BO KHOA HOC, CONG NGHE VA MOI TRUONG
Viện Khoa Học Thủy Lợi
171 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội
Báo cáo tổng kết Khoa học và Kỹ thuật Đề tài:
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM
THIẾT BỊ THUỶ ĐIỆN CỰC NHỎ CỘT NƯỚC THẤP Chủ trì: Ths Hoàng Văn Thắng Thực hiện: PGS Lê Danh Liên PGS Vo S¥ Huynh TS Bài Quốc Thái $3t-2
Bản thảo viết xong 10 - 2003
Tài liệu này được chuẩn bị trên cơ sở kết quả thực hiện Đề Tài cấp Nhà nước
mã số KC 07-04
Trang 2
MUC LUC
Trang
PHẦN 1 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHẦN
DAN DONG CUA TUA BIN THUỶ ĐIỆN CỰC NHỎ 1
1 Xác định các thông số tính toán của các loại tua bi thuỷ điện cực nhỏ: 100W, 200W, 500W, và 1000W 1
1.1 Tua b¡n thuỷ điện cực nhỏ loại 100W, cột nước 0,8 +1,2m_ 1
1⁄2 Tua bin thuỷ điện cực nhỏ loại 200W, cột nước 0,8 + 1,2m 3
1.3 Tua bin thuỷ điện cực nhỏ loại 500W, cột nước 1,4 + 1,6m 4
1.4 Tua bín thuỷ điện cực nhỏ loại 1000W, cột nước 1,6 +1,8m 5
[L Tính toán thiết kế profin cánh bánh công tác 6
HH Lựa chọn tính toán thiết kế tua bím mô hình cột nước thấp lŨ PHAN II KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ CHE TAO TO MAY THUỶ ĐIỆN CỰC NHỎ .2 22222112002 e 12 1 Kết cấu của tổ máy thuỷ điện cực nhỏ cc.cceàằ 12
1 Tua bin thuỷ điện .2 c 2 2à, 12 2.Máy phátđiện nhe 13 1l Công nghệ chế tạo tua bím thuỷ điện CỤC nhỏ cv cv cà cv 13 1.1 Công nghệ chế tạo tua bim HƯỚC 13
1 Công nghệ chế tạo mẫu cánh _ 13
2 Công nghệ gia công các chỉ tiết của tua bm 14
3 Buồng dẫn nước vào tua bi và Ống XẢ_ 14
H.2 Công nghệ chế tạo máy phát điện 14
PHAN II NGHIÊN CỨU THỤC NGHIỆM XÂY DỰNG CÁC ĐƯỜNG DAC TINH LAM VIEC CUA TUA BIN _ : 15
Trang 31I Phương pháp tiến hành thí nghiỆM co nhe chen HH Gia công số liệu thứ nghiệm To ¬—
IV Thi nghiệm xác định đặc tính máy phát điện NCVC V Kết quả nghiên cứu thực nghiỆM co co cào che nhe nhe
Phụ lục 1 Bảng các số liệu tính toán thiết kế cánh tua bim
Phụ lục II.! Profin cánh bánh công tác và biểu đổ phân bố
Vận tốc và áp suất tua bin 100W cece eee e eens Phụ lục II.2 Profin cánh bánh công tác và biểu đồ phân bố
Vận tốc và áp suất tua bin 200W eee e eee Phụ lục I3 Profin cánh bánh công tác và biểu đổ phân bố
Vận tốc và áp suất tua bin SOOW co cei
Phụ lục II.4 Profin cánh bánh công tắc và biểu đồ phân bố
Vận tốc và áp suất tua bm 1000W He Phụ Lục II.5 Profin cánh bánh công tác và biểu đồ phân bố
Vận tốc và áp suất tua bin hướng trục, phương án N9-0
Phu lục III.1 Kết quả nghiên cứu thử nghiệm máy thuỷ
điện cực nhỏ hướng trục loại 200W- sản phẩm nghiên cứu
CUA MEA TQ nn TT TH HH HT nh kh khi
Phụ lục III.2 Kết quả nghiên cứu thử nghiệm máy thuỷ điện
cực nhỏ hướng trục loại 200W- sản phẩm nghiên cứu
của Trung QUỐC 2Q 0n nền nen khen Phụ lục HI.3 Kết quả nghiên cứu thử nghiệm máy thuỷ
điện cực nhỏ hướng trục loại 200W- sản phẩm Powerpal
Phụ lục III.4 Kết quả nghiên cứu thử nghiệm máy thuỷ điện
Trang 4A
PHANI _ _
NGHIÊN CÚU TÍNH TỐN THIẾT KẾ PHAN DAN DONG
CỦA TUA BIN THUỶ ĐIỆN CỤC NHỎ
Tua bín thuỷ điện là bộ phận chính của máy thuỷ điện cực nhỏ Máy thuỷ điện cực nhỏ được sử dụng rộng rãi từ nhiều năm nay tại các
vùng núi và trung du nơi có các nguồn nước nhỏ để cung cấp điện sinh
hoạt cho cư dân địa phương vùng sâu vùng xa
Các máy thuỷ điện cực nhỏ được sử dụng từ trước tới nay chủ yếu là thiết bị của Trung quốc, được nhập qua đường biên giới Các thiết bị này là cấc sản phẩm địa phương chất hượng thấp nhưng giá rẻ, phù hợp với điều kiện kinh tế của người dân nên được ứng dụng rộng rất
Để cải thiện điều kiện cung cấp và sử dụng điện cho cư đân vùng
sâu vùng xa, cẩn phải chủ động trong việc cung cấp các máy thuỷ điện cực nhỏ chất lượng tốt, đa chủng loại và giá thành tương ứng
Các nguồn thuỷ năng nhỏ có cột áp phổ biến từ 0,8 đến !,5m, Cột
nước từ 1,5m trở lên ít phổ biến hơn
Vì vậy nhiệm vụ chúng tôi để xuất là phải thiết kế một số loại máy thuỷ điện cực nhỏ phù hợp với điều kiện từng vùng
Để tận dụng các nguồn thuỷ năng cột nước thấp từ 0,8 đến chúng tôi sẽ nghiên cứu thiết kế chế tạo các loại máy thuỷ điện sau:
Loại 100W, cột nước H = 0,8 - 1,2m Loại 200W, cột nước H = 0,8 - 1,2m Loại 500W, cột nước H = 1,4 - 1,6m
Loại 1000W, cột nước H = 1,6 - {,8m
Đưới đây là phần tính chọn các thông số làm việc và tính toán thiết
kế phần dẫn dòng của các loại tua bin thuỷ điện kể trên
2m
L XÁC ĐINH CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN CỦA CÁC LOẠI TUA BIN THUY ĐIỆN CỤC NHỎ: 100W, 200W, 500W VÀ 1000W,
id Tua bin thuy dién cuc nho loai LOOW, cét nuwéc 0,8 - 1.2m
f Cut tong qua tua bin:
Trang 5hà
2 Số vòng quay đặc trưng của tua bùn:
- Số vòng quay làm việc của tua bín phụ thuộc vào số vòng quay làm việc của máy phát Máy phát đùng cho máy thuỷ điện cực nhỏ là máy phát nam châm vĩnh cửu, Để làm cho máy nhỏ gọn giá thành hạ số vòng
quay của máy phát thiết kế bằng 1500v/ph
Khi đó ta có số vòng quay đặc trưng của tua bin bằng: — 116.nV/N/n _ 1,16.1500/0,1/0,5 w na th ns = 778,15 vịph 3 Đường kính bánh công tác: - Đường kính bánh công tác của tua bín được xác định theo quan lở (1)
Trong 6, Q,'- luu luong guy dẫn của tua bin mô hình
Với số vòng quay đặc trưng n„ = 778,Iv/ph, có thể chọn tua bin mô hình LIA 10/592 hoặc 4K-8§4C
Dựa theo đặc tính tổng hợp mô hình 4K-84C ta chọn điểm làm việc với lưu lượng Q\' = 1500 1/s
Khi đó ta có đường kính bánh công tác bằng: i “0Ï = fee ee = 0,1 16m =1 16mm 1 3 ` (9481.1512205 D
Lam tron lay D, = 120mm
