BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Quốc Tuấn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THƠNG SỐ HÌNH HỌC (H/D VÀ L/T) ĐẾN HIỆU SUẤT CỦA TUA BIN TRỰC GIAO PHÙ HỢP VỚI DỊNG CHẢY TRÊN SƠNG VÀ VEN BIỂN Ở VIỆT NAM Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 9520116 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Cơngtrìnhđượchồnthànhtại: BộmơnVậtlý Tin học Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học HÀ NỘI - 2018 Bách khoa Hà N Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: HD1 GS TS NGUYỄN THẾ MỊCH HD2 TS ĐỖ HUY CƯƠNG Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Nguyễn Quốc Tuấn, Nguyễn Thế Mịch, Đỗ Huy Cương (2016) Một số kết mô 2D thay đổi số cánh bánh công tác tua bin trực giao phần mềm Ansys-Fluent Tuyển tập cơng trình hội nghị khoa học học thủy khí tồn quốc lần thứ 19 năm 2016 Phùng Hồng Tuấn, Nguyễn Quốc Tuấn (2017) Một số kết nghiên cứu lý thuyết tua bin trực giao kết mô thay đổi số cánh bánh công tác tua bin trực giao Tạp chí nơng nghiệp phát triển nơng thơn (ISSN 1859-4581) số 309 năm 2017 ThS Nguyễn Quốc Tuấn, GS.TS Nguyễn Thế Mịch, ThS Đinh Minh Tiến (2017) Nghiên cứu ảnh hưởng số cánh bánh công tác tới hiệu suất tua bin trực giao thực nghiệm Tạp chí khí (ISSN 0866-7056) số 6/2017 MSc Nguyen Quoc Tuan, Prof.Dr Nguyen The Mich, MSc Đoan Kim Binh (2017) The effect of blade number Z and D/H aspect ratio on efficiency of H-type Darrieus turbine Vietnam Mechanical Engineering Journal, No.8/2017 Nguyen Quoc Tuan, Nguyen The Mich, Do Huy Cuong (2017), The Effect of D/H Aspect Ratio Change on Energy Characteristics of H-type Darrieus Turbine Journal of Science & Technology (ISSN 2354-1083) No.122/2017 Lời mở đầu Sự cần thiết đề tài Ngày nay, với tốc độ phát triển kinh tế nhu cầu sử dụng lượng giới ngày lớn, nguồn lượng hóa thạch than đá, dầu khí… ngày cạn kiệt nhanh chóng, lượng hạt nhân có nguy rủi ro lớn Vì thế, để giải vấn đề này, nhà khoa học giới hướng đến nguồn lượng lượng tái tạo Đây nguồn lượng vô hạn, không cạn kiệt Một nguồn lượng tái tạo nhiều nơi giới ứng dụng để phát điện lượng dòng chảy ven sơng, ven biển, dòng chảy cửa sơng, dòng chảy thủy triều Ở nước ta, tiềm nguồn lượng lớn, hồn tồn khai thác để phát điện Tua bin trực giao loại tua bin có kết cấu đơn giản, phù hợp để ứng dụng khai thác nguồn lượng Tại Việt Nam, loại tua bin nên có cơng trình nghiên cứu đề cập tới loại tua bin trực giao này, với mong muốn đưa mẫu tua bin trực giao phù hợp với điều kiện dòng chảy Việt Nam để khai thác nguồn lượng dòng chảy ven sơng, ven biển, tác giả sâu nghiên cứu luận án: “Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số hình học (H/D l/t) đến hiệu suất tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy sơng ven biển Việt Nam” nhằm góp phần bước phát triển loại tua bin Việt Nam Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: Đóng góp cho chuyên ngành số bổ sung phương pháp tính toán, thiết kế tua bin trực giao với thay đổi thơng số hình học H/D l/t bánh công tác tua bin Cung cấp sở khoa học cơng tác tính tốn thiết kế tua bin trực giao, lựa chọn thơng số kích thước hình học bánh cơng tác phù hợp với điều kiện dòng chảy thực tế Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng thông số hình học H/D l/t đến hiệu suất tua bin trực giao phù hợp với dòng chảy sơng ven biển Việt Nam Phương pháp nghiên cứu kết hợp nghiên cứu tính tốn lý thuyết với mơ tốn học thực nghiệm vật lý, đánh giá ảnh hưởng thơng số hình học H/D l/t bánh công tác đến hiệu suất tua bin trực giao Ý nghĩa khoa học thực tiễn a) Ý nghĩa khoa học: Xác định phương pháp tính tốn, thiết kế tua bin trực giao, đánh giá ảnh hưởng số thông số hình học bánh cơng tác đến hiệu suất tua bin, làm sở cho việc lựa chọn mẫu bánh cơng tác có chất lượng cao phù hợp với điều kiện dòng chảy thực tế b) Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu ứng dụng vào thực tế tính tốn thiết kế tua bin trực giao để lựa chọn thơng số hình học bánh công tác như: số cánh, chiều dài cánh, thơng số đường kính chiều cao bánh công tác Điểm luận án - Luận án xây dựng, đề xuất loại tua bin trực giao khai thác lượng dòng chảy sông, ven biển để phát điện phục vụ nhu cầu dân sinh Tua bin trực giao loại tua bin Việt Nam loại tua bin phù hợp để khai thác nguồn lượng này; - Ứng dụng thành công phần mềm mô số Ansys-Fluent vào nghiên cứu mơ q trình làm việc tua bin trực giao; - Đánh giá ảnh hưởng mật độ dãy cánh (l/t) tỷ số hình học (H/D) tới đặc tính hiệu suất tua bin trực giao; - Bổ sung tư liệu cho việc tính tốn thiết kế chế tạo tua bin trực giao, góp phần đẩy mạnh ứng dụng tua bin trực giao