Tài liệu chuyên đề bảo dưỡng, sửa chữa tua bin nước phần 1

TRƯỔNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực TRUNG TÂM ĐÀO TAO NÂNG CAO Tài liệu chuyên đề BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA TUA-BIN NỨỚC NHÀ XUẤT BẢN LAO ĐỘNG - XÃ HỘI HÀ NỘI - 2006 Lời đau Trong nhà máy thuỷ điện, tua-bin nước giữ vai trị vơ quan trọng việc biến đổi thành điện Trong trình làm việc tua-bin nước cần bảo dưỡng sửa chữa Để bảo dưỡng, sửa chữa tua-bin nước kỹ thuật, đảm bảo chất lượng, Trung tâm Đào tạo nâng cao, Trường Đại học Điện lực biên soạn "Tài liệu chuyên đề bảo dưỡng, sửa chữa tua-bin nước" làm tài liệu giảng dạy cho học viên,đồng thời tài liệu nghiên cứu, tham khảo kỹ sư, cán kỹ thuật, nhân viên bảo dưỡng vê tua-bin nước nhà máy thuỷ điện Nội dung sách gồm chương: Chương I : Thuỷ điện Việt Nam Chương II : Phân loại cấu tạo tua-bin nước Chương III : Công nghệ chế tạo tua-bin nước Chương IV : Hư hại bề mặt kim loại tua-bin nước Chương V : Kiểm tra khơng phá huỷ Chương VI: Các hỏng hóc tua-bin nước Cuốn sách giới thiệu kiến thức về: phân loại, cấu tạo, công nghệ chê' tạo, hư hại bê mặt kim loại, phương pháp kiểm tra tua-bin nước cấc hỏng hóc thơng thường biện pháp khắc phục Đây vấn đê kỹ thuật nhất, đại áp dụng Việt Nam nước Trong trình biên soạn sách chúng tơi tham khảo tài liệu có nước quốc tế, kinh nghiêm thực tế làm việc nhà máy thuỷ điện nước, đặc biệt tài liệu công ty Điện lực Nhật Bản Chủng chân thành cảm ơn giúp đỡ Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA), Tổng công ty Điện lực Việt Nam, Văn phòng JICA Việt Nam, Trường Đại học Điện lực chuyên gia ngành Điện Việt Nam Cuốn sách biên soạn với nỗ lực cao tác giả, không tránh khỏi thiếu sót định Mong góp ý kiến xây dựng nhà chun mơn, bạn đồng nghiệp đông đảo bạn đọc để sách hoàn thiện Mọi ỷ kiến xin gửi về: Trung tâm Đào tạo nâng cao - Trường Đại học Điện lực - 235 Hoàng Quốc Việt -Từ Liêm - Hà Nội TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO MỤC LỤC / I'll III’ Lịi nói đầu ỉ CHƯƠNG I THUỶ ĐIỆN Ở VIỆT NAM I TÌNH HÌNH PHÁT ĐIỆN THUỶ ĐIỆN VIỆT NAM HIỆN NAY 1.1 Tiềm phát điện thuỷ điện 1.2 Tinh trạng phát điện thuỷ điện Việt Nam 10 1.3 Đặc điểm nhà máy thuỷ điện Việt Nam 12 1.4 Tinh hình phát triển thuỷ điện Việt Nam tương lai 17 II VAI TRÒ CỦA PHÁT ĐIỆN THUỶ ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 18 2.1 Đặc điểm điện hệ thống điện 18 2.2 Các đặc điểm ích lợi phát điện thủy điện 19 III NHIỆM VỤ BẢO DƯỠNG 20 3.1 Giới thiệu chung 20 3.2 Nội dung hiểu biết công việc bảo dưỡng 21 3.3 Phân loại phương pháp bảo dưỡng 25 3.4 Kiểm tra đại tu (mục đích, hạng mục kiểm tra, chu kỳ ) 27 CHƯƠNG II PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO TUA-BIN NƯỚC I PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO TUA-BIN NƯỚC 30 30 1.1 Các kiểu tua-bin nước 30 1.2 Phân loại ký hiệu tua-bin nước 31 1.3 Tên gọi thành phần ký hiệu tua-bin 35 II TUA-BIN NƯỚC 36 2.1 Tua-bin Gáo (Pelton) 36 2.2 Tua-bin Francis 43 2.3 Tua-bin cánh quạt 53 CHƯƠNG IIL CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TUA-BIN NƯỚC 65 I GIỚI THIỆU CHUNG 65 II THIẾT KẾ TUA-BIN NƯỚC 66 2.1 Luật tương tự tua-bin nước 66 2.2 Tỉ tốc tua-bin nước 68 2.3 Tam giác tốc độ 71 2.4 Các đường đặc tính tua-bin nước 73 2.5 Mơ hình hóa động lực học chất lỏng 77 III PHƯƠNG PHÁP ĐÚC 79 3.1 Sự thay đổi vật liệu đúc phương pháp đúc 79 3.2 Quy trình cơng nghệ chế tạo theo phương pháp đúc 84 IV PHƯƠNG PHÁP HÀN 86 4.1 Cải thiện độ chuẩn xác hình dáng bánh công tác 86 4.2 Thời gian thực chế tạo ngắn 86 4.3 Hợp lý hoá chế tạo 86 4.4 Sử dụng liệu CAD 86 V BUỔNG XOẮN VÀ VÀNH MÓNG 88 CHƯƠNG IV HƯ HẠI BỂ MẶT KIM LOẠI TRONG TƯA-BIN NƯỚC 89 I HIỆN TƯỢNG XÂM THỰC 89 1.1 Khái niệm chung xâm thực 89 1.2 Các loại xâm thực tua-bin ảnh hưởng 91 1.3 Phương pháp phịng chống tượng xâm thực 93 II HƯHẠI MÀI MÒN DO PHÙ SA (CÁT, BÙN ) 94 2.1 Khái quát chung 94 2.2 Nguyên nhân mài mòn phù sa 94 2.3 Biện pháp hạn chế hư hại 95 III CÔNG TÁC BẢO DƯỠNG TUA-BIN Nước 97 3.1 Giới thiệu chung 97 3.2 Những điều cần thiết công tác bảo dưỡng tua-bin nước 98 3.3 Các hạng mục công việc bảo dưỡng tua-bin 99 CHƯƠNG V KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HUỶ 113 I GIỚI THIỆU CHUNG 113 II KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HUỶ ĐỐI VỚI TUA-BIN NƯỚC 115 III PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA 116 3.1 Kiểm tra mắt 116 3.2 Kiểm tra hạt từ 117 3.3 Các thử nghiệm sử dụng chất lỏng thẩm thấu 121 3.4 Thử nghiệm sóng siêu âm 124 3.5 Kiểm tra tia xạ 125 3.6 Đo ứng suất 125 3.7 Kiểm tra vật liệu 128 3.8 Đo độ dày 130 3.9 Đo độ sâu vết nứt 132 IV ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KIỂM TRA 134 4.1 Phân loại phân biệt loại khuyết tật khác 134 4.2 Máy thuỷ lực thực tế 140 4.3 Phân loại khuyết tật 143 4.4 Đánh giá kết thử nghiệm không phá huỷ bơm íua-bin/bánh xe cơng tác PSPP (nhà máy thủy điện tích năng) 145 V BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 147 5.1 Khắc phục hư hỏng 147 5.2 ứng dụng 148 Tài liệu chuyên dề bảo dưỡng sửa chùa tua-bin nước CHƯƠNG VI CÁC HÓNG HÓC TƯA-BIN NƯỚC 149 I Cơ SỞ LÝ THUYẾT VÉ HỎNG HÓC TUA-BIN 149 1.1 Nguyên nhân chế gây hư hỏng ăn mòn lỗ chỗ bề mặt 149 1.2 Hư hại xâm thực 150 1.3 Hư hỏng bị mài mòn bùn cát dòng nước 159 1.4 Mài mịn axít nước 163 1.5 Dạng hư hỏng lựa chon thời