Tuabin nước (Tuabin thủy lực) là một trong những thiết bị chủ yếu của Trạm Thủy Điện, được dùng để biến đổi năng lượng dòng nước (thủy năng) thành cơ năng làm quay máy phát điện. Tổ hợp tuabin và máy phát điện gọi là tổ máy phát điện thủy lực
BÀI TẬP LỚN CƠ HỌC CHẤT LƯU CHỦ ĐỀ: TÌM HIỂU VỀ TUABIN THUỶ LỰC MỤC LỤC: PHẦN 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TUABIN THỦY LỰC 1.1 1.2 1.3 Tuabin nước phát triển tuabin Phân loại tuabin Khái quát cấu tạo tuabin PHẦN 2: PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA TUABIN PHẦN 3: DỊNG CHẢY TRONG TUABIN XUNG KÍCH PHẦN 4: ĐIỀU KIỆN HIỆU SUẤT CAO CỦA TUABIN XUNG KÍCH PHẦN 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TUABIN THỦY LỰC 1.1 Tuabin nước phát triển Tuabin nước (Tuabin thủy lực) thiết bị chủ yếu Trạm Thủy Điện, dùng để biến đổi lượng dòng nước (thủy năng) thành làm quay máy phát điện Tổ hợp tuabin máy phát điện gọi tổ máy phát điện thủy lực Nó có hàng loạt ưu điểm sau: - Hiệu suất tổ máy phát điện thủy lực đạt cao so với tổ máy nhiệt điện - Thiết bị đơn giản, dễ tự động hố, điều khiển từ xa - Ít cố cần người vận hành - Có khả làm việc phần phụ tải thay đổi - Thời gian mở máy thời gian dừng máy ngắn - Không làm ô nhiễm môi trường Đặc điểm thủy dạng lượng tái tạo có khả lợi dụng tổng hợp, giá thành cho 1kWh điện trạm thuỷ điện phát rẻ nhiều lần so với trạm nhiệt điện Tuy việc sử dụng thủy có nhược điểm điện lượng phát phụ thuộc vào phân bố dòng chảy theo thời gian, nhà máy thường xây dựng nơi xa trung tâm công nghiệp khu đô thị lớn nên đường dây tải điện dài, vốn đầu tư dựng trạm thuỷ điện lớn, thời gian thi công dài nói chung mặt kinh tế thủy điện tối ưu tuabin nước loại máy thủy lực loài người dùng để sử dụng lượng thiên nhiên phục vụ đời sóng sản xuất Ở Ai Cập, Ấn Độ Trung Quốc vào khoảng 1000 năm trước công nguyên sử dụng bánh xe nước với dạng: bánh xe nước tác động dưới, bánh xe nước tác động bánh xe nước tác động dạng biến đổi lượng Đến nước ta bánh xe nước sử dụng suối vùng núi trung du Hình1-1: Các dạng bánh xe nước Tuy nhiên tới kỷ 16 việc sử dụng lượng nước tương đối rộng rãi bánh xe nước có cải tiến lớn Nhưng từ bánh xe nước đến tuabin nước lồi người phải trải qua tìm kiếm nghiên cứu dài Động nước làm việc theo nguyên lý tác dụng phản kích dòng nước Beckeca người Anh (1745) Xênhêra người Hung ga ri (1750) sáng chế Kết cấu loại động cịn thơ sơ nên hiêu suất thấp (khoảng 3540%) Trên sở nghiên cứu cải tiến động nước Xênhêra, nhà bác học Nga Ơle (1707-1783) thiết