Điều chỉnh bộ điều tốc của tuabin

Luận Văn: Điều chỉnh bộ điều tốc của tuabin

CHƯƠNG 1: TổNG QUAN Về NHà MáY THUỷ ĐIệN

1.1 Nguồn thuỷ năng và vai trò của nhà máy thuỷ điện trong đời sống1.2 Mục đích của nhà máy thuỷ điện

1.3 Phân loại nhà máy thuỷ điện

1.3.1 Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông1.3.2 Nhà máy thuỷ điện kiểu đờng dẫn1.3.3 Nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp

1.4 Những hạng mục công trình và thiết bị chính của nhà máy thuỷ điện1.5 Nhà máy thuỷ điện PLEIKRÔNG

CHƯƠNG 2: TUABIN

2.1 Tuabin nớc và sự phát triển của nó2.2 Phân loại tuabin

2.2.1 Tuabin phản lực2.2.1.1 Tuabin hớng trục 2.2.1.2 Tuabin tâm trục

2.2.1.3 Tuabin hớng chéo2.2.2 Tuabin xung lực2.2.2.1 Tuabin gáo

2.2.2.2 Tuabin tia nghiêng2.2.2.3 Tuabin tác dụng kép

2.3 Tuabin trạm PLEIKRÔNG2.3.1 Thông số chính của tuabin2.3.2 Kiểu loại tuabin của trạm 2.3.3 Cao trình đặt tuabin

2.3.4 Các bộ phận chính của phần dẫn dòng tuabin2.3.4.1 Buồng dẫn tuabin

2.3.4.2 Bánh công tác của tuabin

2.3.4.3 Buồng hút

2.3.4.4 Một số yêu cầu chính của kết cấu tuabin

CHƯƠNG 3: Bộ ĐIềU TốC CủA TUABIN

3.1 Vấn đề điều chỉnh tuabin3.2 Nhiệm vụ của bộ điều tốc

3.3 Nguyên lý làm việc của bộ điều tốc 3.4 Các bộ phận cơ bản của bộ điều tốc 3.5 Phân loại bộ điều tốc

3.5.1 Phân loại theo nguyên lý tác động- Bộ điều tốc tác động trực tiếp- Bộ điều tốc tác động gián tiếp

3.5.2 Phân loại theo đặc điểm của sơ đồ điều chỉnh- Bộ điều tốc có phản hồi

- Bộ điều tốc không có phản hồi 3.5.3 Phân loại theo tính chất của phản hồi

- Bộ điều tốc có phản hồi cứng - Bộ điều tốc có phản hồi mềm3.5.4 Phân loại theo phơng pháp điều chỉnh

- Bộ điều tốc cơ khí - Bộ điều tốc thuỷ cơ- Bộ điều tốc điện thuỷ3.6 Bộ điều tốc tuabin cánh quay3.7 Bộ điều tốc tuabin gáo

