Tìm kiếm cho nhanh

Nhập từ khóa vào kiếm, ví dụ: bơm, quạt, hộp số, máy nén....
Loading

26 tháng 12, 2009

ỨNG DỤNG TIN HỌC TRONG THIẾT KẾ VÀ KHẢO SÁT DÒNG CHẢY CỦA TUABIN NƯỚC TẠI CÁC TRẠM THUỶ ĐIỆN NHỎ


TS. PHẠM THỊ KIM LOAN
Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt: Nguồn thuỷ năng ở miền Trung và Tây Nguyên rất phù hợp để xây dựng các trạm thuỷ điện nhỏ, các luận chứng kinh tế kỹ thuật đã cho thấy việc xây dựng thuỷ điện nhỏ rất có lợi về mặt kinh tế xã hội và môi trường. Do đó viêc nghiên cứu khảo sát các nguồn thuỷ năng và nghiên cứu ứng dụng tin học để thiết kế, chế tạo tuabin nước cho các trạm thuỷ điện nhỏ này là rất cần thiết. Việc thiết kế và chế tạo tuabin cho các trạm thuỷ điện nhỏ hoàn toàn có thể được thực hiện trong nước. Bài báo giới thiệu một phần mềm để tính toán các thông số hình học và thiết kế hình dạng bánh công tác của tuabin nước loại nhỏ. Ngoài ra, để nghiên cứu dòng chảy trong bánh công tác thiết kế nhằm kiểm tra sự hoàn thiện của hình dạng bánh công tác cũng như xây dựng đường đặc tính cho tuabin thiết kế và tìm ra chế độ làm việc nguy hiểm nhất của bánh công tác cần phải sử dụng những phần mềm tính toán dòng chảy đã được xây dựng và thương mại hoá. Việc sử dụng các phần mềm thương mại hoá để giải bài toán dòng chảy trong bánh công tác ứng với các chế độ làm việc khác nhau đã cho kết quả rất phù hợp với thực nghiệm

1. Tiềm năng Thuỷ điện Việt Nam

            Nguồn thuỷ năng của Việt Nam rất phong phú, đặc biệt là ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên, việc khai thác nguồn thuỷ năng có vị trí quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá ở nước ta. Theo tài liệu thống kê tại “Tổng luận phân tích tiềm năng thuỷ điện Việt Nam”, tiềm năng lý thuyết (năng lượng tiềm tàng của dòng chảy tính từ thượng nguồn đến cửa sông) của nước ta là 300 tỷ kWh/năm điện. Cho đến nay các công trình nghiên cứu của các cơ quan trong nước và quốc tế đã xác định được tiềm năng kỹ thuật (năng lượng có thể khai thác được về phương diện kỹ thuật đương đại và có hiệu ích về phương diện kinh tế) của hệ thống sông ngòi nước ta là 81 tỷ kWh/năm đến 100 tỷ kWh/năm. Tổng số các nhà máy thuỷ điện công suất lớn hơn 10MW có thể xây dựng trên các con sông, suối trong cả nước là 158 nhà máy. Trong đó có 8 nhà máy có công suất lớn hơn 500MW, 13 nhà máy công suất từ 200 đến gần 500MW, 56 nhà máy công suất từ 50 đến gần 200MW, 81 nhà máy công suất từ 10 đến gần 50MW. Đó là chưa kể có thể có tới hàng trăm trạm thuỷ điện nhỏ khác có công suất dưới 10MW có thể xây dựng.