kế loại động nước khác, phận hướng nước có cấu tạo giống phận hướng nước tuabin thường dùng Đến năm 1826 giáo sơ người Pháp tên Budena tìm loại động nước mới, gọi tuabin, tiếng La tinh, Tuabinens có nghĩa động dạng xoắn ốc Loại động có đầy đủ phận phận tuabin phản kích thường dùng Nhưng hình dạng cánh bánh xe cơng tác cịn q thơ sơ hiệu suất thấp nên chưa ứng dụng thực tế Trên sở tiếp tục cải tiến tuabin mình, khoảng thời gian 1827 – 1834 Budena sáng chế loại tuabin li tâm (hình 1.2a) có phận hướng nước tuabin gồm cánh hướng nước cố định vòng quanh BXCT Lưu lượng điều chỉnh nhờ van hình trụ đặt phận hướng nước BXCT Cho đến đàu kỷ 18 chưa có sở lí luận thiết kế nên cơng việc nên việc chế tạo động nước mang tính thơ sơ, riêng lẻ Tuabin nước chế tạo Liên Xơ (1837) U.E.Xaphơnơ sáng chế, loại tuabin phản kích li tâm với cánh hướng nước cố định So với kiểu tuabin nói trên, tuabin Xaphơnơ có hiệu suất tốc độ cao so với điều kiện sản xuất lúc (khoảng 70%) Từ đầu kỷ 19 tuabin đại có cấu tạo hồn chỉnh thay cho bánh xe nước động nước Những tiến lĩnh vực nghiên cứu chế tạo tuabin phát triển nhanh, thời kì sau tuabin đại xuất Tuabin tâm trục kỹ sư Frăngxit (người Pháp) chế tạo năm 1830 Cùng với việc nghiên cứu phát minh loại tuabin phản kích, năm 1880 Pentơn sáng chế tuabin xung kích Đến năm 1900 phận hướng nước tuabin cải tiến thành vòi phun van kim giống tuabin gáo ngày Tuabin cánh quạt xuất năm 1918, đến năm 1919 tuabin cánh quay đời (do kỹ sư Kaplan (người Mỹ) tìm ra) Đồng thời năm 1918 tuabin xung kích lần Bunki (người Hung ga ri) phát minh Còn tuabin cánh chéo đến năm 1950 xuất (do giáo sư Liên Xơ V.C.Kvalopki) sáng chế, loại trung gian tuabin tâm trục cánh quay Từ kỷ 19 đến ngành sản xuất tuabin phát triển nhanh Ngày việc chế tạo tuabin phát triển theo hướng nâng cao thông số kỹ thuật như: tăng tỷ tốc công suất tổ máy, giảm hệ số khí thực Hình 1.2a: Tuabin ly tâm Budena Hình 1.2b: Tuabin Pentơn Ở nước ta có nhiều sở đầu tư tiến khoa học kỹ thuật cho việc chế tạo tuabin nước Chúng ta chế tạo số tuabin nhỏ Trong tương lai chế tạo tuabin loại lớn phục vụ cho cơng điện khí hố phục vụ sản xuất địa phương xa lưới điện quốc gia 1.2 Phân loại tuabin Dựa vào việc xây dựng cơng trình thủy cơng người ta tạo cột nước TTĐ khác từ 12m hàng nghìn m, lưu lượng nước biến đổi lớn từ vài chục l/s đến hàng trăm m3/s điều kiện dòng chảy địa hình cho phép Yêu cầu tuabin có đủ khả đảm bảo sử dụng lượng dịng chảy với hiệu suất cao mà khơng bị hạn chế cột nước lưu lượng Do