Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo

2 Tính toán và thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo 1 Mục đích và ý nghĩa kinh tế, xã hội của đề tài Nêǹ kinh tế nước ta hiện nay noí chung các ngaǹh công nghiệp noí riêng đang từng bước phat́ triển maṇh mẽ và có nhưñg bước tiến vưñg chắc, đôǹg thời với sự phat́ triên̉ kinh tế, nhu cầu sử dụng điêṇ năng ngaỳ caǹg tăng cao Tuốc bin nước là thiết bị trực tiếp biến đổi năng lượng dòng nước thành cơ năng làm quay máy phát điện tạo ra điện năng Với y.

Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Mục đích ý nghĩa kinh tế, xã hội đề tài Nền kinh tế nước ta hiện nói chung các ngành công nghiệp nói riêng từng bước phát triển mạnh mẽ và có những bước tiến vững chắc, đồng thời với sự phát triển kinh tế, nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng cao Tuốc bin nước thiết bị trực tiếp biến đổi lượng dòng nước thành làm quay máy phát điện tạo điện Với yêu cầu đóng nhanh điều chỉnh lưu lượng tới giá trị khơng kim phun gây va đập đường ống lớn Vì trình tắt máy cần điều chỉnh kim phun đến giá trị đó, tương ứng với lưu lượng cho phép mà đường ống chịu áp suất, tính với áp suất tượng nước va Sau cần phải hướng dịng tia khái bánh công tác Trong chế độ ổn định với việc điều chỉnh lưu lượng phù hợp với phụ tải cấu hướng tia nước ln ln xa dịng dịng tia phun Trong trường hợp bình thường, điều tốc làm việc điều chỉnh vị trí kim phun Trong trường hợp sợ cố, phụ tải đột ngột, lăng xếp lại Pittong cản xilanh lực chuyển động nhanh sang phải, đóng vịi phun nhờ hệ thống truyền, cam, trượt xilanh lực Đồng thời, tín hiệu truyền đến cấu hướng tia nước để hướng dịng tia khái bánh cơng tác Vì điều tốc có ảnh hưởng lớn có tầm quan trọng việc điều chỉnh tuốc bin làm việc cách ổn định tạo nguồn điện cho máy phát phát hợp lý để phục vụ cho công nghiệp, nông nghiệp cho người sử dụng Đứng trước tình hình vấn đề tính tốn điều chỉnh hệ thống truyền lực cho tuốc bin vấn đề quan trọng nhằm mục đích Và mục đích ý nghĩa đề tài tính tốn thiết kế hệ thống thủy lực tuốc bin gáo Cụ thể tính tốn thiết kế điều tốc Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo 2.Giới thiệu tuốc bin gáo lắp điều tốc 2.1 Giới thiệu - Tuốc bin gáo gọi tuốc bin Pelton nhà khoa học mỹ sang chế vào năm 1884 - Nguyên lý làm việc tuốc bi gáo là:dịng chảy lớn dẫn qua đường ống vòi phun Tại miệng vòi phun vận tốc dòng chảy lớn, nẵng biến thành động Với vận tốc lưu lượng định dòng chảy đập vào cánh gáo xếp vành đĩa trịn cịn gọi bánh cơng tác) làm quay tuốc bin máy phát Bánh công tác quay truyền chuyển động cho trục tuốc bin trục máy phát Như trình dòng chảy biến thành quay trục tuốc bin -Cấu tạo chung tuốc bin gáo:[5] Theo bản vẽ tổng thể của tuốc bin gáo (hình 2.2.1) thì tuốc bin này gồm các bộ phận chính sau: bánh công tác, vòi phun điều chỉnh lưu lượng, cấu cắt dòng, vỏ và trục tuốc bin 2800 /h6 H7 φ55 4200 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Hình 2.1 Bản vẽ tổng quan về tuốc bin gáo 1-Cơ cấu cắt dòng; 2-Vòi phun; 3-Van kim; 4-Gáo tuốc bin; 5-Trục tuốc bin; 6-Vỏ che ngoài; 7-Thân vòi phun; 8-Lò xo nén 2.2 Mô tả số chi tiết liên quan đến điều tốc 2.2.1 Bánh xe công tác Bánh công tác của tuốc bin gáo gồm có đĩa, đĩa (theo chu vi) có gắn các cánh có dạng gáo nên gọi là gáo (hình 2.2) Hình 2.2 Sơ đờ kết cấu của gáo kích thước