3.8 Bộ điều tốc tuabin tâm trục hay tuabin chong chóng3.9 Bộ điều tốc của trạm thuỷ điện PLEIKRÔNG

Vấn đề điều chỉnh turbine

Đối với lới điện hiện đại, yêu cầu tần số điện không đổi (50Hz hoặc 60Hz), hay nói chính xác hơn, phạm vi biến đổi rất nhỏ, dới 0,1% Vì vậy, nó đòi hỏi tốc độ quay của turbine không đợc thay đổi Song, khi phụ tải thay đổi, mômen (tơng ứng công suất phát của turbine) và mô men cản (t-ơng ứng vơi phụ tải) sẽ mất cân bằng, làm tốc độ quay của turbine thay đổi Muốn giữ tốc độ quay của turbine không thay đổi, phải tạo nên cân bằng mới giữa mômen quay và mômen cản Để thay đổi công suất trên trục turbine, ngời ta thờng thay đổi lu lợng qua turbine bằng cách thay đổi độ mở cánh hớng dòng của turbine phản kích, hay thay đổi độ mở vòi phun của turbine xung kích Việc tăng giảm độ mở turbine để thay đổi công suất hay dừng máy có thể thao tác bằng tay khi yêu cầu chính xác của tần điện không cao và lực đóng mở turbine không lớn, tức chỉ đợc dùng ở trạm thuỷ điện nông thôn với turbine cực nhỏ Để đảm bảo chất lợng điện đa lên lới điện (gồm điện áp và tần số) cũng nh để đảm bảo yêu cầu dừng máy cấp tốc ngời ta phải tiến hành thao tác điều chỉnh turbine một cách tự động, tức là bộ phận điều chỉnh lu lợng qua turbine phải đợc thao tác bằng động cơ secvo có lực thao tác lớn nhờ áp lực dầu từ các ống dẫn dầu áp lực Dầu áp lực này đợc cung cấp từ thiết bị dầu áp lực và đợc điều khiển, khống chế từ thiết bị điều tốc Ba bộ phận này hợp lại thành hệ thống điều chỉnh tự động độ quay của turbine.

Hệ thống dầu bộ điều tốc turbineTrong đó:

Hệ thống dầu áp lực:1.1.Thùng chứa dầu áp lực1.2.Bảng điều khiển1.3.Máy bơm dầu

11.4 Hệ thống làm mát dầu11.5 Hệ thống trao đổi dầu

Hệ thống điều tốc điện thuỷ lực:2.1Tủ điều khiển

2.2Tủ khởi động bộ điều tốc

2.3Van sự cốbộ điều chỉnh van định hớng Servomotor2.4Thiết bị phản hồi

2.5Bộ bảo vệ tần số và chống lồng tốcHệ thống tự động điều chỉnh turbine:3.1 Tủ điều khiển tự động

3.2 Bảng dụng cụ đo và điều khiển3.3 Vòng hớng đo nhiệt độ

3.4 Đồng hồ đo lu lợng3.5 Khoá van cánh hớng3.6 Đo mức dầu ổ trục

3.7 Đo độ mở trục cánh hớng3.8 Đo mức nớc nắp turbine

3.9 Đo áp suất của nớc dới bánh xe công tá

CHƯƠNG 1: TổNG QUAN Về NHà MáY THUỷ ĐIệN1.1 Nguồn thuỷ năng và vai trò của nhà máy thuỷ điện trong đời sống

Chúng ta đã biết rằng để phát ra điện ta có thể sử dụng nhiều nguồn năng lợng khác nhau nh : với các nhà máy nhiệt điện ngời ta sử dụng nhiên liệu là than, với nhà máy thuỷ điện thì ngời ta sử dụng năng lợng của dòng chảy Ngoài ra ngời ta còn xây dựng các nhà máy điện bằng cách khai thác năng lợng nguyên tử, năng lợng mặt trời, năng lợng gió… Trong các loại nhà máy điện kể trên thì phổ biến nhất là nhà máy thuỷ điện và nhà máy nhiệt điện.

Từ nhiều thế kỷ trớc nguời ta đã biết sử dụng năng lợng của sông ngòi và cho đến ngày nay thì việc sử dụng năng lợng của sông ngòi đã phát triển trên một quy mô lớn.

Thuỷ năng là một dạng năng lợng tuần hoàn, đây là tính u việt nhất của nguồn năng lợng này mà các nguồn năng luợng khác nh nguyên tử, than, dầu không thể có đ… ợc Trong quá trình biến đổi năng lợng thì chỉ có thuỷ năng sau khi biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng lại đợc tái tạo thành dạng thuỷ năng Còn các dạng năng lợng khác trong quá trình biến đổi không tự tái tạo đợc trong tự nhiên Con ngời sử dụng nguồn thuỷ năng vô tận để phục vụ cho đời sống và sản xuất đặc biệt là để phát điện Trong nhà máy thuỷ điện năng lợng dòng chảy đợc tập chung vào một chỗ ( bằng cách đắp đập, đào kênh dẫn ) Năng l… ợng này đợc sử dụng để quay tuabin nớc và tuabin này kéo theo máy phát điện từ đấy biến cơ năng thành điện năng