cần có đủ loại tuabin khác cấu tạo, kích thước trình làm việc chúng Khảo sát thành phần lượng dòng chảy thấy lượng dịng nước truyền cho bánh xe cơng tác cuả tuabin độ chênh lượng dòng chảy cửa vào cửa Vậy lượng dòng chảy gồm hai phần: Thế động Tùy theo dạng lượng dịng chảy qua bánh xe cơng tác mà chia tuabin nước thành hai loại khác nhau: Tuabin xung kích Tuabin phản kích Tuabin phản kích loại tuabin lợi dụng hai phần động mà chủ yếu dòng chảy Trong hệ tuabin áp lực cửa vào ln lớn áp lực cửa Vì tiết diện ướt bánh xe công tác co hẹp dần nên vận tốc dòng chảy qua tuabin tăng dần Vì bánh xe cơng tác tuabin phản kích làm việc môi trường chất lỏng kín liên tục chênh lệch áp lực cửa vào cửa bánh xe cơng tác định đặc tính cơng tác loại tuabin Tuabin xung kích loại tuabin lợi dụng phần động dòng chảy tác dụng lên bánh xe cơng tác cịn phần khơng Ở tuabin dịng chảy khỏi vịi phun tồn dịng chảy biến thành động truyền lượng cho bánh xe công tác Vì chảy mơi trường khí nên chuyển động dịng chảy cánh bánh xe cơng tác chuyển động khơng áp nên cịn gọi tuabin dịng phun tự Tuabin phản kích tuabin xung kích có tính phạm vi sử dụng khác Tuabin dùng cho TTĐ có cột nước thấp trung bình, lưu lượng lớn cịn tuabin xung kích dùng cho TTĐ có cột nước cao, lưu lượng nhỏ 1.2.1 Tuabin phản kích Tuabin phản kích hệ tuabin sử dụng rộng rãi với phạm vi cột nước từ 1,5m đến 500m Nó chuyển động phản lực (lực phản tác dụng) dòng nước lên cánh bánh xe cơng tác hình thành mơmen quay bánh xe cơng tác làm cho tuabin quay Trong q trình làm việc bánh xe cơng tác ngập tồn dịng chảy áp lực nên cịn gọi dịng phun có áp Theo khác hướng chảy chất điểm dịng chảy bánh xe cơng tác chia tuabin phản kích thường dùng làm ba loại: tuabin hướng trục (hình1-2a, 1-2d), tuabin tâm trục (hình1-2c) tuabin cánh chéo (hình1-2b) Hình 1-3: Sơ đồ phần qua nước tuabin phản kích a) Hướng trục trục đứng; b) Cánh chéo; c) Tâm trục; d) Hướng trục trục ngang; e) Gáo a Tuabin tâm trục (hình 1-2c): Đặc điểm tuabin tâm trục dịng nước chảy vào bánh xe công tác theo mặt nằm ngang thẳng góc với trục sau đổi hướng dịng chảy song song với trục khỏi BXCT Tuabin cịn gọi tuabin Franxit, sử dụng TTĐ có cột nước cao H = 30 500m b Tuabin hướng trục (hình 1-2a, d): Tuỳ theo đặc điểm cấu tạo phương thức lắp trục, tuabin hướng trục chia thành: Kiểu cánh quạt, kiểu cánh quay kiểu chảy thẳng Kiểu cánh quạt kiểu cánh quay có dịng chảy vào dòng chảy khỏi BXCT song song với trục tuabin Chỉ khác chỗ: tuabin cánh quạt cánh tuabin gắn chặt với