khai thác tiềm năng lượng dòng chảy sông, ven biển thủy triều Cấu trúc luận án Nội dung luận án trình bày sau: Chương Tổng quan nhiệm vụ nghiên cứu luận án; Chương Cơ sở lý thuyết dòng chảy qua tua bin trực giao ảnh hưởng thơng số hình học bánh cơng tác tua bin đến hiệu suất tua bin trực giao; Chương Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng thơng số hình học bánh cơng tác tua bin đến hiệu suất tua bin trực giao phần mềm mô số; Chương Nghiên cứu thực nghiệm tua bin trực giao trường Kết đạt được, bàn luận kết luận, kiến nghị Chương Tổng quan nhiệm vụ nghiên cứu luận án 1.1 Tiềm lượng dòng chảy sơng, suối, ven biển thủy triều Việt Nam 1.1.1 Tiềm lượng dòng chảy 1.1.2 Tiềm lượng dòng chảy thủy triều Việt Nam 1.1.3 Khảo sát thực tế dòng chảy ven biển Hải Phòng 1.2 Giới thiệu chung tua bin trực giao 1.2.1 Cấu tạo tua bin trực giao Tuabin trực giao cải tiến từ mẫu profile cánh kiểu Darrieus, với bánh công tác dạng lưỡi cánh thẳng profile cánh song song với trục tuabin Cấu tạo bánh cơng tác tuabin trực giao gồm cánh có biên dạng profile giống dọc theo chiều dài cánh, bố trí đối xứng với tâm quay, chiều quay đặc tính làm việc (hiệu suất) khơng phụ thuộc vào chiều dòng chảy cột nước làm việc Tua bin trực giao có ưu điểm cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo lắp đặt, cần có phận neo giữ để đảm bảo cứng vững vận hành an tồn, khơng bị phá hỏng Hình 1.1 Bánh cơng tác tua bin trực giao 1.2.2 Ứng dụng tua bin trực giao Tua bin trực giao ứng dụng để khai thác lượng dòng chảy thủy triều, dòng chảy sơng, cửa cửa sơng, ven biển, vị trí có mặt cắt eo hẹp ven biển, kênh tưới tiêu, cơng trình ngăn mặn, tuyến đê biển 1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng tua bin trực giao giới Việt Nam 1.3.1 Giới thiệu chung 1.3.2 Tình hình nghiên cứu tua bin trực giao giới Tua bin trực giao lần phát triển sáng chế nhà phát minh người Pháp tên Georges Darrieus từ năm 1931 sở tuabin gió trục đứng Tuy nhiên việc ứng dụng tua bin trực giao dùng để khai thác lượng dòng chảy nghiên cứu năm gần đây, cơng trình nghiên cứu công bố chưa nhiều, kết công bố chủ yếu sản phẩm tua bin trực giao thương mại hóa tập đồn New Energy Corporation (Canada) Như thấy rằng, cơng trình nghiên cứu tua bin trực giao để ứng dụng, khai thác lượng dòng chảy chưa công bố rộng rãi chi tiết Do đó, phạm vi sử dụng, phương pháp tính tốn tua bin trực giao bí hãng chế tạo giới 1.3.3 Tình hình nghiên cứu tua bin trực giao Việt Nam Ở nước nay, đơn vị thực đề tài nghiên cứu khoa học tua bin trực giao để khai thác lượng dòng chảy thủy triều, dòng chảy ven sơng, ven biển phục vụ việc phát điện Viện thủy điện lượng tái tạo Tuy nhiên, kết đạt đề tài mức độ ban đầu, chưa có quan tâm nhiều đến sở lý thuyết tính tốn loại tua bin 1.4 Kết luận chương Qua phân tích vấn đề tổng quan tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo, sử dụng tua bin trực giao giới Việt Nam, cho thấy, đặc tính lượng hiệu suất làm việc tua bin trực giao phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy vị trí lắp đặt, hình dạng kết cấu bánh công tác Trên sở kết nghiên cứu tua bin trực giao ngồi nước cho thấy số vấn đề tồn tại: - Tua bin trực giao dùng để khai thác lượng dòng chảy loại tua bin nghiên cứu phát triển gần đây, cơng trình nghiên cứu chưa cơng bố rộng rãi nhiều, chưa có sở lý thuyết tính tốn đầy đủ, việc ứng dụng khai thác tua bin trực giao bị hạn chế - Tại Việt Nam nay, khơng có cơng trình nghiên cứu tua bin trực giao, cần có kết nghiên cứu đầy đủ tồn diện hóa để khai thác, ứng dụng loại tua bin nước ta Tóm lại, tiềm lượng dòng chảy ven sông, ven biển nước ta lớn, tua bin trực giao loại tua bin phù hợp để khai thác dạng lượng Cần ý đầu tư nhiều cho nghiên cứu, tính tốn để có sở lý thuyết phục vụ cho việc thiết kế chế tạo, xây dựng mơ hình tốn mơ hình vật lý tua bin phù hợp với điều kiện dòng chảy Việt Nam Chương Cơ sở lý thuyết 2.1 Lý thuyết dòng chảy qua tua bin trực giao 2.1.1 Lý thuyết tam giác vận tốc vận tốc tới profile cánh 2.1.2 Hệ số vận tốc Hệ số vận tốc λ định nghĩa tỷ số vận tốc vòng cánh vận tốc dòng chảy: = R v (2.1) 2.2 Sự trao đổi lượng dòng chảy qua bánh cơng tác 2.2.1 Năng lượng dòng chảy qua bánh công tác tua bin trực giao Năng lượng dòng chảy qua bánh cơng tác tua bin xác định theo (2.2): E=  AV (2.2) Công suất tua bin xác định theo (2.3): Hay:  AV C p P= P Cp =  AV (2.3) (2.4) Trong đó: A – Diện tích qt bánh công tác, Cp – Hệ số sử dụng lượng dòng chảy hệ số cơng suất Hiệu suất tua bin trực giao xác định biểu thức (2.5): (2.5)  = C p TL.CK Trong đó: TL - hiệu suất thủy lực chảy bao cánh dẫn, chọn TL = 0.98 CK - hiệu suất