GIÁO TRÌNH TUABIN THỦY LỰC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG GIÁO TRÌNH TUABIN THỦY LỰC Tháng 11-2010 LỜI NÓI ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu học tập Thuỷ điện sinh viên khoa Xây dựng Thuỷ lợi - Thuỷ điện thuộc Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng giai đoạn mới, chúng tơi biên soạn giáo trình "Turbine thuỷ lực - thiết bị thuỷ lực Cơng trình trạm Thuỷ điện" (là giáo trình mơn học Thuỷ điện 2) Giáo trình biên soạn theo nội dung "Đề cương môn học Thuỷ điện" nhà trường phê duyệt năm 2005 Giáo trình Thuỷ điện gồm 17 chương, trình bày hai phần lớn: phần I (thiết bị thuỷ điện) phần II (cơng trình Thuỷ điện): Phần I - "Turbine thuỷ lực - thiết bị thuỷ lực" trạm thuỷ điện, gồm chương (từ chương I đến chương VIII) Phần dùng để giảng với 20 tiết lớp, nội dung tìm hiểu: turbine thuỷ lực, thiết bị điều tốc, thiết bị phụ hệ thống thiết bị phụ thuỷ lực cấu tạo, tính hoạt động lựa chọn, tính tốn xác định thơng số kích thước thiết bị đủ phục vụ cho thiết kế trạm thuỷ điện Phần II - "Cơng trình trạm thuỷ điện", gồm chương dùng để giảng 40 tiết lớp, thuộc hai phần: Phần IIa -"Các cơng trình thuộc tuyến lượng" với chương (từ chương IX đến chương XV), bao gồm cơng trình thuộc tuyến lượng: cửa lấy nước, bể lắng cát, cơng trình dẫn nước, bể áp lực, đường ống turbine, buồng điều áp Nội dung trình bày cấu tạo tính tốn xác định kích thước cơng trình thơng qua tính tốn thuỷ lực tính tốn dịng khơng ổn định chúng Phần IIb - "Nhà máy thuỷ điện", gồm chương XVI XVII, nội dung trình bày loại nhà máy thuỷ điện số thiết bị điện chúng, cách bố trí, xác định kích thước nhà máy, tính tốn ổn định tính kết cấu phần nước nhà máy Giáo trình đề cập đầy đủ nội dung chuyên môn môn học Thủy điện 2, đáp ứng 60 tiết giảng lớp cịn dùng tham khảo thêm sau sinh viên trường tham gia vào lĩnh vực thiết kế cơng trình thuỷ điện gặp phải Trong trình biên soạn giáo trình, khả có hạn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận nhiều ý kiến đóng góp đồng nghiệp bạn đọc để sửa chữa cho tốt Tháng - 2006 Tác giả Phần I TURBINE THỦY LỰC & CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC CỦA TTĐ Turbine thủy lực loại động chạy sức nước, nhận lượng dịng nước để quay kéo rô to máy phát điện quay theo để tạo dòng điện Tổ hợp turbine thủy lực máy phát điện gọi "Tổ máy phát điện thủy lực" Ở phần nghiên cứu turbine thủy lực, thiết bị điều tốc giới thiệu số hệ thống thiết bị thủy lực có liên quan Chương I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TURBINE THỦY LỰC I PHÂN LOẠI TURBINE THỦY LỰC CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN Trong trình đấu tranh sinh tồn cải tạo giới tự nhiên, loài người sớm biết sử dụng động thủy lực: từ bánh xe nước dùng vào việc kéo máy xay xát nông sản đến phát triển chúng lên thành turbin thuỷ lực đại kéo máy phát điện để sản xuất điện ngày Để sử dụng cách có hiệu lượng dịng nước đặc trưng tổ hợp cột nước lưu lượng khác cần phải có đủ loại turbine khác cấu tạo, kích thước trình làm việc chúng Dựa vào việc sử dụng