Bánh xe công tác là một khối liền Sau đó gắn lên đĩa bằng bu lông hoặc bằng cách ghép hay hàn.Chính giữa gáo có “dao” chia gáo thành hai phần bằng để chia tia nước tác động vào gáo thành hai phần theo hai hướng khác Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Mép ngoài gáo có khoét lõm vào gáo đến tiếp theo không vào khu vực tác dụng của tia nước, làm cản trở lực tác dụng của tia nước vào gáo nằm phía trước, cũng để gáo khỏi khu vực tác dung, nước sau tác dung vào các gáo không rơi lên lưng các gáo phía trước 2.2.2 Vòi phun, kim phun Vòi phun có nhiệm vụ biến toàn bộ lượng nước thành động trước đưa vào bánh công tác, ngoài còn điều chỉnh lưu lượng vào tuốc bin Như vậy ở tuốc bin gáo (cũng ở các tuốc bin xung lực khác), vòi phun làm nhiệm vụ của bộ phận hướng dòng Hình 2.3 Vòi phun của tuốc bin gáo 1- Thân vòi phun; 2- Miệng vòi; 3- Van kim; 4- Trục điều chỉnh Vòi phun gồm có thân vòi là đoạn tiếp giáp với khuỷu chuyển tiếp miệng vòi và van kim điều chỉnh Hình dáng của miệng vòi và van kim phải thuận dòng để có tổn thất thuỷ lực bé nhất đồng thời tạo được tia phun tròn sau dòng nước khỏi vòi Điều chỉnh lưu lượng qua vòi (cũng đồng thời là lưu lượng qua tuốc bin) được tiến hành bằng cách tịnh tiến van kim về phía trước hoặc phía sau tức là gián tiếp giảm nhỏ hoặc tăng tiết diện của vòi phun Ở các tua bin nhỏ việc tịnh tiến van kim một cấu điều khiển bằng tay đảm nhiệm; Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo còn ở các tuốc bin trung bình và lớn được tiến hành tự động nhờ động tiếp lực bằng dầu 2.2.3 Cơ cấu cắt dòng Ở các trạm thuỷ điện cột nước cao có đường ống dẫn nước dài; nếu đóng nhanh van kim sẽ làm tăng áp lực cuối đường ống (hiện tượng va đập thủy lực) Khi cần ngưng tuốc bin người ta dùng cấu cắt dòng để hướng toàn bộ hay một phần tia nước về phía khác không cho tác dụng vào gáo bánh xe công tác, đó tuốc bin sẽ ngừng làm việc hoặc giảm bớt công suất Khi cắt dòng nếu cắt toàn bộ tia nước không cho tác dụng vào bánh xe công tác (hình a) thì đó gọi là cắt dòng và cắt dòng dưới thì chỉ hướng một phần tia nước không cho tác dụng vào bánh công tác (hình b) Hình 2.4 Sơ đồ kết cấu vòi phun thiết kế 1- Đệm; 2- Vít cấy; 3- Vòi phun; 4- Van kim; 5- Cơ cấu cắt dòng Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Vấn đề điều chỉnh tuốc bin 3.1 Nhiệm vụ điều chỉnh tuốc bin Trong nhiều trường hợp, tuốc bin nước dùng làm động cho máy phát điện Chỉ có tuốc bin loại nhỏ vài trường hợp cá biệt, dùng để kéo trực tiếp máy cơng cụ Thông thường, tuốc bin loại vừa lớn trục tuốc bin nối trực tiếp với trục máy phát điện mà không qua khâu truyền động trung gian khác ( kiểu đai truyền hay bánh răng) Tổ máy thủy lực làm việc lưới điện độc lập làm việc song song lưới điện chung nhiều tổ máy (tuốc bin nước tuốc bin khí…) cấp điện Phần lớn tổ máy thủy lực làm việc song song lưới điện, hộ dùng điện động điện, thiết bị thắp sáng tiêu thụ điện lưới điện Trong q trình làm việc trạm thủy điện, nhu cầu điện (phụ tải máy phát điện) luôn thay đổi phạm vi rộng Nếu khơng có biện pháp chuyên môn để điều chỉnh công suất động tuốc bin phát cho lưới điện xảy thay đổi tần số điện giới hạn cho phép Quy trình kĩ thuật vận hành điện quy định tần số điện không đổi, độ sai lệch tạm thời tần số điện xoay chiều với giá trị định mức (50Hez) không 0,2% Tần số số dòng điện xoay chiều