gian sửa chữa II NGHIÊN CỨU CÁC TRƯỜNG HỢP TRỤC TRẶC TRONG TUA-BIN NƯỚC 168 170 2.1 Trường hợp trục trặc xoáy cục (Karman vortex) 170 2.2 Hư hỏng van tượng rung tự kích thích 173 2.3 Các trường hợp cộng hưởng hệ thống ống dẫn 175 2.4 Hư hỏng mài mịn kim loại 176 2.5 Các hỏng hóc hệ thống điều tốc điện-thuỷ lực 181 CHƯƠNG VII THAM KHẢO VỀ RƠ-LE BẢO VỆ CHO TUA-BIN NƯỚC 184 I GIỚI THIỆU CHUNG 184 II RƠ-LE BẢO VỆ TUA-BIN NƯỚC 186 2.1 Rơ-le lưu lượng 186 2.2 Rơ-le nhiệt 189 2.3 Rơ-le áp lực 195 2.4 Rơ-le phản ứng theo mức chất lỏng 197 2.5 Ví dụ đặc điểm chỉnh định (các ví dụ điển hình) rơ-le bảo cho 202 tua-bin nước 2.6 Ví dụ thí nghiệm rơ-le bảo vệ tua-bin nước 204 Chương I Thuỷ điện Việt Nam CHƯƠNG/ THUỶĐIỆN ỞVIỆTNÍĨM I TÌNH HÌNH PHÁT ĐIỆN THƯỶ ĐIỆN VIỆT NAM HIỆN NAY 1.1 Tiềm phát diện thuỷ diện Việt Nam có tiềm to lớn thuỷ điện chạy theo suốt toàn đất nước Nếu khảo sát 2200 sơng có chiều dài lớn 10 km tổng tiềm thuỷ điện đất nước ta theo lý thuyết đạt khoảng 300 tỷ kWh/năm tổng tiềm thuỷ điện có tính khả thi đạt khoảng 80-4-100 tỷ kWh/năm với tỷ lệ công suất 18.000^-20.000 MW Tại thời điểm nay, tổng công suất nhà máy thuỷ điện khai thác nước ta 4.115MW (chiếm 23,2% tổng cơng suất khai thác) với sản lượng điện trung bình vào khoảng 18 tỷ kWh (chiếm 22,5% tổng cơng suất khai thác) Hệ thống sơng ngịi tiêu biểu vùng Bắc Bộ nơi có tiềm thuỷ điện đại diện sông Lô, sông Gâm, sông Chảy sông Đà, sơng sau hợp thành sơng Hồng chảy vào vịnh Bắc Bộ Các sơng ngịi tiêu biểu vùng Bắc Trung Bộ sông Mã sông Cả Ớ vùng ven biển miền Trung, có sơng Vu Gia Thu Bồn Quảng Nam, sông Trà Khúc Quảng Ngãi sơng Ba Phú n Có sơng Xê Xan chạy dọc theo biên giới Campuchia vùng Trung Bộ Hệ thống sơng ngịi tiêu biểu cho vùng Nam Bộ sông Đồng Nai Tiềm thuỷ điện có tính khả thi sơng nước ta miêu tả bảng 1.1 TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO Tài liệu chuyên đề bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước Bảng 1.1 Tiềm thuỷ điện có tính khả thi Việt Nam Cơng suất có tính khả thi (MW) Uớc tính sản lượng điện nâng (TWh) Ty lệ phần trăm (%) 820 3,159 4,6 Sơng Đà 7.345 31,196 41,5 Sóng Mã 542 2,026 3,1 Sông Cả 398 1,555 2,2 Sông Hương 282 1,17 1,6 1.119 4,299 6,3 Sông Trà Khúc 135 0,625 0,8 Sông Ba 709 3,095 4,0 Sông Xê Xan 1.736 8,265 9,8 Sông Srepok 702 3,325 4,0 Sông Đồng Nai 2.790 11,518 15,8 Tổng cộng 11 sông 16.578 70,233 93,7 Tổng cộng toàn đất nước 17.700 82,0 100 Tên Sông Sông Lô, Gâm, Chảy Sổng Vu Gia-Thu Bồn 1.2 Tình trạng phát điện thuỷ điện Việt Nam Phát điện thuỷ điện nguồn lượng>'hủ yếu Việt Nam đến cuối năm 2001 tổng cơng suất đặt nhà máy thuỷ điện 4.115 MW sản lượng điện vào khoảng 18 tỷ kWh