khí, chọn CK = 0.97 2.2.2 Thuyết động lượng dòng chảy qua bánh cơng tác Actuator disc Theo hình 2.1, gọi thông số ∞, a, w p đặc trưng cho dòng chảy xa vơ phía trước V V V p p bánh cơng tác, tới bánh cơng tác phía sau p khỏi bánh cơng tác Theo định luật bảo tồn khối lượng ta có:  .A.V = .Aa.Va = .Aw.Vw (2.6) Với: Va = V(1-a) (2.7) Blade path Thay vào biểu thức ta có: A.V = (1-a).Aa.V (2.8) Với hệ số a gọi hệ số thu hẹp dòng chảy, đặc trưng cho trao đổi lượng bánh Hình 2.1 Sự thay đổi áp suất cơng tác dòng chảy qua bánh cơng tác vận tốc dòng chảy qua bánh Từ phương trình bảo tồn động lượng dòng chảy cơng tác qua bánh cơng tác: F = (pa+ - pa-).Aa = (V - Vw)..Aa.Va (2.9) phương trình Becnuli cho dòng chảy trước sau bánh công tác: .V2 + p + .g.h = Constant (2.10) w w 8 + a a a  Ta thu được: .( V2 – Vw2).Aa = (V - Vw)..Aa.Va (2.11) tg = Vn Vt  (2.15) Mà: Va = V(1 – a) nên ta có: Vw = (1 – 2a).V (2.12) Điều có nghĩa vận tốc vào bánh công tác vận tốc xa vô sau bánh công tác giảm lượng a.V 2.2.3 Góc vận tốc tương đối dòng chảy V ,p Theo hình 2.2, xác định Vn thành phần vận tốc theo phương tiếp tuyến Vt thành phần vận tốc theo phương pháp Vt  tuyến Vn sau: Va Vt = R. + Va.cos (2.13) W R. Vn = Va.sin (2.14)  Góc  góc hợp phương vận tốc tương đối W dòng chảy phương R vận tốc tiếp tuyến Vt đường dây cung L D biên dạng cánh, xác định:   (1 − a).sin      + (1 − a).cos  (2.16) Hình 2.2 Các thành phần vận tốc dòng chảy qua bánh cơng tác Vận tốc tương đối W dòng chảy tới cánh bánh cơng tác xác định từ biểu đồ phân tích thành phần vận tốc hình 2.2, xác định theo (2.17): Hay: tg =  W = V  + 2.cos (1 − a)+(1-a)2 (2.17) Với:  góc phương vị (góc vị trí cánh bánh công tác chuyển động quỹ đạo quay xung quanh trục tua bin) 2.2.4 Lực phân tố cánh hệ số lực cản 2.2.5 Mô men hệ số công suất Mô men bánh công tác gây thành phần lực tiếp tuyến cánh bánh công tác, xét phân tố cánh bánh công tác với số cánh đơn, có chiều cao cánh H vị trí góc phương vị d, mô men xác định bởi: dTs = l.H.q.Ct d (2.18) Độ lớn mô men bánh công tác thay đổi theo góc phương vị  Giá trị mơ men tổng cộng xác định bánh công tác quay hết vòng (0    2) là: 2 Z l.H R TB = q.Ct d 2  =0 (2.19) Hay: TB = .V 2 Z l.H R.(CL sin  − CD cos ).[ (  + cos (1-a) ) + (sin  (1 − a)) ] (2.20) Hệ số mô men xác định bởi: Cm = TB (2.21)  V  A.R Thay phương trình (2.19) vào phương trình (2.21), thu (2.22): Z l Cm = 2  RV 2 2  q.C d (2.22) t Khi đó, cơng suất trục tua bin xác định theo (2.23): P = .TB (2.23) Hệ số cơng suất Cp xác định tỷ số công suất thực tế P giá trị công suất lớn Pmax sau: Cp = P P = Pmax  V A  (2.24) Mối quan hệ hệ số công suất hệ số mô men xác định cơng thức: C p = .Cm (2.25) Biểu thức tính công suất tua bin xác định sau: 2 Z l.H R. P=  W (CL sin  − CD cos ).d (2.26)  2  =0 P= ..V 2 Z l.H R.(CL sin  − CD cos ).[ (  + cos (1-a) ) + (sin  (1 − a)) ] (2.27) Hay: l H P =  .V 2  D R.(CL sin  − CD cos ).[ (  + cos (1-a) ) + (sin  (1 − a)) ] t D D Trong đó: t = - bước cánh Z (2.28) Tỷ số l/t – gọi mật độ dãy cánh 2.3 Tính tốn, thiết kế bánh cơng tác tua bin trực giao dựa kết nghiên cứu lý thuyết 2.3.1 Các thơng số hình học tua bin trực giao 2.3.2 Cơ sở lựa chọn thông số thiết kế mẫu cánh 2.3.2.1 Hệ số cứng vững σ bánh công tác Hệ số cứng vững bánh công tác định nghĩa tỷ số tổng diện tích cánh diện tích quét rotor: l.Z H l.Z (2.29) = = D.H D Trong đó: l, Z D chiều dài dây cung biên dạng cánh, số cánh đường kính đường tròn phân bố cánh bánh cơng tác tương ứng 2.3.2.2 Tiêu chuẩn số Reynolds Các nghiên cứu tuabin trực giao trước hiệu suất tuabin chịu ảnh hưởng lớn số Reynolds cánh bánh cơng tác, tính theo cơng thức sau: L V (2.30) Re = c  Với: ν – Độ nhớt động học chất lỏng công tác; 2.3.2.3 Lựa chọn mẫu bánh công tác cần nghiên cứu Tiến hành nghiên cứu cho 06 trường hợp với mật độ dãy cánh l/t thay đổi tương ứng với số cánh Z thay đổi cánh, cánh, cánh, 10 cánh, 12 cánh 14 cánh với ̅ = H/D = 1; với 05 trường hợp thay đổi hệ số tỷ lệ kích thước hình học tỷ lệ H ̅ = H/D 0.8; 0.9; 1.1; 1.2 1.3 tuabin H 2.3.2.4 Lựa chọn biên dạng cánh bánh công tác Biên dạng cánh NACA 0018 lựa chọn cho trường hợp mẫu bánh cơng tác cần nghiên cứu 2.3.3 Tính tốn thiết kế mẫu bánh cơng tác cần nghiên cứu 2.3.3.1 Trường hợp 1: tỷ số l/t = 0.13 (Số cánh bánh công tác Z = cánh) 2.3.3.2 Trường hợp 2: tỷ số l/t = 0.19 (Số cánh bánh công tác Z = cánh) 2.3.3.3 Trường hợp 3: tỷ số l/t = 0.25 (Số cánh bánh công tác Z = cánh) 2.3.3.4 Trường hợp 4: tỷ số l/t = 0.32 (Số cánh bánh công tác Z = 10 cánh) 2.3.3.5 Trường hợp 5: tỷ số l/t = 0.38 (Số cánh bánh công tác Z = 12 cánh) 2.3.3.6 Trường hợp 6: tỷ số l/t = 