bầu BXCT tuabin cánh quay cánh tuabin quay quanh trục cánh Loại tuabin thích hợp với cột nước thấp từ 40m (cá biệt có cột nước H tới 80m) Do đặc tính cơng tác nên tuabin cánh quạt thường dùng cho TTĐ nhỏ tuabin cánh quay có hiệu suất cao phạm vi điều chỉnh vòng nên sử dụng với TTĐ lớn trung bình Đối với tuabin chảy thẳng thường sử dụng phương thức lắp trục ngang có lượng tương đối tốt TTĐ có cột nước thấp, tương lai áp dụng rộng rãi để khai thác lượng thủy triều c Tuabin hướng chéo (hình 1-2b): Đây loại tuabin kết hợp tuabin tâm trục tuabin cánh quay Loại sử dụng phạm vi H = 30 150m Ở nước ta loại tuabin chưa sử dụng 1.2.2 Tuabin xung kích Tuabin xung kích gồm kiểu chủ yếu sau: - Tuabin gáo (hình 1-4) Tuabin tia nghiêng (hình 1-3a) - Tuabin xung kích hai lần (hình 1-5) Hình 1.4: Turrbin gáo Vịi phun; Cánh BXCT; Miệng phun; Van kim; Vỏ máy Hình 1.5: Tuabin xung kích hai lần a Tuabin gáo (hình 1-4) Tuabin gáo loại tuabin xung kích có tính cơng tác tốt sử dụng nhiều với loại TTĐ vừa có cột nước cao (từ 300 2000m) lưu lượng nhỏ Ở nước ta TTĐ Đa Nhiệm dùng tuabin gáo có H = 800m cơng suất tổ máy N = 40 MW b Tuabin tia nghiêng (hình 1-3a) Tuabin có trục tia nước tạo với mặt phẳng BXCT góc nghiêng Loại khơng cịn sử dụng hiệu suất tính làm việc c Tuabin xung kích hai lần (hình 1-5) Với tuabin dịng chảy hai lần tác động lên cánh bánh xe công tác Tuabin thường dùng cho TTĐ cỡ nhỏ có N = 100KW Trong tất loại tuabin trên, ngày sử dụng rộng rãi có lịch sử lâu dài là: Tuabin gáo dùng với cột nước cao (200 2000m) Tuabin tâm trục dùng với TTĐ có cột nước vừa (30 700m) Tuabin cánh quay dùng TTĐ loại lớn vừa có cột nước thấp (6 80m) Tuabin cánh quạt dùng TTĐ vừa nhỏ có cột nước thấp (6 80m) Bốn loại tuabin có cống hiến to lớn nghiệp lợi dụng thủy thiên nhiên Trong sách chủ yếu giới thiệu bốn loại tuabin nói 1.1 Khái quát cấu tạo tuabin Trong tuabin nước phận ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tuabin phần dẫn dịng Phần dẫn dịng gồm ba phận là: Hình 1.6: Mặt cắt dọc tổ máy - Buồng dẫn Tuabin: - Bánh xe công tác - Ống hút tuabin - Các phận phụ tuabin gồm trục tuabin, ổ dẫn hướng, thiết bị bôi trơn cho ổ trục, trục tuabin trục máy phát, thiết bị điều chỉnh làm việc đồng tuabin máy phát 1.3.1 Cấu tạo tuabin gáo Tuabin gáo gọi tuabin Pentơn (tên người Mỹ hồn thiện vào năm 1884) Nước từ thượng lưu theo đường ống áp lực qua cửa van, đoạn ống chuyển tiếp vào vòi phun (1), BXCT (2) truyền lượng dòng nước dạng động cho BXCT Sau khỏi BXCT nước tháo xuống kênh