Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số hình học của bánh công tác đến đặc tính làm việc của máy thuận nghịch bơm Tubin Ns thấp266

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘINGUYỄN THỊ NHỚ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH CÔNG TÁC ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY THUẬN NGHỊCH BƠM –

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ NHỚ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH CÔNG TÁC ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY THUẬN NGHỊCH BƠM – TUABIN nS THẤP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THỊ NHỚ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA BÁNH CÔNG TÁC ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA MÁY THUẬN NGHỊCH BƠM – TUABIN nS THẤP

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 PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH

2 TS VŨ VĂN TRƯỜNG

Hà Nội – 2019

LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và chưa được ai công bố trên bất kỳ tài liệu nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Hà nội, ngày …….tháng năm 2019

Tập thể hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Nhớ

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến các cấp lãnh đạo của Trường Đại h c Thọ ủy

Tác giả xin chân thành cảm ơn đến tập thể lãnh đạo, anh em nhân viên kỹ thuật,

công nhân c a Công ty CP ch tủ ế ạo bơm Hải Dương đã giúp đỡ ậ t n tình trong quá trình thực hi n luệ ận án và có nhi u góp ý, h ề ỗtrợ ất quý báu về thi t k , ch t r ế ế ế ạo cũng như thử nghiệm các máy mẫu trong luận án

Cuối cùng tác giả xin gửi l i cờ ảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, người thân

đã luôn là ch dỗ ựa vững chắc c vả ề vật chất và tinh thần trong su t quá trình nghiên ố

c u n khi hoàn thành bứ đế ản luận án này

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Nhớ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 13

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TH Y LỦ ỰC THUẬN NGHỊCH BƠM– TUABIN 18

1.1 Gi i thi u chung vớ ệ ề bơm–tuabin 18

1.1.1 Lịch s phát tri n cử ể ủa bơm–tuabin trong thủy điện tích năng 18

1.1.2 Các lo ại bơm phù hợp cho v n hành tuabin ậ –phạm vi ng dứ ụng 21

1.1.3 Cấu tạo bơm - tuabin loại ly tâm tâm tr– ục 21

1.2 Tình hình nghiên c u PaT trên th ứ ế giớ 23i 1.2.1 Vấn đề 1: L a ch n vùng làm vi c cự ọ ệ ủa bơm và tuabin - t s cỷ ố ột áp và lưu lượng tại điểm hi u suệ ất l n nhớ ất 23

1.2.2 Vấn đề 2: D ự báo đặc tính năng lượng của bơm–tuabin khi hoạt động chế ở độ bơm và tuabin 25

1.2.3 Vấn đề 3: Lý thuy t trong thi t kế ế ế bánh công tác cho máy thuận nghịch PaT 26

1.2.4 Vấn đề 4: Ảnh hưởng c a m t s thông s hình hủ ộ ố ố ọc bánh công tác đến đặc tính vận hành của bơm và tuabin 28

1.3 Tình hình nghiên c u, thi t kứ ế ế và s d ng PaT ử ụ ở Vi ệt Nam 30

1.4 Kết luận chương 1 31

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ BÁNH CÔNG TÁC THU N NGHẬ ỊCH BƠM-TUABIN 34

2.1 Cơ sở lý thuyết để dự báo đặc tính của bơm - tuabin khi vận hành trong ch ế độ ủ bơm và c a tuabin 34

2.1.1 Tính toán cột nước lý thuy t- ế Hth 34

2.1.1.1 Cột nước lý thuy t c a bánh công tác trong ch ế ủ ế độ bơm 37

2.1.1.2 Cột nước lý thuy t c a bánh công tác trong ch tuabin ế ủ ế độ 37

2.1.2 Tính toán các thành phần t n thổ ất- hloss 39

2.1.2.1 Cột nước t n thổ ất th y lủ ực trong bánh công tác c a ch ủ ế độ bơm 40

2.1.2.2 Xác định t n thổ ất qua bánh công tác trong ch tuabinế độ 44

2.1.3 Cột nướ ổc t n thất th y l c trong các b ủ ự ộphận d n dòng ẫ 45

2.1.4 Hi u suệ ất toàn t máy ổ 48

2.2 Cơ sở lý thuy t trong thi t kế ế ế bánh công tác thu n nghậ ịch bơm-tuabin 49

2.2.1 Cơ sở lý thuy t thi t kế ế ế bơm ly tâm và tuabin tâm trục 49

2.2.2 Đề xuất phương pháp thiết kế và mẫu biên dạng cánh bánh công tác thuận nghịch bơm tuabin trong nghiên cứu 49

2.2.2.1 Phương pháp thiết kế 49

2.2.2.2 Đề xu t m u biên dấ ẫ ạng cánh trong nghiên c uứ 51

2.2.2.3 Quy trình thi t kế ế bánh công tác thuận nghịch bơm tuabin 53

2.3 Thi t kế ế m t c t kinh tuyặ ắ ến - Phân tích ảnh hưởng c a m t s thông s hình ủ ộ ố ố học chính đến chất lượng th y l c củ ự ủa v n hành ch ậ ế độ bơm và tuabin 55

2.3.1 Xác định các thông s ố đầu vào 55

2.3.2 Mục tiêu và các giả thi t thi t kế ế ế 55

2.3.3 Ảnh hưởng của đường kính D1, D2 56

2.3.4 Ảnh hưởng góc tới và góc đặt cánh β1B 57

2.3.5 Ảnh hưởng của góc đặt cánh β2B 59

2.3.6 Ảnh hưởng của s cánh ố Z 60

2.3.7 Đánh giá chung kết quả khảo sát m t s thông s mộ ố ố ặt cắt c a vào, c a ra và ử ử mặt c t kinh tuyắ ến 61

2.4 Thi t kế ế biên dạng cánh - Phân tích ảnh hưởng của biên dạng cánh đến hiệu suấ ủt c a PaT 62

2.4.1 Lựa chọn bộ thông s ố đầu vào c a mủ ặt cắt kinh tuy n ế 62

2.4.2 Thi t k ế ế ba phương án biên dạng cánh 63

2.4.3 Đánh giá chất lượng th y lủ ực của 3 mẫu cánh b ng mô ph ng s ằ ỏ ố 64

2.4.3.1 Thi t l p bài toán mô ph ng 2D ế ậ ỏ 64

2.4.3.2 K t qu ế ả đánh giá 3 mẫu cánh 67

2.4.3.3 So sánh mô hình cánh thi t kế ế ớ v i mẫu cánh thông thường 70

2.4.4 Đánh giá chất lượng xâm thực của mẫu cánh thi t kế ế và đề xuất hi u chệ ỉnh biên dạng cánh 71

2.5 Cơ sở lý thuy t trong thi t kế ế ế các bộ ph n d n dòng ậ ẫ 73

2.5.1 Lý thuy t thi t kế ế ế buồng xoắn trong mô hình bơm và tuabin 73

2.5.2 Tính toán thiết kế cột tr và cánh hướng 73ụ 2.5.3 Thiết kế ống hút (ống xả) 74

2.6 Kết luận chương 2 75

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH DÒNG CHẢY TRONG TỔ MÁY BƠM –TUABIN B NG MÔ PH NG 3D Ằ Ỏ 76

3.1 Thi t lế ập bài toán mô ph ng 3D ỏ ở chế độ ừ d ng 76

3.2 Chia lưới 76

3.3 Các điều ki n biênệ 77

3.4 Các k t quế ả trong ch ế độ bơm 78

3.5 Kết qu trong ch ả ế độ tuabin 83

3.6 Đánh giá phân bố ổ t n thất trong ch ế độ bơm và tuabin 86

3.7 Đánh giá ảnh hưởng c a c t trủ ộ ụ đến hi u su t c a máy PaT ệ ấ ủ 88

3.8 Kết luận chương 3 89

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU TH C NGHIỰ ỆM MÔ HÌNH BƠM – TUABIN THU N NGHẬ ỊCH 91

4.1 Gi i thi u vớ ệ ề hệ thống th nghi m cử ệ ủa Công ty CP ch tế ạo bơm Hải Dương 91

4.2 Các thông s hình h c c a t máy thí nghi mố ọ ủ ổ ệ 92

4.3 Thi t lế ập sơ đồ và phương án thí nghiệm ch ế độ bơm 93

4.3.1 Sơ đồ và các thành ph n thí nghi mầ ệ 93

4.3.2 Quy trình th nghi m ử ệ 95

4.3.3 Kết quả và thảo lu n các kậ ết qu trong vận hành bơm 97ả 4.4 Thi t lế ập sơ đồ và phương án thí nghiệm tuabin 99

4.4.1 Sơ đồ thí nghi m ệ 99

4.4.2 Quy trình th nghi m ử ệ 101

4.4.3 Kết quả và thảo lu n trong vậ ận hành ch tuabin ế độ 102

4.4.3.1 Đánh giá các đường cong năng lượng 102

4.4.3.2 So sánh v i các tính toán lý thuyớ ết 104

4.5 Đánh giá ảnh hưởng của độ m ở cánh hướng đến vận hành bơm và tuabin 105

4.5.1 Đánh giá vùng làm việc của bơm và tuabin 107

4.5.2 Đánh giá tỷ l vệ ề ột nước và lưu lượ c ng tại điểm BEP 110

4.6 Xác định và đánh giá sai số đo 111

4.6.1 Công th c tính toán sai sứ ố 111

4.6.2 Tính toán và đánh giá sai số ủ c a nghiên c uứ 113

4.7 Kết luận chương 4 115

K T LU N VÀ KIẾ Ậ ẾN NGH Ị 116

TÀI LI U THAM KHỆ ẢO 119

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Th ng kê m t s m thố ộ ố trạ ủy điện tích năng lớn trên thế ớ ử gi i s dụng máy

bơm –tuabin thu n nghậ ịch 21

B ng 1.2 Tả ổng h p các k t quợ ế ả nghiên cứu để ự đoán điể d m làm vi c cệ ủa PaT 24