0.45 (Số cánh bánh công tác Z = 14 cánh) 2.4 Kết luận chương Trong chương 2, Luận án trình bày sở lý thuyết tính tốn tua bin trực giao dùng để khai thác lượng dòng chảy, phân tích lựa chọn thơng số có ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc tua bin tỷ số l/t H/D để tiến hành nghiên cứu tính tốn Trên sở lý thuyết, tác giả tiến hành tính tốn, lựa chọn 06 mẫu bánh cơng tác tua bin khác với tỷ số l/t thay đổi, để tiến hành nghiên cứu thay đổi thông số hình học đến hiệu suất làm việc tua bin trực giao Biên dạng profile cánh bánh công tác chọn biên dạng NACA 0018, có biên dạng khí động học đối xứng, có hệ số lực nâng lớn với lực cản bé Đây biên dạng dùng phổ biến cho tua bin trực giao dùng để khai thác lượng dòng chảy Để tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng thông số hình học tới hiệu suất tua bin, tác giả tiến hành đánh giá ảnh hưởng thông số nêu phần mềm mô số Ansys Fluent trước đưa vào thiết kế, chế tạo mẫu tua bin để thử nghiệm trường Chương Khảo sát, đánh giá ảnh hưởng số thơng số bánh cơng tác đến đặc tính lượng tua bin phần mềm Ansys Fluent 3.1 Giới thiệu phần mềm Ansys Fluent 3.1.1 Định nghĩa CFD CFD - Computational Fluid Dynamics (tính tốn động lực học chất lưu có trợ giúp máy tính) ngành khoa học chun dự đốn đặc tính dòng chảy, truyền nhiệt, phản ứng hóa học việc sử dụng q trình tính tốn số để giải phương trình tốn học liên quan 3.1.2 Ưu điểm hạn chế CFD 3.1.3 Các lĩnh vực áp dụng CFD 3.1.4 Giới thiệu phần mềm Ansys Fluent Gambit 3.1.5 Cấu trúc phần mềm Ansys Fluent 3.1.6 Khả Ansys Fluent Hình 3.1 Tổng quan mơ 3.1.7 Vai trò tạo lưới CFD hình chương trình CFD 3.1.8 Chọn lựa mơ hình lưới 3.1.9 Lựa chọn lựa mơ hình tính tốn Mơ hình k- lựa chọn để tính tốn mơ phỏng, phân tích cho trường hợp nghiên cứu luận án: điểm có giá trị  = 0.385 (hay hệ số công suất Cp = 0.405)  = 2.43, sau giảm dần Tương tự với đường quan hệ Cm = f2() hệ số vận tốc tăng hệ số mô men tăng theo đạt giá trị lớn điểm Cm = 0.171,  = 2.2 sau giảm dần 3.2.2.4 Trường hợp (TH4): l/t = 0.32 Tương tự trường hợp trên, kết tính tốn, mơ thể hình 3.10 3.11 0.50 Hiệu suất Hiệu suất , hệ số Cm Hệ số mô men 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Hệ số vận tốc  3.50 4.00 Hình 3.11 Đường quan hệ  =f1() Hình 3.10 Phân bố vận tốc dòng chảy qua Cm = f2() với l/t = 0.32 cánh bánh công tác tua bin với l/t = 0.32 Theo hình 3.11, đường quan hệ  =f1() cho thấy vận tốc dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hiệu suất tua bin  tăng theo đạt giá trị lớn điểm có giá trị  = 0.418 (hay hệ số công suất Cp = 0.440)  = 2.37, sau giảm dần Tương tự với đường quan hệ Cm = f2() hệ số vận tốc tăng hệ số mơ men tăng theo đạt giá trị lớn điểm Cm = 0.19,  = 2.05 sau giảm dần 3.2.2.5 Trường hợp (TH5): l/t = 0.38 Kết tính tốn, mơ thể hình 3.12 3.13 0.50 Hiệu suất Hệ số mô men Hiệu suất , hệ số Cm 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Hệ số vận tốc  3.50 4.00 Hình 3.12 Phân bố vận tốc dòng chảy Hình 3.13 Đường quan hệ  =f1() qua cánh bánh công tác tua bin với Cm = f2() với l/t = 0.38 l/t = 0.38 Theo hình 3.13, đường quan hệ  −  cho thấy vận tốc dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hiệu suất  tăng theo đạt giá trị lớn điểm có giá 10 Hiệu suất , hệ số Cm trị  = 0.40 (hay hệ số công suất Cp = 0.420)  = 2.31, sau giảm dần Tương tự với đường quan hệ Cm -  hệ số vận tốc tăng hệ số mô men tăng theo đạt giá trị lớn điểm Cm = 0.21,  = 1.90 sau giảm dần 3.2.2.6 Trường hợp (TH6): l/t = 0.45 Tương tự trường hợp trên, 0.40 Hiệu suất sau mơ dòng chảy qua bánh Hệ số mô men công tác với l/t = 0.45 giá trị vận 0.30 tốc dòng chảy khác ta thu đồ thị quan hệ  = f1() Cm = f2() 0.20 theo hình 3.14, thể đường quan hệ  −  cho thấy vận tốc dòng chảy 0.10 tăng hay hệ số vận tốc  tăng hiệu suất 0.00  tăng theo đạt giá trị lớn 0.20 0.70 1.20 1.70 2.20 2.70 3.20 Hệ số vận tốc  điểm có giá trị  = 0.371 (hay hệ số công suất Cp = 0.39)  = 2.29, Hình 3.14 Đường quan hệ  =f1() sau giảm dần Cm = f2() với l/t = 0.45 Tương tự với đường quan hệ Cm -  hệ số vận tốc tăng hệ số mơ men tăng theo đạt giá trị lớn điểm Cm = 0.21,  = 1.8 sau giảm dần Qua 06 trường hợp khảo sát trên, ta thấy phân bố vận tốc dòng chảy qua mơ hình tốn tương đối đều, dòng chảy khơng có đột biến, khơng bị đảo chiều, có tượng tạo xốy vùng bánh công tác, đảm bảo cho chuyển động quay bánh cơng tác Từ kết tính toán, ta tiến hành tổng hợp trường hợp lại đồ thị quan hệ  −   – l/t, thu đồ thị tổng hợp hình 3.15 hình 3.16 TH1 (l/t=0.13) TH2 (l/t=0.19) 0.40 0.40 TH3 (l/t=0.25) Hiệu suất  TH4 (l/t=0.32) 0.30 TH5 (l/t=0.38) TH6 (l/t=0.45) 0.20 Hieu suat 0.43 0.10 