giây phụ thuộc tốc độ quay số vòng quay rơto máy phát f = p n 60 Trong đó: f: tần số dịng điện (Hez) p: số đơi cự từ máy phát n: số vịng quay rơto máy phát điện (v/p) Do đó, loại kết cấu máy phát định (p = const) tần số dòng điện tùy thuộc vào tốc độ quay rôto máy phát điện, mặt khác theo học, phương trình đặc trưng chuyển động rơto tổ máy có dạng: dω J = Mđ − Mc (3.1) dt Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Trong đó: J: mơmen qn tính rơto tổ máy thủy lực π n ω : tốc độ góc rơto tổ máy ( ω = ) 30 Mđ: mômen lực chuyển động rôto tổ máy Mc: mômen cản chuyển động rôto tổ máy t: thời gian Từ công thức (3.1) ta thấy, muốn giữ tốc độ quay của tổ máy không đổi, tức là gia tốc dω = thì mômen lực chuyển động Mđ và mômen lực cản Mc phải dt bằng Mđ = Mc Khi Mđ > Mc thì dω > , số vòng quay của tổ máy lớn dt bìmh thường Ngược lại Mđ < Mc thì dω < , số vòng quay của tổ máy nhỏ dt bình thường Mômen lực cản xác định bằng phụ tải của tổ máy, còn mômen lực chuyển động phụ thuộc công suất của dòng nước và xác định bằng công thức: Mđ = N T ρ g Q.H = η T ω ω (3.2) Để giữ cho số vòng quay của tổ máy biến đổi phạm vi cho phép phụ tải thay đổi, cần điều chỉnh mômen lực chuyển động cân bằng theo mômen lực cản Công thức (4.2) cho thấy có thể thay đổi mômen lực chuyển động bằng cách thay đổi lưu lượng Q, cột nước H, hay hiệu suất η T Thay đổi hiệu suất η T và cột nước H là rất khó thực hiện về mặt kỹ thuật mà lại không hợp về mặt kinh tế Vì vậy thông thường điều chỉnh mômen lực chuyển động bằng cách điều chỉnh lưu lượng qua tuốc bin bằng các bộ phận điều chỉnh lưu lượng qua tuốc bin Trong tuốc bin gáo việc điều chỉnh lưu lượng được thực hiện nhờ cấu cắt dòng và van kim ở vòi phun 3.2 Cấu tạo đặc điểm hệ thống điều chỉnh tuốc bin Tuốc bin, mà có xảy q trình điều chỉnh gọi đối tượng điều chỉnh Đại lượng cần giữ mức độ cho trước thay đổi theo chương trình cho trước gọi thông số điều chỉnh Hệ thống điều chỉnh tốc độ tuốc bin (gọi tắt hệ thống điều tốc) tổng hợp cấu thiết bị, cấu thiết bị có nhiệm vụ cảm ứng thay đổi tốc độ quay Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo tổ máy thay đổi vị trí tương đối cấu điều chỉnh Hệ thống điều tốc tuốc bin gồm cấu sau: - Cơ cấu cảm ứng huy cảm giác độ sai lệch tốc độ quay tổ máy thay đổi vị trí cấu điều chỉnh - Cơ cấu điều chỉnh phận trực tiếp thay đổi mômen lực chuyển động tuốc bin - Cơ cấu chấp hành (khuếch đại), thực liên hệ cần thiết cấu cảm ứng cấu điều chỉnh chuyển dời đến vị trí tương ứng với tín hiệu cấu cảm ứng - Cơ cấu ổn định, tác dụng làm tăng tính ổn định chất lượng q trình điều chỉnh - Cơ cấu phụ trợ: làm động tác phụ thay đổi chỉnh định máy điều tốc, hạn chế độ mở Sự điều chỉnh tuốc bin nước có nhiều điểm khác so với điều chỉnh loại động khác Một đặc điểm có lượng nước lớn chảy qua cấu điều chỉnh (lưu lượng tuốc bin lớn đến hàng trăm m3/s) nên kích thước cấu điều chỉnh phải lớn Ngồi ra, qn tính dòng nước nên cấu điều chỉnh chuyển động nhanh, hệ thống đường dẫn tuốc bin có tượng va đập thủy lực Đó khác biệt Cơ cấu điều chỉnh tuốc bin địi hỏi cần có lực chuyển dời lớn Vì cấu cảm ứng (có độ nhạy cao lượng bé) cấu điều chỉnh cần có thêm nhiều khuếch đại thủy lực Đối với tuốc bin gáo phải tiến hành điều chỉnh kép, phải đồng thời điều khiển hai cấu điều chỉnh (vòi phun cấu cắt dòng) điều làm cho hệ thống điều chỉnh thêm phức