Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình học bánh công tác đến hiệu suất làm việc của máy bơm tuabin

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Thủy Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Thông Số Hình Học Bánh Công Tác Đến Hiệu Suất Máy Bơm Tuabin
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY THỦY LỰC THUẬN NGHỊCH BƠM– TUABIN
• 1.1. Giới thiệu chung về bơm–tuabin
• 1.2. Lịch sử phát triển của bơm–tuabin trong thủy điện tích năng
• 1.3. Các loại bơm phù hợp cho vận hành tuabin – phạm vi ứng dụng
• 1.4. Cấu tạo bơm - tuabin loại ly tâm – tâm trục
• 1.5. Tình hình nghiên cứu PaT trên thế giới
• 1.6. Vấn đề 1: Lựa chọn vùng làm việc của bơm và tuabin - tỷ số cột áp và lưu lượng tại điểm hiệu suất lớn nhất
• 1.7. Vấn đề 2: Dự báo đặc tính năng lượng của bơm–tuabin khi hoạt động ở chế độ bơm và tuabin
• 1.8. Vấn đề 3: Lý thuyết trong thiết kế bánh công tác cho máy thuận nghịch PaT
• 1.9. Vấn đề 4: Ảnh hưởng của một số thông số hình học bánh công tác đến đặc tính vận hành của bơm và tuabin
• 1.10. Tình hình nghiên cứu, thiết kế và sử dụng PaT ở Việt Nam
• 1.11. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ BÁNH CÔNG TÁC THUẬN NGHỊCH BƠM-TUABIN
• 2.1. Cơ sở lý thuyết để dự báo đặc tính của bơm - tuabin khi vận hành trong chế độ của bơm và tuabin
• 2.1.1. Tính toán cột nước lý thuyết- Hth
• 2.1.1.1. Cột nước lý thuyết của bánh công tác trong chế độ bơm
• 2.1.1.2. Cột nước lý thuyết của bánh công tác trong chế độ tuabin
• 2.1.2. Tính toán các thành phần tổn thất- hloss
• 2.1.2.1. Cột nước tổn thất thủy lực trong bánh công tác của chế độ bơm
• 2.1.2.2. Xác định tổn thất qua bánh công tác trong chế độ tuabin
• 2.1.2.3. Cột nước tổn thất thủy lực trong các bộ phận dẫn dòng
• 2.1.2.4. Hiệu suất toàn tổ máy
• 2.2. Cơ sở lý thuyết trong thiết kế bánh công tác thuận nghịch bơm-tuabin
• 2.2.1. Cơ sở lý thuyết thiết kế bơm ly tâm và tuabin tâm trục
• 2.2.2. Đề xuất phương pháp thiết kế và mẫu biên dạng cánh bánh công tác thuận nghịch bơm tuabin trong nghiên cứu
• 2.2.2.1. Phương pháp thiết kế
• 2.2.2.2. Đề xuất mẫu biên dạng cánh trong nghiên cứu
• 2.2.2.3. Quy trình thiết kế bánh công tác thuận nghịch bơm tuabin
• 2.3. Thiết kế mặt cắt kinh tuyến - Phân tích ảnh hưởng của một số thông số hình học chính đến chất lượng thủy lực của vận hành chế độ bơm và tuabin
• 2.3.1. Xác định các thông số đầu vào
• 2.3.2. Mục tiêu và các giả thiết thiết kế
• 2.3.3. Ảnh hưởng của đường kính D1, D2
• 2.3.4. Ảnh hưởng góc tới δ và góc đặt cánh β1B
• 2.3.5. Ảnh hưởng của góc đặt cánh β2B