0.37 Hiệu suất  0.50 0.34 0.31 0.28 0.00 0.25 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 Hệ số vận tốc  0.05 0.15 0.25 0.35 0.45 Hệ số vận tốc  Hình 3.16 Đường quan hệ CP =f(l/t) Hình 3.15 Đường quan hệ  =f1() cho cho trường hợp thay đổi l/t trường hợp thay đổi tỷ số l/t Theo hình 3.15, ta nhận thấy vận tốc dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hiệu suất mơ hình tua bin nghiên cứu tăng theo đạt đến giá trị lớn nhất, sau giảm dần Khi tăng tỷ lệ mật độ dãy cánh l/t hiệu suất tua bin tăng theo, theo kết mơ tính tốn hình 3.29 trường hợp với l/t = 0.32 (Z = 10 cánh) trường 11 Hiệu suất , hệ số Cm hợp tua bin làm việc với hiệu suất cao giá trị  = 0.418 (Cp = 0.44) ứng với  = 2.37 so với trường hợp lại Để nghiên cứu sâu ảnh hưởng thơng số hình học bánh công tác đến hiệu suất làm việc tua bin, ta tiếp tục tiến hành nghiên cứu thêm ảnh hưởng tỷ số hình học H/D đến hiệu suất làm việc tua bin Do đó, ta tiến hành nghiên cứu tiếp cho 05 trường hợp thay đổi tỷ số H/D, trường hợp H/D = 0.8; D/H = 0.9; H/D = 1.1; H/D = 1.2 H/D= 1.3 cho trường hợp tua bin có hiệu suất làm việc cao nhất, tức trường hợp 4, với Z = 10 cánh; l/t = 0.32 3.2.2.7 Trường hợp (TH7): Tỷ số H/D = 0.8; l/t = 0.32 Tương tự trường hợp trên, kết tính tốn, mơ thể hình 3.17 Theo hình 3.17, đường quan hệ 0.50 Hiệu suất  =f1() cho thấy vận tốc Hệ số mô men 0.40 dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hiệu suất  tăng theo 0.30 đạt giá trị lớn điểm có 0.20 giá trị  = 0.407 (hay hệ số công suất Cp = 0.428)  = 2.24, sau 0.10 giảm dần Tương tự với đường quan hệ Cm = f2() 0.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 hệ số vận tốc tăng hệ số mơ men Hệ số vận tốc  tăng theo đạt giá trị lớn điểm Cm = 0.20,  = 1.91 sau Hình 3.17 Đường quan hệ  =f1() Cm = f2() giảm dần với H/D = 0.8 3.2.2.8 Trường hợp (TH8): Tỷ số H/D = 0.9; l/t = 0.32 Tiếp tục tiến hành tính tốn mơ với trường hợp H/D = 0.9, kết tính tốn thể hình 3.18 3.19 0.50 0.40 Hiệu suất , hệ số Cm Hiệu suất Hệ số mô men 0.30 0.20 0.10 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Hệ số vận tốc  3.50 Hình 3.18 Phân bố vận tốc dòng chảy qua Hình 3.19 Đường quan hệ  =f1() cánh bánh công tác tua bin với Cm = f2() với H/D = 0.9 H/D = 0.9 Theo hình 3.19, đường quan hệ  =f1() cho thấy vận tốc dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hiệu suất  tăng theo đạt giá trị lớn điểm có giá trị  = 0.414 (hay hệ số công suất Cp = 0.435)  = 2.31, sau giảm dần Tương 12 tự với đường quan hệ Cm = f2() tỷ số vận tốc tăng hệ số mơ men tăng theo đạt giá trị lớn điểm Cm = 0.20,  = 1.98 sau giảm dần 3.2.2.9 Trường hợp (TH9): Tỷ số H/D = 1.1; l/t = 0.32 Tiếp tục tiến hành tính tốn mô với trường hợp H/D = 1.1, kết tính tốn thể hình 3.20 3.21 0.50 0.40 Hiệu suất , hệ số Cm Hiệu suất Hệ số mô men 0.30 0.20 0.10 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Hệ số vận tốc  3.50 Hình 3.20 Phân bố vận tốc dòng chảy qua Hình 3.21 Đường quan hệ  =f1() cánh bánh công tác tua bin với Cm = f2() với H/D = 1.1 H/D = 1.1 Theo hình 3.21, đường quan hệ  =f1() cho thấy vận tốc dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hiệu suất  tăng theo đạt giá trị lớn điểm có giá trị  = 0.413 (hay hệ số công suất Cp = 0.434)  = 2.50, sau giảm dần Tương tự với đường quan hệ Cm = f2() tỷ số vận tốc tăng hệ số mô men tăng theo đạt giá trị lớn điểm Cm = 0.18,  = 2.14 sau giảm dần 3.2.2.10 Trường hợp 10 (TH10): Tỷ số H/D = 1.2; l/t = 0.32 Tiếp tục tiến hành tính tốn mơ với trường hợp H/D = 1.2, kết tính tốn thể hình 3.22 3.23 0.50 0.40 Hiệu suất , hệ số Cm Hiệu suất Hệ số mô men 0.30 0.20 0.10 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 Hệ số vận tốc  3.00 3.50 Hình 3.22 Phân bố vận tốc dòng chảy Hình 3.23 Đường quan hệ  =f1() qua cánh bánh công tác tua bin với Cm = f2() với H/D = 1.2 H/D = 1.2 Theo hình 3.23, đường quan hệ  =f1() cho thấy vận tốc dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hiệu suất  tăng theo đạt giá trị lớn điểm có giá trị  = 0.406 (hay hệ số công suất Cp = 0.427)  = 2.56, sau giảm dần Tương 13 tự với đường quan hệ Cm = f2() tỷ số vận tốc tăng hệ số mơ men tăng theo đạt giá trị lớn điểm Cm = 0.174,  = 2.20 sau giảm dần 3.2.2.11 Trường hợp 11 (TH11): Tỷ số H/D = 1.3; l/t = 0.32 Tiếp tục tiến hành tính tốn mơ với trường hợp H/D = 1.3, kết tính tốn thể hình 3.24 3.25 0.50 0.40 Hiệu suất , hệ số Cm Hiệu suất Hệ số mô men 0.30 0.20 0.10 0.00 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Hệ số vận tốc  3.50 4.00 Hình 3.24 Phân bố vận tốc dòng chảy Hình 3.25 Đường quan hệ  =f1() qua cánh bánh công tác tua bin với H/D = 1.3 Cm = f2() với H/D = 1.3 