dạng lượng cấu bánh xe công tác (BXCT) turbine người ta chia turbine thủy lực làm hai loại: turbine xung kích turbine phản kích Trong loại lại chia hệ kiểu turbine Viết phương trình Becnully cho cửa vào (chỉ số1) cửa (chỉ số2) bánh xe công tác turbine, ta có lượng viết cho đơn vị trọng lượng nước sau: α1 V12 − α V22 p1 − p + H = (Z1 - Z2) + 2g γ Z1-Z2 : thành phần lượng chênh lệch vị trí tạo ra, gọi vị năng; p1 − p : áp năng; gộp vị áp thành ( T ) γ α1 V12 − α V22 : động ( Đ ) 2g Từ thành phần lượng ta có loại turbine thuỷ lực sau: * Turbine sử dụng phần động để làm quay BXCT gọi loại turbine xung kích Loại cịn gọi turbine dịng chảy khơng áp dịng chảy mơi trường khí nên chuyển động dòng tia cánh BXCT chuyển động không áp, áp suất cửa vào cửa áp suất khí trời Turbine xung kích đuợc chia hệ sau: + Hệ turbine xung kích gáo (turbine Penton); + Hệ turbine xung kích kiểu phun xiên; + Hệ turbine xung kích hai lần (turbine Banki) * Turbine sử dụng động năng, phần chủ yếu gọi loại turbine phản kích Loại cịn gọi turbine dịng chảy có áp, áp lực dịng chảy cửa vào BXCT ln lớn áp lực cửa Dịng chảy qua TB dịng liên tục điền đầy nước tồn máng cánh Loại chia hệ sau: + Hệ TB xuyên tâm hướng trục ( gọi tắt là turbine tâm trục, hay Franxis); + Hệ TB hướng trục ( gồm turbine cánh quạt turbine cánh quay ); + Hệ TB hướng chéo; + Hệ TB dòng ( gồm turbine dòng nửa thẳng turbine dòng thẳng ); + Hệ TB thuận nghịch ( làm việc theo hai chế độ: máy bơm turbine) I TURBINE XUNG KÍCH Như nói, turbine xung kích loại sử dụng phần động dòng chảy Ở loại turbine này, dòng nước sau khỏi vịi phun tồn lượng dòng chảy biến thành động để đẩy bánh xe cơng tác Vì chảy mơi trường khí nên chuyển động dòng tia cánh bánh xe công tác (BXCT) chuyển động không áp hay gọi dòng tia tự Sau nghiên cứu cụ thể hệ turbine xung kích: I Turbine xung kích gáo ( gọi turbine Penton ) Turbine người Mỹ tên Penton đưa năm 1880 nên gọi turbine Penton Quá trình hoạt động turbine gáo sau (xem hình 1-1): nước từ thượng lưu theo ống áp lực chảy qua vòi phun (ở lưu lượng điều chỉnh trước phóng vào cánh BXCT nhờ van kim 7), phóng vào cánh dạng gáo turbine, làm quay BXCT kéo theo trục turbine quay, nước đập vào cánh gáo bị bắn hai phía vỏ turbine gom lại dẫn hầm xả để tháo hạ lưu nhà máy Hình 1-1 Turbine xung kích gáo Sau xem xét cấu tạo tác dụng phận turbine gáo (hình 1-2) Vòi phun nhận nước từ ống áp lực biến tồn lượng dịng nước thành động trước đưa vào BXCT điều chỉnh lưu lượng vào turbine nhờ dịch chuyển qua lại van kim đặt bên (hình 1-2,a) Turbine gáo cột nước cao ống áp lực dài cịn có phận tách dịng để hướng phần hay tồn tia nước không cho vào BXCT để tránh tượng nước va xảy lớn đóng nhanh van kim Bộ phận làm việc cắt giảm phụ tải máy phát điện Khi phụ tải giảm, van kim cần phải nhanh chóng đóng bớt độ mở để giảm lưu lượng thich hợp, nhiên van đóng q nhanh vịi phun xuất áp lực nước va lớn làm bể vòi phun Để giảm trị số áp lực nước va, lúc máy điều tốc nhanh chóng nhấc thiết bị tách dòng lên ngắt bớt phần lưu lượng thừa khỏi cánh gáo Nhờ lưu