tạp 3.3 Các sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ tuốc bin Theo nguyên lý tác dụng, chia hai loại máy điều tốc: máy điều tốc tác động trực tiếp tác động gián tiếp 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp cho ở hình (3.1) Cấu tạo của máy điều tốc loại này gồm lắc ly tâm 4, tay đòn HZS và van điều tiết lưu lượng Con lắc ly tâm quay được nhờ động điện có liên hệ bằng hay điện với trục tuốc bin Đầu bên trái của tay đòn HZS được nối với lắc nhờ hộp trục H còn bên phải nó được nối với van điều tiết tại điểm S Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Bäü pháûn nhaûy caím Tuäúc bin Z H S Bäü pháûn âiãưu chènh Hình 3.1 Sơ đờ ngun lí làm việc của máy điều tốc tác động trực tiếp 1-Trục nối từ máy phát điện; 2- Máy phát điện; 3-Van điều tiết; 4-Con lắc li tâm Khi cắt phụ tải, vì độ mở của các cánh hướng nước chưa thay đổi nên số vòng quay của tuốc bin cũng số vòng quay của quả lắc li tâm tăng lên, quả lắc văng xa, kéo hộp trục H lên trên, lúc đó tay đòn HZS sẽ quay quanh điểm tựa Z theo chiều kim đồng hồ và đẩy van xuống thấp để giảm bớt lưu lượng Q qua tuốc bin, đảm bảo cho công suất tuốc bin bằng công suất máy phát điện Khi tăng tải thì quá trình này cũng xảy thế, chiều chuyển động của các bộ phận kể thì ngược lại Đường vẽ nét khuất hình (4.1) tương ứng với tay đòn HZS ở cuối thời điểm điều chỉnh Từ sơ đồ ta thấy máy điều tốc tác động trực tiếp có cấu tạo rất đơn giản Nhưng khuyết điểm bản của nó là sai số về số vòng quay tuốc bin khá lớn phụ tải tăng từ đến phụ tải toàn phần Đồng thời lực để đóng mở các bộ phận điều chỉnh quả lắc tạo rất nhỏ không đủ để đóng mở các bộ phận điều chỉnh của tuốc bin cỡ lớn Bởi những lẽ đó nên hầu hết các máy điều tốc hiện đại đều được thiết kế theo sơ đồ nguyên lý tác động gián tiếp 3.3.2 Máy điều tốc tác dụng gián tiếp Để thay đổi độ mở các bộ phận điều chỉnh tuốc bin cỡ trung bình và cỡ lớn, đòi hỏi phải có một lực rất lớn, mạnh đến hàng nghìn kN (tương đương hàng trăm tấn) nên lực li tâm quả lắc sinh qua hệ thống đòn không đủ để điều khiển các bộ phận điều chỉnh được Bởi vậy, đối với tuốc bin cỡ trung bình và cỡ lớn, và cả đối với các phần của tuốc bin cỡ nhỏ, người ta dùng máy điều tớc Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo tác động gián tiếp Loại máy này có cấu tạo phức tạp nhiều so với máy điều tốc tác dụng trực tiếp Giữa quả lắc li tâm và bộ phận điều chỉnh lưu lượnglà hệ thống khuếch đại tín hiệu, gồm van điều phối và động tiếp lực để tạo nên lực đóng mở các bộ phận điều chỉnh lưu lượng khá lớn Để hệ thống đóng mở ổn định, máy điều tốc còn có các bộ phận phục hồi Bộ phận phục hồi gồm có hai loại: - Phục hồi cứng - Phục hồi mềm 3.3.3 Sơ đồ nguyên lí máy điều tốc tác dụng gián tiếp có bộ phận phục hồi cứng Máy điều tốc gồm có các bộ phận sau (hình 3.2): Quả lắc li tâm 1, đòn AOB, van điều phối 2, động tiếp lực 3, và nối nối liền điểm O và cần pittông của động tếp lực Cấu tạo của động tiếp lực gồm pittông chủn đợng xi lanh và píttơng này nới với bộ phận điều chỉnh lưu lượng thông qua hệ thống tay đòn Van trượt được thông với hai ngăn của động tiếp lực nhờ hai ống dầu đặt ở hai đầu của xi lanh Cấu tạo của van trượt gồm có vỏ hình trụ và một chiếc kim trượt đó thành vỏ có khoét lổ nhỏ (cửa sổ) cửa sổ ở giữa được thông với dầu có áp được lấy từ thiết bị dầu có áp; hai cửa làm việc (ở vị trí cân bằng thì hai cửa sổ này được khép kín bởi phần lồi và phần lồi dưới của van kim) thông với ngăn tương ứng của động tiếp lực qua hai ống dẫn dầu, hai cửa dầu và dưới cùng thông với thùng xả Như vậy chuyển dời khỏi vị trí cân bằng thì dầu có áp vào một ngăn nào đó của động tiếp lực, còn dầu có áp ngăn khác của động tiếp lực sẽ theo cửa sổ làm việc và cửa xả trở về thùng dầu xả 10 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo 12 11 10 11 T P Ø14 Hình 4.14 Bản vẽ kết cấu van an toàn Kết cấu van an tồn hình (4.10); bao gồm: Giá đỡ (2) lắp vào thân van (1) qua đế tựa (5), ụ van (3) lắp vào giá đỡ (2), giá đỡ (2) cố định vào thân bu lông điều chỉnh (8) vòng đệm (6), ụ van (3) giữ lị xo (7) bu lơng chặn (9), giữ cố định bu lông (8) vặn bu lông (9) ta điều chỉnh lực ép lò xo lên ụ van (3) điều chỉnh áp suất cho phép van an tồn, bu lơng chặn (9) khóa bu lơng (8) đai ốc (10) vòng đệm (11), nắp chụp (12) vặn lên bu lơng (9), vịng đệm (11), (6) có nhiệm vụ làm kín cho van, khơng cho khơng khí lọt vào hệ thống 4.5.Tính van tiết lưu Van tiết lưu có tác dụng tạo sức cản thủy lực cục bộ,nó đặt đường chảy chất lỏng để điều chỉnh lưu lượng giảm áp suất dịng chất lỏng Để thực cơng việc sức cản van tiết lưu phải lớn sức cản chung nhánh hệ thống thủy lực Cịn vận tốc 36 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo chất lỏng qua mặt cắt thông van phải lớn vận tốc đường ống nhiều lần Van tiết lưu sư dụng hệ thống thủy lực dung để điều chỉnh lưu lượng,tức điều chỉnh vận tốc cấu chấp hành Van tiết lưu đặt đường dầu vào đường dầu cấu chấp hành Cơ cấu tiết lưu có loại: tiết lưu điều chỉnh tiết lưu khơng điều chỉnh đươc Loại tiết lưu ta tính tốn loại tiết lưu điều chỉnh Hình4.15 Sơ đồ tính tốn van tiết lưu Với:-P1 = Pvtl , Pvtl áp suất vào van tiết lưu -P2 = Prtl , Prtl áp suất van tiết lưu Khi tính tốn thiết kế thơng số ta cần quan tâm là: lưu lượng dầu van tiết lưu Qtl, chênh áp vào van Δp tiết diện chảy Lượng dầu qua khe hở van tiết lưu tính theo cơng thức: Qtl = μ.S 2.g ∆p γ (4.35) Trong đó: μ- hệ số lưu lượng S-diện tích mặt cắt khe hở ∆p -tổn thất áp suất van tiết lưu ρ-khối lượng riêng dầu (kg/m3) Với diện tích mặt cắt khe hở tính theo cơng thức: 37 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo S = 2.π.rt.AB = 2.π.rt.h.sinα mà rt = r - (4.36) h.sinα cos α suy ra: S = 2.π.rt.h.sinα = π.h.(2.r.sinα – h.sin2α cosα) Bỏ qua đại lượng vơ bé:π.h2.sin2α.cosα ta có: S ≈ 2.π.r.h.2sinα suy lưu lượng qua van tiết lưu là: Qtl = μ.2.π.r.h.sinα 2.g ∆p γ tổn thất áp suất qua van tiết lưu (tổn thất cục tiết lưu) xác định: ∆p = ξ.γ v2 2.g (4.37) Trong đó: ξ- hệ số tổn thất cục van.chọn ξ = γ - trọng lượng riêng dầu, chọn dầu có γ = 9000 N/m3 = 9000.10-6 N/cm3 v- vận tốc dòng chảy dầu,v = m/s = 500 cm/s g- gia tốc trọng trường,lấy g = 9,81 m/s2 = 981 cm/s2 suy ra: ∆p = ξ.γ v2 500 -6 = 4.9000.10 = 0,45 bar 2.g 2.9,81 lưu lượng qua van tiết lưu lưu lượng qua cấu phân phối Qtl = Qv = 6,6725.10-4 m3/s = 667,25 cm3/s chọn μ = 0,6 ; r = 0,75 cm; α = 450 Với:Qv lưu lượng qua cấu phân phối suy độ hở van h là: Qtl h= 2.µ π r.sinα 667, 25 2g = 2.981 ∆p 2.0, 6.