xả hạ lưu TTĐ (hình 1.24) Hình 1.24: Tuabin gáo Vòi phun; Cánh BXCT; Miệng phun Van kim; Vỏ máy a Vịi phun Hình 1.25: Bộ phận cắt dòng Vòi phun gồm miệng phun (2) van kim (3) để điều chỉnh lưu lượng, nằm van tuabin BXCT Khi kim áp sát với miệng vịi phun tiết diện ướt vịi phun 0, dịng nước khơng thể chảy vào BXCT (ứng với độ mở a0 = 0) lúc kim rời khỏi miệng vịi phun xa (hành trình kim S lớn nhất, S = Smax) tiết diện ướt vịi phun lớn nhất, lức lưu lượng dịng tia lớn ứng với độ mở a0 = a0max Như vòi phun kim có tác dụng điều chỉnh lưu lượng tuabin thơng qua việc điều chỉnh tiết 10 diện dịng tia vào BXCT Vịi phun gồm có miệng phun (2) dạng ống co hẹp dần, van kim (3) trượt vòi Kim có trục nhơ ngồi vịi phun, trục chuyển động lui tới nhờ có động tiếp lực hệ thống điều chỉnh hay điều khiển tay (ở tuabin cỡ nhỏ) Lưu lượng vào tuabin nhanh chóng giảm xuống đóng van kim từ từ giảm áp lực nước va xảy đường ống cần điều chỉnh lưu lượng tức thời b Bánh xe công tác BXCT gồm có 14 60 cánh gắn chặt lên đĩa gắn lên trục tuabin Cánh BXCT có dạng gáo, có sống nhỏ (dao) chia gáo thành hai phần tách dòng nước thành hai phần chảy theo hướng mặt phẳng BXCT Để tránh cánh gáo trước ảnh hưởng đến dịng nước xung kích cánh gáo sau c Vỏ máy Mặt BXCT bọc lớp vỏ máy, tác dụng để ngăn ngừa dòng nước BXCT bắn sàn nhà máy để đỡ miệng vòi phun Trong vỏ máy trạng thái áp lực khơng khí d Các phận phụ Để đảm làm việc bình thường tuabin, phải có phận phụ bố trí cạnh tổ máy, là: van phá chân khơng, van xả tải, van trước tuabin, thiết bị tháo nước rị rỉ nắp tuabin, thiết bị dầu bơi trơn v.v… 11 PHẦN 2: PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA TUABIN Phương trình tuabin xác lập mối liên hệ mômen lực tác dụng nước vào bánh xe công tác với thành phần vận tốc cửa vào cửa Trước vào cánh bánh xe công tác, nước chảy qua rãnh cánh hướng nước Các cánh xếp với khoảng cách vòng quanh bánh xe công tác làm với mặt kinh tuyến (mặt phẳng qua trục quay) góc 0 (hình 2.2) Góc 0 tỉ lệ thuận với độ mở a0 cánh hướng nước, vậy, dòng nước trước sau BXCT dòng chảy chuyển động xoay quanh trục tuabin (dịng chảy xốy) đối xứng với trục Hình 2.2: Sơ đồ suy diễn phương trình tuabin Hình 2.3: Sự biến đổi mơmen động lượng Khi dịng nước chảy qua rãnh cánh BXCT, cánh BXCT bắt dòng nước phải thay đổi hướng độ lớn tức cánh tuabin gây lực tác dụng lên dòng nước, ngược lại dịng nước có lực phản tác dụng lên cánh tuabin làm BXCT phải quay ngược chiều dòng nước chỗ cửa Đó q trình cơng tác tuabin phản kích nhà