B ng 1.3 Bả ảng t ng hổ ợp đánh giá các kết qu nghiên c u ả ứ 25

B ng 1.4 Danh mả ục các d án Thự ủy điện tích năng giai đo n 2011-2030 31ạ B ng 2.1 B ng t ng các thành ph n t n th t trong h ả ả ổ ầ ổ ấ ệthống PaT 40

Bảng 2.2 Bảng tóm tắt quá trình khảo sát ảnh hưởng của Z đến đặc tính năng lượng của PaT trong ch ế độ bơm 51

B ng 2.3 Các thông s hình hả ố ọc chính c a bánh công tác ủ thuận nghịch PaT 61

Bảng 2.4 Đánh giá sự ệ hi u chỉnh các thông s hình hố ọc trong máy thuận nghịch bơm -tuabin so với bơm và tuabin độ ậc l p 61

B ng 2.5 Các thông s hình h c chính cả ố ọ ủa BCT 63

Bảng 2.6 Các thông s hình hố ọc của BCT sau khi đã hiệu chỉnh sang cánh không gian 72

B ng 3.1 Các thông s ả ố lưới 77

Bảng 3.2 Đánh giá ảnh hưởng c a c t trủ ộ ụ n t n thđế ổ ất c a t máy ủ ổ 89

B ng 4.1 Các thông s ả ố năng lượng c a t máy thi t kủ ổ ế ế 92

B ng 4.2 Các thông s hình h c cả ố ọ ủa BCT 92

B ng 4.3 Các thành ph n thi t bả ầ ế ị ph c vụ thí nghi mụ ệ 94

B ng 4.4 Chênh l ch tính toán gi a lý thuyả ệ ữ ết và thực nghi m chệ ế độ bơm 99

B ng 4.5 Các thành ph n thi t bả ầ ế ị ph c vụ thí nghi m tuabin ụ ệ 101

Bảng 4.6 Chênh l ch tính toán gi a lý thuy t và thệ ữ ế ực nghi m trong ch ệ ế độ tuabin 104

Bảng 4.7 Thống kê các k t quế ả của bơm và tuabin tại điểm BEP của ba phương án độ m ở cánh hướng 105

B ng 4.8 Dung sai các thông s ả ốkhảo nghiệm máy bơm 113

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Các lo ại máy dùng cho nhà máy thủy điện tích năng 18

Hình 1.2 Sự phát tri n cể ủa máy bơm – tuabin m t c p 20ộ ấ Hình 1.3 Mặt c t ắ ngang mô hình bơm – tuabin d ng ly tâm ạ –francis 22

Hình 1.4 So sánh đường kính D2 và s cánh ố Z giữa bơm và tuabin 22

Hình 1.5 Tiêu chu n chẩ ọn điểm tính toán trong mô hình PaT 24

Hình 1.6 Thu t toán thi t k cánh bánh công tác ậ ế ế 27

Hình 1.7 Mặt Pareto cho các kết qu tả ối ưu 27

Hình 1.8 Phân bố áp lực 27

Hình 1.9 Đường cong ph t i cân bụ ả ằng do thuỷ điện tích năng 30

Hình 2.1 Chú gi i m t s ký hiả ộ ố ệu và quy ước v trí trong lu n án ị ậ 34

Hình 2.2 nh hẢ ưởng c a yủ ếu t ố trượt 35

Hình 2.3 Tam giác tốc độ ạ t i m t c t c a vào và ra cặ ắ ử ủa bánh công tác bơm 37

Hình 2.4 Xác định góc dòng chảy α2, ứng dụng cho PaT có cánh hướng 38

Hình 2.5 Các kh i vùng tính toán t n thố ố ất trong PaT 39

Hình 2.6 Tách thành do va đ ập đầu cánh 43

Hình 2.7 Tổn thất phân tán do ảnh hưởng của độ loe hoặc côn c a cánh ủ 43

Hình 2.8 Cân b ng công suả ất c a hủ ệ thống PaT 48

Hình 2.9 Mô hình lý thuy t trong thi t kế ế ế bánh công tác thu n ngh ch PaT ậ ị 50

Hình 2.10 Đặc tính biên d ng cánh ạ bơm-tuabin thu n nghậ ịch 51

Hình 2.11 D ng hình hạ ọc của đường nhân prophin cánh 52

Hình 2.12 Quy trình thi t k BCT thuế ế ận nghịch PaT 54

Hình 2.13 Ảnh hưởng của D2 đến đến hi u suệ ất, công suất và cột nước c a chủ ế độ bơm và tuabin tại điểm thi t k ế ế 56

Hình 2.14 Ảnh hưởng c a củ ủa D2 trong v n hành chậ ế độ bơm và tuabin 57

Hình 2.15 Ảnh hưởng của 1B n hi u suđế ệ ất, công suất và cột nước của ch ế độ bơm và tuabin tại điểm thi t kế 58ế Hình 2.16 Ảnh hưởng c a củ ủa 1B trong vận hành ch ế độ bơm và tuabin 58

Hình 2.17 Ảnh hưởng của 2B n hi u suđế ệ ất, công suất và cột nước của ch ế độ bơm

và tuabin tại điểm thi t kế 59ế Hình 2.18 Ảnh hưởng của s cánh ố Z đến hi u suệ ất, công suất và cột nước c a ch ủ ế độ

bơm và tuabin tại điểm thi t k ế ế 60

Hình 2.19 Các quy luật phân bố ủ c a góc t cánh đặ 63

Hình 2.20 So sánh ba m u biên d ng cánh kh o sát ẫ ạ ả 64

Hình 2.21 Hình học và các điều ki n biên ệ 66

Hình 2.22 Phân b ố trường dòng c a 3 m u cánh ủ ẫ 67

Hình 2.23 Phân b ố động năng rố ủi c a 3 m u cánh ẫ 68

Hình 2.24 So sánh hi u suệ ất c a 3 mủ ẫu cánh 69

Hình 2.25 So sánh đặc tính thủy l c c a mự ủ ẫu cánh cong đối x ng và cánh thông ứ thường 70

Hình 2.26 Phân b t l ố ỷ ệ pha trong mô hình bơm theo thời gian 71

Hình 2.27 Điều chỉnh biên d ng mép vào c a cánh BCT ạ ủ 71

Hình 2.28 K t quế ả mô phỏng 3D c a mô hình bủ ơm sau khi đã điều chỉnh hình học 71

Hình 2.29 Thông s hình hố ọc chính của bánh xe công tác bơm – tuabin thuận nghịch 72

Hình 3.1 Toàn b ộkhối hình h c cọ ủa hệ thống PaT 76

Hình 3.2 Lưới tính toán t i m t s vùng tiêu bi u ạ ộ ố ể 77

Hình 3.3 Điều ki n biên cho mô ph ng PaTệ ỏ 78

Hình 3.4 Sự phân bố đường dòng trong vùng bánh công tác và cánh hướng Sự phân bố vận t c t i m t máng dố ạ ộ ẫn c a vùng bánh công tác ủ 78

Hình 3.5 S phân b vự ố ận t c t i các m t cố ạ ặ ắt d c theo b r ng cánh trong vùng bánh ọ ề ộ công tác 79

Hình 3.6 S phân bự ố áp suấ ọt d c theo biên dạng cánh tại các m t c t dặ ắ ọc theo b rề ộng cánh trong vùng bánh công tác 79

Hình 3.7 Sự phân bố áp suấ ạt t i mặt cắt 50% b r ng cánh cho vùng bánh công tác và ề ộ cánh hướng Ps là áp suất tĩnh 80

Hình 3.8 Phân b các thành vố ận tốc w và cm d c theo máng cánh t i vọ ạ ị trí lát c t trung ắ bình 50% tại điểm thi t kế ế 81

Hình 3.9 Trường dòng chảy qua khu vực cánh hướng và c t trộ ụ 81

Hình 3.10 S ự phân đường dòng và áp suất trong toàn h ệ thống PaT ởchế độ bơm 81

Hình 3.11 Đặc tính năng lượng của PaT ởchế độ bơm 82

Hình 3.12 Phân b áp suố ất dọc theo lá cánh và trong h ệ thống tuabin 83

Hình 3.13 Phân b ố đường dòng trong h ệthống tuabin 83

Hình 3.14 Phân b ố đường dòng và vận t c trong máng cánh BCT và cánh van tuabinố 84