π 0,75.sin45 .0, 45 γ 9000.10−6 = 0,33 cm = 3,3 mm *Bản vẽ kết cấu van tiết lưu 38 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Hinh4.16.Kết cấu van tiết lưu 1-Con trượt; 2-Lị xo; 3-Vít điều chỉnh; 4-Vỏ; 5-Cửa ra; 6- Cửa vào 4.6.Tính kích thước đường ống hệ thống Ống dẫn hệ thống điều khiển thủy lực phổ biến ống dẫn cứng với vật liệu đồng thép ống dẫn mềm với vật liệu vải cao su ống mền kim loại làm việc nhiệt độ 1350C Ống dẫn cần phải đảm bảo độ bền học tổn thất ống nhở nhất.Để giảm tổn thất áp suất, ống dẫn ngắn cằng tốt,ít uốn cong để tránh biến dạng tiết diện đổi hướng chuyển động dầu Ta có phương trình lưu lượng chảy qua ống dẫn: Q = S.vo (4.38) 39 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo π d S= Trong tiết diện: Suy ra: Qv = (4.39) π d vo (4.40) Trong đó: Qv- lưu lượng chảy qua ống.Q = 6,6725.10-4 m3/s d- đường kính ống dẫn v- vận tốc chảy ống (m/s).v = (4÷) (m/s),chọn v = m/s Khi kích thước ống dẫn là: d= 4.Q π v o = 4.6, 6725.10−4 3,14.5 = 0,013 m = 13 mm Vậy đường kính ống dẫn d = 13 mm 4.7 Chọn thiết bị phụ 4.7.1.Tính chọn bể chưa dầu thủy lực 40 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo H h a b Hình4.17 Sơ đồ tính tốn bể chứa dầu 1-Lọc thô; 2- Đáy bể dầu; 3- Vách ngăn Bể dầu dung để chứa lượng dầu cần thiết cho hoạt động hệ thống thủy lực Tùy theo kết cấu máy, bể chưa dầu khoảng không đúc liền thân máy, thùng riêng biệt đặt bên thân máy Để tránh tác dụng nhiệt vào phận máy, người ta đặt ngồi Trong thực tế dung tích bể chưa dầu chọn cho chứa lượng chất lỏng (2÷3) lưu lượng bơm cung cấp, tức theo công thức kinh nghiệm sau đây: Vbc = (2÷3).Q (4.41) Trong đó:Vbc- dung tích bể chứa Q lưu lượng bơm cung cấp, Q = 0,55 m3/s = 33 l/ph Suy ra: Vbc = (2÷3).Q ,chọn Vbc= 2.Q = 2.33 = 66 lít Nếu chọn kết cấu bể chứa dầu có dạng hình hộp nhật kích thước lên hệ với dung tích bể chưa theo phương trình: Vbc = a.b.h = a.b.0,8H (4.42) Trong đó:Vbc- dung tích bể chưa dầu,Vbc = 66 lít a- chiều rộng bể chứa dầu b- chiều dài bể chứa, b = 2a h- chiều cao mức dầu bể, h = 0,8H 41 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo H- chiều cao bể dầu,H = 1,4.a Thay vào công thức ta đươc: Vbc = a.b.h = a.b.0,8H = a 2a.0,8.1,4a = 2,24 a3 Nên: Vbc = 2,24.a3 = 66 lít Suy ra: a = 66 = 3,1 dm = 31 cm 2, 24 Với chiều rộng bể chứa dầu a = 31 cm suy kích thước bể chứa dầu là: -chiều dài dài bể chứa:b = 2.a = 2.31 = 62 cm -chiều cao mức dầu bể: h = 0,8H = 0,8.1,4.a = 0,8.1,4.31 = 34,72 cm, chọn h= 35 cm -Chiều cao bể dầu: H = 1,4.a = 1,4.31 = 43,4, chọn H = 44 cm Hình4.18 Kết cấu thùng chứa dầu 1-Dụng cụ mức dầu; 2- Lọc dầu; 3- Ống hút; 4- Nắp thùng; 5- Ống thơng gió; 6- Cửa; 7- Ống dẫn dầu từ hệ thống về; 8- Bộ lọc dạng lưới; 9- Cửa rót dầu; 10- Nắp từ; 11- Nắp xả dầu; 12- Các ngăn 4.7.2.Chọn bình tích 42 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Trong hệ thống truyền động thủy lực,lưu lượng yêu cầu động thường thay đổi lưu lượng bơm lại khơng thay đổi.Vì phải dùng bơm có lưu lượng lớn lưu lượng cao mà động yêu cầu.Để đảm bảo cho hệ thống làm việc bình thường nâng cao hiệu suất nó.người ta dùng bình tích năng.Bình tích có nhiệm vụ tích trữ lượng thừa hệ thống không dùng hết cấp thêm lượng yêu cầu hệ thống vượt khả bơm Bình tích phân loại theo ngun lý tạo tải sau: -Bình tích dùng tải trọng -Bình tích dùng lị xo -Bình tích dùng thủy khí Trong hệ thống truyền động thủy lực bình tích dùng thủy khí sử dụng rộng rãi nhất.Bình tích thường dùng khí ni tơ khơng khí làm khí nén.sở dĩ người ta thường dùng bình tích dùng thủy khí Năng lượng tích trữ lớn so với kích