chiếm gần 51% tính theo kWh, 49% tính theo kW theo tổng công suất Các nhà máy thuỷ điện có nêu bảng 1.2 sản lượng điện khoảng thời gian (1990 4- 2001) cho bảng 1.3 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực Chương I Thuỷ điện Việt Nam Bảng 1.2 Các nhà máy thuỷ điện có Việt Nam (tính đến năm 2001) Miền lãnh thổ Công suất đặt Năm đưa vào vận hành Thác Bà Miền Bắc 120 MW 1971 Hịa Bình Miền Bắc 1.920 MW 1988 Yaly Miền Trung 720 MW 2000 Vĩnh Sơn Miền Trung 66 MW 1994 Sơng Hình Miền Trung 70 MW 2000 Trị An Miển Nam 400 MW 1988 Thác Mơ Miền Nam 150 MW 1995 Đa Nhim Miền Nam 160 MW 1964 Hàm Thuận Miền Nam 300 MW 2001 Đa Mi Mién Nam 175 MW 2001 Tên NMTĐ NMTĐ nhỏ 53 MW Tổng cộng 4.134 MW Ghi Bao gồm “Sông Pha1’ Bảng 1.3 Sản lượng điện thuỷ điện Thác Bà Hòa Binh Đa Nhím Trị An Thác Mơ Vĩnh Sơn Sơng Hình Yaly Hàm Thuận Đa Mi Tổng cộng 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 386 3306 800 1738 6230 345 4188 918 1685 7136 327 4744 958 1832 7861 405 5660 1033 1994 34 9126 455 6860 936 1440 511 239 10441 484 7206 1162 1856 787 338 11833 483 7026 1122 1773 800 286 11490 379 6912 1160 1615 601 211 TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 1999 2000 2001 268 8112 1368 2550 1041 414 10878 13753 345 8082 1343 2232 932 351 207 908 14400 401 8445 1096 2179 926 215 441 2975 923 401 18003 11 Tài liệu chuyên đê bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước Hình 3.7 Thí dụ vê đường cong đặc tính tua-bin nước Q'| ]: Lưu lượng tua-bin mơ hình theo kích thước cột áp P’11: Cơng suất tua-bin mơ hình theo kích thước cột áp n'n: Số vịng quay tua-bin mơ hình theo kích thước cột áp H': Cột áp hữu ích đo mơ hình Q': Lưu lượng đo mơ hình P: Cơng suất đo mơ hình n': Số vịng quay đo mơ hình D': Đường kính bánh cơng tác chọn đặc trưng cho mơ hình (Ví dụ: đường kính ngồi bánh cơng tác tua-bin Francis)., gn: Trị số tiêu chuẩn gia tốc trọng trường (= 9,80665 m/s2) p': Trị số đo gia tốc trọng trường p0: Khối lượng đơn vị nước đo p0: Khối lượng đơn vị nước tình trạng tiêu chuẩn (= 1000kg/m3) 74 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực Chương III Công nghệ chê tạo tua-bin nước 2.4.2 Đặc tính tua-bin Francis vùng cơng tác Hình 3.8 minh họa đường cong làm việc (đường cong hình mai rùa) tua-bin kiểu Francis Trục tung đồ thị Qn/Qiiopt trục hoành nn/n1Iopt Qh nB tính theo cơng thức liên hệ với D H Qllopt nllopt tương ứng Qn nH ứng với điểm làm việc có hiệu suất cao tua-bin Trong hình vẽ, "a" góc mở cánh hướng, aopt độ mở cánh hướng ứng với điểm làm việc có hiệu suất cao Tốc độ quay (n) tổ máy thực tê' trị số khơng đổi, máy phát đồng bộ, thực tế đường cong nằm ngồi cột nước hữu ích thấp