I. Tổng quan về máy thủy lực thuận nghịch bơm tuabin
Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về máy bơm tuabin thuận nghịch, bao gồm lịch sử phát triển, các loại bơm phù hợp cho vận hành tuabin, và cấu tạo của bơm-tuabin loại ly tâm–tâm trục. Nghiên cứu cũng đề cập đến tình hình nghiên cứu bơm tuabin trên thế giới, tập trung vào các vấn đề như lựa chọn vùng làm việc, dự báo đặc tính năng lượng, và ảnh hưởng của thông số hình học bánh công tác đến hiệu suất. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu và thiết kế bơm tuabin còn hạn chế, đặc biệt là trong việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến.
1.1. Lịch sử phát triển của bơm tuabin
Bơm tuabin đã được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy thủy điện tích năng từ những năm 1930. Sự phát triển của công nghệ này gắn liền với nhu cầu điều chỉnh cân bằng năng lượng giữa các thời điểm cao điểm và thấp điểm. Các nghiên cứu ban đầu tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất máy bơm và tuabin NS thấp, đặc biệt là trong các hệ thống có cột nước cao.
1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Bơm tuabin thuận nghịch có cấu tạo gồm bánh công tác, buồng xoắn, và các bộ phận dẫn dòng. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc chuyển đổi giữa chế độ bơm và tuabin, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng năng lượng. Thông số hình học của bánh công tác đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định hiệu suất năng lượng của máy.
II. Phân tích cơ sở lý thuyết thiết kế bánh công tác
Chương này tập trung vào việc phân tích cơ sở lý thuyết để thiết kế bánh công tác thuận nghịch. Nghiên cứu đề cập đến các phương pháp tính toán cột nước lý thuyết, tổn thất thủy lực, và hiệu suất toàn tổ máy. Đồng thời, nghiên cứu cũng đề xuất phương pháp thiết kế bánh công tác dựa trên các thông số hình học và biên dạng cánh, nhằm tối ưu hóa hiệu suất máy bơm và tuabin NS thấp.
2.1. Tính toán cột nước lý thuyết
Cột nước lý thuyết được tính toán dựa trên các thông số hình học của bánh công tác và đặc tính dòng chảy. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc tối ưu hóa thông số hình học có thể giảm thiểu tổn thất và nâng cao hiệu suất năng lượng của máy.
2.2. Thiết kế biên dạng cánh
Biên dạng cánh của bánh công tác được thiết kế dựa trên các phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm. Nghiên cứu đề xuất ba phương án biên dạng cánh khác nhau, với mục tiêu tối ưu hóa hiệu suất máy bơm và tuabin NS thấp trong cả hai chế độ hoạt động.
III. Nghiên cứu đặc tính dòng chảy bằng mô phỏng 3D
Chương này trình bày kết quả nghiên cứu đặc tính dòng chảy trong máy bơm tuabin bằng phương pháp mô phỏng 3D. Nghiên cứu tập trung vào việc phân bố vận tốc, áp suất, và tổn thất trong các chế độ bơm và tuabin. Kết quả cho thấy việc tối ưu hóa thông số hình học và biên dạng cánh có thể cải thiện đáng kể hiệu suất năng lượng của máy.
3.1. Phân bố vận tốc và áp suất
Nghiên cứu sử dụng mô phỏng 3D để phân tích phân bố vận tốc và áp suất trong bánh công tác. Kết quả cho thấy sự phân bố không đồng đều của vận tốc và áp suất có thể dẫn đến tổn thất năng lượng đáng kể. Việc tối ưu hóa thông số hình học giúp giảm thiểu các tổn thất này.
3.2. Đánh giá tổn thất
Nghiên cứu đánh giá các tổn thất thủy lực trong máy bơm tuabin dựa trên kết quả mô phỏng. Các tổn thất chính bao gồm tổn thất ma sát, tổn thất do dòng xoáy, và tổn thất do va đập đầu cánh. Việc tối ưu hóa thông số hình học và biên dạng cánh giúp giảm thiểu các tổn thất này.
IV. Nghiên cứu thực nghiệm mô hình bơm tuabin
Chương này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình bơm tuabin thuận nghịch. Nghiên cứu tập trung vào việc đánh giá hiệu suất máy bơm và tuabin NS thấp trong các điều kiện vận hành khác nhau. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự tương đồng với các kết quả mô phỏng, khẳng định tính chính xác của phương pháp nghiên cứu.
4.1. Đánh giá hiệu suất
Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hiệu suất máy bơm và tuabin NS thấp dựa trên các đường cong năng lượng. Kết quả cho thấy việc tối ưu hóa thông số hình học và biên dạng cánh giúp nâng cao hiệu suất năng lượng của máy.
4.2. So sánh với mô phỏng
Kết quả thực nghiệm được so sánh với các kết quả mô phỏng, cho thấy sự tương đồng cao. Điều này khẳng định tính chính xác của phương pháp mô phỏng và thiết kế bánh công tác dựa trên thông số hình học.