lượng vào BXCT giảm theo yêu cầu giảm tải mà van kim phải đóng từ từ Sự phối hợp dịch chuyển van kim thiết bị tách dòng liên hợp với nhờ cấu liên hợp máy điều tốc (xem chương VII -Thiết bị điều tốc turbine thuỷ lực) Hình 1-2 Các phận turbine gáo Bánh xe cơng tác turbine gáo ( hình 1-1 1-2b,c ) gồm có đĩa chu vi đĩa có gắn cánh dạng gáo (nên gọi gáo) Phụ thuộc vào cột nước mà số gáo có từ 14÷60 cánh BXCT khối liền cánh gáo đĩa đúc thành khối, khối liền cánh gáo đúc riêng gắn lên đĩa bu lơng hàn Chính cánh gáo có gân chia gáo làm hai phần để chia tia nước tác động vào gáo thành hai phần hai hướng bắn hai bên Đuôi cánh gáo khoét hõm tia nước xuyên qua hõm cánh trước đập thẳng vào cánh gáo thẳng góc (theo chiều quay) làm tăng cánh tay địn mơmen quay tránh mơmen ngược tia nước vào phía sau gáo nằm phía trước Vỏ turbine có nhiệm vụ khơng cho nước từ buồng BXCT bắn ngồi gian máy Vỏ phải có kích thước hình dáng để hứng nước từ gáo xuống hầm xả mà không rơi ngược trở lại phía sau gáo làm cản trở việc quay BXCT Điều quan trọng turbine gáo trục đứng có nhiều vịi phun Hầm xả có nhiệm vụ tập trung nước sau khỏi BXCT lại để dẫn hạ lưu Mực nước hầm xả phải bảo đảm thấp cao trình thấp BXCT khoảng đó, thường đường kính D1 đặt cao mức nước hầm xả Loại trục ngang thường có cơng suất bé có từ đến hai vịi phun cho BXCT (hình 1-1,b), số lượng bánh xe công tác trục thường nhỏ ba Loại trục đứng có số vịi phun nhiều hơn, thường hai đến sáu vịi, bố trí chung quanh BXCT Hình 1-3 biểu thị turbine gáo trục đứng có sáu vịi phun Mặt đứng Mặt Hình 1-3 Turbine gáo trục đứng nhiều vịi phun Turbine gáo sử dụng động để quay cần tạo nên vận tốc dòng phun lớn để tăng công suất turbine, măt khác kết cấu BXCT vững turbine sử dụng với cột nước cao lưu lượng nhỏ Turbine gáo loại lớn có phạm vi sử dụng cột nước từ 200÷2000m nữa, turbine gáo loại nhỏ từ 40÷250m Trục turbine gáo đứng (hình 1-3) ngang Trạm TĐ Bôgôta Côlombia đạt đến cột nước cao H = 2000m, công suất lắp máy N = 500 MW Trạm Raisec Úc có cột nước H = 1767m Nước ta có trạm H = 500÷800m Vĩnh Sơn Đa Nhim, sử dụng hệ turbine xung kích gáo I 2 Turbine xung kích hai lần ( turbine Banki ) Turbine xung kích hai lần có phạm vi sử dụng cột nước từ 6÷150m, thường từ 10÷60m Kết cấu đơn giản (hình1-4), dễ chế tạo nên sử dụng rộng rãi trạm thủy điện nhỏ có lưu lượng bé, cột nước vừa, trục thường nằm ngang Hình 1-4 Turbine xung kích lần Turbine gồm có vịi phun tiết diện hình chữ nhật nối liền với đoạn ống chuyển tiếp Vịi có cấu điều chỉnh lưu lượng gồm van phẳng gắn với trục điều khiển có tay quay vơ lăng Khi vơ lăng quay, trục điều chỉnh tịnh tiến phía trước phía sau làm cho tiết diện vịi phun thay đổi, nên lưu lượng vào turbine thay đổi theo Bánh xe công tác gồm cánh cong gắn đĩa 6, số cánh từ 12÷48 Trục turbine xun qua bánh xe cơng tác gắn chặt với đĩa then Vỏ (buồng) dùng để chắn không cho nước từ BXCT bắn ngồi Hầm xả có nhiệm vụ dẫn nước hạ lưu Hình dáng BXCT turbine xung kích hai lần gần giống lồng sóc Dịng nước từ vịi phun tác dụng vào cánh phía (nhận khoảng