            Theo đánh giá của các chuyên gia trong ngành thuỷ điện, đa số các nhà máy thủy điện kể trên đều có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt. Suất đầu tư và thiết bị nhập ngoại tính trên đơn vị công suất thấp hơn nhiều so với nhiệt điện trong khi giá thành sản xuất điện năng chỉ bằng khoảng 20% so với nhà máy nhiệt điện chạy than. Ngoài ra thuỷ điện còn có những ưu thế khác nữa như khả năng mang lại lợi ích tổng hợp cho nền kinh tế quốc dân trên nhiều mặt: tham gia chống lũ mùa mưa; tăng thêm nguồn nước cho hạ lưu trong mùa khô, nắng hạn; kết hợp thuỷ lợi, phục vụ sản xuất nông nghiệp, phát triển nuôi trồng thuỷ sản.
            Tóm lại, việc dùng thuỷ năng có những ưu điểm chính sau đây:
-          Hiệu ích sử dụng năng lượng cao. Hiệu suất tuabin cỡ lớn có thể đạt tới 95%, hiệu suất của tổ máy lớn hơn 90% trong khi đó hiệu suất cuả tuabin khí trạm nhiệt điện không quá 50%.
-         Nguồn thuỷ năng là vô tận, luôn được bổ sung nhờ vào sự bốc hơi của nước và đại dương.
-         Giá thành sản xuất 1 KW giờ điện do trạm thuỷ điện phát ra rẻ hơn từ 4 đến 5 lần so với nhà máy nhiệt điện. Như vậy cho dù vốn đầu tư xây dựng đắt hơn nhiều so với nhà máy nhiệt điện nhưng khả năng hoàn vốn đầu tư xây dựng sau mười đến mười lăm năm hoạt động là có thể đạt được.
-         Lượng điện tự dùng của nhà máy thuỷ điện chỉ chiếm từ 0,3 - 0,5% tổng lượng điện phát ra, còn với nhà máy nhiệt điện có thể lên đến 10%.
-         Trình độ tự động hoá của trạm thuỷ điện cao, tổ máy thuỷ lực làm việc an toàn, ít bị hư hỏng, bảo đảm cấp điện liên tục và an toàn cho lưới điện.
-         Khả năng lợi dụng tổng hợp nguồn nước cao.

            Đến nay ở nước ta đã xây dựng đưa vào khai thác 10 nhà máy thuỷ điện vừa và lớn và hơn chục thuỷ điện nhỏ. Các nhà máy vừa và lớn phân bố như sau:
·          Miền Bắc: Thác Bà (108MW), Hoà Bình (1920MW)
·          Miền Trung và Tây Nguyên: Vĩnh Sơn (66MW), YaLi (720 MW), Sông Hinh (35MW)
·          Miền Nam: Trị An (400MW), Thác Mơ (150MW), Hàm Thuận (300MW), Đa Mi (175MW)

            Sản lượng điện năng do các nhà máy thuỷ điện sản xuất đã chiếm một nửa tổng sản lượng điện của toàn hệ thống, trong năm 2002 thuỷ điện sản xuất 18,06 tỷ kWh, chiếm 51%. Hiện đang thi công xây dựng nhà máy thuỷ điện Sê San 3 (260MW), Sê San 3A (100MW), Đại Ninh (300MW), Tuyên Quang (342MW) và một số thuỷ điện nhỏ. Nhà nước cũng đã quyết định quyết định chuẩn bị xây dựng nhà máy thuỷ điện Sơn La công suất 2400MW sẽ là nhà máy thuỷ điện lớn nhất khu vực Đông Nam á.

 


            Riêng tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên, địa hình hẹp, phía Tây có dãy Trường Sơn, sông suối ở đây đều ngắn nhưng độ dốc lớn nên cũng có tiềm năng thuỷ điện rất lớn. Điển hình là hệ thống sông SêSan và Sê-rê-pok ở khu vực Tây Nguyên có độ dốc lớn, cho khai thác những dự án thuỷ điện vừa và lớn, chỉ riêng trên sông SêSan, theo quy hoạch bậc thang thuỷ điện đã được chính phủ phê duyệt, đã có 6 dự án thuỷ điện lớn công suất từ 100MW đến 720MW, cho tổng công suất 1740KW và lượng điện sản xuất trung bình hàng năm khoảng 8,34 tỷ kWh. Hiện đã xây dựng thuỷ điện YaLi (720MW), 2 thuỷ điện nhỏ Rininh1, Rininh2 và đang thi công xây dựng nhà máy thuỷ điện Sê San 3 (260MW), Sê San 3A (100MW). Trên hệ thống sông Vu Gia-Thu Bồn, sông Ba và sông Trà Khúc đã có gần 30 dự án thuỷ điện với tổng công suất lắp máy 2176 MW và lượng điện sản xuất hàng năm khoảng 8,7 tỷ kWh. Tại đây đã có 2 dự án được xây dựng (Thuỷ điện sông Hinh, Azun hạ) và 11 dự án đang lập báo cáo tiền khả thi hoặc thiết kế kỹ thuật, trong đó có 8 dự án Tổng công ty điện lực Việt nam quyết định đầu tư gồm AVương (210MW), Sông Côn 2, Sông Bung 2, Sông Bung 4, Dakmi1, sông Tranh2, DakRinh và Sông Ba hạ. 