Theo hình 3.25, đường quan hệ  =f1() cho thấy vận tốc dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hiệu suất  tăng theo đạt giá trị lớn điểm có giá trị  = 0.40 (hay hệ số cơng suất Cp = 0.421)  = 2.71, sau giảm dần Tương tự với đường quan hệ Cm = f2() tỷ số vận tốc tăng hệ số mơ men tăng theo đạt giá trị lớn điểm Cm = 0.163,  = 2.32 sau giảm dần Như sau mơ tính tốn cho trường hợp thay đổi tỷ lệ hình học H/D bánh cơng tác, ta tiến hành tổng hợp đồ thị quan hệ  − ,  – H/D hình 3.26 3.27, để tiến hành đánh giá lựa chọn mẫu bánh cơng tác có đặc tính hiệu suất làm việc tốt 0.50 TH4 (H/D=1) TH7 (H/D=0.8) 0.40 TH8 (H/D=0.9) TH9 (H/D=1.1) Hiệu suất  0.30 TH10 (H/D=1.2) TH11 (H/D=1.3) 0.20 0.10 0.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 Hệ số vận tốc  Hình 3.26 Đường quan hệ  =f1() cho mơ hình thay đổi tỷ số H/D; l/t = 0.32 Theo hình 3.50, ta nhận thấy vận tốc dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hệ số công suất Cp hay hiệu suất trường hợp nghiên cứu tăng theo đạt đến giá trị lớn 14 Hiệu suất  nhất, sau giảm dần Căn vào giá trị hiệu suất lớn (hiệu suất đỉnh) trường hợp nghiên cứu, ta tiến hành xây dựng đường cong quan hệ hiệu suất đỉnh hệ số vận tốc (max - ) cho trường hợp nghiên cứu H/D thay đổi, ta thu đồ thị hình 3.27 Căn vào hình 3.27, ta thấy 0.43 Hieu suat trường hợp 4(l/t = 0.32; H/D = 1) 0.42 trường hợp tua bin làm việc với hiệu 0.41 suất cao giá trị  = 0.418 (Cp = 0.44),  = 2.37 so với 05 0.40 trường hợp lại H/D = 0.8; 0.39 H/D = 0.9; H/D = 1.1; H/D = 1.2 0.38 H/D = 1.3 điều kiện dải vận tốc dòng chảy nghiên cứu V = 0.37 1.2 – 3.5 m/s Ta thấy rằng, tỷ số 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 H/D thay đổi ảnh hưởng đến Tỷ số H/D làm việc ổn định tua bin Hình 3.27 Đường quan hệ  =f(H/D) cho mơ hình thay đổi tỷ số H/D ứng với l/t = 0.32 Trường hợp (H/D = 1) trường hợp tua bin làm việc ổn định nhất, lượng dòng chảy truyền cho bánh công tác tốt nhất, tua bin làm việc với hiệu suất cao 3.3 Kết luận chương Việc sử dụng phần mềm Ansys-Fluent để tính tốn, mơ dòng chảy qua bánh cơng tác tua bin trực giao hoàn toàn phù hợp, phần mềm dùng phổ biến để tính tốn mơ động lực học dòng chảy nói chung Các kết tính tốn có độ tin cậy chấp nhận Trên sở mẫu bánh cơng tác tua bin tính tốn thiết kế theo sở lý thuyết chương 2, tiến hành tính tốn mơ cho 11 trường hợp, đó: 06 trường hợp thay đổi tỷ số l/t 05 trường hợp thay đổi tỷ số hình học H/D bánh cơng tác điều kiện vận tốc dòng chảy V = 1.2 – 3.5 m/s Kết tính tốn mơ cho thấy: - Khi vận tốc dòng chảy tăng hay hệ số vận tốc  tăng hệ số công suất Cp hay hiệu suất mẫu tua bin nghiên cứu tăng theo đạt đến giá trị lớn nhất, sau giảm dần; - Khi thay đổi mật độ dãy cánh l/t cho 06 trường hợp nghiên cứu, kết tính tốn mơ cho thấy, mẫu bánh cơng tác có mật độ dãy cánh l/t = 0.32 (Z = 10 cánh) có hiệu suất làm việc cao so với mẫu lại điều kiện vận tốc dòng chảy; - Khi thay đổi tỷ số hình học H/D với mật độ dãy cánh l/t = 0.32 cho 05 trường hợp nghiên cứu, kết tính tốn mơ cho thấy, mẫu bánh cơng tác có tỷ số hình học H/D = có hiệu suất làm việc cao so với mẫu lại điều kiện vận tốc dòng chảy; - Căn vào kết tính tốn mơ phỏng, ta lựa chọn số mẫu điển hình để tiến hành gia cơng chế tạo mẫu đưa lắp đặt thực tế trường để tiến hành đo đạc thực nghiệm, kết đo sở đánh giá hiệu suất làm việc thực tế tua bin Ta lựa chọn 05 mẫu bánh công tác để chế tạo phục vụ trình đo thực nghiệm trường mẫu: Mẫu 1: l/t = 0.13 (Z = cánh); Mẫu 15 2: l/t = 0.19 (Z = cánh); Mẫu 3: l/t = 0.25 (Z = cánh); Mẫu 4: l/t = 0.32 (Z = 10 cánh); Mẫu 5: l/t = 0.38 (Z = 12 cánh) Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm tua bin trực giao Tiến hành chế tạo 05 mẫu bánh công tác tua bin với thông số sau: - Mẫu 1: l/t = 0.13 (Z = cánh) - Mẫu 2: l/t = 0.19 (Z = cánh) - Mẫu 3: l/t = 0.25 (Z = cánh) - Mẫu 4: l/t = 0.32 (Z = 10 cánh) - Mẫu 5: l/t = 0.38 (Z = 12 cánh); Từ mẫu bánh công tác ta tiến hành lắp đặt đo đạc số liệu thực nghiệm Sau có thơng số đo, ta xây dựng đường đặc tính quan hệ để đánh giá hiệu suất làm việc mẫu tua bin thực nghiệm, từ ta so sánh lựa chọn mẫu tua bin có đặc tính làm việc tốt 4.1 Quy trình đo thực nghiệm tua bin trực giao 4.1.1 Mẫu tua bin trực giao thực nghiệm 4.1.2 Mơ tả chung Sau có mẫu tua bin trực giao, tiến hành việc lắp đặt tua bin để tiến hành đo thí nghiệm Các mẫu tua bin lắp đặt hồ Tai Kéo – Cát Bà – Hải Phòng Trong q trình thí nghiệm, tiến hành đo đạc giá trị vận tốc dòng chảy khác để xác định thông số làm việc tua bin chế độ khác nhau, từ số liệu thí nghiệm đo đó, tiến hành xây dựng nên đường quan hệ mơ tả đặc tính hiệu suất mẫu tuabin trực giao Công việc lắp đặt tua bin cơng việc đòi hỏi xác, Hình 4.