thước nhỏ, đa dạng cấu tạo cơng dụng Chính mà bình tích em chọn cho hệ thống truyền động thủy lực em bình tích dùng thủy khí Cơng dụng bật bình tích là: -tích lũy lượng thủy lực -là nguồn cung cấp đảm bảo hoạt động hệ thống thủy lực gặp cố -tạo cân lực sinh tải trọng hệ -bổ sung rò rỉ -bổ sung chất lỏng làm việc (trường hợp máy bơm làm việc thấp tiêu chuẩn) -giảm lượng bọt tạo máy bơm -ngăn ngừa va chạm thủy lực -giảm rung xóc làm việc -tăng tuổi thọ máy bơm *tính bình tích 43 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo sau xác định dung tích xilanh lực ta vào để tính chọn bình tích Dung tích bình tính theo cơng thức thực nghiệm sau đây: Vbtn = 18.Vxl = 18 1,3345.10-3 = 0,024 m3 giả sử bình tích có dạng hình trụ trịn có đáy hình trịn đường kính D, chiều cao b ta có: π D Vbtn = b suy ra: D = 4.Vbtn π b chọn b = 700 mm đường kính D là: D= 4.Vbtn = π b 4.0, 024 = 0,21 m = 210 mm π 0, - cấu tạo bình tích thể hình vẽ đây: Hình4.19 kết cấu bình tích 1-Khóa; 2-Píttơng; 3-Vịng đệm cao su; 4,7-Đường ống; 5-Lò xo; 6-Nắp van 4.7.3.Chọn bầu lọc dầu cho hệ thống 44 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Trong q trình làm việc dầu khơng tránh khỏi bị nhiễm bẩn chất bẩn từ bên vào thân dầu tạo nên Những chất bẩn kẹt khe hở tiết diện chảy có kích thước nhỏ cấu dầu ép,gây nên trở ngại hư hỏng hoạt động hệ thống Do hệ thống dầu ép dung lọc dầu để ngăn ngừa chất bẩn thâm nhập vào bên cấu,phần tử dầu ép Bầu lọc thường dược đặt ống hút bơm Trường hợp dầu cần đặt them cựa bơm ống xả hệ thống dầu ép Phân loại bầu lọc sau: *Phân loại theo kích thước lọc -Bộ lọc thơ: lọc chất bẩn đến 0,1mm -Bộ lọc trung bình: lọc chất bẩn lên đến 0,01mm -Bộ lọc tinh: lọc chất bẩn đến 0,005mm -Bộ lọc đặc biệt tinh: lọc chất bẩn đến 0,001mm Các hệ thống dầu máy cơng cụ thường dung lọc trung bình lọc tinh Bộ lọc đặc biệt chủ yếu dung phịng thí nghiệm *Phân loại theo kết cấu -Bộ lọc lưới: loại lọc dầu đơn giản Nó gồm khung cứng lưới đồng bao xung quanh dầu từ xuyên qua mắt lưới lỗ để vào ống hút Hình dáng kích thước lọc khác tùy thuộc vào vị trí kích thước lọc Do sức cản lưới nên dầu qua lọc bị giảm tính tốn tổn thất áp suất thường lấy Δp=(0,3÷0,5) bar trường hợp dặc biệt lấy Δp=(1÷2) bar Nhược điểm lọc lưới chất bẩn dễ bám vào bề mặt lưới khó tẩy ra.Do thường dùng để lọc thơ,như lắp vào ống hút bơm.Trường hợp thường dùng thêm lọc tinh ống -Bộ lọc sợi thủy tính Bộ lọc lọc dùng thép mỏng để lọc dầu.Đây loại dùng rộng rãi hệ thông dầu ép máy cơng cụ Kết cấu sau: làm nhiệm vụ lọc lọc thép hình trịn thép hình Những thép lắp đông tâm trục,tấm Giữa cặp lắp chen mảnh ghép trục có tiết diện vng 45 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Số lượng thép cần thiết phụ thuộc vào lưu lượng cần lọc, nhiều (1000÷1200) tổn thất áp suất lơn Δ= bar Lưu lượng lọc (8÷100) l/ph Bộ lọc chủ yếu lọc thô ưu điểm lớn tẩy chất bẩn khỏi phải dùng máy tháo lọc Ngày người ta thay vật liệu thép vật liệu sợi thủy tinh nên độ bền lọc cao có khả chết tạo dễ dàng, đặc điểm vật liệu không thay đổi nhiều trình làm việc ảnh hưởng hóa dầu Vậy từ kiểu phân loại nguyên tác bố trí lọc dầu đường ống hút vào bơm tính chất làm việc đơn giản q trình lọc thơ ta chọn lọc lưới để dùng lọc thơ cho q trình lọc dầu làm việc hệ thống thủy lực Hình4.20 Lọc dầu 1-Dầu qua lọc vào bơm; 2- Lưới lọc Chú ý vận hành điều tốc 46 