chừng 80% lượng dòng nước) đẩy BXCT lần thứ nhất, xong lại vào khoảng trống BXCT lại tác dụng lần thứ hai vào cánh trước khỏi bánh xe cơng tác (nhận thêm 20÷30% phần lượng cịn lại) Cũng ta gọi turbine xung kích hai lần Hiệu suất loại turbine tùy thuộc vào số cánh BXCT vào khoảng 80÷85% Ưu điểm turbine xung kích hai lần chọn đường kính BXCT số vòng quay turbine phạm vi rộng mà khơng phụ thuộc vào lưu lượng, lưu lượng khơng phụ thuộc vào đường kính mà cịn phụ thuộc vào chiều rộng BXCT Như chế tạo turbine với đường kính bé để có vòng quay lớn, giảm giá thành chế tạo turbine tổ máy thủy lực I Turbine xung kích phun xiên Turbine xung kích phun xiên (hình 1-5) có hình dạng giống turbine gáo khác kết cấu BXCT hướng tia nước vào BXCT Tia nước bắn vào BXCT không trực giao với cánh mà làm với cánh góc α, nhờ làm vành ghép mép BXCT nên đơn giản hóa cách ghép cánh vào đĩa Hình dạng cánh loại dễ chế tạo Nó cho phép gia công hàng loạt cách đập Turbine tia nghiêng sử dụng rộng rãi, sử dụng TTĐ nhỏ có cột nước vào khoảng H = 30÷400m Hình 1-5 Turbine xung kích phun xiên I TURBINE PHẢN KÍCH Turbine phản kích loại sử dụng phần phần động dịng nước Bánh xe cơng tác làm việc mơi trường chất lỏng liên tục áp lực nước phía trước bánh xe cơng tác lớn phía sau Khi chảy qua rãnh tạo bề mặt cong cánh, dòng nước thay đổi hướng tác dụng lên cánh làm quay BXCT Dựa vào hướng dòng nước cửa vào cửa BXCT người ta chia turbine làm hệ: tâm trục, hướng trục, cánh chéo, turbine dịng, thuận nghịch Hình 1-6 Các phận turbine phản kích Xét mặt cấu tạo, hệ turbine phản kích gồm phận sau: buồng turbine 1, vịng bệ 2, cấu hướng dòng 3, BXCT 4, buồng BXCT 5, ống xả 6, trục ổ trục thiết bị phụ chúng (hình 1-6) Sáu phận đầu hình thành phận qua nước turbine, ổ trục trục phận kết cấu có nhiệm vụ tiếp nhận truyền mô men quay từ BXCT đến rôto máy phát điện Trong phận qua nước BXCT phận trực tiếp biến đổi thủy thành chuyển động quay Bộ phận cấu hướng nước có tác dụng thay đổi trị số lưu lượng hướng dòng chảy trước vào BXCT, ống xả dùng để tháo nước từ BXCT hạ lưu Sau xem xét phận turbine phản kích, hệ turbine khác chủ yếu bánh xe cơng tác cịn phận khác nhìn chung giống Việc phân loại TB phản kích dựa vào hướng dòng nước vào khỏi BXCT I Bánh xe công tác turbine tâm trục (turbine Franxis ) Turbine tâm trục (xem hình 1-7) hệ TB phản kích sử dụng rộng rãi Chất lỏng từ buồng qua cánh hướng dòng vào cửa vào cánh BXCT theo hướng xuyên tâm chuyển chuyển hướng 900 khỏi BXCT để vào ống xả theo hướng dọc trục Do gọi turbine tâm trục Turbine kỹ sư người Pháp tên Franxis hoàn chỉnh năm 1849 nên cịn gọi turbine Franxis Hình 1-7 Bánh xe công tác turbine tâm trục BXCT turbine tâm trục gồm có vành 14 vành 13, cánh có dạng cong khơng gian ba chiều gắn chặt vào hai vành Số cánh từ 12 đến 22 cánh, thường 14 đến 18 cánh Thường BXCT đúc liền thành khối, trường hợp bị điều kiện vận chuyển hạn chế chế tạo BXCT thành phần, lắp ráp dùng bulơng ghép vành đai ghép nóng vành phần lại hàn nối rãnh phân chia Đối với turbine nhỏ dập cánh, sau định vị chúng đúc