So với các nhà máy điện khác thì nhà máy thuỷ điện có các u điểm :

Hiệu suất của nhà máy thuỷ điện có thể đạt đợc rất lớn so với nhà máy nhiệt điện

- Thiết bị đơn giản dễ tự động hóa và có khả năng điệu khiển rừ xa- ít sự cố và cần ít ngời vận hành

- Có khả năng làm việc ở phần tải thay đổi- Thời gian mở máy và dừng máy ngắn- Không làm ô nhiêm môi trờng

- Mặt khác nếu khai thác thuỷ năng tổng hợp kết hợp với tới tiêu,giao thông và phát điện thì giá thành diện sẽ giảm xuống giải quyết đợc triệt để hơn vần đề của thuỷ lợi và môi trờng sinh thái của một vùng rộng lớn quanh đó.

Xây dựng nhà máy thuỷ điện thờng không chỉ nhằm mục đích duy nhất để phát điện mà còn nhằm lợi dụng tổng hợp việc trị thuỷ và khai thác sông ngòi.Đó cúng là một nguyên tắc cơ bản của vấn đề khai thác các dòng chảy đảm bảo đợc hiệu quả kinh tế tổng hợp cao nhất cho nhiều ngành kinh tế.Thạt vậy xây dựng nhà máy thuỷ điện thờng nhằm mục đích giải quyết các nhiệm vụ sau:

- Tới ruộng : xây dựng các nhà máy thuỷ điện kiểu đập tạo nên những hồ chứa nớc lớn trữ một khối lợng nớc lớn trong mùa lũ

làm mức nớc dâng lên cao tạo điều kiện cho việc tới các vùng đồng bằng hay đồi núi rộng lớn.

- Chống lũ: xây dựng các nhà máy thuỷ điện kiểu đập tạo thành những hồ chứa lớn có khả năng trữ đại bộ phận lợng nớc trong mùa lũ để phát điện và tới ruộng nh vậy hạn chế đợc mức nớc lũ phía hạ lu tránh đợc các tai hoạ do lũ lụt gây ra.

- Giao thông: ở những khúc sông miền núi thờng có lắm thác ghềnh thuyền bè đi lại khó khăn.Nhà xây dựng các nhà máy thuỷ điện với những hồ chứa nớc lớn làm cho dòng sông chảy ít xiết hơn không còn thác ghềnh không còn những chỗ bồi đắp,lòng sông cạn.Do đó tạo điều kiện cho thuyền bè đi lại dễ dàng

- Nuôi cá:Những hồ chứa nớc lớn là những hồ nuôi cá rất tốt đây cũng là một nguồn lợi lớn cần đợc suy nghĩ đến khi xây dựng nhà máy thuỷ điện.- Cải thiện điều kiện sinh hoạt vệ sinh phòng bệnh: Nhờ hồ chứa nớc tạo điều kiện để cung cấp nớc cho thành phó các xí nghiệp đợc đảm bảo.

1.2 Phân loại nhà máy thuỷ điện:

Trong thực tế có ba loại nhà máy thuỷ điện là: Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông, nhà máy thuỷ điện đờng dẫn và nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp.

1.2.1 Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông:

Để tập trung năng lợng ngời ta dùng cột áp H là độ chênh mực nớc trớc và sau đập(tơng ứng thợng lu và hà lu) đập có hồ nớc lớn để điều tiết lu lợng dòng sông.Nhà máy thờng đặt sau đập với cột nớc lớn hoặc là một bộ phận của đập đối với cột nớc nhỏ,Các trạm thuỷ điện với phơng pháp tặp trung năng lợng bằng đập gọi là nhà máy kiểu lòng sông hay sau đập.1.2.2 Nhà máy thuỷ điện đờng dân: Nớc đợc ngăn bởi một đập thấp rồi chảy

theo đờng dẫn (kênh, máng tru nen, ống dẫn) đến nhà máy thuỷ điện ở đây cột áp cơ bản là do đờng dân tạo nên còn đập chỉ để ngăn nớc.Đờng dẫn có độ dốc nhỏ hơn độ dốc lòng sông.Trạm kiểu này thờng dùng ở các sông suối có độ dốc lòng sông lớn và lu lơng nhỏ.