Hình 3.15 Phân b chi tiố ết véctơ vận t c tố ại l i ra c a ch tuabin ố ủ ế độ 84

Hình 3.16 Phân b áp suố ất (tải tr ng cánh) dọ ọc theo lá cánh 85

Hình 3.17 Đặc tính năng lượng của PaT ởchế độ tuabin 85

Hình 3.18 Đánh giá tổn thất trong ch m ế độ bơ 86

Hình 3.19 Đánh giá tổn thất trong ch tuabin ế độ 86

Hình 4.1 Các thông s hình hố ọc c a bộủ ph n d n dòng ậ ẫ 93

Hình 4.2 Sơ đồ thí nghiệm bơm 94

Hình 4.3 H ệthống thí nghiệm bơm 94

Hình 4.4 K t quế ả thí nghiệm các đường cong đặc tính bơm với phương án độ m ở 10mm cánh hướng 97

Hình 4.5 So sánh đường đặc tính của bơm giữa lý thuyết, mô phỏng CFD và thực nghiệm, Phương án độ mở a02=10mm 98

Hình 4.6 Sơ đồ thí nghi m tuabin ệ 99

Hình 4.7 H ệthống thí nghi m tuabin ệ 100

Hình 4.8 Đường cong đặc tính c a PaT khi vủ ận hành trong ch ế độ tuabin, phương án độ mở a02=10mm 103

Hình 4.9 So sánh các đường cong đặc tính của tuabin gi a lý thuy t và thữ ế ực nghi m, ệ phương án độ ở m a02=10mm .104

Hình 4.10 Ảnh hưởng của độ ở cánh hướng đến đặ m c tính của bơm với các phương án độ mở cánh hướng 5mm; 10mm và 15mm 105

Hình 4.11 Ảnh hưởng của độ ở m cánh hướng đến đặc tính của tuabin với các phương án độ mở cánh hướng 5mm; 10mm và 15mm 106

Hình 4.12 Xác định góc mở cánh hướng 107

Hình 4.13 Vùng v n hành cậ ủa bơm và tuabin với phương án độ ở m a01=5mm 107Hình 4.14 Vùng v n hành cậ ủa bơm và tuabin với phương án độ ở m a02=10mm 108Hình 4.15 Vùng v n hành cậ ủa bơm và tuabin với phương án độ ở m a03=15mm 108Hình 4.16 Đánh giá tỷ l ệ lưu lượng tại điểm BEP giữa tuabin và bơm 110Hình 4.17 Đánh giá tỷ l cệ ột nướ ại điểc t m BEP giữa tuabin và bơm 110

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

c1 Vận tốc tuyệt đối tại mép vào bơm (mép ra tuabin) m/s

c2 Vận tốc tuyệt đối tại mép ra bơm (mép vào tuabin) m/s

c1u Thành phần vận tốc quay của vận tốc tuyệt đối tại mép 1 m/s

c2u Thành phần vận tốc quay của vận tốc tuyệt đối tại mép 2 m/s

c1m Thành phần kinh tuyến của vận tốc tuyệt đối tại mép 1 m/s

c2m Thành phần kinh tuyến của vận tốc tuyệt đối tại mép 2 m/s

hdif Tổn thất phân tán do dòng loe (dòng côn) m

hvan Tổn thất thủy lực cánh hướng m

K3 Mô men vận tốc của dòng chảy ở lối vào buồng xoắn

Kcas Hệ số buồng xoắn

Z Số cánh của BCT

Góc giữa véctơ vận tốc quay và vận tốc tuyệt đối độ

φ Góc buồng xoắn

MỞ ĐẦU

1. Tính c p thi t cấ ế ủa đề tài

Bơm– uabin (Pump as Turbine, được viết tắt là PaT) là thiết bị thủy lực vừa có khả t

năng làm việc như bơm và tuabin, được dùng trong các trạm thủy điện tích năng.Công trình thuỷ điện tích năng tích năng lượng nước khi nhu cầu điện thấp vào ban đêm và sử dụng nguồn năng lượng tích được này để đáp ứng nhu cầu phủ đỉnh Do

đó, nó có thể điều chỉnh cân bằng giữa cung cấp nhu cầu và giảm đi khoảng cách - giữa nhu cầu đỉnh và nhu cầu thấp điểm Xét về mặt kinh tế, thuỷ điện tích năng phù

hợp với việc cung cấp điện đỉnh biểu đồ phụ tải trong khi nhiệt điện than và đ iện nguyên tử phù hợp với việc cấp điện ở thân và gốc của biểu đồ Theo đó thuỷ điện tích năng là phương án thay thế có tính kinh tế nhất cho nguồn cấp điện ở đỉnh sơ đồ phụ tải Theo quyết định số 428/QĐ TTg ngày 18/03/2016 của Thủ tướng Chính phủ -

“Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020

có xét đến năm 2030” thì công trình TĐTN đầu tiên Bác Ái 1,2 sẽ được đưa vào vận hành năm 2023 với công suất lắp máy mỗi tổ là 300 MW Sau đó, vào năm 2025, TĐTN Bác ái 3,4 sẽ tiếp tục được đưa vào vận hành Từ năm 2028 đến 2030 sẽ lần lượt là các trạm TĐTN Đông Phù Yên 1, 2, và 3 cũng với công suất mỗi tổ là 300MW Trước tình hình đó, việc nghiên cứu các thiết bị thủy lực để phục vụ cho vận hành các công trình TĐTN là cấp bách Tuy nhiên, những thiết bị chính như tuabin, bơm hay bơm tuabin thuận nghịch và động cơ máy phát thông thường phải nhập khẩu từ - nước ngoài, điều này làm tăng chi phí cho dự án Vì vậy, việc nghiên cứu để lựa chọn, thiết kế và chế tạo những trang thiết bị đó là cần thiết để nâng cao hiệu quả kinh tế của dự án, đồng thời có thể chủ động về mặt công nghệ

Thế giới đã công bố rất nhiều nghiên cứu về bánh công tác thuận nghịch bơm-tuabin Các nghiên cứu đó đã sử dụng nhiều mô hình toán khác nhau, các kỹ thuật mô phỏng và thực nghiệm để dự báo các đặc tính năng lượng khi bơm vận hành thuận nghịch cũng như các kết quả trong quá trình thiết kế và cải tiến biên dạng cánh Kết quả cho thấy các máy thuận nghịch đã có thể làm việc lên đến 700m cột nước, công suất trên 500MW và hiệu suất thủy lực trung bình máy đạt tới 91% Tuy nhiên, các vấn đề trên vẫn còn là thách thức do đặc điểm phức tạp của vấn đề nghiên cứu, đó là: (1) L thuyết thiết kế và đặc tính thủy lực của máy chưa được công bố đầy đủ, rõ ràng, không thể áp dụng với đặc thù của từng máy; (2) Đa số các kết quả trên thế giới

về loại máy này đều được thực hiện bằng mô phỏng số và thực nghiệm Tuy nhiên, việc nghiên cứu thử nghiệm ở Việt Nam có nhiều khó khăn Như vậy, tính chính xác

để dự báo đặc tính năng lượng của máy PaT trong cả hai mô hình bơm và tuabin và

l thuyết để tính toán thiết kế các thông số hình học và biên dạng cánh là hai thách thức lớn đối với việc thiết kế, chế tạo tổ máy PaT ở Việt Nam Để đáp ứng nhu cầu

thực tiễn, luận án chọn đề tài:“Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số hình học của bánh công tác đến đặc tính làm việc của máy thuận nghịch bơm–tuabin

ns thấp” Luận án sẽ tập trung giải quyết hai vấn đề lớn ở trên theo các điều kiện và giả thiết cho một mô hình máy cụ thể của đề tài

2 M c tiêu nghiên c u cụ ứ ủa Luận án

Luận án đưa ra ba mục tiêu gồm:

(1) Đưa ra cơ sở tính toán thi t k bánh công tác thuế ế ận nghịch cho máy PaT có ns

thấp trên cơ sở lý thuy t hi n có ế ệ

(2) Đưa ra dạng thi t kế ế cánh BCT có các thông s hình hố ọc phù hợp với khả năng làm việc ở hai chế độ bơm và tuabin

(3) Áp dụng để phân tích dạng máy PaT tại Vi t Nam ệ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên c u ứ

3.1 Phạm vi nghiên c u ứ

Theo bảng danh mục các dự án Thủy điện tích năng giai đoạn 2011 2030 có điều chỉnh thì sẽ chỉ còn bảy phương án TĐTN có khả năng được xây dựng với tổng công suất lắp máy là 2100MW Cũng theo quy hoạch, đây đều là các trạm TĐTN có công suất lắp máy là 300MW và cột nước cao Dựa vào các thông số tính toán sơ bộ về cột nước, lưu lượng và công suất dự kiến, bảy phương án TĐTN (bao gồm TTDTN Bắc

-Ái phương án 1,2,3,4 và Đông Phù Yên phương án 1,2) đều cho thấy đây đều là các trạm có số vòng quay đặc trưng ns của thiết bị thủy lực dao động từ 0 đến 150 Vì 9vậy, tác giả lực chọn phạm vi nghiên cứu của luận án là các máy PaT có ns từ 90 đến