liền vành để BXCT liền khối vững Tùy theo cột nước sử dụng, đường kính lớn cửa vào D1 (đường kính tiêu chuẩn) đường kính lớn cửa D2 mà người ta chia turbine tâm trục làm dạng: - Dạng D1 < D2 gọi turbine tỷ tốc cao loại dùng với cột nước thấp (H< 80m) cấu tạo chúng có khả chịu lực khơng cao (hình 1-7,b); - Dạng D > D2 gọi turbine tỷ tốc thấp (hình 1-7,c) loại có cấu tạo vững chúng dùng với cột nước cao, có turbine làm việc với cột nước 550m; - Dạng D1 = D2 gọi turbine tỷ tốc trung bình, loại trung gian loại Turbine tâm trục có phạm vi sử dụng cột nước thường từ vài mét đến 550m Ở nước Nga, Trạm thủy điện Cracnoarck sử dụng loại với công suất turbine 508MW, đường kính D1 = 7,5m Ở nước ta, TTĐ sông Đà Trị An dùng turbine tâm trục, TTĐ Hịa Bình dùng turbine tâm trục, công suất turbine 240MW, H = 88m I Bánh xe công tác turbine hướng trục Gọi turbine hướng trục hướng chảy dòng nước phạm vi BXCT theo hướng trục quay turbine Trên (hình 1-8) nước từ buồng xoắn chảy qua cột vòng bệ 10 vào cánh hướng nước đổi hướng chảy vào khỏi cánh 11 BXCT theo chiều dọc trục theo ống xả hạ lưu nhà máy Hình 1-8 Turbine hướng trục BXCT gồm có bầu nối bích với trục turbine 2, xung quanh bầu bố trí cánh hình vặn vỏ đổ để áp lực nước tác động lên cánh làm quay BXCT Liên kết cánh bầu theo kết cấu côngxôn nên chịu áp lực thấp, số cánh thường khả tháo nước lớn Trong hệ hướng trục dựa vào liên kết cánh bầu người ta chia hệ hướng trục hai dạng: turbine có cánh gắn cố định với bầu turbine cánh quạt, cịn turbine cánh quay quanh trục bầu turbine cánh quay 10 Turbine cánh quạt BXCT turbine cánh quạt (hình 1-9) gồm có bầu, có gắn từ đến cánh, thông thường đến cánh Cánh chế tạo liền với bầu tạo thành khối thống chế tạo riêng biệt sau gắn chặt vào bầu bulơng Khi qua mặt cong cánh, dòng nước buộc phải đổi hướng chuyển động tạo áp lực tác Hình 1-9 BXCT turbine cánh quạt dụng lên cánh làm quay BXCT Nhược điểm loại BXCT có đường đặc tính cơng tác dốc, lưu lượng, cột nước công suất thay đổi lệch với chế độ thiết kế hiệu suất turbine giảm nhanh Đối turbine tỷ tốc cao cần lưu lượng giảm đến 45% lưu lượng tính tốn hiệu suất cơng suất giảm đến không Do nên cho turbine cánh quạt đảm nhận cơng suất cột nước thay đổi Turbine cánh quạt sử dụng Trạm thuỷ điện có cột nước H = 1,5÷40m, thường dùng TTĐ nhỏ, có turbine dạng đường kính đạt đến m Turbine cánh quay ( Kaplan ) Turbine cánh quay (hình 1-10) loại đời sau cánh quạt Năm 1924 giáo sư người Tiệp tên Kaplan cải tiến thành công turbine cánh cố định thành cánh quay được, nên turbine cịn gọi turbine Kaplan Nhờ cánh quay xung quanh bầu, thích ứng chế độ làm việc khác chế độ thiết kế dẫn đến vùng làm việc turbine với hiệu suất cao mở rộng Do TB cánh quay có khả làm việc với công suất cột nước thay đổi nhiều BXCT TB cánh quay gồm có: bầu, cánh, chóp nước phận quay cánh xung quanh BXCT Bầu phải có hình cầu để giảm bớt khe hở cánh với bầu quay cánh Chóp nước có tác dụng làm cho nước chảy khỏi BXCT thuận dòng giảm tác dụng mạch động Khi làm việc, cánh BXCT hướng trục chịu tác dụng áp lực