4 Xúc định các thông số guy dẫn tính toán: - Lưu lượng quy dẫn: Q 00204 Q,=——== = 1,417 ms DˆVH 0,12? Vi - Số vòng quay quy dẫn: 500.0.12 nị= nỌi, ai bại = 180 v/ph 7 JH 7 v1
Trang 61.2 Tua bin thuy dién cực nhà loại 200W, cột nước 08 - 12m
1 Lut lyong qua tug bin:
- Chon so bé higu sual 16 may 1 = 0,5 Khi dé ta có:
Q= —N 981H,n 9,81.1.05 = 4 = 0,04077 m?/s = 40,8i/s
Trong đó, cột áp làm việc trung binh ctta tua bin: H,, = fm 2 Số vòng quay đặc trưng của tua bùn:
- Máy phát dùng cho máy thuỷ điện cực nhỏ loại này cũng là máy phat nam châm vĩnh cửu, số vòng quay của máy phát thiết kế bằng 1500v/ph Khi đó ta có số vòng quay đặc trưng của tua bín bằng: L16.n/N/n 116.1500/0,/2/0,5 _ Ns =o "Hàn ~ ae = 1100 v/ph +33 th 3 Đường kính bánh công tác: - Đường kính bánh công tác của tua bin được xác định theo quan hệ (1)
Với số vòng quay đặc trưng n¿ = 1!00v/ph, ta cting c6 thé chon tua
bin mô hình [TA 10/592 hoặc 4K-84€C
Dựa theo đặc tính tổng hợp mơ hình 4K-§4C ta chọn điểm làm việc
với lưu lượng Q¡' = 1800 l/s
Khi đó ta có đường kính bánh công tác bảng: 02 ; a [Spe mg ee 0.1505m = 150,5mm V9,/81.18.17 22.05 Lam tron lay Ð,= 150mm D
4 Xác dink các thông số quy dân tính toán:
Trang 7L4 Tua bin thuỷ điên cực nhỏ loại 1000W, côt nuốc 1.6 - lÑm, —~2- Xác định thơng số tính tốn:
i Lit long gua tua bin:
- Chọn sơ bộ hiệu suất tổ máy n = 0,52 Khi đó ta có: Q= N 0,5 ————= ~~ = 0,115 m'/s OBI yn 9,81.1,7.0.52 Trong d6, cot dp lam viée tring binh cua tua bin: Hy, = 1.7m
2 Số vòng quay đặc trưng của tua bín:
- Máy phát dùng cho máy thuỷ điện cực nhỏ loạt này cũng là máy phát nam châm vĩnh cửu, số vòng quay của máy phát thiết kế bằng 1200v/ph Khi đó ta có số vòng quay đặc trưng của tua bin bằng: I16.nyN/n _ L16.1200/1/0,52 Hữ 1.7/4 Ng = = 994 v/ph 3 Đường kính bánh công tác; - Tương tự như trên, đường kính bánh công tác của tua bin được xác định theo quan hé (4) Với số vòng quay đặc trưng ny = 994v/ph, ta có thể chọn tua bín mò hình LLA 10/592 hoặc 4K-84C-
Dựa theo đặc tính tổng hợp mô hình 4K-84C ta chọn điểm làm việc
với lưu lượng Q,' = 1800 I/s
Khi đó ta có đường kính bánh công tác bằng:
D, = _— =0,2216m*220mm » Hele \9,81.1,8.1,7°/7.0.52 0 ~04.226.)
4 Xác định các thông số quy dẫn tính toán:
Trang 8oN
LL TINH TOAN THIET KE PROPHIN CANH BANH CONG TAC
Lưới prôphin cánh được thiết kế theo phương pháp cung mỏng của Lêxôkhin Nội dung cơ bản của phương pháp này là thay thế tác động của prôphin lên dòng chất lỏng bởi các xoáy phân bố dọc theo đường nhân
prôphin theo một quy luật xác định Đường nhân của prôphin trong trường
hợp này được xem như prôphin có chiều đẩy mỏng vô cùng Để xác định chính xác đường nhân prôphin ta phải tính lặp nhiều lần, Lần đầu tiên các xoáy được phân bố đọc theo dây cung prôphin Kết quả tính toán ta nhận được dường nhân prôphin Trong lần tính gần đúng tiếp theo, các xoáy được phân bố dọc theo đường nhân vừa mới nhận được trong lần tính
trước Quá trình tính sẽ đừng lại khi sai số toa độ đường nhân trong hai lần tính kể nhau không vượt quá 3%
Prôphin có chiều dẩy hữu hạn sẽ nhận được bằng phương pháp
dựng hình dựa theo quy luật phân bố độ đầy của prôphin mẫu đối xứng
trên cơ sở chiều dẩy cực đại cho trước của prôphin thiết kế Với phương pháp này, nếu chọn được các thông số tính toán, các hệ số ảnh hưởng của
lưới cánh có chiều đầy hữu hạn một cách thích hợp, ta sẽ nhận được các
prôphin cánh và bánh công tác phù hợp có chất lượng cao
Để xây dựng đường nhân của prôphin, ta dựa vào các thông số của
lưới, góc đặt của nrôphin và các thành phần vận tốc của dòng chảy ở mép
vào và ra của các lá cánh Chiều dài đây cung prôphin được chia ra lam 6
đoạn bằng nhau bởi các điểm có toạ độ tương đối ø = -Í, -2/3, -1/3,0, 1/3 2/3, 1
Như ta biết trong cơ sở lý thuyết cánh, một prôphín mỏng vô cùng
có thể xem như đường dòng tổng hợp của chuyển động tương đối Vì vậy
để xác định toa độ các điểm tính toán của đường nhân, tại mỗi điểm cần
phải xác định vận tốc của dòng chảy tổng hợp và các hình chiếu vận tốc
trên các phương trục toa độ x và y
Hình chiếu vận tốc tương đối trên phương trục x xác định bằng biểu thức: W=W + V mx ¿+ VT „+ V t Trong đó: W,„ - Vận tốc dòng không nhiều trên phương trục x, mx W Ws ~ W,,cosB Vie V', - Vận tốc cảm ứng tạo bởi các xoáy y„(G) y(ø) phân bố trên prôphin gốc,
V*”„ V"- Vận tốc cảm ứng tạo bởi các xoáy y,„(Ø), y(ø) phân bố
Trang 92 uy ¬- - ,
Ys(ø)= Aivl=6” - Hàm xoáy xác định chảy bạo cunơ parabol cua dòng phẳng không nhiễu với vận tốc W„ song song với dây cung Các thành phần cảm ứng xác định như sau: Pp g ! Ag sinB Vea = ~ 2
Ves = Soy sin,
ca = sae a, — 90a, + 460a, —180a4 + 63005 + 33446), A rb = 210a, ~120a, + 460a, -120a,+210a5), 8 35607 7 U ; ` s) Hệ số a xác định bảng công thức: _sind2r/1)(2= Zv ) \ “Tụ a= ¬ wee ee
2 ch(2x/T)(z- Z¿) ~ cos(2r /'T)(u — tụ ) Qn (2-2,)2 + (uu, y
hoặc theo toán đồ cho trong tãi liệu thiết kế,
Hình chiếu vận tốc tương đối trên phương y xác định bằng: Wy = Way t Vw t Vig te ty Ý nghĩa các thành phần vận tốc tương tự như trên chỉ khác phương chiếu v Ta có: Way = W,,sinB ve = (A,/2).cos, = -(A,/2).6,,.cosB x26 126b,- 90b;+ 460b;- 180b, + 630b; +334b,), = (A, m.L/256Ø19⁄2L10b, - 120b; +460b; - L20b, +210b,) Các hệ số b xác định bằng cơng thúc: _Ì _—_ —SIR@T/T)(u—uv) | ¬ 2 sin(2œ/T)(z— z4) — cos(2x/T)(u— Ug) 2n(z-2,)2 - (nu)? hoặc bằng toán đồ
Trang 10sinB = W,/W,
cos} = W/W Trong đó W= (We + we , và toa độ của các điểm chịa đó
Các giá trị toa độ trung gian: Lt
Ax; = % 5 (OSBn + cosByyy)s
Ay, = c2 GinB, +sin Bay)