1.2.3 Nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp : Năng lợng nớc đợc tập chung lại nhờ đập và cả đờng dẫn Cột áp của trạm gồm 2 phần một phần do đập tạo nên, phần còn lại do đờng dẫn toạ nên Nhà máy kiểu này đợc dùng cho các đoạn sông mà ở phía trên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nớc và hồ chứa còn phía dới có độ dốc lớn thì xây dựng đờng dẫn.

1.3 Nhà máy thuỷ điện PLEIKRÔNG

Công trình thủy điện PLEIKRÔ NG dự kiến xây dựng trên sông KrôngPôkô một nhánh chính của sông Sêsan Vị trí xây dựng công trình thuộc địa phận xã Sa Bình, huyện Sa Thầy và xã Kroong,thị xã Kon Tum ,tỉnh Kon Tum.

Nhiệm vụ chính của công trình là phát điện, cung cấp điện cho các tỉnh miền Trung và miền Nam thông qua hệ thống đờng dây 550KV Công

trình có công suất lắp máy Nlm = 110MW và sản lợng điện hàng năm khoảng 478,5triệu KWh.

Do dung tích hồ chứa lớn, hồ chứa Pleikrông đợc xây dựng sẽ nâng cao độ an toàn, gia tăng công suất đảm bảo sản lợng điện cho các bậc thang bên dới Riêng thuỷ điện Yali(đã đợc xây dựng ) với sự điều tiết của hồ chứa Pleikrông công suất đảm bảo tăng lên khoảng 91,7MW (tăng khoảng 40%) và sản lợng điện hàng năm là 151,5triệu KWh.

Ngoài nhiệm vụ chính là phát điện, thuỷ điện Pleikrông đợc xây dựmg sẽ góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế, nâng cao đời sống nhân dân tỉnh Kon Tum

1.3.1 Thông số hồ chứa:

+ Mực nớc dâng bình thờng: 575 (m) + Mực nớc chết : 550(m)

+ Dung tích toàn bộ : 1343,9.106 (m3) + Dung tích hữu ích : 1021,9.106 (m3) + Dung tích chết : 322.106 (m3)1.3.2 Quy mô và kết cấu các hạng mục công trình chính

- Đập dâng bê tông trọng lực

- Đập phụ bằng đất đồng chất, nền thợng lu đắp đá gia tải và chống xói lở do sóng

- Đập tràn lòng sông (liền đập dâng bê tông) không chân không kiểu Ôphixêrốp

- tuyến năng lợng bố trí gần khu vực lòng sông(giữa đập tràn và đập dâng bê tông ) nhà máy thuỷ điện sau đập

1.3.3Thiết bị công nghệ

- Đập tràn: cửa van cung, đóng mở bằng xylanh thuỷ lực

- nhà máy: tuabin hớng trục, trục đứng, nối đồng trục với máy phát

- phơng án đấu nối nhà máy vào hệ thống quốc gia: đấu nối nhà máy thuỷ điện Pleikrông vào hệ thống quốc gia bằng đờng dây 220KV, mạch đơn vào trạm biến áp 500/220/110KV Pleiku.

- Sơ đồ nối điện chính : Thanh cái 220KV sử dụng sơ đồ nối tam giác1.3.4 Biện pháp dẫn dòng thi công và tổng tiến độ thi công

- biện pháp dẫn dòng thi công bằng 3 lỗ xả kích thớc 5x9m trong thân đập tràn và một kênh xả kiệt.