150 phù hợp với tình hình thực tế nghiên cứu ở Việt Nam

3.2 Đối tượng nghiên c u ứ

Bánh công tác là bộ phận quan trọng nhất, quyết định hiệu quả làm việc của máy thủy lực PaT Do đó, đối tượng nghiên cứu của luận án là thiết kế chế tạo và nghiên cứu thử nghiệm một máy PaT có ns thấp

4 Cách ti p cế ận và phương pháp nghiên cứu

Tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu tính toán l thuyết kết hợp với phương pháp mô phỏng số động lực học dòng chảy CFD và thực nghiệm để giải quyết các mục tiêu đã nêu của luận án

5 Ý nghĩa khoa học và th c ti n cự ễ ủa luận án

5.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

(1) Đề ấ xu t được phương pháp tiếp c n khoa h c trong nghiên cậ ọ ứu để ự báo các d

đặc tính năng lượng (cột nước ( ), công suH ất (P) và hi u suệ ất (η)) a máy củPaT làm việc ở chế độ bơm và tuabin

(2) Trên cơ ởs lý thuyết truyền thống về thi t kế các thông s hình h c c a bánh ế ố ọ ủcông tác bơm và tuabin Luận án đã đề xuất được phương pháp tính toán thiết

kế biên dạng cánh bánh công tác thuận ngh ch PaT có s cân nhị ự ắc về đặ c tính thủy l c cho c ự ả bơm và tuabin

(3) K t hế ợp phương pháp tính toán mô phỏng s và thố ực nghiệm để đánh giá, kiểm chứng hi u quệ ả trên cơ sở các đề ấ xu t t lý thuy ừ ết

5.2 Ý nghĩa thực ti n ễ

(1) Với định hướng phát tri n cể ủa các trạm thủy điện tích năng trong tương lai đã được Chính phủ phê duy t, luệ ận án đã đi theo đúng chiến lư c phát điệ ởợ n Vi t ệNam Luận án đã đi vào giải quyết các vấn đề mang tính cấp thi t và thế ờ ựi s , nâng cao hi u quệ ả kinh t cho xã hế ội

(2) Phương pháp luận, phương pháp tính toán, phương pháp đánh giá và phương

pháp thi t kế ế ủ c a luận án có giá tr hị ữu ích cho các kỹ sư trong nước có thể chủ động hơn trong thiế ế bơm–t k tuabin thuận nghịch nói riêng và máy cánh nói chung

(3) Đưa ra các giải pháp công nghệ giúp nâng cao hi u quệ ả khai thác dòng chảy của các tr m thạ ủy điện tích năng và các ứng dụng khác trong điều ki n Việ ệt Nam

6. Những đóng góp mới của luận án

(1) Luận án đã đưa ra được phương pháp tính toán dự báo đặc tính năng lượng

trên cơ sở tính toán l thuyết các thành phần cột nước l thuyết, cột nước tổn thất của dòng chảy trong tổ máy PaT ở cả hai chế độ bơm và tuabin Phương pháp này có thể được áp dụng trong dự báo sơ bộ đặc tính của máy khi lựa chọn phương án thiết kế PaT

(2) Luận án đã xây dựng được mẫu cánh mới cho PaT theo dạng một cung cong

đối xứng, phù hợp với yêu cầu làm việc của PaT trong cả hai chế độ bơm và tuabin

(3) Đã đánh giá được sự ảnh hưởng của các thông số hình học quan trọng đối với

bánh công tác thuận nghịch PaT, bao gồm: D; β1B; β2B và Z

(4) Đã áp dụng phương pháp phân tích mô phỏng số kết hợp với thực nghiệm để

kiểm chứng phương pháp thiết kế cánh theo dạng một cung cong như đã đề xuất

7. Cấu trúc của luận án

Để thực hiện các mục tiêu của luận án đã nêu ra, các nội dung nghiên cứu cơ bản cần được thực hiện bao gồm như sau:

Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo PaT trên thế giới

và Việt Nam ộN i dung chính của chương này là phân tích, đánh giá tổng h p các kợ ết quả nghiên c u và hi n tr ng phát tri n vứ ệ ạ ể ề máy PaT nhằm đưa ra vấn đề ầ c n ti p tế ục nghiên cứu ở Việt Nam Trên cơ sở đó, hướng ti p cế ận và phương pháp giải quyết bài toán thi t k mế ế ột mô hình bơm–tuabin có s ố vòng quay đặc trưng thấp được đề xu t ấChương 2: Xây dựng cơ sở khoa học để thi t kế ế mô hình bơm–tuabin

- Xây dựng cơ sở lý thuyết để dự báo và đánh giá khả năng làm việc c a máy ủPaT vận hành trong chế độ bơm và tuabin Qua đó có thể đánh giá ảnh hưở ng của m t s thông s hình hộ ố ố ọc chính đến các đặc tính của bơm và tuabin Đây cũng là cơ sở để tính toán các thông s hình hố ọc ban đầu t i mạ ặt cắt c a vào, ử

c a ra và kinh tuy n cử ế ủa bánh công tác

- Xây dựng cơ sở khoa học để thi t k biên dế ế ạng cánh công tác thuận nghịch

bơm–tuabin Các phương pháp thiế ế cánh bơm và tuabin độ ật k c l p s ẽ được giới thiệu và phân tích Trên cơ sở đó, tác giả ẽ ự s l a chọn cách ti p cế ận và đề xuất phương pháp tính toán các thông số hình h c chính cọ ủa mặt c t c a vào, ắ ử

c a ra, mử ặt cắt kinh tuyến và biên dạng cánh cho mô hình nghiên c u cứ ủa luận

án

- Phân tích ảnh hưởng của m t s thông s hình hộ ố ố ọc chính đến đặc tính thủy lực

và thi t kế ế máy PaT bao g m: S cánhồ ố Z; đường kính D2; góc đặt cánh β1B; β2B

và biên dạng cánh Từ đó đề xuất và đưa ra được các dải giá tr phù h p cho ị ợ

m t t máy PaT có ộ ổ ns=104

- Áp dụng cơ sở lý thuyết trên thi t k toàn b t máy PaT có để ế ế ộ ổ ns thấp bao gồm bánh công tác và các b ộphận dẫn dòng

Chương 3: Nghiên c u mô ph ng t máy thuứ ỏ ổ ận nghịch bơm–tuabin: Mục tiêu của chương này là đánh giá lại chất lượng thủy l c và xâm ự thực c a t ủ ổ máy đã thiết kế trong Chương 2 Đồng thời, m t s hi u chỉnh để tăng cườộ ố ệ ng hi u suệ ất cũng được đề xuất Cuối cùng, việc đánh giá và dự báo các đặc tính năng lượng về ột nướ c c, công suất và hi u suệ ấ ủt c a cả t máy trong cổ ả hai ch ế độ bơm và tuabin được th c hi n và ự ệthảo luận

Chương 4: Nghiên c u thứ ực nghi m t ệ ổ máy bơm–tuabin: Các k t quế ả nghiên cứu thực nghiệm sẽ đánh giá chất lượng tổ máy đã thiết kế trong chương 2 và 3, đồng thời

sẽ kiểm chứng và so sánh với các kết nghiên cứu l thuyết và mô phỏng trước đó

Các k t luế ận và đánh giá cuối cùng về các k t quả nghiên cứu cũng được đưa ra và ếthảo luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY THỦY LỰC THUẬN

1.1 Giới thiệu chung về bơm– tuabin

1.1.1 Lịch sử phát triển của bơm–tuabin trong thủy điện tích năng

Công trình thuỷ điện tích năng là một công trình thủy điện phát điện bằng việc sử dụng năng lượng nước dưới dạng tích trữ năng lượng nước ở cột nước cao bằng cách bơm lên Thuỷ điện tích năng gồm 2 hồ điều tiết là hồ trên và hồ dưới, hai hồ này được nối với nhau bằng hệ thống đường dẫn và nhà máy thuỷ điện – trạm bơm Tùy theo từng trường hợp cụ thể mà sơ đồ công trình thủy điện tích năng có thể khác nhau

-Kiểu hỗn lưu (cánh chéo)

a Loại 3 máy với bơm tâm và ly

tuabin tâm trục tách biệt nhau b Loại bơm tuabin thuận nghịch-

Thiết bị dùng cho nhà máy thủy điện tích năng đã trải qua lịch sử phát triển khá dài Thủa sơ khai, ban đầu, người ta sử dụng thiết bị cơ điện với tổ hợp 4 máy và liên kết với nhau theo 2 cụm: bơm– động cơ điện và tuabin – máy phát Kết cấu 4 máy có kích thước cồng kềnh và phức tạp Tiếp đó, các nước đã cải tiến phần thiết bị điện: gộp máy phát điện và động cơ thành một máy làm việc ở hai chế độ khác nhau Phần bơm và tuabin vẫn tách riêng