Giá trị toa độ tổng cộng:
X= VAX
Dựa vào các giá trị toa độ X, ÿ ta xây dựipđược đường nhân prôphin cho các tiết diện tính toán của cánh trong mặt phẳng x, ÿ
Đường nhân vừa nhận được chính là prôphin mỏng vô cùng trong
lần tính gần đúng thứ nhất Trong lần tính gần đúng tiếp theo, các xoáy
được phân bố trên đường nhân vừa mới nhận được của prôphin Trong
thực tế tính toán thường chỉ cần tính 2 lần là đủ
Cuối cùng để nhận được đường nhân có độ dầy ta sử dụng quy luật
phân bố độ dầy theo chiều đài đường nhân của proéphin VIGM 15 va trén cơ sở độ đầy max chọn trước cho prôphín từng tiết điện, đấp độ đầy trên đường nhân ta sẽ được prôphin thực
Xâu các prôphin lại với nhau theo nguyên tắc mép ra của prôphin
nằm trên cùng một đường thẳng hướng kính và vuông góc với trục, ta sẽ
được cánh hoàn chính của bánh cơng tác
Tồn bộ q trình tính toán được thực hiện trên máy vị tính
Các: thơng số tính tốn ban đầu và các kết quả tính toán được cho
trong phần sau gồm:
- Bảng các số liệu tính toán ban đầu của 4 loại tua bí thuỷ điện cực
nhỏ: 100W, 200W, 500W và 000W,
- Bảng tính các thông số cơ bản của tua bín cho cả 4 loại,
- Bang tính toán phân bố vận tốc và áp suất cho 5 tiết diện của tua
Trang 11-Trong các bảng trên, thông số tính tốn là thơng số quy dẫn: Q', và n¡ Như vậy các thông số nhận được sẽ tương ứng với tua bin có đường
kính Ð,= Im
° Để có các số liệu tương ứng với tua bin thực (D„) chỉ việc nhân các kích thước nhận được với tỷ lệ tương ting D./D',
Trên cơ sở các bảng tính phân bế vận tốc và áp suất cho các prophin cánh ta xây dựng được biểu đổ phân bố vận tốc và áp suất theo
chu tuyến prôphin cho các tiết điện
Các biểu đổ này được sử dụng để đánh giá sơ bộ chất lượng và khả năng làm việc của lưới cánh, đồng thời có thể sử dụng để xác định tổn thâi
trong chảy bao prôphin cánh
Từ biểu đồ phân bố áp suất ta xác định được độ giảm áp tối đa xuất
hiện trên lưng các prôphin cánh
Từ biểu thức tính áp suất tương đối p= PTPa yH ta có: p=p,+ypH., hay p/y=py/y+yplt
Ấp suất hơi bão hoà của nước ở nhiệt độ t = 20°C bằng 0,24m Nếu
thoả mãn điều kiện
DÍY > uŸ
tua bím làm việc sẽ không xảy ra xâm thực
Từ các biểu đồ này, nếu phân bố vận tốc và áp suất trên các prôphin
cánh đều đặn, không có sự biến đốt đột ngột thì tua bin có khả năng làm
Trang 12[0
II, LỰA CHON TÍNH TỐN THIET KE TUA BIN MO HINH COT NƯỚC THẬP
Để mở rộng phạm vi làm việc theo cột áp của tua bin về phía giới hạn dưới cần phải tiến hành nghiên cứu các mô hình tua bin cột nước thấp
Đó là các tua bin hướng trục Các tua bin nay có kha nang thoát lớn và
được đặc trưng bởi 2 thông số quan trọng là lưu lượng quy dẫn Q} và vòng
quay quy dẫn n, Trong cẩm nang kỹ thuật về tua bin thuỷ điện của Nga loại tua bin hướng trục có khả năng thoát lớn nhất là tua bín TIA L0
Tua bin TIALO được nghiên cứu với 2 loại mô hình:
+ Mô hình 1 (TIA 10): Tỷ số bầu d/D = 0,33, chiều cao cánh hướng
tương đối b/D = 0,45 Chế độ tính toán: Qụ = 2250 l⁄s, nị, = 200v/nh Chế dộ tối ưu: Q„ = 1200 l/š nu = 165 vnh
+ Mô hình 2 (TA 10/592): Tỷ số bầu d/D = 0,35, chiều cao cánh hướng tương đối b/D = 0,4 Chế độ tính toán: Qụ, = 2400 l/s, nụ, =
180v/ph Chế độ tối ưu: Q'„ = I200 l/s, nụ, = 160 víph
Hai loại tua bin mo hinh nay có thông số kết cấu đặc trưng khác
nhau và chế độ tính toán khác nhau, nhưng có chế độ làm việc tối ưu xấp xi nhau Như vậy ta thấy, còn một thông số kết cấu nữa đóng vai trò hết sức quan trọng đối với đặc tính năng lượng của 1 bánh công tác (hay tua
bin) đó là chiều đài tương đối l1 của các prôphin Hai loại tua bìn mô hình trên có chiều dài tương đốt của các prôphin như nhau nên chế độ làm việc tối ưu của các mô hình này xấp xỉ như nhau
Trước tiên ta thiết kế chế tạo lại tua bin mô hình LTA L0 để nghiên cứu, sau đó sẽ thay đổi các thông số kết cấu đặc trưng để tìm mô hình mới có khả năng thoát lớn hơn nhưng vẫn phải đảm bảo hiệu suất làm việc cao của mô hình
Các thơng số tính tốn cơ bản của tua bin mô hình [1A 10 là:
Lưu lượng quy dẫn: Q,=2250 1⁄5,
Vong quay quy dẫn: nị = 200 v/ph
Ta chon đường kính mô hình Dị = 0,3m Khi đó ta có lưu lượng và SỐ vòng quay của tua bin ứng với cột áp Ím bằng:
Q=Q,.D?VH =2,25.0,3”.1= 0/2025mỶ /s = 202,5 1/5
n =n,XH/D, = 200 L/0.3 = 666.6 v/ph
Nếu số vòng quay của tua bin chọn bằng 1000 v/ph (số vòng quay đồng bộ của máy phát) thì cột áp của tua bin mé hình có giá tri bang:
Hy = H(ny/n)? = (1000/666,6) = 2,25m
Trang 131 Tương ứng cột áp Hụ ta có lưu lượng của mô hình bằng: 'Qụ =Q//Hụ /H =202.5./2/25/1 = 303,75 1, Công suất tua bin tương ứng bằng: Nay = 9,8! QuiHay/May = 9.81.0,3038.2,25/0,55 = 12,2 kW Như vậy để làm thí nghiệm mô hình này cần có bơm công suất 15 kW
Bảng tính toán thiết kế cánh và các bản vẽ prôphin cánh, biểu đồ
phân bố vận tốc và áp suất trên các prôphin được cho trong phụ lực kèm
theo (Phu luc L vd I)
Trang 14PHAN I ;
KẾT CẤU VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TỔ MÁY THUỶ ĐIỆN CUC NHO L KẾT CẤU CỦA TỔ MÁY THUỶ ĐIỆN CỰC NHỎ
1 Tua bím thuỷ điện
Tổ máy thuỷ điện cực nhỏ bao gồm 2 phần chính đó là tua bin và
máy phát điện (xem phụ lục ÍV)
Các tổ máy thuỷ điện cực nhỏ loại 100W, 200W, 500W và 1000W
đều có kết cấu giống nhau Vì vậy ở đây ta chỉ cần mô tả kết cấu của một
loai tua bin
Tua bin cia t6 may thuy dién cuc nhd gém cac phần chính sau:
- Banh công tác,
- Buồng bánh công tác - Chóp dẫn dòng,
- Truc tua bin,
- Ong bao truc - gid đỡ máy phát,
- Cốc đỡ 6 bi,
- Ổ bị và bạc trượt
1 Bánh công tác của tua bin thuộc loại propeller (chong chóng)
