận tốc dòng chảy tính toán (m/s) Vmin – Vận tốc dòng chảy nhỏ nhất (m/s) V - Vận tốc dòng chảy trước bánh công tác (m/s) Va - Vận tốc dòng chảy tại bánh công tác (m/s) Vw – Vận tốc dòng chảy sau khi ra khỏi bánh công tác (m/s) Pa+ - Áp suất mặt trước lá cánh bánh công tác (N/m2) Pa- - Áp suất mặt sáu lá cánh bánh công tác (N/m2) Vn – Thành phần vận tốc pháp tuyến với profile cánh (m/s) Vt – Thành phần vận tốc tiếp tuyến với profile cánh (m/s) u – Vận tốc vòng (m/s) W – Vận tốc tương đối (m/s) D - Đường kính bánh công tác (m) R – Bán kính bánh công tác (m) H - Chiều cao bánh công tác (m) ii A – Diện tích quét bánh công tác tua bin (m2) Z – Số lá cánh bánh công tác U – Hiệu điện thế (V) I - Dòng điện (A)  - Góc tấn của cánh - Góc tạo bởi véc to vận tốc tới và duờng dây cung biên dạng cánh (độ) λ - Hệ số vận tốc (không thứ nguyên) a – Hệ số thu hẹp dòng chảy (không thứ nguyên)  - Vận tốc góc (Rad/s).  - Góc phương vị của cánh (độ) a - Hệ số thu hẹp dòng chảy (không thứ nguyên) m – Khối lượng chất lỏng qua bánh công tác trong một đơn vị thời gian (kg/s) l - Ðộ dài của profile lá cánh bánh công tác tua bin (m) t – Bước cánh (m) CP – Hệ số công suất tua bin (không thứ nguyên). CL - Hệ số lực nâng (không thứ nguyên). CD - Hệ số lực cản (không thứ nguyên).

Cn – Hệ số thành phần lực theo phương pháp tuyến Ct – Hệ số thành phần lực theo phương tiếp tuyến Fn – Thành phần lực theo phương pháp tuyến (N) Ft – Thành phần lực theo phương tiếp tuyến (N) dN – Thành phần lực pháp tuyến tác dụng lên một phân tố cánh (N) dT – Thành phần lực tiếp tuyến tác dụng lên một phân tố cánh (N) Lp - Lực nâng trên cánh (N) FD – Lực cản trên cánh (N) TB - Mô men của bánh công tác (N.m) Cm – Hệ số mô men bánh công tác (không thứ nguyên)  - Hệ số cứng vững cánh bánh công tác (không thứ nguyên) b - Chiều dày của profile lá cánh bánh công tác tua bin (m) Re – Số Reynolds (không thứ nguyên) Sh – Số Strouhal (không thứ nguyên) iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT Nội dung các bảng biểu Trang 1 Bảng 1. Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm A 9 2 Bảng 1. Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm B 10 3 Bảng 1. Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm C 11 4 Bảng 1.

Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm D 12 5 Bảng 1. Vận tốc dòng chảy tại vị trí điểm E 13 6 Bảng 1. Bảng các giá trị Cpmax và Cpmax của các trường hợp nghiên cứu 19 Bảng 1. Bảng tổng hợp các loại tua bin trực giao của hãng New Energy 7 21 Corporation 8 Bảng 2.

Tọa độ biên dạng cánh NACA 0018 35 Bảng 2. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 9 38 l/t = 0. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 10 39 l/t = 0. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 11 39 l/t = 0.

Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 12 40 l/t = 0. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 13 40 l/t = 0. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 14 41 l/t = 0. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.13 với dải vận tốc dòng chảy 15 54 thay đổi Bảng 3.

Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.19 với dải vận tốc dòng chảy 16 57 thay đổi Bảng 3. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.25 với dải vận tốc dòng chảy 17 61 thay đổi Bảng 3. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.32 với dải vận tốc dòng chảy 18 64 thay đổi Bảng 3. Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.38 với dải vận tốc dòng chảy 19 68 thay đổi Bảng 3.

Kết quả mô phỏng cho trường hợp l/t = 0.45 với dải vận tốc dòng chảy 20 70 thay đổi Bảng 3. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 21 73 H/D = 0. Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 0.8 với dải vận tốc dòng 22 74 chảy thay đổi Bảng 3. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 23 76 H/D = 0.

Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 0.9 với dải vận tốc dòng 24 78 chảy thay đổi Bảng 3. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 25 79 H/D = 1. Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 1.1 với dải vận tốc dòng 26 82 chảy thay đổi Bảng 3. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 27 83 H/D = 1.

Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 1.2 với dải vận tốc dòng 28 86 chảy thay đổi Bảng 3. Kết quả tính toán các thông số kỹ thuật bánh công tác tua bin với 29 87 H/D = 1. Kết quả mô phỏng cho trường hợp H/D = 1.3 với dải vận tốc dòng 30 89 chảy thay đổi Bảng 4. Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.

Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0. Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0. Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0. Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.38 35 105 (Z = 12 cánh) v DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ TT Nội dung các hình và đồ thị Trang 1 Hình 1.

Bản đồ bở biển Việt Nam 4 Hình 1. Hệ thống cửa sông đổ ra biển, hệ thống vũng, vịnh ven biển Hải 2 5 Phòng, Quảng Ninh 3 Hình 1. Hệ thống cửa sông ven biển khu vực Quảng Nam 5 4 Hình 1. Hệ thống cửa sông ven biển khu vực Vũng Tàu 6 5 Hình 1.

Hệ thống cửa sông ven biển khu vực Trà Vinh 6 6 Hình 1. Trường dòng chảy trên Biển Đông và ven bờ Việt Nam 7 7 Hình 1. Khảo sát dòng chảy tại khu vực bến Việt Hải 8 8 Hình 1. Khảo sát dòng chảy tại khu vực hòn Tùng Gấu 11 9 Hình 1.

Khảo sát dòng chảy tại khu vực hòn Tai Kéo 13 10 Hình 1. Cấu tạo tua bin trực giao 15 11 Hình 1. Cấu tạo tổ máy tua bin trực giao có 3 tầng bánh công tác 15 12 Hình 1. Lắp đặt tua bin trực giao trên kênh thủy lợi tưới tiêu 16 Hình 1.

Lắp đặt tua bin trực giao tại cửa xả của hệ thống nước xả thải khu 13 16 công nghiệp 14 Hình 1. Lắp đặt tua bin trực giao khai thác năng lượng dòng chảy tại cửa biển 16 Hình 1. Lắp đặt tua bin trực giao dưới gầm cầu để khai thác năng lượng dòng 15 16 chảy Hình 1. Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa hệ số công suất Cp và hệ số vận tốc 16 18  Hình 1.