TRUNG TÂM ĐẢO TẠO NÂNG CAO 75 Tài liệu chuyên đê'bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước Vùng làm việc tua-bin Francis giới hạn điều kiện hiệu suất, xâm thực, xung lực ống hút chúng Vùng làm việc tua-bin có cột áp lưu lượng nước thay đổi xác định theo đặc tính Các đường cong hình mai rùa hình 3.8 thường sử dụng để xác định mối quan hệ hiệu suất lưu lượng nước, cột áp hữu ích, tốc độ quay, góc mở cánh hướng a) Xâm thực Xâm thực bánh công tác cửa vào xảy chế độ làm việc phía trái (phía có cột nước cao) đường cong (1), góc dịng chảy lớn so với góc bánh cơng tác Xâm thực trở nên nghiêm trọng xuất áp xuất âm phá họai bánh công tác Xâm thực xảy gần bánh công tác phía có áp suất dương cửa vào điều kiện làm việc phía phải (phía có cột nước thấp) đường đặc tính (2), góc dịng chảy nhỏ so với góc cánh hướng Nhưng xâm thực thường không gây hại có chảy tách rời bánh cơng tác Có thể vận hành ổn định với dải rộng cột nước hữu ích làm việc cho phép, khoảng cách hai đường cong (1) (2) lớn Khoảng cách đường cong với tốc độ cao tương đối nhỏ, Qh có trị số lớn đầu bánh công tác Nếu Qn/Qnopt nhỏ 0,7 (hình 3.8), xốy nước xảy bánh cơng tác Hiện tượng xốy nước xuất tình trạng làm việc với lưu lượng nước thấp Khi lưu lượng nước giảm mức độ định, vận tốc dòng chảy dọc theo đỉnh bánh công tác giảm xuất vùng nước chết (dịng chảy làm tróc vỏ đỉnh bánh cơng tác) Dịng xốy xuất dịng nước khu vực tróc khoảng khơng giữ bánh cơng tác Tiếng kêu phát triển dịng xoáy phụ thuộc vào mức độ giảm lưu lượng nước Bề dày dịng xốy lớn phía áp suất thấp (đầu phía hút bánh cơng tác), dịng xốy tiếp xúc với bề mặt bánh cơng tác Tinh trạng tiếp diễn thời gian dài, làm cho tượng xâm thực phá họai phần tiếp xúc vị trí tâm xốy b) Xung lực ống hút s Xung lực ống hút xảy ống hút phía tua-bin nước có cánh cố định (Ví dụ: tua-bin nước Francis) vận hành điều kiện tải thành phần Đường (3) hình 3.8 minh họa điều kiện vận hành tốt khơng có phần tử chuyển động quay dịng nước từ phía bánh cơng tác Ở phía trái phía đường cong (3), dòng chảy quay xuất ngược chiều với chiều quay 76 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực Chương III Công nghệ chê tạo tua-bin nước bánh cơng tác Ớ phía phải phía đường cong, dòng chảy quay chiều với chiều quay bánh cơng tác Khi dịng chảy quay xuất ống hút, tâm nước chết xuất phần cuối dịng xốy Tâm nước chết chuyển động lên làm cho dịng xốy dày ngắn lại lưu lượng nước giảm Trong trường hợp này, dịng nước xốy kiểu định ốc, bề mặt tâm nước chết với dịng quay dịng Áp lực phía dịng xốy so với áp lực xung quanh dịng xốy, chuyển động quay dịng xốy đinh ốc gây dao động áp lực ống hút (bởi dịng xốy chuyển động lúc