- Tổng tíên độ thi công công trình là 3 năm không kể năm chuẩn bị

CHƯƠNG 2 : TUABIN2.1.Tuabin nớc và sự phát triển của nó

Hiện nay ngành năng lợng học đang phát triển mạnh Ngời ta tích cực tìm kiếm những nguồn năng lợng khác nhau để sử dụng cho các ngành kinh tế Trong đó năng lợng truyền thống nh : than, dầu, khí đốt, hạt nhân, thuỷ năng đợc coi là các dạng năng lợng cơ bản còn năng lợng mặt trời, năng lợng gió, năng lợng thuỷ triều và năng lợng thuỷ điện cực nhỏ là…nhỡng dạng năng lợng mới.

ở nớc ta có 2 nguồn năng lợng chính đã đợc khai thác là than và năng lợng các dòng sông và suối lớn.

Tuabin nớc còn gọi là tuabin thuỷ lực là một thiết bị động lực dùng biến đổi năng lợng của dòng chảy(thuỷ năng) thành cơ năng để kéo máy phát điện hoặc máy công cụ.

Tuabin nớc là loại máy thuỷ lực đầu tiên loài ngời dùng để sử dụng nguồn năng lợng thiên nhiên phục vụ đời sống và sản xuất, trớc tiên là để lấy nớc và gia công lơng thực.

Tuabin nớc đầu tiên là những bánh xe đơn giản sử dụng động năng của dòng chảy

- năm 1834 Fuarây (Pháp) đã chế tạo thành công bánh tuabin đầu tiên - năm 1837 Xaphôn (Nga) cũng chế tạo một loại tuabin nớc kiểu ly tâm - năm 1838 Hopd (Mỹ) đã cải tạo tuabin ly tâm trên thành tuabin hớng

2.2.Phân loại tuabin 2.2.1 Tuabin phản lực

tuỳ thuộc vào hớng chảy của dòng nớc qua bánh công tác mà chia tuabin phản lực thành các loại : tuabin hớng trục, tuabin tâm trục, tuabin hớng chéo trục

2.2.1.1 Tuabin hớng trục

tuabin hớng trục là tuabin trong đó hớng chuyển động của dòng chảy trong phạm vi bánh công tác song song vớib truc quay tuabin Tuabin h-ớng trục có thể là loại cánh cố định (tuabin chong chóng) hoặc loại cánh điều chỉnh

loại tuabin này có thể làm việc với cột nớc H= 1,5- 40 (m)

2.2.1.2 Tuabin tâm trục

Trong tuabin tâm trục hớng của dòng chẩy ở vùng bánh công tác ban đầu theo phơng hớng tâm sau đó chuyển sang phơng song song với trục Tuabin này còn gọi là tuabin Franxic, nó đợc sử dụng rộng rãi trong các trạm có cột nớc cao H= 30-600 (m)

Loại tuabin này làm việc trong phạm vi cột nớc H = 30- 150 (m)

Hình 2.1 Sơ đồ tuabin Pentôn

Tuabin gáo làm vịêc với cột áp H = 40- 300(m)

2.2.2.2 Tuabin tia nghiêng

Tuabin tia nghiêng có dòng chảy từ vòi phun hớng vào bánh công tác dới một góc nghiêng Tuabin này đợc lắp cho những trạm thuỷ điện nhỏ

2 2.2.3 Tuabin tác dụng kép (tuabin xung kích 2 lần )

dòng chảy từ vòi phun tác dụng lên bánh công tác 2 lần: dòng chảy đi từ ngoài vào tâm sau đó lại hớng từ tâm ra ngoài nên gọi là tuabin tác dụng kép

Tuabin tác dụng kép còn gọi là tuabin banki nó đợc dùng cho trạm thuỷ điện cỡ nhỏ N= 5-1000KW

