bộ nông nghiệp phát triển nông thôn viện khoa học thủy lợi báo cáo tổng kết chuyên đề nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao thuộc đề tài kc 07.04: nghiên cứu, lựa chọn công nghệ thiết bị để khai thác sử dụng loại lợng tái tạo chế biến nông, lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn bảo vệ môi trờng Chủ nhiệm chuyên đề: ThS ngun vị viƯt 5817-7 16/5/2006 hµ néi – 5/2006 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiªn cøu, thiết kế chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao Chơng I Đề tài KC07 - 04 Mở đầu 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan TĐSN 1.3 Nội dung báo cáo Chơng II Phạm vi sử dụng thông số tổ máy 2.1 Tình hình nghiên cứu chế tạo TĐCN 2.2 Phạm vi sử dụng 2.3 Các thông số 2.3.1 Tû sè D1 d0 2.3.2 Tû sè dm d0 10 2.3.3 Hiệu suất tổ máy 11 2.3.4 Xác định thông số tổ máy 13 2.4 Lựa chọn kết cấu cho tổ máy Chơng III tÝnh to¸n, thiÕt kÕ c¸c bé phËn chÝnh 14 16 3.1 Tiêu chuẩn hóa phận 16 3.2 Vỏ tua bin 16 3.3 Khoảng cách từ vòi phun đến bánh công tác 16 3.4 Thiết kế bánh công tác 17 3.4.1 Phơng hớng thiết kế bánh công tác 17 3.4.2 Xác định kích thớc cánh BCT 18 3.4.3 Xác định góc vào cánh gáo 18 3.4.4 Xác định kích thớc BCT 19 3.4.5 Xác định số cánh Z 20 ViƯn Khoa häc Thđy lỵi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiên cứu, thiết kế chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao Đề tài KC07 - 04 3.5 Tính toán, thiết kế vòi phun 21 3.5.1 Lý thuyết tính toán 21 3.5.2 Tính toán vòi phun cho tổ máy TĐSN 22 3.5.3 Vị trí vòi phun 24 3.6 Tính toán thiết kế trục 24 3.6.1 Các thông số để tính toán thiết kÕ 25 3.6.2 BiĨu ®å néi lùc 25 3.6.3 TÝnh sơ đờng kính đoạn trục 26 3.6.4 Thiết kế kết cấu trục 27 3.6.5 Tính toán độ bền mái cđa trơc 27 3.6.6 TÝnh to¸n trơc tua bin vỊ dao ®éng 29 3.6.7 KiĨm nghiƯm ®é bỊn dËp then 30 3.7 Tính toán lựa chọn ổ lăn 31 3.8 Tính toán tổn thất thủy lực lựa chọn đờng ống 33 3.8.1 Tổn thất cột áp qua lới chắn rác 33 3.8.2 Tổn thất cột áp cửa vào ống dẫn 33 3.8.3 Tổn thất áp lực đờng ống 34 Chơng IV Thí nghiệm xây dựng đặc tính vận hành 35 4.1 Hệ thống thí nghiệm 35 4.2 Qui trình thí nghiệm đặc tính vận hành 36 4.3 Các kết luận rút từ thực nghiệm 42 Chơng V Hệ thống đo lờng điều khiển 5.1 Phân loại điều tốc tải giả nguyên lý làm việc 43 43 5.1.1 Hệ thống phụ tải cố định 43 5.1.2 Hệ thống phụ tải thay đổi 44 5.2 Thiết bị điều khiển tải giả cho tổ máy công suất nhỏ 1kW 48 Viện Khoa häc Thđy lỵi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiên cứu, thiết kế chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao Đề tài KC07 - 04 5.2.1 Nguyên lý 48 5.2.2 Khối tải giả 49 5.3 Thiết bị điều khiển tải giả tổ máy thủy điện siêu nhỏ Chơng VI Công trình trạm quản lý vận hành 6.1 Lựa chọn vị trí lắp đặt tổ máy 50 53 53 6.1.1 Phơng pháp xác định cột nớc 53 6.1.2 Xác định lu lợng nguồn nớc 54 6.1.3 Chọn vị trí lắp đặt máy 55 6.2 Công trình trạm tổ máy TĐSN 56 6.2.1 Bể áp lực 57 6.2.2 Đờng ống áp lực 59 6.2.3 Van trớc tua bin 59 6.2.4 Tổ máy TĐSN 59 6.2.5 Móng máy 59 6.3 Công tác quản lý vận hành 61 6.3.1 Lắp đặt vận hành 61 6.3.2 Quản lý bảo dỡng sửa chữa 62 Chơng VII Kết luận kiến nghị 64 7.1 Các kết mà đề tài đà đạt đợc 64 7.2 Kiến nghị 64 Tài liệu tham khảo 65 Phụ lục 66 ViƯn Khoa häc Thđy lỵi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiên cứu, thiết kế chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao Chơng I Đề tài KC07 - 04 Mở đầu 1.1 Đặt vấn đề Mặc dù lới nguồn điện quốc gia phát triển mạnh, nhng nớc ta, phận