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo thí nghiệm tua an tồn cao thi cơng bin Hình 4.3 Lắp đặt thiết bị đo để tiến hành đo đạc thí nghiệm Hình 4.2 Lắp đặt tua bin để tiến hành đo đạc thí nghiệm 16 4.1.3 Các hạng mục thiết bị hệ thống 4.2 Phương pháp đo thực nghiệm tua bin 4.2.1 Số liệu đo thực nghiệm 4.2.2 Q trình đo 4.2.3 Xử lý liệu thí nghiệm 4.2.4 Xác định sai số đo 4.3 Kết thực nghiệm 4.3.1 Mẫu 1: l/t = 0.13 (Z = cánh) Với mẫu bánh cơng tác thực nghiệm có l/t = 0.13 (Z = cánh), kết đo đạc thực nghiệm trình bày bảng 4.1 hình 4.6 Bảng 4.1 Các thơng số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.13 (Z = cánh) Vận tốc dòng chảy V(m/s) 1.2 1.5 2.2 2.5 2.7 3.2 3.5 Hệ số vận tốc  = R/V 2.07 2.20 2.36 2.52 2.69 2.84 2.98 3.08 3.12 Vận tốc góc w (Rad/s) 4.97 6.61 9.44 11.09 13.45 15.33 17.89 19.68 21.87 Số vòng quay n (v/ph) 47.5 63.1 90.2 106.0 128.5 146.5 171.0 188.0 208.9 Mô men TB (N.m) 21.75 46.64 106.01 142.89 190.19 208.06 230.19 239.59 271.32 Công suất trục P (W) 108.05 308.10 1000.52 1584.71 2557.97 3190.08 4118.79 4715.74 5932.96 Điện áp U (V) 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 Cường độ dòng điện I (A) 0.56 1.60 5.20 8.24 13.30 16.58 21.41 24.52 30.84 Hệ số công suất CP 0.123 0.179 0.245 0.292 0.321 0.318 0.299 0.282 0.271  (%) 0.117 0.170 0.233 0.277 0.305 0.302 0.284 0.268 0.258 Từ kết đo theo bảng 4.1 ta tiến hành xây dựng đường đặc tính quan hệ - cho trường hợp lý thuyết mô đo thực nghiệm để đánh giá đặc tính làm việc tua bin hình 4.4 Theo kết thực nghiệm ta thấy hiệu suất lớn tua bin đạt giá trị  = 0.305 ứng với giá trị hệ số vận tốc  = 2.69 0.40 Mau 1: l/t=0.13 (Z=4) 0.35 Mau 1_TN: l/t=0.13 (Z=4) 0.30 Hiệu suất  Hiệu suất tua bin 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 1.80 2.10 2.40 2.70 Hệ số vận tốc  3.00 3.30 Hình 4.4 Đường đặc tính thực nghiệm đường đặc tính lý thuyết mơ cho trường hợp l/t = 0.13 (Z = cánh) 17 4.3.2 Mẫu 2: l/t = 0.19 (Z = cánh) Với mẫu bánh cơng tác thực nghiệm có l/t = 0.19 (Z = cánh), kết đo đạc thực nghiệm trình bày bảng 4.2 hình 4.5 Bảng 4.2 Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.19 (Z = cánh) Vận tốc dòng chảy V(m/s) 1.2 1.5 2.2 2.5 2.7 3.2 3.5 Hệ số vận tốc  = R/V 1.75 1.95 2.16 2.37 2.58 2.82 2.91 3.03 3.18 Vận tốc góc w (Rad/s) 4.21 5.84 8.66 10.41 12.89 15.22 17.46 19.38 22.29 Số vòng quay n (v/ph) 40.2 55.8 82.7 99.5 123.2 145.4 166.8 185.1 212.9 Mô men TB (N.m) 26.11 54.34 121.78 168.93 220.22 225.69 257.47 262.84 267.01 Công suất trục P (W) 109.95 317.62 1054.03 1759.26 2839.71 3434.13 4494.98 5093.60 5950.60 Điện áp U (V) 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 Cường độ dòng điện I (A) 0.57 1.65 5.48 9.15 14.76 17.85 23.37 26.48 30.93 Hệ số công suất CP 0.125 0.185 0.258 0.324 0.356 0.342 0.326 0.305 0.272  (%) 0.119 0.175 0.246 0.308 0.34 0.325 0.310 0.290 0.259 Từ kết đo theo bảng 4.2 ta tiến hành xây dựng đường đặc tính quan hệ − cho trường hợp lý thuyết mô đo thực nghiệm để đánh giá đặc tính làm việc tua bin hình 4.5 Theo kết thực nghiệm ta thấy hiệu suất lớn tua bin đạt giá trị  = 0.34 ứng với giá trị hệ số vận tốc  = 2.58 0.40 Mau 2: l/t=0.19 (Z=6) 0.35 Mau 2_TN: l/t=0.19 (Z=6) 0.30 Hiệu suất  Hiệu suất tua bin 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 1.50 1.80 2.10 2.40 2.70 Hệ số vận tốc  3.00 3.30 Hình 4.5 Đường đặc tính thực nghiệm đường đặc tính lý thuyết mơ cho trường hợp l/t = 0.19 (Z = cánh) 4.3.3 Mẫu 3: l/t = 0.25 (Z = cánh) Với mẫu bánh cơng tác thực nghiệm có l/t = 0.25 (Z = cánh), kết đo đạc thực nghiệm trình bày bảng 4.3 hình 4.6 Bảng 4.3 Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.25 (Z = cánh) Vận tốc dòng chảy V(m/s) 1.2 1.5 2.2 2.5 2.7 3.2 3.5 Hệ số vận tốc  = R/V 1.45 1.59 1.81 2.14 2.48 2.83 3.10 3.22 3.39 18 Vận tốc góc w (Rad/s) 3.48 4.77 7.26 9.43 12.40 15.26 18.61 20.64 23.73 Số vòng quay n (v/ph) 33.2 45.5 69.3 90.1 118.5 145.8 177.8 197.2 226.7 Mô men TB (N.m) 29.55 61.10 135.83 198.87 251.72 245.38 241.17 240.63 228.15 Công suất trục P (W) 102.80 291.14 985.88 1874.58 3122.13 3743.42 4488.64 4965.86 5414.61 Điện áp U (V) 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 Cường độ dòng điện I (A) 0.53 1.51 5.13 9.75 16.23 19.46 23.33 25.82 28.15 Hệ số công suất CP 0.117 0.169 0.242 0.345 0.392 0.373 0.326 0.297 0.248  (%) 0.111 0.161 0.230 0.328 0.372 0.354 0.310 0.282 0.235 3.00 3.50 Từ kết đo theo bảng 4.3 ta tiến hành xây dựng đường đặc tính quan hệ − cho trường hợp lý thuyết mô đo thực nghiệm để đánh giá đặc tính làm việc tua bin hình 4.6 Theo kết