• 2.3.6. Ảnh hưởng của số cánh Z
• 2.3.7. Đánh giá chung kết quả khảo sát một số thông số mặt cắt cửa vào, cửa ra và mặt cắt kinh tuyến
• 2.4. Thiết kế biên dạng cánh - Phân tích ảnh hưởng của biên dạng cánh đến hiệu suất của PaT
• 2.4.1. Lựa chọn bộ thông số đầu vào của mặt cắt kinh tuyến
• 2.4.2. Thiết kế ba phương án biên dạng cánh
• 2.4.3. Đánh giá chất lượng thủy lực của 3 mẫu cánh bằng mô phỏng số
• 2.4.3.1. Thiết lập bài toán mô phỏng 2D
• 2.4.3.2. Kết quả đánh giá 3 mẫu cánh
• 2.4.3.3. So sánh mô hình cánh thiết kế với mẫu cánh thông thường
• 2.4.3.4. Đánh giá chất lượng xâm thực của mẫu cánh thiết kế và đề xuất hiệu chỉnh biên dạng cánh
• 2.5. Cơ sở lý thuyết trong thiết kế các bộ phận dẫn dòng
• 2.5.1. Lý thuyết thiết kế buồng xoắn trong mô hình bơm và tuabin
• 2.5.2. Tính toán thiết kế cột trụ và cánh hướng
• 2.5.3. Thiết kế ống hút (ống xả)
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH DÒNG CHẢY TRONG TỔ MÁY BƠM –TUABIN BẰNG MÔ PHỎNG 3D
• 3.1. Thiết lập bài toán mô phỏng 3D ở chế độ dừng
• 3.1.1. Lựa chọn mô hình rối và mô hình quay
• 3.1.2. Các điều kiện biên
• 3.1.3. Các kết quả trong chế độ bơm
• 3.1.4. Kết quả trong chế độ tuabin
• 3.1.5. Đánh giá phân bố tổn thất trong chế độ bơm và tuabin
• 3.1.6. Đánh giá ảnh hưởng của cột trụ đến hiệu suất của máy PaT
• 3.2. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM MÔ HÌNH BƠM – TUABIN THUẬN NGHỊCH
• 4.1. Giới thiệu về hệ thống thử nghiệm của Công ty CP chế tạo bơm Hải Dương
• 4.2. Các thông số hình học của tổ máy thí nghiệm
• 4.3. Thiết lập sơ đồ và phương án thí nghiệm chế độ bơm
• 4.3.1. Sơ đồ và các thành phần thí nghiệm
• 4.3.2. Quy trình thử nghiệm
• 4.3.3. Kết quả và thảo luận các kết quả trong vận hành bơm
• 4.3.3.1. Đánh giá các đường cong năng lượng
• 4.3.3.2. So sánh với các nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng
• 4.4. Thiết lập sơ đồ và phương án thí nghiệm tuabin
• 4.4.1. Quy trình thử nghiệm
• 4.4.2. Kết quả và thảo luận trong vận hành chế độ tuabin
• 4.4.2.1. Đánh giá các đường cong năng lượng
• 4.4.2.2. So sánh với các tính toán lý thuyết
• 4.5. Đánh giá ảnh hưởng của độ mở cánh hướng đến vận hành bơm và tuabin
• 4.5.1. Đánh giá vùng làm việc của bơm và tuabin
• 4.5.2. Đánh giá tỷ lệ về cột nước và lưu lượng tại điểm BEP
• 4.6. Xác định và đánh giá sai số đo
• 4.6.1. Công thức tính toán sai số
• 4.6.2. Tính toán và đánh giá sai số của nghiên cứu
• 4.7. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về ảnh hưởng của bánh công tác đến hiệu suất máy bơm tuabin