gần, lúc xa tường ống hút) Dao động áp lực xung lực ống hút Xung lực lớn xảy ống hút tình trạng làm việc đường (4) (5), phía bên trái, phía đường (6) Xung lực vượt 10% cột nước hiệu dụng gây tiếng ổn rung Nói chung, xung lực xuất khoảng 70 4- 20% lưu lượng khơng chuyển động quay, đạt giá trị cực đại khoảng 50 4- 40% c) Hiệu suất Trên quan điểm hiệu suất lớn nhất, hiệu suất tua-bin nước giảm hai phía nH thấp (= phía cột nước cao) nn cao (= phía cột nước thấp), hai phía Qii thấp Qn cao Vì vậy, đường cong làm việc tua-bin nước dường có hình mai rùa chúng gọi đặc tính hình mai rùa Nhìn chung tua-bin nước có tốc độ định mức cao, có đặc tính hiệu suất tốt tình trạng thay đổi cột nước hiệu dụng, tua-bin nước có tốc độ định mức thấp có đặc tính hiệu suất tốt tình trạng thay đổi lưu lượng nước 2.5 Mơ hình hóa động lực học chát lỏng Ngày nay, công nghệ tin học có khả tính tốn mơ hình diện rộng động lực học chât lỏng, tương tự phân tích chất rắn Các nhà chế tạo ứng dụng nhiều dạng mô để thiết kế thuận tiện Trong thiết kế tua-bin, mơ hình hóa (ký hiệu CFD) sử dụng cho nhiệm vụ sau: - Thiết kế hình dạng dịng chảy nhằm đảm bảo đặc tính líhư cơng suất, hiệu suất, lưu lượng xả - Thiết kế hình dạng bánh cơng tác nhằm tránh xâm thực - Tính tốn lực tác dụng chất lỏng nội lực phục vụ cho việc xác định ứng suất phần tua-bin TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 77 Tài liệu chuyên để bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước - Thiết kế cấu điều chỉnh cánh hướng động cánh tua-bin để xác định mơmen tác động chất lỏng Kích thước vùng tiến hành mơ hóa tùy thuộc vào mục đích giai đoạn thiết kế Thơng thường, phần phận tiến hành mơ hóa giai đoạn đầu q trình thiết kế, cịn vùng có phạm vi rộng việc tiến hành giai đoạn cuối nhằm so sánh với kết thí nghiệm thực tế tua-bin mơ hình Kiểu, loại mô phải lựa chọn tùy theo giai đoạn thiết kế cho phù hợp Bảng 3.2 thể loại mô Bảng 3.2 Các loại mơ hình hóa Kiểu Chế độ Giai đoạn thiết kế Thiết kế sơ Chất lỏng lý tưởng chảy ổn định -Phân tích Euler 3D Thiết kế chi tiết Chảy rối ổn định - Phân tích mơ hình k-E 3D Chảy rối không ổn định - Mô hình xốy rộng (LES) - Mơ hình kiểu Navier-Stokes (DNS) Các phương trình thủy động gồm: Phương trình liên tục: ỡp +(222O) ỡpu = o £P at ỡx/ (3.9) Các phương trình Navier-Stokes: aUị , ổ ổp ổ2Uj -r1 + (ui-— )u, = K, ^- + v(J at ỠXj p ỠXị ) 1fn (3.10) Trong đó: u,: Vận tốc theo trục “ĩ” [m/s] t: Thời gian [s] K; Nội lực theo trục “i” [N] p: Khối lượng đơn vị nước [kg/m3] v: Hệ số nhớt động học [m2/s] p: Áp suất [Pa] 78 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực Chương III Công nghệ ché tạo tua-bin nước Để thuận tiện