bác học Nga - Ơle vào kỉ 18 đưa vào định luật biến thiên mômen động lượng Biến thiên mômen động lượng đơn vị thời gian lưu tuyến 1-2 mômen phản lực tác dụng lên cánh: M= 𝑑𝐿 𝑑𝑡 Trong đó: M - momen phản lực tác dụng lên cánh L – momen động lượng nước Xét dòng chảy hai cánh tuabin Tốc độ tuyệt đối bình qn dịng nước cửa nước vào tuabin v1, cửa v2 Trong thời gian t khối lượng nước 12 𝛾 𝛾 𝑔 𝑔 chảy qua cửa vào hai cánh tuabin 𝑞1 ∆𝑡 cửa cánh tuabin 𝑞2 ∆𝑡 Giả thiết khối lượng nước xét liên tục co ép nên 𝑞1 = 𝑞2 = 𝑞 𝛾 động lượng theo hướng tiếp tuyến vòng tròn cửa vào 𝑞1 ∆𝑡𝑉1 𝑐𝑜𝑠𝛼1 𝑅1 𝛾 𝑔 (hình 2.3) tương tự cửa momen động lượng 𝑞2 ∆𝑡𝑉2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 𝑅2 , tất 𝑔 thành phần vận tốc 𝑣1 𝑣à 𝑣2 lấy giá trị bình quân Biến thiên momen động lượng cửa là: 𝑑𝐿 𝑑𝑡 = 𝛾𝑞 𝑔 ( 𝑣2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 𝑅2 − 𝑣1 𝑐𝑜𝑠𝛼1 𝑅1 ) Suy rộng cho tồn dịng nước chảy qua bánh xe cơng tác ta có mơmen M BXCT tác dụng lên dòng nước : 𝑀= 𝛾∑𝑞 𝑔 ↔𝑀= (𝑣2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 𝑅2 − 𝑣1 𝑐𝑜𝑠𝛼1 𝑅1 ) 𝛾𝑄 (𝑣 𝑐𝑜𝑠𝛼2 𝑅2 − 𝑣1 𝑐𝑜𝑠𝛼1 𝑅1 ) 𝑔 Q – lưu lượng chảy qua BXCT ( 𝑚3 𝑠 ) Theo nguyên lí lực phản lực tác dụng ta có momen dòng nước 𝑀𝑛 tác dụng lên BXCT 𝑀𝑛 = −𝑀 𝑀𝑛 = 𝑀 = 𝛾𝑄 𝑔 (𝑣2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 𝑅2 − 𝑣1 𝑐𝑜𝑠𝛼1 𝑅1 ) Ta có cơng suất thu BXCT : 𝛾𝑄 𝑁 = 𝑀𝑛 𝜔 ̅ = (𝑣2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 𝑅2 − 𝑣1 𝑐𝑜𝑠𝛼1 𝑅1 )𝜔 ̅ 𝑁 = 𝑀𝑛 𝜔 ̅= 𝑔 𝛾𝑄 𝑔 (𝑣1 𝑐𝑜𝑠𝛼1 𝑢1 − 𝑣2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 𝑢2 ) (2.1) (2.1’) Mặt khác ta biết cơng suất dịng nước cung cấp cho BXCT N = 𝛾𝜂𝑡𝑙 𝑄𝐻 (2.2) Từ (2.1’) (2.2) ta rút : 𝑣 𝑐𝑜𝑠𝛼1 𝑢1 − 𝑣2 𝑐𝑜𝑠𝛼2 𝑢2 𝜂𝑡𝑙 𝐻 = (2.3) 𝑔 Trong : 𝜂𝑡𝑙 – hiệu suất thuỷ lực tuabin H – cột nước công tác tuabin u – tốc độ vịng, u = R𝜔 Phương trình tuabin cho thấy quan hệ tiêu lượng tuabin điều kiện chuyển động dòng nước BXCT Đối với điều kiện định (Q, H, , n định) nhờ phương trình thiết kế hình dạng cánh BXCT 13 PHẦN 3: DỊNG CHẢY TRONG TUABIN XUNG KÍCH 3.1 Tam giác tốc độ cửa vào cửa BXCT Qua phân tích cấu tạo tuabin xung kích phần ta thấy, phần nước qua trình làm việc tuabin gáo khác hẳn với phần nước qua trình làm việc tuabin phản kích Bộ phận hướng nước tuabin gáo vòi phun kim Nước từ vòi phun chảy vào BXCT theo tia tròn Sau qua khỏi miệng vịi phun, tồn lượng dịng nước (cột nước H) trừ tổn thất vòi phun biến thành động với vận tốc v0 = √2𝑔𝐻 hi đến gáo, tia nước bị tách hai phần nhờ dao phân chia gáo Tiếp hai phần tia chảy vào hai nửa gáo