            Như vậy tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên hiện nay các nhà máy thuỷ điện nhỏ đã được xây dựng bao gồm DrayLinhI (3´4MW), DrayLinhII (2´8MW), An Điềm (2´2MW), Ri Ninh (4´0,4MW), Kon Đào (2´0,4MW), Duy Sơn II          (2,4MW).

Hình 3: Tiềm năng thuỷ điện nhỏ của Tỉnh Quảng Nam

            Theo tài liệu “Quy hoạch bậc thang thuỷ điện sông Vu Gia-Thu Bồn” cho thấy chỉ riêng lưu vực sông Vu Gia-Thu Bồn ở tỉnh Quảng Nam đã có tiềm năng để có thể xây dựng 32 trạm thuỷ điện nhỏ phân bố như sau:


Công suất
(MW)
Số tổ máy
Công suất/1tổ máy
(MW)
Huyện
Đắc Di 1
2,4
3
0,80

Trà Mi

Đắc Di 2
1,3
3
0,43

Trà Mi

Đắc Di 3
1,8
3
0,60

Trà Mi

Đắc Di 4
3,9
3
1,30

Trà Mi

Nước Xa
1,2
3
0,40

Trà Mi

Nước Lah
1,7
3
0,57

Trà Mi

Tà Vi
1,6
3
0,53

Trà Mi

Trà Linh 1
3,2
3
1,07

Trà Mi

Trà Linh 2
11
3
3,67

Trà Mi

Trà Linh 3
6
3
2,00

Trà Mi

Chà Văl
4,5
3
1,5

Nam Giang

Pà oi
1,7
3
0,57

Nam Giang

Đắc Pring
7,5
3
2,5

Nam Giang

Sông Giằng1
6,5
3
2,17

Nam Giang

Sông Giằng2
18
3
6,00

Nam Giang

Sông Giằng3
7
3
2,33

Nam Giang

Sông Giằng4
4,5
3
1,50

Nam Giang

Hà ra
1
3
0,33

Nam Giang

Pà Đồn
3
3
1,00

Nam Giang

Khe Diêm 1
2,6
3
0,87

Quế Sơn

Khe Diêm 2
3,2
3
1,07

Quế Sơn

Đắc Choon
4,8
3
1,6

Đắc Glei

Đắc Mỹ 1
2,2
3
0,73

Đắc Glei

Đắc Mỹ 2
4,7
3
1,57

Đắc Glei

An Điềm 2
15,9
3
5,3

Đại Lộc

Sông Cùng
1,6
3
0,53

Đại Lộc

Đại Đồng
0,6
1
0,6

Đại Lộc

A Vương 2
3,5
3
1,17

Hiên

A Re
2,2
3
0,73

Hiên

Đắc Se
2,5
3
0,83

Phước Sơn

Đắc Sa
1,6
3
0,53

Phước Sơn

Phước Hiệp
2,2
3
0,73

Phước Sơn


            Như vậy, nguồn thuỷ năng ở miền Trung và Tây Nguyên rất phù hợp để xây dựng các trạm thuỷ điện nhỏ, các luận chứng kinh tế kỹ thuật đã cho thấy việc xây dựng thuỷ điện nhỏ rất có lợi về mặt kinh tế xã hội và môi trường. Do đó viêc nghiên cứu khảo sát các nguồn thuỷ năng và nghiên cứu ứng dụng tin học để thiết kế, chế tạo tuabin nước cho các trạm thuỷ điện nhỏ này là rất cần thiết.