cho việc nghiên cứu, chất lỏng lý tưởng coi không chịu cắt kéo, nhiên chất lỏng thực khức tạp chịu cắt kéo Phân tích theo loại mơ hình 3D Euler áp dụng cho trường họp chất lỏng thực chảy ổn định thực giai đoạn thiết kế sơ Q trình phân tích tiến hành dựa vào phương trình vi phân chuyển động nhà bác học Euler: ỠUi , , at a ap )Uị = K Jax ' ‘ pỔXị Nếu tính tốn trực phương trình Navier-Stokes (DNS) thu kết xác Trong trường hợp này, số điểm xét “N” phải lên tới 108 tính tốn gần dịng chảy có Re=5,000 Hơn nữa, thời gian tính tốn kéo dài nhiễu Do khối lượng tính tốn lớn khả lưu giữ máy tính, việc áp dụng DNS bị hạn chế Do đó, có số mơ hình thiết lập để mơ dịng chảy Mơ hình kiểu k-£ sử dụng k động £ tổn thất lượng dòng chảy rối Khi đó, giới hạn phi tuyến tính phương trình (3.10) giải Mơ xốy diện rộng (LES) nghiên cứu kích cỡ xốy Các xốy diện rộng mà xác định xác điểm tính tốn trực tiếp, cịn xốy nhỏ tính tốn cách sử dụng mơ hình LES khơng sử dụng trị số thời gian nên áp dụng cho việc phân tích dịng chảy khơng ổn định hay nói cách khác dịng biến đổi theo thời gian III PHƯƠNG PHÁP ĐÚC 3.1 Sự thay đổi vật liệu đúc phương pháp đúc Các phận tua-bin nước thiết kế chịu đựng ẳp lực nước lớn bao gồm áp lực xung kích áp lực ly tâm nước tốc độ lồng cao Chính vậy, tải trọng đặt lên phận tua-bin phải tính tốn xác biến dạng ứng suất phải đảm bảo mức độ định Bảng 3.3 thể dạng tải trọng phận đặc trưng tua-bin nước TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 79 Tài liệu chuyên đê bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước Bảng 3.3 Các dạng tải trọng phận liên quan Dạng tải trọng Các phận liên quan tua-bin nước Áp lực nước Buồng xoắn, Vành móng, Nắp dưới, Cánh hướng động, Bánh cơng tác, Lớp lót ống hút Lực ly tâm BCT, Runner Boss, Runner Coupling Cover Mõmen Trục chính, Trục cánh hướng động 3.1.1 Áp suất nước Các phận tua-bin nước phải chịu tác dụng áp suất thủy tĩnh áp suất thủy động "Áp suất thủy tĩnh" áp suất nước, thay đổi liên tục theo thời gian thay đổi theo chu kỳ (lâu vài giây) "Áp suất thủy động" áp suất nước thay đổi theo khoảng thời gian ngắn giống tượng áp lực va chạm nước Áp lực nước tác dụng chế độ sa thải phụ tải bao gồm hai thành phần "Áp suất thủy tĩnh" trường hợp khơng tải từ phía thượng lưu ln lớn từ phía hạ lưu Áp lực va chạm nước ("áp suất thủy động") phải xem xét với chế độ thời cho việc thiết kế tua-bin Đối với tua-bin công suất lớn cột áp cao, áp lực va chạm vận hành bình thường gây tác động làm mệt mỏi kim loại chế tạo tua-bin, đặc biệt bánh công tác 3.1.2 Lực ly tâm Lực ly tâm tỉ lệ thuận với bình phương số vịng quay Tốc độ quay lồng lớn tua-bin Francis Kaplan thường gấp gần hai