(xem phụ lục IV) gồm 4 cánh gắn bất động trên bầu cánh với góc đặt
cánh được tính riêng cho mỗi loại Chóp bánh công tác loại 100W và
200W được chế tạo hiển với bầu cánh Còn chóp bánh công tác loại 500W
và 1000W chế tạo riêng rế và và gắn với bầu cánh bằng bu lông Bánh
công tác được lắp công sôn trên trục Đầu trục lắp bánh công tấc có dạng
côn với độ côn 1:20 Bánh công tác được chế tạo bằng gang, cũng có thể bằng các loại vật liệu khác như nhôm hoặc composit
2 Buồng bánh công tác được chế tạo liền với cánh hướng Cánh hướng có 12 chiếc gắn cố định Tiết diện cánh hướng dạng prôphin đối
xứng Vật liệu chế tạo buồng bánh công tác và cánh hướng bằng gang
Buồng bánh công-tác đồng thời cũng là giá đỡ cho toàn tổ máy
3 Chóp dẫn dòng được lấp lên phía trên buồng bánh công tác Trong buồng dẫn dòng bố trí bạc đỡ trục (bạc hướng) Vật liệu chóp dẫn dong bang gang Bạc hướng bằng vật liệu phi kim loại, bôi tron bang
nước
4 Trục tua bin Trục tua bin đồng thời cũng là trục tổ máy Một đầu
trục gắn bánh công tác, đầu kia gắn rô to máy phát Đầu trục phía gắn © máy phát được đỡ bằng hai ổ bị, 1 6 da va 1 ổ lòng cầu hai đấy tự lựa để
tránh siêu định vị Ổ đỡ ngoài chức năng giữ chịu tải hướng kính còn có chức năng chặn lực hướng trục Bạc hướng phía tua bin chỉ chịu tải hướng
Trang 155 Ong bao trục - giá đỡ máy phát Ống bao trục tua bin đồng thời làm chức năng giá đỡ của máy phát, Ống bao trục được chế tạo từ thép ống Ống bao trục phải có đủ độ dây cần thiết để đảm bảo độ bên và độ
cứng vững của tổ may
6 Cốc đỡ ổ bị Cốc đỡ ổ bí được lắp phía đầu trên của ống bao trục
Trong cốc đỡ ổ bị lắp 2 ổ, 1 ổ đỡ và ¡ ổ tự lựa lòng cầu hai dãy Cốc đỡ ổ bị đồng thời được lắp với vỏ (stato) của máy phát Cốc đỡ ổ bị được chế tạo bằng gang Bên thành cốc có lỗ để tra mỡ vào ổ bị
2 Máy phát điện
Máy phát điện của các tổ máy thuỷ điện cực nhỏ có cấu tạo tương
tự nhau Chúng gồm có stato và rôto cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu dạng đất hiếm Khác với các máy phát thuỷ điện cực nhỏ của Trung quốc, các cuộn dây stato trong các máy phát thuỷ điện cực nhỏ ở đây tạo thành một
vòng tròn khép kín đảm bảo khe hở ổn định giữa ré to va stato
Nam châm vĩnh cửu dùng trong rôto của máy phát điện cực nhỏ là nam châm đất hiếm, có từ trường rất mạnh và ổn định Vì vậy rôto được chế tạo với kích thước nhỏ và máy phát nói chung cũng có kích thước
nhỏ
Máy phát có điện áp ra xoay chiều một pha Ú = 220V Máy phát loại 100W, 200W và 500W có số vòng quay làm việc n = 1500 v/ph
Riêng máy phát của tổ máy 1000 W có vòng quay n = 1200 v/ph Tần số
máy phát có thể đạt tương ứng 75Hz, 60Hz và có thể đạt 50Hz tuỳ thuộc
số vòng quay làm việc của tổ máy Tuy nhiên nếu tần số thấp hơn tần số
định mức (vòng quay nhỏ hơn vòng quay định mức) công suất máy phát
sẽ giảm
II CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TUA BIN THUÝ ĐIÊN CỰC NHỎ
H1: Công nghệ chế tao tua bin nude
Trong phần này chủ yếu đề cập công nghệ chế tạo tua bin thuý điện cực nhỏ Trong các tua bin thuỷ điện cực nhỏ này chi tiết quan trọng nhất quyết định đặc tính năng lượng và hiệu suất của tua bin là bánh công tác Bởi vậy việc chế tạo đảm bảo đúng hình dạng cánh theo thiết kế có ý
nghĩa đặc biệt quan trọng
1 Công nghệ tạo mẫu cánh
Dựa vào các bản vẽ biên dạng các prôphin cánh tại các tiết điện
khác nhau của bánh công tác (xem phụ lục H1, I2, I.3 và H4), trước
tiên chế tạo dưỡng cánh Dưỡng cánh cấu tạo từ dưỡng của các tiết diện
cánh Dưỡng của các tiết diện được ghép thành mặt cong đều Giữa các dưỡng của các tiết diện dùng thạch cao hay bột xy mang trộn với keo
êbôxy điển đầy để tạo ra mặt cong đều đặn Các dưỡng này được làm
tương ứng với cả hai phía của cánh: Phía bụng và phía lưng Như vậy ta đã
Trang 16tạo ra một cái dưỡng dùng để kiểm tra bề mặt cánh khi gia công Cũng có thể dùng dưỡng này để đúc tạo mẫu cánh
Mẫu đúc bánh công tác được ghép nối bầu cánh với 4 lá cánh tương ứng với góc độ bố trí cánh của từng loại tua bin Có mẫu cánh ta có thể đúc được các bánh công tác theo như thiết kế
2 Công nghệ gia công cdc chi tiét cua tua bin
Công nghệ chế tạo các chỉ tiết của tua bin nói chung không phức tạp Tuy nhiên cũng phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật cơ bản đặc trưng cho các kết cấu này Đó là phải đảm bảo:
- Độ đồng tâm giữa cụm gối đỡ ổ bị với cụm bạc hướng,
- Độ đồng tâm giữa trục khối rô to với buồng bánh công tác của tua
bin,
- Độ vuông góc của bề mặt ghép nối ống bao trục (giá đỡ máy phát)
với đường tâm của tổ máy
- Bề mặt trục nằm trong ổ hướng phải được tôi cứng, mài bóng với
độ bóng cao
- Khi lắp đặt phải không có sự cọ sát giữa bánh công tác với buồng
tua bin
3 Buồng xoắn dẫn nước vào tia bin và ống xả
Buồng xoắn và ống xả được chế tạo riêng theo bản vẽ lắp đặt tổ
máy Những chỉ tiết này chế tạo đơn giản có thể bằng tôn gò, xây xi măng
hoặc ghép gõ Hộ sử dụng có thể gia công tại địa phương Như vậy sẽ giảm được giá thành thiết bị và bớt công chuyên chở
1.2 Công nghệ chế tao máy phát điện
Máy phát điện nam châm vĩnh cửu gồm 2 phần là stato và roto Stato có vỏ bằng nhôm và các cuộn dây đồng quấn quanh lõi tôn silic Lõi tôn silic được chế tạo từ nhiều tấm tôn dạng hình xuyến Dây đồng đường kính ~ 0,5mm được sơn bằng sơn cách điện Lõi tôn silic cùng với các cuộn dây đồng được ép vào trong vỏ nhôm và được giả công đảm bảo độ đồng tâm giữa mặt trong và mặt ngoài của lõi,
Roto cấu tạo bằng thép hình trụ tròn rỗng Xung quanh được gắn 6