dạng cong elip Dòng nước rời khỏi gáo với vận tốc tuyệt đối v nhỏ, vận tốc tương đối w2 gần ngược chiều với 𝑤1 (2 = 1800) Nếu bỏ qua tổn thất ma sát nước với gáo 𝑤1 𝑤2 Dịng tia trao gần toàn động cho bánh xe cơng tác Dao phân chia gáo sắt nên góc 1 nhỏ, 1 coi hình tam giác vận tốc mép vào kéo dài thành đường thẳng W1 = v1 – u1 = v0 – u Trong đó: : u - vận tốc chuyển động gáo theo chiều trục x (hình 2.4) Hình 2.4 biểu thị hình tam giác vận tốc mép vào mép gáo, v0 = v1; w0 = w1 Hình 2.4: Sơ đồ tam giác vận tốc dòng chảy tuabin gáo 3.2 Phương trình tuabin gáo Phương trình Ơle áp dụng tính tốn tuabin phản kích đồng thời áp dụng tuabin xung kích gáo Căn vào tam giác tốc độ cửa vào cửa tuabin gáo (hình 2.4) cho cự ly từ vị trí dịng chảy cửa vào cửa gáo đến trục thì: u1 = u2 = u Thực tế 1 nhỏ, coi 1 = v0 = v1 = u + w1 Giả thiết dịng chảy qua gáo khơng tổn thất lượng w2 = w1 = v1 – u Đồng thời v2cos2 = u2 + w2cos2 = u + (v1 – u)cos2 , thay vào phương trình ơle tlgH = v1u1cos1 – v2u2cos2 ta có : tlgH = uv – u[u + (vo – u)cos2] tlgH = u(vo – u)(1 - cos2) 14 PHẦN 4: ĐIỀU KIỆN HIỆU SUẤT CAO CỦA TUABIN XUNG KÍCH Từ phương trình tlgH = u(vo – u)(1 - cos2) tl đạt giá trị max 𝑑𝜂𝑡𝑙 𝑑𝑢 =0↔ 𝑑𝜂𝑡𝑙 𝑑𝑢 = 𝑔𝐻 (1 − cos𝛽2 )(𝑣0 − 2𝑢) = Như muốn 𝜂𝑡𝑙 =𝜂𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥 cần phải thoả mãn hai điều kiện sau đây: • − cos𝛽2 = hay 𝛽2 = 180° độ cong cánh gáo 180° , ⃗⃗⃗⃗2 ngược chiều với ⃗⃗⃗⃗ 𝑤 𝑢2 , dòng nước cửa vào lưng cánh gáo phía sau khơng thể thuận dịng Thực tế vo khong 176 ữ 177 ã 2𝑢 = 0, u = 𝑣0 Nếu 𝛽2 góc cố định 𝜂𝑡𝑙 =𝜂𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥 u = 𝑣0 𝜂𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥 = 𝑣 − cos𝛽2 ) (𝑣0 − 0) (1 𝑔𝐻 𝑣0 = (1 − cos𝛽2 ) 𝑔𝐻 𝑣0 Vì 𝑣0 = 𝜑√2𝑔𝐻 nên 𝜂𝑡𝑙𝑚𝑎𝑥 = 4𝑔𝐻 (1 − 𝑐𝑜𝑠𝛽2 )𝜑 22gH = (1 − 𝑐𝑜𝑠𝛽2 ) 𝜑2 Trong trình chứng minh ta giả thiết bỏ qua tổn thất thuỷ lực gáo 𝛽1 = 0, thực ⃗⃗⃗⃗ 𝑤2 ≠ ⃗⃗⃗⃗ 𝑤1 𝛽1 = 10° ÷ 12° thường u = (0,44÷ 0,48) 𝑣0 hiệu suất thuỷ lực lớn bẳng 0,88÷ 0,90 thấp hiệu suất tuabin phản kích vận tốc dòng nước chảy vào ống phun hẹp dần m/s, bán kính ống 200 mm đầu ống có bán kính 50 mm Xác định vận tốc dòng chảy đầu vòi phun Xác định lưu lượng dòng nước qua ống *bài giải: - vận tốc dòng chảy đầu ra: Theo phương trình liên tục: 𝑣1 𝑆1 = 𝑣2 𝑆2 𝑣1 𝜋 𝑟12 = 𝑣2 𝜋 𝑟22 15 → 𝑣2 = 𝑣1 𝑟12 𝑟22 = 5.2002 502 = 80 m/s -lưu lượng nước chảy ống: A= 𝑣1 𝜋 𝑟12 = 5.3,14 (0.2)2 𝑚3 A =0,628( 𝑠 ) Dưới toán xác định thông số tuabin thuỷ lực : Trạm thuỷ điện có tổng lưu lượng lớn 𝑄∑𝑚𝑎𝑥 = 210𝑚3/s, cột