2. ứng dụng tin học để thiết kế bánh công tác tuabin và khảo sát các chế độ làm việc của tuabin

            Tuabin nước có nhiều loại, việc chọn loại tuabin cho 1 trạm thuỷ điện phụ thuộc vào lưu lượng, cột nước và số vòng quay của máy phát sẽ sử dụng tại trạm thuỷ điện.  Trong các loại tuabin đang được sử dụng thì tuabin Francis có phạm vi sử dụng rộng rãi hơn cả. Hiện nay việc thiết kế máy thuỷ lực đã phát triển nhanh chóng cùng với sự phát triển của kỹ thuật số và tin học. Trong phần này chúng tôi giới thiệu một phương pháp để thiết kế tuabin Francis trong đó áp dụng các tiến bộ của phương pháp tính cũng như các công thức thực nghiệm đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Từ phương pháp này chúng tôi đã xây dựng 1 chương trình để tính toán thiết kế các kích thước chính  của bánh công tác tuabin Francis. Chương trình này đang được sử dụng và đang được dần dần hoàn thiện để giúp các nhà thiết kế giảm được rất nhiều thời gian tính toán thiết kế.  Tuy nhiên để xây dựng được một đường đặc tính hoàn chỉnh của 1 bánh công tác tuabin, thường phải sử dụng số liệu thí nghiệm của tuabin mô hình hoặc nguyên hình. Với sự phát triển của kỹ thuật thực nghiệm, các thông số đo đạc thực nghiệm có thể đạt độ chính xác cao, tuy nhiên việc đo đạc thực nghiệm luôn tốn kém cả về thời gian lẫn chi phí đầu tư. Thực tế cho thấy nếu bằng phương pháp thực nghiệm thời gian cần thiết để thiết kế và chế tạo 1 mẫu thí nghiệm tuabin Francis là 3 tháng thì thời gian làm thí nghiệm trên tuabin này phải từ 1 đến 2 tháng, nghĩa là cần phải có từ 4 đến 5 tháng để có được đường đặc tính tổng hợp của tuabin. Trong khi đó nếu sử dụng chương trình tính toán thiết kế tuabin đã được thiết lập nêu trên thì việc tính toán thiết kế, kiểm tra, phân tích kết quả chỉ cần 15 ngày. Sau đó việc khảo sát các chế độ làm việc ở ngoài điểm thiết kế có thể được thực hiện trong vòng 15 ngày nữa nhờ việc sử dụng các phần mềm đã có sẵn dành riêng cho Cơ học chất lỏng (giải phương trình Navier Stokes cho dòng 3D chất lỏng thực  trong bánh công tác đang chuyển động quay). Tổng cộng chỉ cần 1 tháng nghĩa là rút ngắn 1/5 thời gian và toàn bộ chi phí cho việc chế tạo mẫu thử và thí nghiệm. Lưu ý rằng hiện nay chỉ có thể sử dụng các phần mềm có sẵn để giải quyết các tính toán về mặt thuỷ lực và kiểm tra khả năng có thể chế tạo được của bánh công tác, còn bài toán sức bền và rung động hiện đang được nghiên cứu để có thể đưa vào chương trình một cách sớm nhất.
 
            2.1/ Các bước thiết kế :

            Việc thiết kế 1 bánh công tác tuabin Francis được thực hiện theo những bước thể hiện trên sơ đồ ở hình 5. Các bước thiết kế trên được lập trình thành các môđun để có thể kết nối thành 1 chương trình hoàn chỉnh bao gồm:

·          TURMERI: Phần chương trình tính toán các kích thước chính của bánh công tác theo các công thức kinh nghiệm của BOVET
·          STREAMLINE: Phần chương trình xây dựng hình dạng trong mặt cắt kinh tuyến của bánh công tác và tạo lưới các đường dòng
·          TURBLADE: Phần chương trình xác định góc đặt cánh cho cánh cuả bánh công tác để có hình dạng xương cánh và đắp độ dày cánh.

            Hình dạng tiết diện kinh tuyến được mô tả ở hình 6. Các kích thước được xác định theo các công thức kinh nghiệm dựa vào vận tốc đặc trưng nQE của bánh công tác:
                                                               

Trong đó:         E=g.H : năng lượng đơn vị mà bánh công tác trao đổi với dòng chảy

                        Q : lưu lượng của dòng chảy qua bánh công tác

                        n : số vòng quay trong 1 phút của bánh công tác
Như vậy các kích thước cơ bản của bánh công tác cũng như dạng cong của các đường biên (hình 4) được xác định phụ thuộc vào giá trị của nQE . Hình dạng này sẽ được hiệu chỉnh trong quá trình thiết kế nhằm hoàn thiện dòng chảy và để phù hợp trong quá trình chế tạo bánh công tác.