Turbine

Bơm Máy phát- động cơ

Cùng với thời gian và sự phát triển của khoa học công nghệ, các nhà khoa học đã nghiên cứu và hòa nhập máy bơm và tuabin thành một máy làm việc ở cả hai chế độ bơm và tuabin Khi ấy, thiết bị cơ điện cho NMTĐTN đã được thu gọn thành tổ máy nối hai máy thành phần bơm –tuabin và máy phát - động cơ điện Về kỹ thuật, sự hòa nhập máy phát và động cơ điện được thực hiện dễ dàng và thuận lợi hơn nhiều Hiệu suất làm việc của máy điện ở chế độ máy phát và chế độ động cơ điện có trị số như nhau Tuy nhiên, việc hòa nhập hai máy thủy lực (máy bơm và tuabin) thành một máy được thực hiện khó khăn hơn nhiều vì tình hình thủy lực của dòng chảy trong 2 chế

độ bơm và chế độ tuabin khác nhau rất nhiều Đối với thiết bị kiểu 2 máy này, để

thuận lợi cho việc gọi tên, người ta quan tâm đến bơm và tuabin nhiều hơn là máy điện (máy phát và động cơ điện) Chính vì vậy, các nhà khoa học đã thống nhất gọi tên là máy bơm –tuabin Ngoài ra, có thể gọi là máy thuận nghịch hay máy thủy lực hai chiều

Đối với các thiết bị cho NMTĐTN, có thể sử dụng các loại máy bơm hoặc tuabin khác nhau Ví dụ như hình 1.1a trình bày loại thiết bị 3 máy với bơm ly tâm và tuabin tâm trục Đối với các dạng bơm – tuabin thuận nghịch như Hình 1.1b có thể sử dụng các tổ hợp bơm ly tâm – tuabin tâm trục, bơm dòng chéo – tuabin hướng chéo

So với loại NMTĐTN có bơm và tuabin được lắp đặt riêng biệt thì loại sử dụng bơm tuabin thuận nghịch tuy hiệu suất có thấp hơn đôi chút và cột nước áp dụng cũng -không được cao bằng nhưng chi phí xây dựng cho loại bơm tuabin thuận nghịch - thấp hơn nhiều và đặc biệt là rất dễ dàng cho quá trình điều chỉnh tổ máy Thêm vào

đó, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ thì loại bơm tuabin thuận nghịch -

đã được cải tiến để nâng cao hiệu suất cũng như mở rộng được tối đa vùng làm việc

về cả cột nước lẫn công suất của nó Chính vì vậy, loại bơm tuabin thuận nghịch ngày càng trở nên phổ biến và chiếm ưu thế trong các NTTĐTN

Loại máy bơm–tuabin PaT được khám phá lần đầu tiên vào năm 1931 khi Thoma

và Kittredge [1] đã kết nối những đặc tính của máy bơm, họ đã nhận ra rằng máy bơm hoàn toàn có thể vận hành một cách hiệu quả trong chế độ của tuabin Sau đó, một số nghiên cứu thực nghiệm cũng đã được tiến hành để khảo sát đặc tính của bơm trong chế độ tuabin có số vòng quay đặc trưng thấp [2, 3] k, ết quả đã chỉ ra rằng một máy bơm có thể vận hành tốt như một tuabin mà không có bất cứ một vấn đề cơ khí nào xảy ra Khi so sánh các đường cong năng lượng của bơm và tuabin cho thấy khi PaT vận hành trong chế độ của bơm sẽ có lưu lượng Q và cột nước thấp hơn của tuabin H nhưng hiệu suất của bơm lại cao hơn của tuabin vài phần trăm tùy vào máy

Máy PaT gồm dạng một cấp và nhiều cấp So sánh loại bơm tuabin một cấp với nhiều cấp cho thấy: Loại bơm tuabin nhiều cấp có thể được áp dụng đối với các vị - trí có cột nước cao, nhưng nó không thể thực hiện chức năng điều chỉnh công suất

-khi vận hành, một trong các chức năng cần thiết cho nhà máy Thuỷ điện tích năng,

do khó khăn trong việc điều chỉnh lưu lượng Mặc dù bơm tuabin loại một cấp có - lợi hơn nhiều về chi phí so với loại bơm tuabin nhiều cấp do chi phí xây dựng thấp, - chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp, nhưng cũng có một số hạn chế nhất định khi áp dụng đối với các vị trí cột nước cao Tuy nhiên, những hạn chế đó đã được cải thiện đáng kể theo thời gian

Những NMTĐTN đầu tiên đã xuất hiện ở châu Âu vào cuối thế kỷ XIX Năm

1882, ở thành phố Siupika của Thụy Sĩ đã lắp đặt hai máy bơm với công suất mỗi máy lên đến 515kW để bơm nước lên độ cao 153m, đổ vào bể chứa với dung tích 18000m3 Năm 1894, NMTĐTN bắt đầu được xây dựng tại Kreva- Luna của Italy với công suất 50kW, cột nước ở chế độ tuabin là 64m để phục vụ cho nhà máy dệt, làm việc tích năng theo tuần: bơm nước lên bể vào các ngày thứ 7, chủ nhật và làm việc ở chế độ tuabin để cấp điện cho các ngày còn lại trong tuần Năm 1912, tại các

nước Tây Âu đã có 7 NMTĐTN với công suất mỗi tổ từ 40 300kW Đó là các -

NMTĐTN nhỏ, phục vụ cho việc tăng công suất điện vào ban ngày đối với những nơi không có bể chứa với dung tích nước cần thiết Cho đến năm 1995, việc phát triển các NMTĐTN diễn ra với nhịp độ chậm Vào cuối những năm của thế kỷ XX, những NMTĐTN tương đối lớn đã được xây dựng Năm 1926, ở Thụy Sĩ đã xây dựng được NMTĐTN với công suất 11MW và cột áp là 905m Từ năm 1912 đến 1927, trên thế giới đã đưa vào sử dụng 32 NMTĐTN với công suất mỗi tổ từ 0,5-6MW Năm 1928, tại Mỹ đã xây dựng được liên hiệp nhà máy thủy điện – nhà máy thủy điện tích năng Roki – Rivero có công suất là 25MW và cột áp là 74m

Kisenyama 220

Shintoyone 236

Shintakasegawa 241.7

Villarino 402 Numappara 500

Ohira 512.0 Honkawa 547

Okuyoshino 507 Okukiyotsu 490

Kisenyama 220

Shintoyone 236

Shintakasegawa 241.7

Villarino 402 Numappara 500

Ohira 512.0 Honkawa 547

Okuyoshino 507 Okukiyotsu 490

Bả ng 1.1 Th ng kê m t s trạ ố ộ ố m th ủy điện tích năng lớ n trên th gi ế ới s d ử ụng máy bơm –

số Trạm như Yangjiang, Jixi, Pingjiang, và Wulongshan c cột nước đạt gần 700m.ó

1.1.2 Các loại bơm phù hợp cho vận hành tuabin – phạ m vi ng d ứ ụ ng

Các nghiên cứu trước đây đã khẳng định rằng tất cả các loại bơm từ trục đứng hay trục ngang, từ ly tâm hay hướng trục đều có thể vận hành được dưới dạng tuabin [6] Tuy nhiên, bơm ly tâm cho hiệu suất cao hơn và được ứng dụng nhiều nhất trong thực

tế ngày nay cho thấy phạm vi và ứng dụng của các loại bơm khác nhau có thể sử dụng được dưới dạng tuabin Như có thể thấy, bơm ly tâm nhiều cấp phù hợp với phạm vi cột nước cao, lưu lượng nhỏ; trong khi bơm hướng trục phù hợp với phạm vi cột nước

thấp, lưu lượng cao Kết quả đồng thời cho thấy bơm ly tâm một cấp có vùng làm việc về lưu lượng khá rộng và cột nước cũng tương đối cao Đây là loại được dùng phổ biến nhất hiện nay

1.1.3 Cấu tạo bơm - tuabin loại ly tâm tâm tr – ụ c

Không giống như một bơm thông thường, tổ máy PaT được thiết kế với đầy đủ hệ

thống cột trụ và van điều chỉnh lưu lượng để đảm bảo các điều kiện vận hành của tuabin Sự khác biệt này đã làm tăng tổn thất cũng như sự thay đổi về cấu trúc dòng chảy của bơm Cấu tạo của máy thuận nghịch PaT là sự kết hợp của hai mô hình độc lập bơm và tuabin bao gồm các bộ phận như hình 1.3

Hình 1.3 Mặ ắt ngang mô hình bơm – t c tuabin d ng ly tâm francis [7] v i các b ạ – ớ ộ phận chính sau: Bu ng xoắn (1), v ng cánh hướng và cột trụ (2), bánh công tác (3), ống

Về mặt hình học, điểm khác nhau nhiều nhất giữa bơm và tuabin có thể kể đến là

sự chênh lệch về đường kính ngoài D2, số cánh và biên dạng cánh bánh công tác Z Theo Stelzer và Walters [8], với cùng các thông số đầu vào, trong khi đường kính tại mép vào bơm D1 trong hai mô hình là xấp xỉ nhau thì D2 trong tuabin lại khá nhỏ hơn

D

D 083 Sự khác nhau đáng kể này gây ra s ự khó khăn khi tính

toán thi t kế ế D2 trong mô hình PaT Stelzer và cộng sự cũng đã xây dựng đồ thị xác định D1; D2 trên cơ sở 25 kết quả thực nghiệm của các công trình khác Các nghiên cứu cũng đề xuất rằng để dễ dàng đáp ứng được các yêu cầu thủy lực trong cả hai chế