nước H = 10m Tuabin trạm chọn tương tự với mơ hình thử có thông số cho bảng: Độ mở cánh hướng 𝑎0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 𝑄𝑀 (𝑚3/s) 0,8 0,77 0,73 0,71 0,7 0,66 0,62 0,58 𝑁𝑀 (kW) 6,7 6,5 6,0 5,4 5,4 4,7 3,3 xác định số tuabin, đường kính tuabin, biết tuabin nối với máy phát có số vịng quay n = 167 vg/ph xác định thông số lưu lượng, công suất hiệu suất tuabin ứng với tất chế độ làm việc tương tự với tuabin mơ hình cho bảng 𝜂 Biết tỉ số 𝜂 = tất chế độ làm việc 𝑀 𝐷1𝑀 = 0,7 𝑚; 𝑛𝑀 = 242 vg/ph; 𝐻𝑀 = 1𝑚 Để xác định số tuabin ta cần xác định đường kính lưu lượng lớn tuabin chế độ có độ mở cánh lớn ( ứng với lưu lượng lớn tuabin mơ hình) theo cơng thức tương tự 𝐻 𝐷1 𝑛 ( ) ( ) = 𝐻𝑀 𝐷1𝑀 𝑛𝑀 𝑄𝑚𝑎𝑥 𝐷1 𝑛 ) =( 𝑄𝑀𝑚𝑎𝑥 𝐷1𝑀 𝑛𝑀 Hay : 𝐻 D = 𝐷1𝑀 √𝐻 𝑀 𝑛𝑀 𝑛 242 = 0,7.√10 167 = 3,2 𝑚 Lưu lượng lớn tuabin: 16 𝐷 𝑛 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝑄𝑀𝑚𝑎𝑥 ( 𝐷 ) 𝑀 𝑛𝑀 𝑄𝑀𝑚𝑎𝑥 =0,8 𝑚 /s ( ứng với độ mở cánh hướng lớn 𝑎0 = ) 3,2 167 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 0,8 ( 0,7 ) 242 = 52,5 𝑚3 /s Số tuabin trạm : Z= 𝑄∑𝑚𝑎𝑥 𝑄𝑚𝑎𝑥 210 = 52,5 = để xác định thông số lưu lượng, công suất, hiệu suất tuabin, ta cần xác định hiệu suất tuabin mơ hình theo cơng thức : 102𝑁𝑀 𝜂𝑀 = 𝛾𝑄𝑀 𝐻𝑀 Kết ghi bảng sau: 𝑎0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 𝑄𝑀 (𝑚3 /s) 0,8 0,77 0,73 0,73 0,70 0,66 0,62 0,58 𝑁𝑀 (𝑘𝑊) 6,7 6,5 6,0 5,4 5,4 4,7 3,3 𝜂% 85,5 86,2 84 78,8 77,7 72,7 66 58 Các thông số Q N tuabin xác định theo công thức: Q = 𝑄𝑀 ( N= 𝐷1 𝐷1𝑀 𝑛 ) 𝑛𝑀 𝛾𝑄𝐻𝜂 102 Hiệu suất 𝜂 tuabin hiệu suất tuabin mơ hình Kết ghi bảng sau : 𝑎0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 Q (𝑚3 /s) 52,5 50,5 48 46,6 46 43,3 41,3 38,1 N(𝑘𝑊) 4500 4270 3950 3600 3500 3090 2680 2170 𝜂% 85,5 86,2 84 78,8 77,7 72,7 66 58 Các thông số tuabin chế độ tối ưu: Q = 50,5 (𝑚3 /s) N = 4270 (𝑘𝑊) 𝜂 = 86,2 % 17 ... NIỆM CƠ BẢN VỀ TUABIN THỦY LỰC 1.1 1.2 1.3 Tuabin nước phát triển tuabin Phân loại tuabin Khái quát cấu tạo tuabin PHẦN 2: PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA TUABIN PHẦN 3: DỊNG CHẢY TRONG TUABIN XUNG KÍCH... CỦA TUABIN XUNG KÍCH PHẦN 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TUABIN THỦY LỰC 1.1 Tuabin nước phát triển Tuabin nước (Tuabin thủy lực) thiết bị chủ yếu Trạm Thủy Điện, dùng để biến đổi lượng dòng nước (thủy. .. lượng thủy triều c Tuabin hướng chéo (hình 1-2b): Đây loại tuabin kết hợp tuabin tâm trục tuabin cánh quay Loại sử dụng phạm vi H = 30 150m Ở nước ta loại tuabin chưa sử dụng 1.2.2 Tuabin xung