viên nam châm đát hiếm hình khối chữ nhật kích thudc | x b x h (dai x
rộng x đầy) tuỳ thuộc công suất máy phát
Nam châm của máy phát 200W một loại có kích thước Lxbxh= 50 x 15 x 5 mm Loại khác có kích thước lxbxh = 50 x 15 x7 mm Nam châm của máy phát 500W có kích thước l x b xh = 50 x 25 x7 mm Nam châm của máy phát 1 kW có kích thước Ìx bx h = 50 x 24 x 12 mm
Nam châm được gắn trên rô to và đồ đầy ébôxy để bảo vệ và gắn kết nam
châm với rô to tròn bằng kim loại
Giữa rô to và stato đảm bảo đồng tâm với khe hở hướng kính nhỏ
hơn 0,5mm
Trang 17PHẨN
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CÁC ĐƯỜNG DAC TINH LAM VIEC CUA TUA BIN
Các tổ máy thuỷ điện cực nhỏ kiểu hướng trục và tia nghiêng loại 200W, 500W và L000W được thiết kế chế tạo và đã được ứng dụng trong thực tế tại một số địa phương như Quảng Bình, Quảng trị, Thừa thiên Huế, Lâm đồng, Hoà bình và nhiều nơi khác
Để có thể đánh giá một cách đẩy đủ đặc tính năng lượng và đặc
tính sử dụng của các loại máy thuỷ điện này và để giúp cho các địa
phương có cơ sở để lựa chọn thiết bị cho các dự án năng lượng nông thôn,
để tài đã tiến hành nghiên cứu xây dựng đặc tính thực nghiệm của các
máy thuỷ điện cực nhỏ do đề tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo Đồng thời để so sánh đặc tính các máy thuỷ điện cực nhỏ đề tài chế tạo với các sản
phẩm cùng loại của Trung quốc và các máy thuỷ điện nhỏ "Powerpal" do
Viên Khoa học Vật liệu thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ quốc gia chế tạo chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm các
máy thuỷ điện nhỏ cực nhỏ cùng loại này
Trong phần này chúng tôi để cập chủ yếu tới các thí nghiệm xây dựng đặc tính thực nghiệm của các máy thuỷ điện cực nhỏ kiểu hướng
trục Các thí nghiệm xây dựng đặc tính năng lượng các máy thuỷ điện cực
nhỏ kiểu tia nghiêng sẽ được dé cập trong phần khác của để tài
Tua bin thuy điện cực nhỏ có cánh công tác và cánh hướng không điều chỉnh góc đặt cánh Nghĩa là trong quá trình làm việc, góc bố trí (góc
đặt) của cánh bánh công tác và cánh hướng là cố định không thay đổi được trong quá trình làm việc
Bởi vậy chúng ta chỉ cỏ thể xây dựng đặc tính làm việc của chúng ứng với một góc đặt cố định của cánh bánh công tác và cánh hướng
Chúng ta không thể xây dựng đặc tính tổng hợp (mô hình) của chúng ứng
với góc cánh hướng thay đổi và góc đặt cánh bánh công tác thay đổi
1 Xây dựng hệ thống thử nghiệm tổ máy thuỷ điện cực nhỏ
a/ Chọn thông số trạm thí nghiệm
Các thông số trạm thử nghiệm được chọn trên cơ sở thông số làm
việc của các tổ máy thuỷ điện cực nhỏ loại 100W, 500W và 1000W và dựa trên cơ sở của lý thuyết lý nguyên và tương tự
Tổ máy thuỷ điện cực nhỏ loại 200W và 500W có cột áp làm việc
tính toán H = 1,5m, còn tổ máy thuỷ điện cực nhỏ loại 1000W có cột áp
Trang 181,0 9,81.1,7.0,5
Để đáp ứng được các yêu cầu về lưu lượng và cột áp thử nghiệm
của máy chọn bơm có lưu lượng và cột áp lớn hơn so với thông số yêu cầu của máy Chọn bơm có công suất 15 kW, cột áp H = 9m, lưu lượng Q =
132,3 1⁄4 Bơm được chọn có cột áp lớn hơn yêu cầu để có thể tiến hành
thử nghiệm tua bin tia nghiêng cao áp và tua bin xung kích hai lần
Lưu lượng dư thừa được xả tràn qua phễu tràn và ống tràn để dam bảo cho cột áp ổn định khi thử nghiệm
b/ Sơ đồ cấu tạo hệ thống thử nghiệm:
Hệ thống thử nghiệm được xây dựng để tiến hành thí nghiệm các tổ
máy thuỷ điện cột nước thấp Sơ đồ hệ thống thử nghiệm được giới thiệu
trên hình 3.1 Hệ thống bao gồm:
+ Hệ thống bể chứa nước và cấp nước Hệ thống này gồm bể chứa nước chìm, bể cấp nước, bể áp lực, bể xả, máng đong, hệ thống đường ống
và các thiết bị đo lường điều khiển
Nước được bơm lên từ bể nước chìm vào bể cấp nước và từ bể cấp nước được dẫn vào bể áp lực Mực nước trên bể áp lực được giữ ổn định bằng phếu trần và đường ống tràn Khi nước cấp từ bế cấp sang vượt quá
mực nước định trước sẽ tràn qua phếu tràn và ống tràn về bể chứa nước
chìm Nước từ bể áp lực chảy qua tua bín làm chạy máy và chây xuống bể
xả Từ bể xả nước chảy qua máng đong về bể chứa nước chìm Nhu vay cột nước làm việc của tua bin có thể khống chế một giá trị không đối, còn
lưu lượng qua tua bin được đo bằng máng trần hình tam giác
+ Thiết bị gây tải và thiết bị đo
Do công suất của các tổ máy thuỷ điện thử nghiệm nhỏ < 1kW nên
tải được sử dụng là các bóng đèn Tải làm việc của tổ máy sẽ được điều
chỉnh bằng cách thay đổi số lượng bóng đèn thắp sáng Bóng có công suất
25W, 40W và 60W Tải có thể thay đổi theo các mắc khác nhau
Trong quá trình thí nghiệm sẽ tiến hành đo các đại lượng: Chiều
cao mực nước thượng và hạ lưu, mực nước trên bể tràn, số vòng quay làm việc của tua bin, điện áp ra và cường độ dòng điện tiêu thụ của tải Qua đó sẽ xác định được các thông số làm việc của tổ máy: Cột áp, lưu lượng,
công suất, và hiệu suất Các thiết bị đo gồm:
- Thiết bị đo mức Thước bị đo mức được sử dụng là thước mét
~ Thiết bị đo lưu lượng dùng đập trần hình tam giác
- Vang quay được đo bằng thiết bị đếm xung với sai số +0, l %, - Điện áp và cường độ dòng điện được đo bằng đồng hồ chuẩn
phòng thí nghiệm sai số +0,5%
Qmax = = 0,120m? /s
2 Phương pháp tiến hành thí nghiệm
Mỗi loại máy thuỷ điện được tiến hãnh thí nghiệm với 3 cột áp: H =
1,1m, H= 1,3m và H = 1,5m
Trang 19Chúng tôi tiến hành nghiên cứu thí nghiệm cả các máy thuỷ điện
cực nhỏ của Trung quốc và máy Powerpal
Ứng với mỗi giá trị cột áp tiến hành đo đạc lấy số liệu để xây dựng các đường đặc tính năng lượng của tổ máy như:
~- Đặc tính lưu lượng phụ thuộc vòng quay _ Q =f¡(n), - Đặc tính lưu lượng phụ thuộc cột áp Q=f,@), - Đặc tính công suất phụ thuộc vòng quay N=f;(n), - Đặc tính hiệu suất phụ thuộc vòng quay r\ = f,(n), - Đặc tính hiệu suất phụ thuộc công suất — Tị = f,(N)
Ngoài ra đối với máy thuỷ điện 200W của Dề tài chế tạo, còn xây
dựng thêm 2 đường:
- Đặc tính công suất phụ thuộc cột ấp N = f,(H),
- Đặc tính hiệu suất phụ thuộc cột áp ry = f„(H)
Khi thí nghiệm giữ cho cột áp ổn định Thay đổi dần tải của tố máy,
tiến hành đo đạc các thông số để xác định cột áp, lưu lượng, công suất và
hiệu suất của tổ máy Các số liệu được ghi trong các bằng 3.1, 3.2, 3.3
3 Gia công số liệu thí nghiệm
Dựa vào các số liệu đo cần tính các thông số cột áp, lưu lượng công suất và hiệu suất của máy
- Cột ấp của máy xác định bằng hiệu độ cao mực nước thượng lưu và hạ lưu: H=H, - Hạ, m - Lưu lượng của tua bín qua cửa tràn hình tam giác xác định bằng công thức: Q=1,44h
Trong đó, hạ - chiều cao mực nước trên cửa trần, h, = H, - Hạ
- Công suất vào của tua bin:
N„=9,81.Q.H, kW - Công suất ra của tổ máy:
= UI/1000, kW ~ Hiệu suất tổ máy:
Tựa £ NuÈN, = UI/9810QH
Để tách riêng hiệu suất tua bin cần phải xác định hiệu suất máy
phát điện nam châm vĩnh cửu (NCVC) nối đồng trục với tua bin Hiệu suất máy phất điện NCVC được xác định bằng các thí nghiệm riêng đối
với máy phát điện (xem phần 4 dưới đây)
Tính tới hiệu suất máy phát ta có hiệu suất tua bin bằng:
Ne = Timp:
Tính được các thông số này chúng ta sẽ xây dựng được các đường đặc tính làm việc của tổ máy
4 Thí nghiệm xác định đặc tính máy phát điện NCVC
Trang 20Máy phát điện NCVC loại 200W được tiến hành thử nghiệm để xây
dựng một số đường đặc tính của máy phát như: - Đặc tính công suất và
hiệu suất phụ thuộc điện ấp, - Đặc tính điện áp, công suất và hiệu suất phụ
thuộc vòng quay Ộ
Máy phát được tiến hành thử nghiệm trên hệ thống thử nghiệm của
Bộ môn Thiết bị điện Trường Đại học Bách khoa Hà nội
Thiết bị thí nghiệm bao gồm: Động cơ điện một chiều thay đổi được vòng quay để kéo máy phát; Phanh từ để đo công suất trên trục động
cơ, Điện trở con chạy để gây tải cho máy phát; Các thiết bị đo điện 4p, cường độ dòng điện, vòng quay
Trong quá trình thí nghiệm tiến hành đo các đại lượng: Điện áp
máy phát, cường độ dòng điện do tải tiêu thụ, mô men phanh từ, vòng quay Trên cơ sở các số liệu đo ta xác định được: Công suất điện của máy
phat P,, công suất trên trục động cơ P¿„ và hiệu suất máy phát r\
- Công suất điện của máy phát: P, = UI/1000, kW, (3.1) Trong dé: U - điện ấp ra của máy phát- V, ]- Cường độ dòng điện- A - Công suất trên trục động cơ: _ Mœ_ Mmxn mMn ” 102 30.102 3060” - Hiệu suât máy phát: nị = PựP,„ = 306.U1/xMn, % (3.3)
Kết quả thử nghiệm máy phát được cho trong các bảng 3.2, 3.3, Đựa vào các thông số thí nghiệm và tính toán của máy phát ta xây dựng các đường đặc tính điện áp, công suất và hiệu suất của máy phát (xem các hình 3.2- 3.7
(3.2)
5 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm
5.1 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm máy phát NCVC a/ Thông số máy:
- Công suất 200W,
- Điện áp định mức 220V,
- Tốc độ định mức 1000 v/ph, - Điện trở nguội cuộn day 29,8 Q b/ Kết quả nghiên cứu thử nghiệm
Trang 21Bang 3.2 Thi nghiém cé tai Thi nghiém 1 n(v/ph) | 1178 j 1198 | 1220 | 1226 | 1249 | 12623 | 1278 | 1291 [ 1316 | 1337 | 1357 U,(V) | 190 | 206 | 220 | 220 ¡ 240 | 248 | 256 | 264 | 276 | 288 | 298 1, (A) 1.23 | 1.10 | 0.93 | 0.85 | 0.75 | 0.65 | 0.55 | 0.45 | 0.35 | 0.25 | 0.10 P,(W) | 234 | 227 | 205 | 196 | 180 | 161 | 14h | 119 97 72 ] 296 P.„(W) | 289 | 250 | 253 | 241 ¡ 221 j 198 | L75 | 149 | 121 90 1375 1 % 81 | 81.2] 8L | 81.3 | 81.5 | 81.3 | 80.5 | 79.8 | 80 | 79.8 | 79.5 Bảng 3.3 Thí nghiệm có tải Thí nghiệm 2 n(v/ph) | 911 | 939 } 993 } 1011 } 1028 | 1049 | 1074] 1098 | 1120 | 1147 | 1178 U,(V) | 143 | 150 | 178] 186 194 | 204 | 214 | 222 234 244 256 1,(A) 1.334 1.25 | 1.00] 0.94 | 0.86 | 0.79 |} 0.71) 0.62 | 0.54 | 0.44 | 0.33 P,(W) | 190 | 187.5} 178 | 174.8 | 166.8 | 161 | 152 | 137.6 | 126.3 | 107.3 | 84.5 P.4 CW) | 238 | 231.5 | 220 | 216 208 | 204 | 197 179 164 140 Lil Tị % 79.8 i 81 8! 8i 80.2 79 | 772 Tỉ L 77 76.7 76 Bảng 3.4 Thí nghiệm có tải Thí nghiệm 3 n(v/ph) | 1183 1194 | 1201 1212 | 1225 1237 1264 1296 1333 U,(V) 190 200 206 214 222 230 250 268 288 TA) 1,20 1.17 1.10 1.03 0.94 0.85 0.66 0.46 0.25 P.(W) 228 234 226.6 | 220.4 | 208.6 | 195.5 165 123.3 72 P„(W) | 278 285 278 271 257 244 207 155 90 1% 82 82 81.5 81.3 81 80 79.7 79.5 | 80 |
V.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm tổ máy thuỷ điện cực nhỏ
1 Tổ máy thuỷ điện cực nhỏ hướng trục công suất 200W
Đề tài đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm các tổ máy thuỷ điện
cực nhỏ công suất 200W ba loại khác nhau để đối chứng: 1 máy do dé tài chế tạo, 1 máy của Trung quốc và l máy của Powerpal
Mỗi máy được tiến hành thử nghiệm với 3 giá trị cột áp H = l,im,
H= 1,3m vàH= 1,5m
Kết quả nghiên cứu thử nghiệm được cho dưới dạng bảng (xem phụ lục II 4, T2 vã 1.3)
Các thông số được đo là: Cột nước trên đập tràn H, điện áp U, cường độ dòng điện I và số vòng quay làm việc n của máy phát Từ các số
liệu đo ta tính được các thông số làm việc của tổ máy là lưu lượng, cột áp, công suất và hiệu suất của tổ máy
Trang 22Từ các số liệu thực nghiệm nhận được ta dựng được các đồ thị thể hiện các đường đặc tính làm việc của các tổ máy thuỷ điện kể trên (xem
phụ lụcIH !, M.2 vá 3)