Hình 2.1 tuabin tác dụng kép

2.3 Tuabin trạm PLEIKRONG 2.3.1.kiểu loại tuabin của trạm

Trên cơ sở so sánh kinh tế- năng lợng các phơng án MNC có tính tới hiệu ích năng lợng của các bậc thang sông Sê san, đã kết luận phơng án MNC 537,0 với tuốc bin Kaplan hiệu quả hơn và đợc coi là phơng án chọn Vì

vậy trong thiết kế đã xem xét lựa chọn phơng án tuốc bin cánh quay với các thông số định hớng dựa trên mô hình tuốc bin ∏ 60/642

Tuabin của trạm có các thông số sau:

- số tổ máy : 2 tổ- công suất định mức của tổ máy Nđm = 50MW- công suất trên trục tuabin Nt = 51,282MW- đờng kính bánh xe công tác D = 5 (m)

- số vòng quay định mức nđm = 136,4V/phút- số vòng quay lồng nl = 300V/phút - cột nớc tinh

+ cao nhất Hmax = 57,5 (m) + thấp nhất Hmin = 22,3 (m) + trung bình Htb = 42,9 (m)

+ tính toán Htt = 31 (m)- hiệu suất tuabin cao nhất ηmax = 93,8%- hiệu suất tuabin ứng với Htt và Nt ηtt = 91,76%- lu lợng qua tuabin ứng với Htt và Nt Qtt = 183,77(m3/s)- chiều cao hút yêu cầu Hs = -5(m)

2.3.2.Cao trình đặt Tuabin

Cao trình đặt tua bin quy ớc là cao độ đờng đi qua điểm giữa của cánh tuốc bin, đợc chọn để đảm bảo khả năng vận hành tuốc bin không có xâm thực theo lý thuyết Cao độ đặt tua bin phu thuộc vào cao độ mức nớc min tại hạ lu nhà máy và chiều cao hút cho phép.

Mực nớc này đợc xác định trên cơ sở đờng quan hệ Zhl=f(Q) ứng với lu ợng 1 tổ máy vận hành 40% công suất định mức là 511,50m.

l-Chiều cao hút Hs yêu cầu sẽ đợc chính xác lại sau khi thoả thuận với nhà máy chế tạo tuốc bin., gía trị này đã đợc xác định với dự phòng thiên lớn theo tiêu chuẩn tính toán của Liêng bang Nga.

Sau khi tính toán ta chọn cao trình đặt tuabin là 506,5 (m) ứng với Hs = -5(m) là phù hợp

Vì đờng ống áp lực đợc lựa chọn có tiết diện hình tròn bằng kim loại có D0= 6,5m, vì vậy việc liên kết với buồng xoắn kim loại thuận lợi và đơn giản hơn so với dùng buồng xoắn bê tông có mặt cắt hình chữ nhật.

Sử dụng buồng xoắn kim loại chịu toàn bộ áp lực nớc sẽ làm đơn giản hoá công tác đổ bê tông vì không cần dùng cốp pha phức tạp, cho phép đẩy nhanh quá trình đổ bê tông đợc thi công tại hiện trờng.

ống xả tuabin đợc chọn là loại ống xả tiêu chuẩn với chiều cao bằng 2,3xD1=2,3x5,0m mặt cắt đoạn ra mở rộng bxh=13,0x5,98m, có một trụ pin chia đổi cửa ra Với chiều cao và chiều dài ống xả tơng đối lớn giúp cải thiện quá trình khôi phục phần lớn động năng của dòng chẩy ra ngoài tuabin và tăng hiệu suất của tuabin

2.3.4 Một số yêu cầu chính của kết cấ tuabin

- Bánh xe công tác có kết cấu hàn liền khối, cánh bánh xe công tác, vành dới, may ơ, vành chắn nớc đợc đúc từ thép không gỉ.

- Stato tuabin có kế cấu thép hàn, đợc cấu tạo từ các vành trên và dới ợc gắn kết với nhau bằng các cột thép có biên dạng Profin thuận lợi cho dòng chẩy, bao gồm cả phần “răng” của buồng xoắn kim loại Stato đợc tính toán nh là một thành phần chịu lực của kết cấu xây dựng.