            Kết quả:  Sử dụng phần chương trình tính toán thiết kế tiết diện kinh tuyến cho 1 tuabin với các thông số thiết kế: H=35m            Q=2m3/s
Chương trình cho kết quả sau (hình 5)
·          Số vòng quay 400 v/ph
·          Hiệu suất thiết kế:   h  = 0,92
·          Vận tốc đặc trưng :             nQE = 0,118 v/s
ns = 118 v/ph
·          Các kích thước chính của bánh công tác (chương trình xây dựng  theo công thức của Schweiger và Gregory):
Ro
Le
R1e
R2e
bo
0.539
0.633
0.5007
0.4030
0.155
Ri
Li
R1i
R2i
yme
0.470
4.5
0.4539
0.2480
0.098

            Như vậy ở bước này, chương trình TURMERI đã tính toán và đưa ra các kích thước cơ bản và hình dạng của bánh công tác ở tiết diện kinh tuyến (hình 4a).

            ở bước tiếp theo, chương trình STREAMLINE cung cấp lưới 10 đường dòng trong mặt cắt kinh tuyến cuả bánh công tác (hình 6b). Sau đó chương trình TURBLADE sẽ tính toán và đưa ra hình dạng của 10 đường xương  cánh (đường trung bình) tại 10 đường dòng tương ứng. Xâu các đường xương cánh lại chương trình sẽ đưa ra hình ảnh của 1 mặt cánh cong ba chiều chiếu trên mặt phẳng xOy vuông góc với trục bánh công tác (hình 6c). Sau đó chương trình sẽ đắp độ dày cánh và xây dựng được 10 profil cánh tương ứng. Hình 6d cho thấy profil cánh của đường dòng 10 (sát vành bánh công tác).
  


            Như vậy việc thiết kế bánh công tác tuabin Francis vốn rất phức tạp đã được lập trình dưới dạng 1 phần mềm thiết kế rất thuận tiện cho các nhà thiết kế sử dụng. Trong khuôn khổ của bài báo này chúng tôi chỉ đưa ra các bước tính toán đầu tiên để thiết lập đưọc hình dạng tiết diện kinh tuyến và xây dựng cánh của bánh công tác. Kết quả cho thấy hình dạng của bánh công tác rất phù hợp với các thiết kế đã có trước.

2.2/ Mô hình hoá dòng chảy trong bánh công tác - Bài toán kiểm tra dòng chảy trong bánh công tác bằng phương trình Navier Stokes

            Để kiểm tra, phân tích dòng chảy trong bánh công tác thiết kế, trong đó có kể đến ảnh hưởng của tính nhớt của chất lỏng và ảnh hưởng của các cánh, cần phải xây dựng lưới hình học của 1 rãnh bao cánh và áp dụng các phần mềm sẵn có của Cơ học chất lỏng để giải hệ phương trình Navier Stokes của dòng 3D chất lỏng thực trong bánh công tác dang có chuyển động quay. Với kết quả nhận được ta có thể tìm được qui luật phân bố áp suát trên bề mặt cánh của bánh công tác, tính được moment của dòng chảy tác dụng lên trục bánh công tác và xây dựng được đường đặc tính của tuabin thông qua các kết quả nhận được từ chương trình tính toán. Điều này cho thấy triển vọng trong việc nghiên cứu trạng thái dòng chảy ở nhiều chế độ làm việc khác nhau của bánh công tác và dự đoán được tốc độ của điểm làm việc nguy hiểm nhất của tuabin, đó là chế độ quay lồng và tìm ra qui luật phân bố áp suất để kiểm tra bền cho hệ thống bánh công tác và trục tuabin tại chế độ làm việc này.