rÊt lín ng−êi d©n ë vïng s©u, vïng xa sống phân tán, hội đợc sử dụng nguồn điện Chơng trình phát triển nguồn lợng tái tạo (REAP) phủ với tài trợ tổ chức quốc tế nh UB, ADB, JICA nỗ lực hỗ trợ kỹ thuật, tàI nhằm phát triển dạng lợng táI tạo (NLTT) nh: thủy điện nhỏ, lợng gió, lợng mặt trời, với mục tiêu cung cấp điện cho 400 xà vùng sâu [1], [2] Thiết bị thủy điện siêu nhỏ (TĐSN) đà đợc sử dụng rộng rÃi Việt nam từ nhiều năm nay, theo số liệu Viện Năng lợng, tới năm 2002, nớc đà lắp đặt khỏang 120.000 tổ máy TĐSN, phần lớn thiết bị nhập từ Trung Quốc nớc, số quan đà chế tạo thiết bị TĐSN nh: Viện Vật liệu thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên Quốc gia, Trờng Đại học Bách khoa Hà nội Trong đề tài KC07 - 04, với mục tiêu nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thủy điện nhỏ siêu nhỏ phục vụ cho sinh họat sản xuất, chế biến nông, lâm, thủy sản đà nghiên cứu thiết kế, chế tạo hòan thiện nhằm nâng cao hiệu giảm giá thành chế tạo thiết bị TĐSN Đồng thời phát triển thủy điện nhỏ siêu nhỏ thành hệ thống hòan chỉnh đáp ứng rộng rÃi nhu cầu thực tiễn sản xuất 1.2 Tổng quan TĐSN Nhiều nớc giới đà nghiên cứu chế tạo thiết bị TĐSN, sư dơng lo¹i tua bin chđ u: tua bin h−íng trơc (TBHT), tua bin g¸o (TBG), tua bin tia nghiêng (TBTN), tua bin xung kích hai lần TBXK2L Các tổ máy TĐSN đợc chia thành hai loại là: tổ máy TĐSN cột nớc cao tổ máy TĐSN cột nớc thấp Với tổ máy TĐSN cột n−íc cao (H>10m), ng−êi ta th−êng sư dơng mét hai loại tua bin: Tua bin tia nghiêng tua bin gáo Ngoài yêu cầu kỹ thuật, việc lựa chọn loại tua bin phụ thuộc vào tiêu giá thành thiết bị Một số nớc có điều kiện tự nhiên cho phép xây dựng trạm TĐSN cột nớc cao thờng thiên hớng chọn tua bin gáo HÃng IREM (Italia) đà đa ý t−ëng kÕt ViƯn Khoa häc Thđy lỵi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiªn cøu, thiÕt kÕ chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao Đề tài KC07 - 04 cấu độc đáo tua bin gáo có buồng xoắn với tổ hợp đến mũi phun đơn giản (hình 1) Đồng thời việc chế tạo cánh gáo công nghệ gia công áp lực sản xuất hàng lọat cánh gáo với độ xác cao giải pháp chọn tua bin gáo phù hợp Theo hớng có nớc ven núi Himalaya nh: ấn độ, Nê pan, nhng nhìn chung, cột nớc cho TĐSN không dễ dàng có đợc trị số cao Hình Tổ máy TĐSN hÃng IREM Khảo sát thực tế Việt Nam, tỉnh nh Hòa Bình, NghƯ An, Hµ Giang cho thÊy, cét n−íc phỉ biÕn khoảng ữ 50 m (trừ trạm cét n−íc thÊp) Do vËy ¸p dơng tua bin tia nghiêng cho TĐSN phù hợp u điểm sau: - Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, độ bền cao, giá thành hạ - Đặc tính lợng tốt Và tua bin tia nghiêng hoàn toàn cạnh tranh tua bin xung kích lần dải công suất siêu nhỏ Từ năm 1993, thiết bị TĐSN Trung Quốc đà bán rộng rÃi thị trờng Việt Nam với qui mô công suất thực từ 100W đến 1000W, phạm vi cột nớc 10 ữ 25m nớc đà nghiên cứu chế tạo lọai 200W 500W Một số kết khảo sát nh sau: Viện Khoa häc Thđy lỵi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiên cứu, thiết kế chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao Đề tài KC07 - 04 * TĐSN Trung Quốc chế tạo: Khảo sát nhà máy sản xuất TĐSN tỉnh Quảng Tây-Trung Quốc nhận thấy sở sản xuất nhỏ, phân bố vùng nông thôn Sản phẩm đợc chép lại từ mẫu nghiên cứu trớc đây, việc chép đà biến d¹ng vËy hiƯu st rÊt thÊp Bï l¹i víi nguyên liệu tự sản xuất đợc nớc (nh nam châm cho máy phát) chi phí nhân công rẻ, tổ chức sản xuất tốt làm cho giá thành cuat thiết bị rẻ (250.000đồng/tổ) Trong chơng trình hợp tác cung cấp thiết bị thủy điện (ODA) giai