nước dạng sơ đồ chịu lực kiểu dầm cơngxơn khơng có vành dưới, nơi tiếp giáp cánh với bầu chịu mômen uốn lớn Người ta đo áp lực nước tác dụng lên cánh đạt tới 240 Do phải sử dụng động tiếp lực dầu cao áp quay cánh Bộ phận quay cánh gồm trục cánh (hình 1-10,b), động tiếp lực 4, hệ thống truyền Tay quay nối với trục cánh 6, truyền có chốt nối liền 11 píttơng động tiếp lực với tay quay Pittông chia xi lanh động tiếp lực làm hai ngăn: Dầu có áp từ thiết bị dầu áp lực qua hai ống dẫn đồng tâm lồng vào nằm bên trục tổ máy Khi dầu có áp vào ngăn xi lanh cịn ngăn dầu thơng với lỗ dầu xả pittơng lẫn truyền dịch lên Hình 1-10 Turbine Kaplan xuống, làm xoay cánh theo góc quay So với turbine cánh quạt turbine cánh quay dùng với cột nước thấp khả chịu lực có yếu Cùng với turbine tâm trục, turbine cánh quay sử dụng rộng rãi Ngày giới có turbine cánh quay cực lớn, TTĐ Xaratôp Nga có đường kính tiêu chuẩn D1 = 10,3m, cột nước thiết kế H = 9,7m, với công suất N = 59,3MW, vòng quay định mức n = 50 vòng/phút, trọng lượng 1229tấn Turbine trạm TĐ Porto Primavera Brasil có D1 = 8,6m, N = 105MW, cột nước H = 22m 12 I 3 Turbine cánh chéo Hình 1-11 Turbine cánh chéo Turbine cánh chéo (hình 1-11) đời chậm loại turbine trên, loại trung gian tâm trục hướng trục Nó kết hợp ưu điểm hai hệ turbine Turbine cánh chéo sử dụng TTĐ có cột nước H = 30÷150m Nó thuộc loại turbine cánh quay BXCT gồm 10 đến 14 cánh gắn vào bầu hình chóp nhờ trục cánh Trục cánh làm với trục turbine góc 300,450,600 nên dịng chảy BXCT chéo góc với trục Cũng turbine cánh quay, cánh BXCT quay quanh trục nó, nhờ cấu quay cánh gồm vành truyền nằm bầu nên hiệu suất bình qn cao turbine tâm trục hầu hết chế độ làm việc Mặt khác số cánh BXCT turbine nhiều so với turbine cánh quay nên làm việc với cột nước cao mà khơng bị khí thực Loại turbine chế tạo Nga dùng cho TTĐ Buctamin có cơng suất N = 77MW, cột nước H = 61m, đường kính D1 = 4,35m, n =150 vịng/phút Ngồi ra, TB cánh quay làm việc với cột nước thấp, muốn chịu cột nước cao phải tăng số lượng cánh BXCT lên từ đến 10 cánh Như bầu BXCT phải có đường kính lớn Để tăng số cánh mà khơng phải tăng đường kính tốt hết trục cánh lắp hai cánh kép (hình1-12) Loại lắp đặt nhà máy thủy điện Thác Bà với đường kính D1 = 4,5m, H = 32m 13 Hình 1-12 Bánh xe cơng tác turbine cánh kép I Turbine dòng Turbine dòng gồm hai loại: dòng chảy thẳng nửa thẳng Turbine dòng thực chất turbine cánh quay trục ngang, nên BXCT hồn tồn giống turbine cánh quay Loại dùng với cột nước thấp lưu lượng lớn Turbine dịng nửa thẳng (hình 1-13), turbine cịn gọi turbine Capxun Tổ máy có turbine trục ngang nối liền trục với trục máy phát điện đặt bọc kín kim loại (gọi cáp xun) có dạng thuận dịng Cáp xun chứa máy phát điện nằm trước BXCT nằm sau BXCT ống hút thẳng Các cánh hướng dịng thuộc loại hướng tâm hình chóp Stator thuộc loại với trụ tựa truyền tải trọng tổ máy lên móng máy Liên hệ thiết bị đặt cáp xun với gian máy tháp Turbine cap xun có hiệu suất cao so với turbine phản kích khác đến 30% khả tháo nước Turbine cap xun sử dụng rộng