lần số vịng quay định mức Chính vậy, lực ly tâm số vịng quay số vòng quay lồng lớn nguy hiểm cho phần quay ứng suất tập trung thường xuất nơi đột ngột thay đổi hình dạng (ví dụ phần tiếp nối buồng xoắn vành móng, chỗ tiếp nối cánh bánh công tác, cánh hướng tĩnh ) Thiết kế hợp lý hình dạng phận thực nhằm giảm thiểu ứng suất Bảng 3.4 nêu loại vật liệu điển hình dùng chế tạo phận tua-bin nước 80 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN Lực Chương III Công nghệ ché tạo tua-bin nước Bảng 3.4 Vật liệu điển hình dùng cho phận tua-bin nước Tên phận Buồng xoắn, Vành móng, Nắp Vật liệu điển hình Tiêu chuẩn liên quan Thép cán dùng cho kết ASTM A283M (Grade D), JIS G3106 cấu hàn (SM400A/B) Bánh công tác, Cánh hướng động Thép đúc không gỉ ASTM A743/A743M (CA-15, CA-6NM), JISG5121 (SCS1.SCS6) Thép đúc dùng cho cấu ASTM A27/A27M (70-36), JIS G5101 trúc hàn (SC480) Thép rèn Trục ASTM A668/668M (Class D), JIS G3201 (SF490A) Hình 3.9 thể thay đổi vật liệu đúc phương pháp đúc tua-bin nước Gần đây, thép đúc không gỉ, đặc biệt "thép đúc không gỉ Ni-13Cr cao cấp" hay sử dụng chế tạo bánh công tác thay cho thép đúc thông thường So sánh hai loại vật liệu nêu bảng 3.5 sau Bảng 3.5 So sánh thép đúc không gỉ thép đúc Hạng mục Thép đúc không gỉ Thép đúc cho cấu trúc hàn Đơn giá Khoảng 1,10 -r 1,15 (Thép đúc = 1.00) 1,00 Đặc tính chống xâm thực Gấp khoảng lần thép đúc Kém thép đúc không gỉ Sơn phủ Không cần Cần sơn chống gỉ Việc bổ sung thêm Ni (niken) cho thép khơng gỉ có chứa (khoảng) 13% Cr (Crơm) làm cho đặc tính giịn hàn cải thiện Điều phát TRUNG TÂM ĐÀO TẠO NÂNG CAO 81 Tài liệu chuyên đề bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước vào năm 50 vào năm 1960 công ty Thụy Sĩ đề xuất bổ sung cho thép không gỉ -ỉ- 8% Ni Thép không gỉ 13Cr sử dụng chê' tạo bánh công tác cánh hướng động tua-bin nước, sau có phát này, thép không gỉ 13Cr-3,8Ni (hoặc với 4- 3% Ni) thường xun dùng cho bánh cơng tác có ưu việt hẳn Tiếp theo sau đó, dựa vào phát này, "Thép đúc cao cấp không gỉ Ni-13Cr" ghép với nhiều tiêu chuẩn công nghiệp khác sử dụng chế tạo bánh công tác tua-bin nước Các ví dụ so sánh thép khơng gỉ 13Cr(-lNi) (thí dụ ASTM A743/A743M (CA-15): Ni = nhỏ 1,0%) thép khơng gỉ 13Cr-4Ni (thí dụ ASTM A743/A743M (CA-6NM)) thể bảng 3.6 Bảng 3.6 So sánh thép đúc loại 13Cr(-lNi) 13Cr-4Ni Hạng mục Thép đúc khơng gỉ 13Cr (-1NĨ) Đặc tính chống xâm thực [CEI] 55 Đặc tính chống bào mịn [mg/cm2/day] 0,007 Độ bén chống lực căng [N/mm2] Độ cứng [HB] Thành phấn đặc trưng [%] (by ASTM) 82 Thép đúc không gỉ 13Cr-4Ni 38 (Chổng xâm thực tốt.) 0,0002 (Chống rạn nứt tốt) Cao 750 Cao 540 (Dễ sửa chữa cách hàn chỗ) 163 4- 229 Thấp 285 c