            Bài báo này trình bày lại một số kết quả tính toán dòng chảy trong bánh công tác của 1 tuabin Francis ở các chế độ làm việc khác nhau bằng phần mềm FLUENT. Bằng cách theo dõi kết quả của phép tính, ta có thể tìm được giá trị moment của dòng chảy tác dụng lên cánh, từ đó có thể tìm ra số vòng quay lồng của bánh công tác tua bin một cách khá chính xác. Điều này có ý nghĩa rất lớn trong thiết kế và chế tạo tua bin vì việc dự đoán chính xác số vòng quay lồng bằng phương pháp tính sẽ  giảm được khâu thí nghiệm quay lồng trên tua bin mẫu vốn rất tốn kém.

            Kết quả tính tóan trong bài báo này được so sánh với các số liệu thực nghiệm nhận được trên 1 tua bin lắp đặt trên 1 hệ thống thí nghiệm tại labo LEGI, Viện Đại Học Bách Khoa Grenoble  Cộng Hoà Pháp.
 
            2.2.1) Giới thiệu tua bin thí nghiệm

            Tuabin thí nghiệm có bán kính tính toán là R=100mm, cột áp H=3m, công suất thiết kế 2kW. Bánh công tác của tuabin bao gồm 13 cánh, chúng ta cũng sẽ tiến hành tính toán dòng chảy qua 1 rãnh bao cánh và áp dụng kết quả cho các rãnh còn lại.
Trong tính toán có sử dụng các thông số không thứ nguyên được định nghĩa như sau:
: Hệ số lưu lượng                         : hệ số cột áp
            2.2.2) áp dụng phần mềm FLUENT để tính tóan tua bin TP

            Ta áp dụng FLUENT để giải bài toán dòng chảy qua một rãnh bao cánh của tua bin thí nghiệm bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Đây là bài toán dòng 3 chiều, rãnh bao cánh được xây dựng dựa vào bản vẽ thiết kế của tua bin được thể hiện trong hình 7. Không gian trong rãnh được chia thành lưới tính toán bao gồm 75113 phần tử. Phần mềm tính toán dòng chảy trong rãnh bao cánh sẽ cung cấp vectơ vận tốc tương đối và áp suất tĩnh tại từng điểm trên lưới.

Hình 7: Hình dạng bánh công tác và 1 rãnh bao cánh cuả tua bin thí nghiệm

            Để nhận được kết quả đúng đắn cần phải đặt đúng điều kiện biên cho bài toán. Các điều kiện biên bao gồm:

·          Tại cửa vào của bánh công tác áp dụng điều kiện vận tốc không đồng nhất, mặt cắt tại cửa vào được chia thành 12 mặt cắt nhỏ, giá trị của các thành phần vận tốc trên từng mặt cắt nhỏ được cung cấp từ kết quả của bài toán tính dòng chảy qua bộ phận hướng dòng ứng với 1 lưu lượng cho trước.
·          Tại cửa ra, áp suất tại mọi điểm tại l bán kính không đổi là hằng số, đồng thời áp suất tại tâm mặt cắt ra (tâm ống hút) là bằng 0.      
·          Tại hai mặt bên (mặt tiếp xúc giữa các rãnh bao cánh) áp dụng điều kiện tuần hoàn.  Với điều kiện này áp suất và vận tốc tại các điểm tương ứng trên các mặt bên của rãnh bao cánh là hoàn toàn như nhau. Nhờ vậy, chúng ta có thể chỉ tính toán cho 1 rãnh bao cánh và suy ra kết quả cho toàn bộ không gian bánh công tác bao gồm 13 cánh.
·          Tại mayơ, vành bánh công tác và trên cánh áp dụng các qui luật phân bố các trường vật lý trong lớp biên. Lưu ý rằng bề mặt cánh là bề mặt chuyển động với vận tốc góc w tại chế độ làm việc tính toán.