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Như biết điều tốc quan trọng điều khiển tuốc bin, trình điều chỉnh lưu lượng , q trình mở đóng bình thường đặc biệt trường hợp đóng có cố Vì trình vận hành điều tốc phải ý đề sau Với yêu cầu đóng nhanh điều chỉnh lưu lượng tới giá trị khơng kim phun gây va đập đường ống lớn Vì trình tắt máy cần điều chỉnh kim phun đến giá trị đó, tương ứng với lưu lượng cho phép mà đường ống chịu áp suất, tính với áp suất tượng nước va Sau cần phải hướng dịng tia khái bánh cơng tác Và q trình vận hành điều tốc phải đảm bảo được: - Trong chế độ làm việc khác tuốcbin phải điều chỉnh tần số, điều chỉnh công suất,điều chỉnh nhóm tổ máy - Phải đảm bảo hạn chế công suất lớn công suất nhỏ tuốcbin phù hợp với cột áp mực nước hạ lưu - Cho phép chuyển từ chế độ làm việc qua chế độ làm việc khác,tại chỗ hay từ xa - Tự động đóng cánh hướng nước điều kiện phản hồi ngược từ cánh dẫn hướng - Tự động điều khiển tổ máy ổn định chế độ làm việc:chạy không tải ,mang tải độc lập mang tải lưới KẾT LUẬN 47 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Sau năm năm theo học khoa Cơ khí Giao Thơng – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng em thu nhiều kiến thức bổ ích Đồ án tốt nghiệp đồ án cuối đồ án quan trọng sinh viên nghành kỹ thuật Trong đồ án tốt nghiệp em trình bày số nội dung sau: - Giới thiệu tuốc bin gáo lắp điều tốc - Vấn đề điều chỉnh tuốc bin - Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo Từ nội dung đồ án ứng dụng để chọn dụng cụ thủy lực, thiết bị công tác phù hợp với yêu cầu làm việc khác nhau, kiểm tra khả làm việc hệ thống, bảo dưỡng sửa chữa thiết bị hiệu đồng thời tang khả làm việc, nâng cao chất lượng điện đưa lên lưới điện Mặc dầu thân có nhiều cố gắng nổ lực khả có hạn, tài liệu chun mơn tuốc bin cịn hạn chế nên trình thiết kế chắn có nhiều thiếu sót khơng thể tránh khỏi Em mong góp ý, bổ sung quý thầy cô bạn để đồ án hồn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo [1] Nguyễn Phước Hoàng - Phạm Đức Nhuận - Đinh Ngọc Ái - Đặng Huy Chi “Thuỷ lực và máy thuỷ lực, tập II” Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1972 [2] “Giáo trình tuốc bin thủy lực” Trường Đại Học Thủy Lợi – Bộ môn thiết bị thủy Nhà xuất bản xây dựng, 2008 [3] Trần Xuân Tùy – Trần Minh Chính – Trần Ngọc Hải “Giáo trình hệ thống truyền động thủy khí”.Trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng.2005 [4] Nguyễn Trọng Hiệp – Nguyễn Văn Lẫm “Thiết kế chi tiết máy” Nhà xuất bản giáo dục, 2008 [5] Đồ án tốt nghiệp “Thiết kế tuốc bin gáo điều chỉnh thủy lực vòi phun cấu cắt dòng” Sinh viên Trần Quang Lai, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, 2008 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 49 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo MỤC LỤC 49 50 ... lưu 16 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo 4 .Tính tốn hệ thống truyền động thủy lực điều chỉnh tuốc bin gáo 4.1 .Tính bơm Dựa vào thơng số tính tốn tuốc bin gáo đồ... 31 Hệ số dao động bơm δ = (0,08 ÷ 0,25) Nên với hệ số dao động tính toán δ = 0,11 bơm phù hợp với khoảng hệ số giao 20 Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo động cho. . .Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo 2.Giới thiệu tuốc bin gáo lắp điều tốc 2.1 Giới thiệu - Tuốc bin gáo gọi tuốc bin Pelton nhà khoa học