độ, thiết kế PaT sẽ ưu tiên gần đường cong của bơm hơn so với tuabin Ngoài ra, khi

so sánh về ố s cánh của máy có s ố vòng quay đặc trưng ns thấp cho thấy, trong khi s ốcánh thông thường của bơm chỉ ừ 6 đế t n 9 cánh thì với tuabin dao động trong khoảng

15 đến 22 cánh (hình 1.4) Tất cả những sự khác nhau về hình học của hai mô hình

bơm và tuabin sẽ gây ra nhiều khó khăn khi thiết kế để gộp chung thành một bánh công tác thuận nghịch Tất cả những phân tích này sẽ được trình bày trong Chương

2

1.2 Tình hình nghiên cứu PaT trên thế giới

1.2.1 Vấn đề 1: Lựa chọn vùng làm việc của bơm và tuabin - t số cột ỷ

áp và lưu lượ ng tại điểm hiệu suất lớn nhất

Hầu hết những thiết kế của bơm tuabin thường liên quan chủ yếu tới các thông số hình học của bánh công tác (BCT) Những dạng BCT phù hợp nhất cho PaT được thiết kế dựa trên mối quan hệ giữa các thông số hình học với các thông số thủy lực của nó Một vài nghiên cứu trong các tài liệu [2, 9, 10] đã được thực hiện để xây dựng các đường cong đặc tính của tuabin dựa trên hiệu suất bơm lớn nhất (best efficiency point - BEP), hoặc dựa trên các thông số hình học có sẵn của bơm [11, 12, 13] Tuy nhiên, rất khó để xác định một quan hệ toàn diện, có thể bao phủ được tất cả các loại

bơm khi vận hành trong chế độ nghịch Gülich [12] và Chapallaz [14] đã kết luận rằng, không có một mối quan hệ nào có thể dự đoán được đặc tính của tất cả cá máy PaT, nhưng những quan hệ này phụ thuộc vào mô hình máy được thể hiện qua số vòng quay đặc trưng ns và các mô hình tổn thất của nó

Những nghiên cứu ban đầu về bơm cho thấy bơm có thể vận hành tốt trong chế độ của tuabin thì một câu hỏi được đặt ra là phải chọn tỷ lệ các thông số đầu vào giữa

bơm và tuabin như thế nào để thích ứng tốt nhất cho cả hai quá trình bơm và phát điện? Thay vì kiểm tra tất cả các bơm, các nhà nghiên cứu đã cố gắng dự đoán hiệu suất của bơm khi làm việc ở chế độ của tuabin

Có rất nhiều l thuyết để dự đoán hiệu suất của tuabin dựa trên những dữ liệu của bơm, do đó, cần thiết phải xác định tính chính xác của các dữ liệu này Ở Anh, các nhà vận hành và sản xuất bơm đã đưa ra tiêu chuẩn BS516 về sai số chấp nhận được cho cột nước, lưu lượng tại điểm BEP so với điểm đảm bảo Điểm đảm bảo là điểm vận hành thực tế của máy trong các NMTĐTN Tiêu chuẩn đưa ra một elip với các trục là lưu lượng và cột nước , tâm elip là điểm hiệu suất được đảm bảo bằng các Q Hkết quả thực nghiệm, những điểm kiểm tra do đó phải nằm trên elip này [15] (hình 1.5)

Để tiện so sánh giữa các nghiên cứu, ta sử dụng các chỉ số tương đối về cột nước

h, lưu lượng và hiệu suất như sau:q η

P

T P

T P

T

Q

QqHH

2 2

2

1 , 0 3

, 0

b a

c

Trong đó

c: hệ số dự đoán

hqhqbhq

2

1

;2

Sự chênh lệch giữa điểm BEP dự đoán và điểm BEP thực tế của PaT có thể được xác định bởi alà sự chênh lệch theo phương trục lớn và b là chênh lệch theo phương trục nhỏ của elip Tiêu chuẩn dự đoán được chấp nhận khi hệ số dự đoán C

≤ 1 Đã có rất nhiều các nghiên cứu được tiến hành để dự đoán các tỷ số này như bảng 1.2 đã thống kê Và để so sánh và đánh giá tính phù hợp của các l thuyết dự đoán như đó, Williams đã thí nghiệm với 35 bơm có kích thước và tỷ tốc khác nhau để kiểm tra hệ số dự đoán C đồng thời đưa ra tỷ lệ giữa tỷ tốc thực và tỷ tốc dự đoán của tuabin cho 8 l thuyết điển hình, kết quả như Bảng 1.3

Năm Tên tác giả Tiêu

Năm Tên tác giả Tiêu

s

6,13,1

s

n

2 , 1

1

P

8 , 0

2

4 , 2 5 ,1

P

1994 Alatorre-Frenk BEP

385 , 0 85 , 0

1

5

385,085

,0

5 , 9 5 P P

2 , 1

2 1 ,1 P m

g N

N

8 , 0

1 , 1

P m

g

N N

1 , 1

2,1

2,1

PMcClaskey BEP

L thuyết Giá trị trung bình c Số c>1 Vùng nằm ngoài của bơm %

Nhìn vào bảng ta thấy, l thuyết của Sharma có số c vượt ngoài phạm vi cho phép

là ít nhất và giá trị trung bình c là nhỏ nhất tuy nhiên kết quả đó vẫn cho thấy 20% kết quả không đạt Vì vậy, một đề xuất được đưa ra là bơm phải được kiểm tra để chắc chắn đạt được những đặc tính tuabin trước khi lắp đặt

1.2.2 Vấn đề 2: Dự báo đặc tính năng lượ ng của bơm–tuabin khi hoạt

độ ng ở chế độ bơm và tuabin

Khi đã chọn được bơm phù hợp để vận hành cho chế độ tuabin thì việc dự đoán các đặc tính về cột nước ( ), công suất ( ) và hiệu suất ( ) trong cả hai chế độ là H P η

quan trọng Các nghiên cứu trong các tài liệu [14, 16] đã sử dụng các kết quả thực nghiệm để vẽ các đường cong tương đối của q h( ), qη( ) của tuabin từ các dữ liệu của bơm cho các máy có ns khác nhau Kết quả đã đưa ra được một bảng về các tỷ lệ h và

η ứng các tỷ lệ q khác nhau theo ns Các kết quả trên sau đó có thể được áp dụng rất đơn giản cho các máy có ns tương tự nhưng độ chính xác không cao do mỗi máy sẽ

có những đặc tính riêng của nó Các năm sau đó, các nghiên cứu trong các tài liệu [10, 12, 17, 18] đã cố gắng dự báo các đường cong năng lượng đó từ việc tính toán chính xác nhất các thành phần cột nước l thuyết, các thành phần tổn thất và các vấn

đề thủy lực theo đúng các đặc tính hình học của máy Các kết quả cho thấy, so sánh với chế độ tuabin thì chế độ bơm xuất hiện nhiều vấn đề thủy lực hơn như vấn đề dòng quẩn và dòng xoáy ở máng cánh khi làm việc xa điểm thiết kế hay vấn đề trượt

do chiều dày và số cánh hữu hạn Thêm vào đó, do sự xuất hiện của bộ phận cột trụ

và cánh hướng nên dòng chảy đi ra của bơm cũng bị xáo động đáng kể so với bơm thông thường Với một tốc độ quay nhất định, bơm chỉ có thể làm việc hiệu quả tại một vị trí của cột nước ( ) và lưu lượng ( ) nhất định Khi làm việc ngoài điểm thiết H Q

kế, một loạt các hiện tượng dòng chảy và các vấn đề thủy lực sẽ xảy ra làm giảm mạnh hiệu suất trung bình của máy Các vấn đề này thường được đánh giá bằng phương pháp mô phỏng hoặc thực nghiệm Rất ít các nghiên cứu l thuyết được công

bố rõ ràng cho mô hình thuận nghịch, nếu có thì cũng chỉ áp dụng cho các máy bơm hoặc tuabin độc lập Ngoài ra, rất khó để áp dụng các kết quả đó do còn nhiều thông

số chưa biết biết hoặc do điều kiện áp dụng không rõ ràng

Các kết quả thực nghiệm sau đó cũng đã xác nhận sự chính xác của các kết quả

mô phỏng tại tất cả các điểm đo Năm 2014, Xuhe và đồng nghiệp [19] cũng đã thi t ế

kế biên dạng cánh tối ưu PaT cho thủy điện tích năng có cột nước bơm lên đến 298m, công suất trên trục lên gần 270MW và số vòng quay 300 vòng/phút Bằng việc kết hợp l thuyết thiết kế cánh bơm, l thuyết tối ưu và các kỹ thuật mô phỏng đã được

đề xuất như hình 1.6 Kết quả trên 1000 phương án biên dạng cánh bánh công tác

khác nhau đã cho ra được phương án tối ưu nhất như hình 1.7 Với mỗi phương án cánh, các kết quả về phân bố áp suất dọc theo lá cánh cũng được đưa ra ngay lập tức (hình 1.8) để phục vụ cho quá trình phân tích đánh giá Kết quả sẽ chọn được mẫu cánh có hiệu suất cao nhất, khi đó, hiệu suất tuabin và bơm lần lượt là 91% và 90,8%.