rãi Nga, Nhật, Mỹ sông vùng đồng TTĐ thủy triều Trạm TĐ Trereparec có cơng suất turbine N = 20MW, H = 14,9m Trạm thuỷ điện có turbine cáp xun lớn Kiev có N = 320MW 14 Hình 1-13 Tổ máy cáp xun Turbine dịng thẳng Ở turbine dịng thẳng (hình 1-14), dịng nước theo buồng turbine hình trụ thẳng qua Stator trước vào phận hướng dòng tác động vào BXCT hạ lưu theo dịng thẳng Rơtor máy phát điện gắn vào mút cánh TB, BXCT quay Hình 1-14 Turbine dịng thẳng 15 rotor quay Turbine dịng thẳng có cấu tạo phức tạp, đặc biệt vịng đệm chống thấm vịng quanh mà hiệu suất khơng cao turbine hướng trục bình thường mấy, nên sử dụng Trạm thuỷ điện Ortatran Liên Xô cũ sử dụng turbine với công suất turbine N = 6,3MW, cột nước H = 10,5m I Turbine thuận nghịch Turbine thuận nghịch dùng " tổ máy hai máy" TTĐ tích năng, có khả làm việc hai chế độ: bơm nước phát điện Tổ máy gồm có hai máy: turbine thuận nghịch máy điện ( "máy phát điện - động điện") làm việc chế độ máy phát động Tổ máy loại thay cho loại tổ máy làm việc chế độ riêng biệt không kinh tế " tổ máy ba máy " Nguyên lý làm việc turbine máy bơm trái ngược nhau, để làm việc chế độ cụ thể phải chỉnh chiều quay cánh thích hợp với chế độ làm việc Sau ví dụ turbine Capxun thuận nghịch (hình 1-15) Turbine gồm có phận sau: BXCT TB thuận nghịch có khả thay đổi góc nghiêng cánh theo hai chế độ bơm turbine; cấu Hình 1-15 Turbine Capxun thuận nghịch hướng dịng (CCHD) dạng hình thay đổi phù hợp với chế độ bơm hay turnine; "bóng đèn" (capxun) kín nước, gắn cố định vào bêtơng nhà máy nhờ cột Bên cápxun bố trí trục tổ máy ổ tựa ổ chặn "máy phát - động cơ" Giếng thông dùng để đặt cáp điện, đường ống dẫn dầu v.v đến động trợ động BXCT lên xuống gian máy phía BXCT thuận nghịch có đường kính 5,35m, bốn cánh quay xung quanh bầu với góc từ -50 đến +350 so với vị trí tính tốn Với cơng suất 10 MW lưu lựơng bơm 105 m3/s H = 6m 225 m3/s H = 1m; lưu lượng lớn chế độ turnie 230 m3/s Vòng quay n = 97,75 v/p, máy phát - động đồng bộ, có điện áp 3,5 kV 16 Chương II CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA TURBINE THUỶ LỰC Ở chương I nghiên cứu khái quát loại turbine tính ứng dụng loại turbine Chương II nghiên cứu cụ thể cấu tạo, công dụng phận turbine tìm hiểu xác định kích thước chúng Ngồi BXCT, phận turbine gồm: thiết bị dẫn nước (buồng turbine), thiết bị tháo nước (ống xả), phần tĩnh (stator), cấu hướng dòng (CCHD) v.v II VÒNG BỆ, CƠ CẤU HƯỚNG DÒNG, TRỤC CỦA TB PHẢN KÍCH Như nói, ngồi BXCT, turbine phản kích cịn có phận sau đây: vịng bệ turbine, cấu hướng dòng, trục ổ trục turbine II 1 Vòng bệ (Stator) turbine: Vịng bệ turbine (hình 1-6 2-1) phần cố định turbine, có tác dụng truyền xuống móng nhà máy tải trọng gồm trọng lượng tồn tổ máy, sàn bệ máy phát điện, áp lực nước dọc trục tác dụng lên BXCT khối bê tơng phủ lên v.v Stator bao gồm số cột chống với tiết diện ngang hình đường dòng, liên kết với vành đỡ Có hai kiểu stator : kiểu cột đỡ riêng rẽ kiểu vòng (a) Phần lớn turbine phản kích sử dụng kiểu vịng để tăng độ cứng, kiểu cột riêng rẽ sử dụng cho buồng xoắn