Từ các số liệu thực nghiệm ta có các kết quả và nhận xét sau đây: Ứng với cột nước tính toán H = 1,5m công suất và hiệu suất các máy thuy điện đạt được như sau:
- May TD cha đề tài chế tạo: Công suất N„ = 217,04W ứng với
lưu lượng Q = 23,87 1/s, hiệu suất rị = 0,62
- Máy T của Trung quốc: Công suất N„„ = 131,45 W ứng với lưu
lugng Q = 28,58 I/s, hiéu suat 7 = 0,31
- Máy TĐ Powerpal: Công suất N„„„ = 144,91 W ứng với lưu lượng Q= 22,36 l/s, hiệu suất yn = 0,44
Ứng với cột nước tính toán H = I,Ïm công suất và hiệu suất các máy thuỷ điện đạt được như sau:
- May TD cia đề tài chế tạo: Công suất N„„„ = 137,81 W ứng với lưu lượng Q = 21,20 1/s, hiệu suất yn = 0,60
- Máy TĐ của Trung quốc: Công suất N„„„ = 76,47 W ứng với lưu
lượng Q = 20,63 1/s, hiệu suất yn = 0,34
- May TD Powerpal: Công suất N.„„ = 76,75 W ứng với lưu lượng
Q = 18,58 l/s, hiệu suất ny = 0,38
Ứng với cột nước tính toán H = 1,3m công suất và hiệu suất các
máy thuỷ điện đạt được như sau:
- Máy TĐ của đề tài chế tạo: Công suất N„„ = 167,77 W ứng với
lưu lượng Q = 22,96 1⁄s, hiệu suất n = 0,57
- May TD cia Trung quốc: Công suất N„.„ = 105,53 W ứng với lưu lượng Q = 25,60 I/s, hiệu suất rị = 0,32
- Máy TÐ Powerpal: Công suất N„„„ = 109,09 W ứng với lưu lượng
Q=20,07 1/s, hiệu suất n = 0,43 Nhận xét:
- Ứng với cột nước tính toán chỉ có máy của đề tài chế tạo đạt công
suất thiết kế (N„„„ = 217,04W) và có hiệu suất cao nhất rị = 0,62
Máy của Trung quốc và Powerpal không đạt công suất thiết kế
(máy Trung quốc N„„„ = 131,45, máy Powerpal N„„„ = 144,91) và hiệu
suất máy Trung quốc chỉ đạt bằng 1/2 (nị = 0,31) so với hiệu suất của máy đề tài chế tạo, còn máy powerpal đạt bằng 2/3 (n = 0,44) so với máy của đề tài
- Ứng với cột nước khác với tính toán H =1,1m máy TÐ do để tài chế tạo có công suất gần gấp đôi so với công suất của máy Trưng quốc và
Trang 23Powerpal: Công suất máy của đề tài N„„„= 137,81 so với công suất máy Trung quốc N„„„ = 76,47 W và công suất máy Powerpal N,,,, = 76,75 W
Hiệu suất máy TÐ do để tài chế tạo rị = 0,60 gần gấp đôi so với hiệu suất máy Trung quốc (n = 0,34) và gấp rưỡi so với hiệu suất máy
Powerpal (n = 0,38)
- Ứng với cột nước H =1,3m ta cũng có các nhận xét tương tự Như vậy ta thấy rõ ràng là các máy do đề tài chế tạo đạt công suất
lớn hơn và có hiệu suất cao hơn so với máy cùng loại của Trung quốc và Powerpal
2 Tổ máy thuỷ điện cực nhỏ hướng trục công suất 500W
Kết quả nghiên cứu thử nghiệm máy thuỷ điện cực nhỏ hướng trục
công suất 500W do đề tài chế tạo được cho trong các bảng (trong phụ lục
Tl 4)
Thông số làm việc tính toán của máy là: H = 1,5m, Q = 65 I/s Phương pháp gia công số liệu tương tự như đối với máy thuỷ điện cực nhỏ
hướng trục loại 200W,
Các đường đặc tính xây dựng được bao gồm:
- Đặc tính phụ thuộc của lưu lượng vào vòng quay Q = f,(n), - Đặc tính phụ thuộc của lưu lượng vào cột ấp, Q=£(H), - Đặc tính phụ thuộc của hiệu suất vào vòng quay Tị = f;(n), - Đặc tính phụ thuộc của hiệu suất vào công suất 1 = f,(N),
- Đặc tính phụ thuộc của hiệu suất vào cột ấp nị =f,Œ), - Đặc tính phụ thuộc của công suất vào vòng quay N = f,(n),
- Đặc tính phụ thuộc của công suất vào cột áp N=£(H)
Từ các số liệu thực nghiệm thu được cho thấy:
Tổ máy đạt được công suất thiết kế ở cột áp H = 1,5m với hiệu suất
chung của tổ máy đạt 61% Ta có: N„a.=503,1W ứng với H= 1,5m, Quax = 56,3 Is, TÌ max ~ 0,61 Ứng với cột ấp thấp hơn ta có các thông số làm việc tối ưu như sau: H=1,1lm: Noax = 330,6W, Qiax = 49,4 Us, Vmax = 0,62 H= 1,3m: Nox = 406,1W, Qn, = 52,8 Is, Tmax = 0,58
ta thấy hiệu suất tổ máy ở 3 chế độ cột áp xấp xỉ nhau Như vậy máy có
ited die diá¿ol3šã 6 đảt đHế đó cặt áp khâe nhu từ 1:1 đến 1:5 trì Ã trở
Trang 27BANG TINH CAC THONG SO CO BAN CUA TUA BIN HUONG TRUC CONG SUAT 100W, COT AP H = 0.8-1.2M, LUU LUONG q = 20.4L/S,
VOI N1=180.00 Qi=1.417 Dl =1 M
TEN FILE SO LIEU k84100.s1
VAN TOC GOC 18.850 180.00 1.417
CAC THONG SO TINH TOAN CAC TIET DIEN TINH TOAN 1 2 3 4 5 BAN KINK R 0.200 0.275 9.350 0.425 0.500 U=R*OMEGA 3.770 5.184 6.597 8.011 9.425 HE SO XOAY SAU BCT 0.000 0.050 0.100 9.150 0.200 VU2=K2*HS*G*H 0.000 0.085 0.134 0.165 9.187 VULSVU2+HS*G*H/OM 2.342 1.788 1.472 1.267 1,124
VAN TOC HUONG TRUC VZ 2.069 2.143 2.228 2.320 2.414
GOC DONG TRUNG BINH Bedo 38.529 26.773 21.035 17.643 15.394
GOC vao cua DONG bvao do 55.394 32.256 23.498 18.984 16.218
GOC RA CUA RONG BRADO do 28.764 22.795 19.022 16.473 14.6438
VAN TOC DONG SONG FANG WM 3.322 4.757 6.208 7.655 9.095
VAN TOC HUONG TRUC X WMX -2.999 -4.247 -5.794 -7.295 -8.759
VAN TOC HUONG TRUC Y WMY ~2.069 -2.143 -2.228 -2.320 -2.414
MAT DO DAY CANH L/T 9.950 0.835 0.750 0.675 0.600
DO RONG DAY CANH T/L 1.953 1.198 1.333 1.481 1.667
BUOC CANH BCT T 0.314 0.432 0.550 0.668 0.735
LUU SO VAN TOC GAM C.736 0.736 0.736 0.736 0.736
HE SO LUU SO HSLS C 9.4290 0.340 0.260 0.18¢ 9.100 LUU SO VAN TOC GAMA 0.309 6.250 0.191 0.132 0.024
LUU SO VAN TOC GAMS 0.427 0.486 0.544 0.603 0.662
TRI SO AQ(T] 0.659 0.442 0.295 0.187 0.099
TRI SO Al{T] 1.821 1.714 1.681 1.705 1.789
TRI SO GOoC VA ALFA do 5.341 1.970 0.945 0.491 0.233
TRI SO GOC DAT CANH do 33.189 24.802 20.090 17.151 15.160
HE SO ANH HUONG HK[T] 1.966 1.350 1.442 1.425 341
GOC TRUNG BINH Bm (rad) 3,673 0.467 9.367 0,103 tbl đo
GOC vao cua DONG bvao (rad) 6.967 0.563 0.419 0.331 G.22 GOC RA CUA DONG BRA (rad) 0.502 0.398 6.332 0.288 0.256
TRI SO-CHIEU DAY TD MAX % 11.190 8.010 5.910 4.420 3.300
TRI SO CHIEU DAY MAX (MM) 33.397 28.892 24.369 19.918 15.551