Các nghiên cứu tương tự được trình bày trong các tài liệu [20] trên các máy PaT

có ns thấp cho thấy hiệu suất của cả bơm và tuabin đã được tăng cường đáng kể từ 1% đến 3% Các nghiên cứu [4, 21] đã sử dụng l thuyết tối ưu để điều chỉnh các thông số hình học cánh PaT theo hàm mục tiêu như phương trình (1-4)

f

Ini

f

Ini obj

H

H H H Min N Min

X F X

Re Re

8 7 6 5 4 3 2 1

, 0 )

η là hiệu suất; Ini là chỉ số cánh ban đầu ; Ref là giá trị tính mới

Các kết quả cho thấy biên dạng cánh đã được cải thiện hiệu suất tăng 2,91%, khi

đó hiệu suất hệ thống đạt 78,7% Cơ sở của mọi sự hiệu chỉnh các biến số phụ thuộc vào hàm mục tiêu của từng máy, và được thiết kế để phù hợp với tỷ trọng và vai trò vận hành của từng chế độ trong các Trạm thủy điện tích năng Thông thường, yếu tố

hiệu suất trung bình của hai vùng làm việc được quan tâm hàng đầu Vì vậy, ngoài yếu tố hiệu suất thì yếu tố cột nước H và lưu lượng Q cũng được cân nhắc để đảm bảo cả vùng làm việc là tốt nhất

1.2.4 Vấn đề 4: Ảnh hưởng của một số thông số hình học bánh công tác đến đặ c tính vận hành của bơm và tuabin

Ảnh hưởng của D2 đến đặc tính năng lượng trong hai chế độ bơm và tuabin đã được Yang và các cộng sự [22] nghiên cứu thực nghiệm trên 3 bơm ly tâm Kết quả

chỉ ra rằng, hiệu suất của PaT giảm với sự giảm của đường kính Khi đường kính giảm từ 255mm đến 215mm thì hiệu suất giảm 4,11% tại điểm thiết kế; đường cong

Q H( ) của PaT càng dốc nhanh còn Q P( sh) trở nên tương đối phẳng Các nghiên cứu năm 2014 của Sanjay [23] cũng cho thấy theo xu hướng tương tự

Trong nghiên cứu của Olimstad và các đồng nghiệp [24], 5 mẫu cánh khác nhau

đã được khảo sát Các mẫu cánh được điều chỉnh bằng các thay đổi quy luật đặt góc đặt cánh βB và bán kính cánh trong khi giữ nguyên các thông số khác Để PaT vận hành ổn định hơn, nghiên cứu đã đề xuất nên tăng góc đặt cánh tại mép vào bơm β1B

Các nghiên cứu tương tự của Li [25] cũng đã được tiến hành trên các máy PaT ns

thấp Từ các điều kiện ban đầu của tam giác tốc độ tại mép vào bơm, một quy luật góc đặt cánh theo chiều dài cánh cũng được thiết lập để tạo nên các biên dạng cánh khác nhau Sau đó, kết hợp với l thuyết tối ưu, mô phỏng số CFD và các nghiên cứu

thực nghiệm, các mẫu cánh đã được tối ưu dần dần Kết quả hiệu suất được tăng cường 5% tại điểm thiết kế và 9% tại các điểm ngoài điểm thiết kế

Góc tới δ là góc lệch giữa góc đặt cánh ở lối vào β1B với góc của dòng hướng kính tính toán β10 (khi đó c1u=0), khi đó β1B = β10+δ Theo nghiên cứu của tác giả Trần Văn Công [26], góc tới ảnh hưởng nhiều đến biên dạng cánh, cột áp hút, đặc tính Q(H) và η(Q) Kết quả chỉ ra rằng, khi tăng từ δ 0o 4o thì góc ôm θ và mật độ cánh (l/t) giảm lần lượt là 4% và 5% Đồng thời, tác giả cũng chỉ ra rằng, góc tới 2 3o o sẽ là tốt nhất cho bơm, khi đó bơm sẽ đạt được khả năng hút cao và hiệu suất tốt nhất

Số cánh Z, góc đặt cánh β1B, β2B và đường kính ngoài D2 cánh và chiều rộng máng cánh b2 không thể lựa chọn một cách độc lập mà chúng phải có quan hệ để đảm bảo đạt được cột nước yêu cầu và đường cong Q(H) làm việc ổn định Theo Gülich [27], với giá trị Z, D2 và β2B xác định, sẽ tăng theo chiều tăng của H b2 và quan hệ Q(H) trở nên phẳng hơn Đặc biệt với máy PaT có ns thấp, một giá trị b2 đủ lớn là cần thiết

để đảm bảo các yêu cầu thủy lực cho cả hai mô hình Việc xác định l thuyết b2 là khó nên thông thường xác định qua thực nghiệm, Stelzer và Walters [28] đã tổng hợp

và đưa ra các đường cong xác định D2 bvà 2 cho mô hình PaT ns thấp

Ngoài ra, một số kết quả nghiên cứu trong thiết kế biên dạng cánh liên quan đến

D2, Z, β1B, β2B được trình bày trong các tài liệu [29, 30, 31, 32] Trong nghiên cứu của

Yang và các cộng sự [22], 3 mẫu cánh với đường kính D2 khác nhau đã được thí nghiệm Kết quả chỉ ra rằng, hiệu suất PaT giảm với sự giảm của đường kính Khi đường kính giảm từ 255mm đến 215mm thì hiệu suất giảm 4,11% Trong chế độ bơm, đường cong Q(H) trở nên dốc hơn và Q P( ) trở nên gần như là các parabol có xu hướng

đi xuống Trong chế độ tuabin, đường cong Q H( ) càng dốc nhanh còn Q P( ) trở nên tương đối phẳng Một nghiên cứu sau đó [23] cũng đã kiểm chứng với các kết luận của Yang Một số nghiên cứu liên quan đến hiệu chỉnh hình học và kết cấu bánh công tác như bo tròn mép cánh, mở rộng vùng mắt thắt đã được trình bày trong các tài liệu [24] [22] [33], [34] Kết quả cho thấy hiệu suất được tăng cường từ 1% đến 2,5% trong vùng vận hành thiết kế

Như vậy có thể thấy rằng đã có rất nhiều phương pháp để thiết kế tối ưu biên dạng cánh bánh công tác cũng như các thông số hình học ban đầu của nó Tuy nhiên, các

l thuyết và các phương pháp thiết kế đã được công bố thường không rõ ràng, vẫn chủ yếu dựa vào các bài toán l thuyết tối ưu, một số kỹ thuật tìm mục tiêu và mô phỏng số để hiệu chỉnh thiết kế Rất cần thiết có được một l thuyết rõ ràng, chính thống để thiết kế được các thông số và biên dạng cánh cho máy thuận nghịch PaT

Và sau đó, các nghiên cứu khác có thể dễ dàng ứng dụng l thuyết đó để thiết kế và hiệu chỉnh theo từng loại máy cụ thể

1.3 Tình hình nghiên cứu, thiết kế và sử dụng PaT ở Việt Na m

Công trình thuỷ điện tích năng tích năng lượng nước vào thời kỳ thấp điểm và

sử dụng nguồn năng lượng tích được này để đáp ứng nhu cầu phủ đỉnh trong giờ cao điểm Do đó nó có thể điều chỉnh cân bằng giữa cung cấp nhu cầu và giảm đi khoảng - cách giữa nhu cầu đỉnh và nhu cầu thấp điểm Công trình thuỷ điện tích năng đóng một vai trò cân bằng tiêu thụ điện năng thay đổi và có thể coi là một kiểu quản l nhu cầu Hình 1.9 cho thấy, nhờ có sự tham gia của thủy điện tích năng mà tình hình căng thẳng điện vào các giờ cao điểm đã được giải quyết Xét về mặt kinh tế, theo tác giả

Hồ Sỹ Mão [35] cho thấy thuỷ điện tích năng phù hợp với việc cung cấp điện đỉnh biểu đồ phụ tải trong khi nhiệt điện than và điện nguyên tử phù hợp với việc cấp điện

ở thân và gốc của biểu đồ Theo đó thuỷ điện tích năng là phương án thay thế có tính kinh tế nhất cho nguồn cấp điện ở đỉnh sơ đồ phụ tải

Theo quyết định số 428/QĐ TTg ngày 18/03/2016 của Thủ tướng Chính phủ “Phê duyệt điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030” cho thấy sự thiếu hụt năng lượng trong tương lai do các nguồn năng lượng thủy điện và nhiệt điện bị cạn kiệt Tỷ lệ công suất các công trình thủy điện trong hệ thống giảm xuống chỉ còn khoảng 20 25% Trong quy hoạch phát triển -nguồn điện Việt Nam để đáp ứng nhu cầu phát triển nguồn điện tương ứng với phát triển kinh tế, dự kiến sẽ xây dựng một số nhà máy điện nguyên tử và nhà máy thuỷ điện tích năng