            Dòng chảy sẽ được tính toán tại 7 chế độ làm việc của tua bin bao gồm:

+ Chế độ thiết kế
+ 4 chế độ làm việc trung gian                
+ Chế độ gần quay lồng
+ Chế độ quay lồng: là chế độ mà tại đó hiệu suất của tuabin đạt giá trị bằng 0 và số vòng quay của bánh công tác là lớn nhất. Bằng thực nghiệm ta không tìm ra chính xác điểm này vì khi làm thí nghiệm tại gần điểm này máy sẽ rung động rất lớn do đó thí nghiệm  dừng lại ở chế độ gần quay lồng. Bằng cách sử dụng phần mềm mô phỏng dòng chảy ta có thể tìm ra chế độ quay lồng bằng cách giữ nguyên điều kiện biên tại cửa vào ở chế độ gần quay lồng, ta tăng dần gía trị vận tốc vòng n của bánh công tác cho đến khi kết quả tính toán cho giá trị moment dòng chảy tác dụng lên cánh bằng 0. Ta gọi chế độ đó là chế độ quay lồng nhận được từ tính toán.
            2.2.3)  Kết quả và bình luận:

            Moment : Kết quả tính toán ở các chế độ khác nhau cho thấy giá trị moment tại 7 chế độ tính toán rất phù hợp với thực nghiệm. Moment của dòng chảy tác dụng lên cánh giảm dần từ chế độ thiết kế đến chế độ quay lồng. Tại chế độ làm việc  quay lồng, moment của dòng chảy tác dụng lên cánh có giá trị gần bằng 0.



 + Hiệu suất: Có thể so sánh giá trị hiệu suất tính toán được từ kết quả cung cấp bởi tính toán và từ  thực nghiệm, hiệu suất nhận được giữa tính toán và thực nghiệm sai lệch là không đáng kể. Dạng của đường biểu diễn hiệu suất thực nghiệm và kết quả tính toán là tương tự, càng xa điểm làm việc thiết kế sai số càng lớn. Lưu ý rằng hiệu suất nhận được từ tính toán chỉ là hiệu suất thuỷ lực trong khi hiệu suất tính từ thực nghiệm có bao gồm tổn thất thuỷ lực, tổn thất cơ khí và tổn thất lưu lượng.
+ Phân bố áp suất trên bề mặt cánh:
             Tại các mặt cắt tương ứng với các đường dòng đã xây dựng trên mặt cắt kinh tuyến, từ kết quả tính toán có thể đưa ra qui luật phân bố áp suất trên các profil cánh. Kết quả tính toán cho thấy trạng thái chịu lực của cánh đặc biệt nguy hiểm tại chế độ quay lồng, giá trị áp suất tại các điểm lớn hơn nhiều so với ở điểm làm việc thiết kế và bề mặt cánh chịu một moment uốn do trạng thái chịu lực ở lưng cánh và bụng cánh thay đổi rất lớn.


 
3. Kết luận

            Tiềm năng thuỷ ddiện ở khu vực miền Trung và Tây Nguyên là rất lớn, đặc biệt thích hợp cho việc khai thác các dự án thuỷ điện nhỏ. Việc thiết kế và chế tạo tuabin cho các trạm thuỷ điện nhỏ này hoàn toàn có thể được thực hiện trong nước. Một phần mềm tính toán các thông số hình học và thiết kế hình dạng bánh công tác của tuabin nước loại nhỏ đã được nghiên cứu thực hiện và bước đầu đã có thể đưa ra hình dạng các bánh công tác phù hợp.
            Để nghiên cứu dòng chảy trong bánh công tác thiết kế nhằm kiểm tra sự hoàn thiện của hình dạng bánh công tác cũng như xây dựng đường đặc tính cho bánh công tác thiết kế và tìm ra chế độ làm việc nguy hiểm nhất của bánh công tác cần phải sử dụng những phần mềm tính toán dòng chảy đã được xây dựng và thương mại hoá. Việc sử dụng phần mềm để giải bài toán dòng chảy trong bánh công tác ứng với các chế độ làm việc khác nhau đã cho kết quả rất phù hợp với thực nghiệm. Kết quả này cho phép chúng ta sử dụng các phần mềm tính toán dòng chảy  kết hợp với luật tương tự để dự đóan chế độ quay lồng trong tính tóan thiết kế tua bin. Đồng thời có thể khai thác kết quả tính toán để mô tả được dòng chảy trong rãnh bao cánh tại chế độ quay lồng cũng như phân bố áp suât trên bề mặt cánh tại chế độ nguy hiểm này.

dostbinhdinh.org.vn

SCCK.TK

0 Đánh giá:

Đăng nhận xét

Đóng góp ý kiến, bình luận của bạn tại đây