CHIEU DAI DUONG NHAN (M} 0.298 0.361 0.412 0.451 0.471
Trang 28
KET QUA TINH PHAN BO VAN TOC TREN PROPHIN CANH CAC TIET DIEN CUA TUA
BIN HUGNG TRUC CONG SUAT 100W, COT AP H = 0,8-1,2M, LUU LUGNG Q = 20,4L/S
TEN FILE SO LIEU c:\usertb\TG3.TG,SL1
180.000 1,417 VIGM-15
TIET DIEN TINH TOAN THU : 1
VAN TOC VU = 2.342 VZ = 2.069 SO VONG QUAY OM : 18.850
Trang 29KET QUA TINH PHAN BO VAN TOC TREN PROPHIN CANH CAC TIET DIEN CUA TUA
BIN HƯỚNG TRỤC CÔNG SUẤT 100W, COT AP FI = 0,8-1,2M, LUU LUGNG Q = 20,4L/S
TEN FILE SO LIEU c:\usertb\TG3.TG,SL1
180.009 1.417 VIGM-15
TIET DIEN TINH TOAN THỦ : 2
VAN TOC VU = 1.788 VZ = 2.143 SO VONG QUAY OM : 18.850
Trang 30KET QUA TINH PHAN BO VAN TOC TREN PROPHIN CANH CAC TIET DIEN CUA TUA BIN HUGNG TRUC CONG SUAT 100W, COT AP H =0,8-1,2M, LUU LƯỢNG Q = 20.4L/S
TEN FILE SO LIEU c:\usertb\TG3.TG,SL1
180.000 1.417 VIGM-15
TIET DIEN TINH TOAN THU : 3
VAN TOC VU = 1.472 VZ = 2.228 SO VONG QUAY OM : 18.850
Trang 31Ii
KET QUA TINH PHAN BO VAN TOC TREN PROPHIN CANH CAC TIET DIEN CUA TUA
Trang 3248
KET QUA TINH PHAN BO VAN TOC TREN PROPHIN CANH CAC TIET DIEN CUA TUA
BIN HUGNG TRUC CONG SUAT 100W, COT AP H =0,8-1,2M, LUU LUGNG Q = 20,4L/S
Trang 33CÁC SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁNH TUA BIN HƯỚNG TRUC
Trang 3420
BANG TINH CAC THONG SỐ CƠ BAN CUA TUA BIN HƯỚNG TRỤC CÔNG SUẤT 200W, COT AP H =0,8-1,2M, LUU LUONG Q = 40,8L/S
N1=225.00 TEN FILE SO LIEU VAN TOC GOC
CAC THONG SO TINH TOAN BAN KINK R U=R* OMEGA HE SOQ XOAY SAU BCT VU2=K2*HS*G*H VUL=VU2+HS*G*H/OM VAN TOC HUONG TRUC VZ GOC DONG TRUNG BINH Bedo GOC vao cua DONG bvac do GOC RA CUA DONG BRADO do VAN TOC DONG SONG FANG WM VAN TOC HUONG TRUC X WMX VAN TOC HUONG TRUC Y WMY MAT DO DAY CANH L/T
Trang 35CÁC SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KE CANH TUA BIN HƯỚNG TRỤC
Trang 36BANG TINH CAC THONG SO CO BAN CUA TUA BIN HUGNG TRUC CONG SUAT 500W, CỘT AP H = 1,4-1,6M, LUU LUONG Q = 68L/S N1=220.40 Ql=1.714 TEN FILE SO LIEU k84500.s1 VAN TOC GỌC CAC THONG SO TINH TOAN BAN KINK R U=R* OMEGA HE SO XOAY SAU BCT VU2=K2*HS*G*H VUL=VU2+HS*G*H/OM VAN TOC HUONG TRUC VZ GOCc DONG TRUNG BINH Bedo GOC vad cua DONG byao do
GOC RA CUA DONG BRADO do
VAN TOC DONG SONG FANG WM VAN TOC HUONG TRUC X WMX VAN TOC HUONG TRUC Y WMY MAT DO DAY CANH L/T
DO RONG DAY CANH T/L BUOC CANH BCT T LUU SO VAN TOC GAM HE SO LUU SO HSLS C
LUU SO VAN TOC GAMA LUU SO VAN TOC GAMS TRI SO AO{I]
TRI SO Al[T]
TRI SO GOC VA ALFA do TRI SO GOC DAT CANH do HE SO ANH HUONG HK[I] GOC TRUNG BINH Bm (rad)
GOC vao cua DONG bvao (rad)
GOC RA CUA DONG BRA (rad) TRI SO CHIEU DAY TD MAX % TRE SO CHIEU DAY MAX (MM)
Trang 37CÁC SỐ LIỆU TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁNH TUA BIN HƯỚNG TRỤC
Trang 382
BẢNG TÍNH CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA TUA BIN HƯỚNG TRỤC CÔNG SUẤT
1000W, CỘT NƯỚC H < 16 - 18M, LƯU LƯỢNG Q = 115 L/S
N1=220.50 Q1=1.822
TEN FILE SO LIEU k841000.s1 VAN TOC GOC
CAC THONG SO TINH TOAN BAN KINK R U=R* OMEGA HE SO XOAY SAU BCT VU2=K2 *HS*G*H VU1=VU2+HS*G*H/OM
TOC HUONG TRUC VZ 2 DONG TRUNG BINH Bedo 36 vao cua DONG bvao do 44 RA CUA DONG BRADO do 29 TOC DONG SONG FANG WM 4 TOC HUONG TRUC X WMX -3 TOC HUONG TRUC Y WMY “2 DAY CANH L/T 9 VAN GOC coc GOC VAN VAN VAN MAT DO RONG DAY CANH T/L BUOC CANH BCT T LUU SO-VAN TOC GAM HE SO LUU SO HSLS C LUU LUU TRI TRI TRI TRI
HE SO ANH HUONG HK[I]
GOC TRUNG BINH Bm (rad)
GOC vao cua DONG bvao (rad) Goc TRI TRI CHIEU DAI DUONG NHAN (M) DO so so so so so so RA so so roo ro
VAN TOC GAMA VAN TOC GAMS A0[T] A1[T] GOC VA ALFA do GOC DAT CANH do Ww OWrFOCDCOrFRrNWRPODGAGCCGCAH
Trang 39^
Trang 40BANG TINH CAC THONG SO CO BAN CUA TUA BIN HUONG TRUC MO HINH COT NUGC THAP
véi n', = 200 v/ph, Q', = 2,250 m/s, d/D, = 0,33, D, = 1m
TEN FILE SO LIEU P110
VAN TOC GOCc 20.944 200.00 2.250
CAC THONG SO TINH TOAN CAC TIET DIEN TINH TOAN 1 2 3 4 5 BAN KINK R 0.175 0.255 9.338 0.418 0.500 U=R* OMEGA 3.665 5.341 7.069 8.744 10.472 HE SO XOAY SAU BCT 9.00 0.05 0.10 0.150 0.200 VU2=K2*HS*G*H 9.000 0.083 0.125 9.151 0.169 VU1=VU2+HS*G*H/OM 2.409 1.736 1.374 1.161 1.012 VAN TOC HUONG TRUC VZ 3.183 3.320 3.456 3.585 3.713 GOC DONG TRUNG BINH Bedo 52.290 36.839 28.675 23.905 20.594 GOC vao cua DONG bvao do 68.460 42.643 31.253 25.303 21.430 GOC RA CUA DONG BRADO do 40.970 32.268 26.460 22.646 19.819 VAN TOC DONG SONG FANG WM 4.023 5.537 7.202 8.847 10.556 VAN TOC HUONG TRUC X WMX -2.461 -4.431 -6.319 -8.088 -9.882 VAN TOC HUONG TRUC Y WMY -3.183 -3.320 -3.456 -3.585 -3.713 MAT DO DAY CANH L/T 0.850 0.750 0.665 0.600 0.550 DO RONG DAY CANH T/L 1.176 1.333 1.504 1.667 1.818 BUOC CANH BCT T 0.275 0.401 0.530 9.656 9.785 LUU SO VAN TOC GAM 0.662 0.662 0.662 0.662 0.662 HE SO LUU SO HSLS C 0.420 0.340 0.280 0.190 9.100 LUU SO VAN TOC GAMA 0.278 0.225 0.185 0.126 0.066 LUU SO VAN TOC GAMS 0.384 0.437 0.477 0.536 0.596 TRT SO AO[T] 0.758 0.477 0.335 0.204 0.098 TRI SO Al1[T] 2.093 1.852 1.722 1.736 1.757 TRI SO GOC VA ALFA do 6.232 2.295 1.111 0.540 0.215 TRI SO GOC DAT CANH do 46.059 34.544 27.564 23.365 20.379 HE SO ANH HUONG HK[TI] 0.868 1.076 1.199 1.220 1.229 GOC TRUNG BINH Bm (rad) 0.913 0.643 0.500 0.417 0.359 GOC vao cua DONG bvao (rad) 1.195 0.744 0.545 0.442 0.374 GOC RA CUA DONG BRA (rad) 0.715 0.563 0.462 0.395 0.346 TRI SO CHIEU DAY TD MAX % 12.000 7,850 6.410 4.350 2.500 TRI SO CHIEU DAY MAX (MM) 28.039 23.583 22.598 17.117 10.799 0.234 0.300 0.353 0.393 0.432 CHIEU DAI DUONG NHAN (M)