Bảng 1.4 thống kê danh mục hai dự án Thủy điện tích năng giai đoạn 2011-2030 Nhìn chung, các TTĐ này thường là các Trạm thủy điện công suất lớn, cột nước cao, điển hình như TTĐ Phù Yên Đông, Bác Ái có ột nước gần 500m Các TTĐ chủ yếu c

sử dụng thiết bị PaT của Trung Quốc, dạng ly tâm - francis, ns thấp Cho tới nay, Việt

Nam vẫn chưa có công bố chính thức nào về nghiên cứu dạng máy PaT Vì vậy, việc nghiên cứu để thiết kế dạng máy này là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả kinh tế của

dự án đồng thời có thể chủ động về mặt công nghệ

suất đặt (MW) Công trình vào vận

(1) Vấn đề dự báo tỷ lệ các thông số thiết kế ban đầu giữa bơm và tuabin: Các nghiên cứu đã cố gắng dự báo tỷ lệ điểm làm việc tốt nhất của bơm và tuabin trong cùng một mô hình thuận nghịch PaT để có thể đánh giá sơ bộ ban đầu khả năng làm việc của bơm khi vận hành trong tuabin Kết quả cho thấy, với phương án dự báo tốt nhất thì sai số so với thực tế vẫn lên đến 20% Vì vậy, một đề xuất được đưa ra là bơm phải được kiểm tra để chắc chắn đạt được những đặc tính tuabin trước khi lắp đặt

(2) Vấn đề dự báo các đặc tính năng lượng của bơm tuabin khi vận hành ở chế

độ bơm và tuabin: Điều này liên quan đến việc tính toán các vấn đề thủy lực của dòng chảy trong hai chế độ bơm và tuabin để đưa ra được các phương trình của cột nước, công suất và hiệu suất theo các thông số hình học của máy Các phương pháp thường được sử dụng là mô phỏng hoặc thực nghiệm Rất ít các nghiên cứu l thuyết được công bố rõ ràng cho mô hình thuận nghịch, nếu có thì cũng chỉ áp dụng cho các máy bơm hoặc tuabin độc lập Ngoài ra, rất khó

để áp dụng các kết quả đó do còn nhiều thông số chưa biết biết hoặc do điều kiện áp dụng không rõ ràng.

(3) Vấn đề lý thuyết thiết kế: Các mẫu cánh PaT hiện đại được thiết kế dựa trên

sự kết hợp của l thuyết thiết kế cánh dẫn với các l thuyết quy hoạch thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các thông số hình học đến đặc tính năng lượng PaT; các l thuyết trong việc tìm hàm tối ưu để hỗ trợ tìm và giải hàm tối ưu và các kỹ thuật mô phỏng số CFD Kết quả đã cho thấy, máy PaT có thể làm việc tốt được trong vùng cột nước từ 50m đến 800m, công suất đầu ra từ 10MW đến hơn 500MW, hiệu suất tuabin và bơm lên đến 91% và 90,8% (4) Vấn đề đánh giá ảnh hưởng của một số thông số hình học chính của BCT đến đặc tính làm việc của PaT: Các kết quả đã phân tích và đưa ra được xu thế ảnh hưởng của một số thông số quan trọng như số cánh , góc đặt cánh Z β, đường kính D, chiều rộng máng cánh và góc tới đến các đường cong về b δ

H Q P( ), ( ) và (Q η Q) Kết hợp các kết quả này với một số kỹ thuật thiết kế cánhnhư bo tròn mép cánh, mở rộng vùng mắt thắt thì hiệu suất được tăng cường

từ 1% đến 2,5% trong vùng vận hành thiết kế Tuy nhiên, vẫn cần có thêm các kết quả để đưa ra được các đề xuất khuyến cáo cho việc lựa chọn các thông số hình học đó theo các dạng máy PaT khác nhau

(5) Nhu cầu sử dụng và tình hình nghiên cứu PaT ở Việt Nam: Theo dự báo tính tới năm 2030, Việt Nam sẽ c bảy phương án TĐTN được đưa vào vận ó hành với tổng công suất đạt 2100MW Tuy nhiên, tới thời điểm hiện tại, vẫn chưa có bất cứ nghiên cứu nào về dạng máy này được công bố

(6) Những tồn tại và hạn chế trong nghiên cứu máy PaT: Đã có rất nhiều những nghiên cứu về dạng máy này được công bố rộng rãi từ những nhà khoa học và

từ những hãng sản xuất máy cánh nổi tiếng trên khắp thế giới Tuy nhiên, nó vẫn còn là thách thức lớn do đặc điểm phức tạp của vấn đề nghiên cứu, đặc biệt trong điều kiện của Việt Nam Hai thách thức lớn nhất với các nhà khoa học ở Việt Nam đó là: (1)Các quy trình thiết kế mà thế giới đã làm phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và trình độ của người thiết kế Đặc biệt, nó cũng đòi hỏi những điều kiện về công nghệ kỹ thuật mà ở Việt Nam khó có thể đáp ứng được như điều kiện thí nghiệm, điều kiện về máy móc và chương trình phục

cánh là hai thách thức lớn cho thiết kế tổ máy PaT trên thế giới nói chung và

ở Việt Nam nói riêng Với các đòi hỏi th c tiự ễn nêu trên thì đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số hình học của bánh công tác đến đặc tính làm việc của máy thuận nghịch bơm –tuabin n s thấp” sẽ tập trung giải quyết lần lượt hai vấn đề lớn đó theo các điều kiện và giả thiết cho một mô hình máy cụ thể của đề tài

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

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

Để thống nhất k hiệu và đồng nhất trong cho cả hai chế độ bơm và tuabin, các thông số hình học và quy ước các vị trí 1, 2 của bánh công tác được thống nhất lấy chung như trên hình 2.1

Cột nước l thuyết của bánh công tác trong chế độ bơm và tuabin đều dựa trên phương trình cột nước Euler như phương trình (2-1), [12]:

(2-1) Trong bơm ly tâm có số cánh hữu hạn, do ảnh hưởng của chuyển động xoáy trong máng dẫn của bánh công tác, dòng chất lỏng ở lối ra của bánh công tác hướng ngược chiều với vận tốc quay , do vậy, dòng chất lỏng sẽ lệch về phía ngược với chiều quay Còn ở lối vào của bánh công tác dòng chất lỏng hướng cùng chiều với vận tốc quay , nên khi vào bánh công tác dòng chất lỏng sẽ lệch về phía cùng chiều với vận tốc quay

Sự lệch dòng ở lối ra của bánh công tác có ảnh hưởng lớn tới cột áp của bơm, song

sự lệch dòng ở lối vào của bánh công tác không ảnh hưởng tới cột áp của bơm mà chỉ ảnh hưởng tới tổn thất cột áp trong bơm

Tam giác vận tốc của dòng chất lỏng ở lối ra của bánh công tác được thể hiện trên hình 2.2

Hình 2.2 Ảnh hưở ng c a y u t ủ ế ố trượt đến tam giác t ốc độ ạ ửa vào t i c

Do có sự lệch dòng khi ra khỏi bánh công tác nên vận tốc vòng c2u ở lối ra sẽ nhỏ hơn vận tốc xoáy c2u khi số cánh là vô cùng Có thể đánh giá sự suy giảm vận tốc xoáy bằng hệ số vận tốc Kp:

Khi dòng vào thẳng góc (c1u =0) ta có thể tính hệ số Kp như sau:

(2-2)

Để xác định hệ số vận tốc Kp ta có thể sử dụng công thức của Sta-đô-la [37] Từ tam giác vận tốc ông đã tìm ra biểu thức xác định vận tốc xoáy như sau:

(2-3) Qua đó xác định được hệ số vận tốc Kp và cột áp l thuyết của bơm:

2 c 1 u

Từ hình 2.2 ta có:

B m

2 2

1u

c

B m

u u c

c2 2 2 cot 2

(2-8) (2-9)

Như vậy, ảnh hưởng của yếu tố trượt gây ra một sự suy giảm là 1 u đến thành 2phần quay của vận tốc tuyệt đối, điều mà ảnh hưởng trực tiếp đến năng lượng được sinh ra trong cả hai chế độ

Juhl và Andreasen [38] và Shi [39] đã đưa ra các công thức để tính hệ số trượt cho bơm và tuabin có ns thấp Tuy nhiên, rất khó có thể áp dụng vì còn rất nhiều các thông số chưa được biết đến Gần đây nhất là Gülich [12] đã đưa ra các công thức để tính hệ số này từ các mô hình toán, kết hợp với các kết quả thực nghiệm cho bơm ly tâm Kết quả như phương trình (2-10):

w La

B k Z

f1 sin0,71

d k

La

B Lim

Z

2

sin 16 , 8 exp

Ngoài ra, cột nước l tưởng trong hai chế độ được thiết lập với giả thiết cánh mỏng

vô cùng Nhưng trong thực tế mẫu cánh có chiều dày nhất định (3 ÷ 6mm), vì vậy, ở tiết diện vào và ra của máng dẫn, dòng chảy bị co hẹp, vận tốc của dòng chảy tăng lên và ảnh hưởng tới sự phân bố vận tốc theo tiết diện Đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng này, hệ số co hẹp được đưa ra bởi τ Gülich [12] như phương trình (2- ): 14

1

1

1

sin sin