Bánh công tác là bộ phận quan trọng trong máy bơm tuabin, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động của thiết bị. Nghiên cứu về bánh công tác giúp hiểu rõ hơn về cách mà các thông số hình học tác động đến hiệu suất máy bơm. Việc tối ưu hóa thiết kế bánh công tác không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình vận hành. Các nghiên cứu hiện tại đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh các thông số hình học như đường kính, góc cánh và số lượng cánh có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của máy bơm tuabin.

1.1. Giới thiệu về máy bơm tuabin và bánh công tác

Máy bơm tuabin (PaT) là thiết bị thủy lực có khả năng hoạt động như bơm và tuabin. Bánh công tác là phần chính quyết định hiệu suất của máy. Nghiên cứu này sẽ phân tích các thông số hình học của bánh công tác và ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất máy.

1.2. Tầm quan trọng của hiệu suất máy bơm tuabin

Hiệu suất của máy bơm tuabin ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế của các trạm thủy điện. Việc nâng cao hiệu suất không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm chi phí vận hành. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu suất trung bình của máy bơm tuabin có thể đạt tới 91%.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu bánh công tác

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về bánh công tác, vẫn còn nhiều thách thức trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tiễn. Các vấn đề như thiếu dữ liệu thực nghiệm và sự phức tạp trong thiết kế vẫn là rào cản lớn. Việc dự báo chính xác hiệu suất của máy bơm tuabin trong cả hai chế độ bơm và tuabin là một thách thức lớn. Nghiên cứu này sẽ chỉ ra những vấn đề chính và cách giải quyết chúng.

2.1. Thiếu dữ liệu thực nghiệm trong thiết kế

Nhiều nghiên cứu hiện tại chủ yếu dựa vào mô phỏng số mà thiếu sự kiểm chứng thực nghiệm. Điều này dẫn đến việc khó khăn trong việc áp dụng lý thuyết vào thực tế. Cần có các nghiên cứu thực nghiệm để xác minh các kết quả lý thuyết.

2.2. Sự phức tạp trong thiết kế bánh công tác

Thiết kế bánh công tác yêu cầu sự cân nhắc kỹ lưỡng về nhiều yếu tố như hình dạng, kích thước và vật liệu. Sự phức tạp này làm cho việc tối ưu hóa thiết kế trở nên khó khăn. Cần có các phương pháp thiết kế mới để giải quyết vấn đề này.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hình học

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm để phân tích ảnh hưởng của các thông số hình học đến hiệu suất máy bơm tuabin. Các thông số như đường kính, góc cánh và số lượng cánh sẽ được xem xét kỹ lưỡng. Phương pháp này giúp đưa ra các giải pháp thiết kế tối ưu cho bánh công tác.

3.1. Mô phỏng số trong nghiên cứu

Mô phỏng số là công cụ quan trọng trong việc dự đoán hiệu suất của máy bơm tuabin. Phương pháp này cho phép phân tích chi tiết dòng chảy và tổn thất năng lượng trong bánh công tác. Kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với dữ liệu thực nghiệm để xác minh tính chính xác.

3.2. Thực nghiệm và kiểm chứng

Thực nghiệm sẽ được thực hiện trên mô hình máy bơm tuabin để kiểm chứng các kết quả từ mô phỏng. Các thông số hình học sẽ được điều chỉnh và đánh giá để tìm ra thiết kế tối ưu nhất cho hiệu suất cao nhất.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu sẽ được áp dụng vào thiết kế và chế tạo máy bơm tuabin tại Việt Nam. Các thông số hình học tối ưu sẽ được sử dụng để cải thiện hiệu suất của các trạm thủy điện tích năng. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại lợi ích thực tiễn cho ngành công nghiệp thủy điện.

4.1. Ứng dụng trong thiết kế máy bơm tuabin

Các thông số hình học tối ưu sẽ được áp dụng vào thiết kế máy bơm tuabin mới. Điều này giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình vận hành.

4.2. Kết quả thực nghiệm và đánh giá

Kết quả thực nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về hiệu suất của máy bơm tuabin khi áp dụng các thông số hình học tối ưu. Các đường cong năng lượng sẽ được phân tích để đánh giá hiệu quả của thiết kế mới.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của thông số hình học bánh công tác đến hiệu suất máy bơm tuabin đã chỉ ra nhiều kết quả khả quan. Việc tối ưu hóa thiết kế bánh công tác không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu tổn thất năng lượng. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn trong ngành thủy điện.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh các thông số hình học có thể cải thiện hiệu suất máy bơm tuabin lên đến 91%. Các kết quả này sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo.

5.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu sẽ tiếp tục mở rộng để khám phá thêm các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất máy bơm tuabin. Các công nghệ mới sẽ được áp dụng để nâng cao hiệu quả và tính bền vững của các trạm thủy điện.