thực nghiệm ta thấy hiệu suất lớn tua bin đạt giá trị  = 0.372 ứng với giá trị hệ số vận tốc  = 2.48 0.45 Mau 3: l/t=0.25 (Z=8) Mau 3_TN: l/t=0.25 (Z=8) 0.35 Hiệu suất  Hiệu suất tua bin 0.25 0.15 0.05 1.00 1.50 2.00 2.50 Hệ số vận tốc  Hình 4.6 Đường đặc tính thực nghiệm đường đặc tính lý thuyết mô cho trường hợp l/t = 0.25 (Z = cánh) 4.3.4 Mẫu 4: l/t = 0.32 (Z = 10 cánh) Với mẫu bánh cơng tác thực nghiệm có l/t = 0.32 (Z = 10 cánh), kết đo đạc thực nghiệm trình bày bảng 4.4 hình 4.7 Bảng 4.4 Các thơng số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.32 (Z = 10 cánh) Vận tốc dòng chảy V(m/s) 1.2 1.5 2.2 2.5 2.7 3.2 3.5 Hệ số vận tốc  = R/V 1.19 1.42 1.71 2.08 2.40 2.78 3.04 3.18 3.38 Vận tốc góc w (Rad/s) 2.86 4.27 6.83 9.14 12.02 15.01 18.25 20.38 23.63 Số vòng quay n (v/ph) 27.3 40.8 65.2 87.3 114.8 143.4 174.4 194.7 225.8 Mô men TB (N.m) 34.31 74.83 158.42 224.95 278.97 261.64 256.78 251.21 238.06 Công suất trục P (W) 98.09 319.30 1081.21 2055.85 3351.98 3926.95 4686.48 5118.89 5626.12 Điện áp U (V) 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 19 Cường độ dòng điện I (A) 0.51 1.66 5.62 10.69 17.43 20.41 24.36 26.61 29.25 Hệ số công suất CP 0.111 0.186 0.265 0.379 0.421 0.391 0.340 0.306 0.257  (%) 0.1058 0.176 0.252 0.360 0.400 0.372 0.324 0.291 0.245 Từ kết đo theo bảng 4.4 ta tiến hành xây dựng đường đặc tính quan hệ − cho trường hợp lý thuyết mô đo thực nghiệm để đánh giá đặc tính làm việc tua bin hình 4.7 Theo kết thực nghiệm ta thấy hiệu suất lớn tua bin đạt giá trị  = 0.40 ứng với giá trị hệ số vận tốc  = 2.40 0.45 Mau 4: l/t=0.32 (Z=10) Mau 4_TN: l/t=0.32 (Z=10) 0.35 Hiệu suất  Hiệu suất tua bin 0.25 0.15 0.05 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 Hệ số vận tốc  3.00 3.50 Hình 4.7 Đường đặc tính thực nghiệm đường đặc tính lý thuyết mơ cho trường hợp l/t = 0.32 (Z = 10 cánh) 4.3.5 Mẫu 5: l/t = 0.38 (Z = 12 cánh) Với mẫu bánh cơng tác thực nghiệm có l/t = 0.38 (Z = 12 cánh), kết đo đạc thực nghiệm trình bày bảng 4.5 hình 4.8 Bảng 4.5 Các thông số đo thực nghiệm cho mẫu bánh công tác với l/t = 0.38 (Z = 12 cánh) Vận tốc dòng chảy V(m/s) 1.2 1.5 2.2 2.5 2.7 3.2 3.5 Hệ số vận tốc  = R/V 0.96 1.22 1.51 1.93 2.34 2.63 2.82 2.92 3.14 Vận tốc góc w (Rad/s) 2.30 3.65 6.04 8.51 11.72 14.18 16.92 18.68 22.01 Số vòng quay n (v/ph) 22.0 34.9 57.7 81.3 112 135.5 161.7 178.5 210 Mô men TB (N.m) 44.31 90.87 185.79 250.82 276.94 256.28 256.37 253.62 205.66 Công suất trục P (W) 101.86 331.58 1122.81 2134.94 3246.47 3635.21 4338.32 4738.60 4525.68 Điện áp U (V) 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 224.00 Cường độ dòng điện I (A) 0.53 1.72 5.84 11.10 16.88 18.90 22.55 24.63 23.53 Hệ số công suất CP 0.116 0.193 0.275 0.393 0.407 0.362 0.315 0.284 0.207  (%) 0.11 0.183 0.262 0.374 0.387 0.344 0.299 0.270 0.197 Hiệu suất tua bin 20 0.45 Mau 5: l/t=0.38 (Z=12) Mau 5_TN: l/t=0.38 (Z=12) 0.35 0.25 0.15 0.05 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 Hệ số vận tốc  3.00 3.50 Hình 4.8 Đường đặc tính thực nghiệm đường đặc tính lý thuyết mô cho trường hợp l/t = 0.38 (Z = 12 cánh) Mau 1_TN: l/t=0.13 (Z=4) Mau 2_TN: l/t=0.19 (Z=6) Mau 3_TN: l/t=0.25 (Z=8) Mau 4_TN: l/t=0.32 (Z=10) Mau 5_TN: l/t=0.38 (Z=12) 0.35 Hiệu suất  0.45 Hiệu suất  Từ kết đo theo bảng 4.5 ta tiến hành xây dựng đường đặc tính quan hệ - cho trường hợp lý thuyết mô đo thực nghiệm hình 4.8 Theo kết thực nghiệm ta thấy hiệu suất lớn tua bin đạt giá trị  = 0.387 ứng với giá trị tỷ số vận tốc  = 2.34 Từ kết đo đạc thực nghiệm, ta tiến hành tổng hợp trường hợp đo thực nghiệm lại đồ thị quan hệ  = f1(), ta thu đồ thị tổng hợp hình 4.9 0.25 0.15 0.05 0.50 1.00 1.50 2.00 Hệ số vận tốc  2.50 3.00 3.50 Hình 4.9 Đường quan hệ  -  cho trường hợp nghiên cứu thực nghiệm Từ hình 4.9, vào các kết đo đạc thực nghiệm ta thấy trường hợp mẫu bánh cơng tác có l/t = 0.32 (Z = 10 cánh); H/D = trường hợp mẫu cánh có đặc tính lượng tốt nhất, hiệu suất làm việc cao so với mẫu cánh lại điều kiện vận tốc dòng chảy Giá trị hiệu suất lớn tua bin  = 0.40 Tóm lại: Sau phân tích kết thu thực nghiệm, ta nhận thấy kết thu mô lý thuyết giống kết thu thực nghiệm, tức mẫu bánh công tác có l/t = 0.32 (Z = 10 cánh) H/D = mẫu cánh có hiệu suất làm việc cao so với mẫu cánh lại nghiên cứu dải điều kiện vận tốc dòng chảy V = 1.2 – 3.5 m/s Tuy nhiên kết tính tốn mơ lý thuyết kết đạt từ thực nghiệm có sai khác, lý giải cho sai khác điều kiện thực nghiệm, độ xác kết đo đạc thông số kỹ thuật phụ thuộc vào nhiều yếu tố: sai số trình chế tạo sản phẩm, sai số thiết đo, sai số trình độ vận 21 hành, xử lý số liệu cán đo…, nhiên, sai khác khơng nhiều (