bê tơng cốt thép, ổ chặn không lắp nắp turbine Số lượng cột stator nửa số cánh hướng nước Hình 2-1 Vịng bệ CCHD turbine Để xác định kích thước buồng xoắn cần phải biết hình dạng kích thước vịng bệ cánh hướng dịng.Hình 2-1,b bảng (2-1) xác định kích thước vịng bệ (stator) 17 turbine Trong bảng: Da, Db đường kính ngồi vòng bệ, b0 chiêu cao cánh hướng dòng (bảng 6-5 6-6 chương VI), Z0 số lượng cánh hướng dịng Bảng 2-1 Bảng kích thước vịng bệ ( đơn vị cm) D1 D0 180 200 225 250 280 320 360 400 450 500 550 600 220 240 275 290 325 375 420 465 525 580 640 700 Z0 cán h 16 16 16 24 24 24 24 24 24 24 24 24 Cho buồng xoắn bê tông cốt thép Db Da D4 R h1 h2 Cho buồng xoắn kim loại Db Da D4 R H 340 382 437 485 542 610 675 745 875 260 285 320 330 372 426 480 532 600 660 730 800 390 438 500 500 620 700 777 855 935 400 448 510 570 630 710 780 805 945 28 30 30 35 35 40 40 50 50 32 35 40 40 45 45 50 50 55 23 25 30 30 35 45 40 40 45 305 335 375 390 438 500 555 615 695 765 845 925 330 360 400 415 463 535 590 650 735 805 885 965 20 20 20 25 25 30 35 35 40 40 50 50 21 23 23 25 25 32 35 41 41 46 46 50 II Cơ cấu hướng dòng (CCHD): Nước từ buồng turbine chảy vòng qua cột stator 2, chảy qua khe hở cánh hướng dòng 3, lưu lượng điều chỉnh thay đổi khe hở cánh trước vào BXCT (hình 1-6 2-2,a).Cơ cấu có tác dụng sau: - Hình thành hướng dịng chảy định trước BXCT; - Điều chỉnh lưu lượng nước vào turbine, thay đổi cơng suất turbine Bộ phận CCHD gồm có hai thành phần chính: cánh hướng dịng hình lưu tuyến cấu quay cánh Mỗi cánh hướng nước có thân trục cánh Đầu trục cánh lồng vào lổ khoét nắp TB, đầu lắp vào vành dưới, nhờ cánh quay quanh trục để thay đổi độ mở a0 CCHD Khi cánh hướng nước đóng hồn tồn a0 = 0, để giảm rị nước cần có đệm chống rị cao su Bộ phận quay cánh hướng dịng gồm có chi tiết: nắp turbine chứa ổ trục cánh, vòng chứa ổ trục cánh, cánh hướng cấu tay quay Độ mở a0 dược thay đổi cho cánh nhờ vòng điều chỉnh CCHD Nhờ chuyển động tịnh tiến hai cần 10 hai động tiếp lực máy điều tốc mà vòng điều chỉnh xoay, kéo theo CCHD xoay để dẫn vào BXCT lưu lượng yêu cầu Hình 2-2,b sơ đồ đơn giản CCHD dùng cho TB nhỏ trục đứng buồng hở Nước từ buồng hở qua khe hở cánh vào BXCT 11 Điều chỉnh độ mở a0 theo yêu cầu nhờ trục diều khiển từ máy điều tốc quay kéo tay quay kéo làm quay vòng điều chỉnh tác thay đổi trục làm cánh hướng xoay quanh trục 10 18 Hình 2-2 Bộ phận xoay CCHD II Ổ trục trục turbine: Trục turbine dùng để truyền mô men xoắn từ BXCT đến rôtor máy phát điện Trục turbine trục đứng bên rỗng để lắp ống dẫn dầu (đối với cánh quay), dẫn khí xuống BXCT để phá chân không cho turbine tâm trục đường dây điện v.v Ổ trục định hướng để định tim trục, bôi trơn dầu nước Loại bôi trơn nước thường lắp nắp turbine Loại bơi trơn dầu khống bạc ổ trục làm hợp kim babít Hình 2-3 đồ thị xác định đường kính trục turbine Đường kính trục phụ thuộc vào mơmen xoắn dịng chảy Mkp = 97400.N/n ( kGcm) Trong N (kW) n (vịng/phút) Có Mkp tra đường kích trục turbine DB (mm) Hình 2-3 Biểu đồ quan hệ đường kính trục cơng suất turbine 19