đọan 1995 ữ 2000, phía đối tác Trung Quốc đặt hàng sở sản xuất sản xuất loại thiết bị có chất lợng cao (đủ công suất) giá thành thiết bị tăng cao (720.000VNĐ cho tổ máy 300W) Đặc điểm thiết bị Trung Quốc sản xuất sử dụng nam châm Baki Ferit lọai chất lợng thấp để chế tạo máy phát nên kích thớc máy lớn Tiêu hao nguyên liệu khác tăng theo Bánh công tác chế tạo cánh có biên dạng hình cầu nên hiệu suất thấp Hình Lá cánh BCT có biên dạng chỏm cầu Viện Khoa học Thủy lợi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiªn cøu, thiÕt kÕ chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao Đề tài KC07 - 04 HS=f(n) HS 0.30 0.25 H=7m 0.20 0.15 H=7m Poly (H=7m) 0.10 0.05 14 00 13 00 12 00 11 00 10 00 90 80 70 0.00 n(v/ph) H×nh KÕt thí nghiệm TĐSN cột nớc cao Trung Quốc chế tạo * Sản xuất TĐSN Viện Nam: Viện Vật liệu (thuộc Trung tâm Khoa học Tự Nhiên Công Nghệ quốc gia) đà nghiên cứu chế tạo TĐSN đạt đợc kết tốt Viện đà sử dụng nam châm đất để chế tạo rô to máy phát điện làm thu nhỏ kích thớc, tăng tuổi thọ máy phát Đồng thời viện đà nghiên cứu công nghệ dập cánh BCT tốt hơn, cánh không bị cong vênh, nâng cao chất lợng gia công, chất lợng kim lọai tiêu chuẩn hóa đợc hai lọai tua bin tia nghiêng MHG-200HH MHG500HH Hình Tổ máy MHG500, 200 Viện Vật liệu chế tạo Viện Khoa học Thủy lợi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiªn cøu, thiÕt kế chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao Đề tài KC07 - 04 Đi kèm với tổ máy, viên Vật liệu đà nghiên cứu, sản xuất thiết phân tải, tải giả để điều chỉnh, ổn định điện áp cho tổ máy Tuy nhiên thiết bị số hạn chế sau: - Phạm vi làm việc cột nớc cao, nhu cầu thực tế có cột nớc thấp - Hiệu suất tua bin thấp Kết thí nghiệm tổ máy MHG-200HH MHG-500HH nh hình hình7 HS=f(n) HS 0.33 0.32 0.31 H=5m 0.30 0.29 H=5m H=6.2m H=8m Poly (H=5m) Poly (H=6.2m) Poly (H=8m) H=7m 0.28 0.27 0.26 H=6.2m 14 00 13 00 12 00 11 00 10 00 90 80 70 0.25 n(v/ph) Hình Kết thí nghiệm TĐSN cột n−íc cao MHG - 200HH ViƯn vËt liƯu chÕ t¹o HS HS=f(n) 0.55 0.50 H=8m H=10m 0.45 H=10m H=9m H=8m Poly (H=10m) Poly (H=9m) Poly (H=8m) 0.40 H=9m 0.35 0.30 14 00 13 00 12 00 11 00 10 00 90 80 70 0.25 n(v/ph) H×nh Kết thí nghiệm TĐSN cột nớc cao MHG - 500HH ViƯn vËt liƯu chÕ t¹o ViƯn Khoa häc Thđy lỵi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nghiên cứu, thiết kế chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nớc cao Đề tài KC07 - 04 Đối với tổ máy TĐSN có cét n−íc thÊp ( H ≤ 2÷5 m ) ng−êi ta th−êng sư dơng TBHT bng hë hc bng kÝn dạng ống, số nớc tiên tiến chế tạo TBHT có máy phát ngâm nớc (loại tua bin chìm) 1.3 Nội dung báo cáo Trong báo cáo trình bày nghiên cứu tòan diện tổ máy TĐSN cột nớc cao sử dụng TBTN nhằm hòan thiện sản phẩm TĐSN xây dựng gam tua bin TĐSN cách có hệ thống, đáp ứng rộng rÃi nhu cầu nhân dân miền núi mà đề tài KC07 ®· ®−a ViƯn Khoa häc Thđy lỵi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... KC07 - 04, với mục tiêu nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thủy điện nhỏ siêu nhỏ phục vụ cho sinh họat sản xuất, chế biến nông, lâm, thủy sản đà nghiên cứu thiết kế, chế tạo hòan thiện nhằm... đặt hàng sở sản xuất sản xuất loại thiết bị có chất lợng cao (đủ công suất) giá thành thiết bị tăng cao (720.000VNĐ cho tổ máy 300W) Đặc điểm thiết bị Trung Quốc sản xuất sử dụng nam châm Baki... hình nghiên cứu chế tạo TĐCN 2.2 Phạm vi sử dụng 2.3 Các thông số 2.3.1 Tû sè D1 d0 2.3.2 Tû sè dm d0 10 2.3.3 HiƯu st tỉ m¸y 11 2.3.4 Xác định thông số tổ máy 13 2.4 Lựa chọn kết cấu cho tổ