Trong quá trình đấu tranh sinh tồn và cải tạo thế giới tự nhiên, loài người đã sớm biết sử dụng các động cơ thủy lực: từ những bánh xe nước dùng vào việc kéo máy xay xát nông sản đến phát triển chúng lên thành những turbin thuỷ lực hiện đại kéo máy phát điện để sản xuất ra điện năng ngày nay. Để sử dụng một cách có hiệu quả năng lượng dòng nước đặc trưng bởi tổ hợp cột nước và lưu lượng khác nhau cần phải có đủ những loại turbine khác nhau về cấu tạo, kích thước cũng như quá trình làm việc của chúng.Dựa vào việc sử dụng dạng năng lượng trong cơ cấu bánh xe công tác (BXCT) của turbine người ta chia turbine thủy lực ra làm hai loại: turbine xung kích và turbine phản kích. Trong các loại lại chia ra các hệ và các kiểu turbine.Viết phương trình Becnully cho cửa vào (chỉ số1) cửa ra (chỉ số2) của bánh xe công tác turbine, ta có năng lượng viết cho một đơn vị trọng lượng nước như sau:H=(Z1Z2) + Z1Z2 : là thành phần năng lượng do chênh lệch vị trí tạo ra, gọi là vị năng; : là áp năng; gộp vị năng và áp năng thành thế năng ( T ). : là động năng ( Đ ).Từ những thành phần năng lượng trên ta có những loại turbine thuỷ lực sau Turbine chỉ sử dụng phần động năng để làm quay BXCT gọi là loại turbine xung kích. Loại này còn gọi là turbine dòng chảy không áp vì dòng chảy trong môi trường khí quyển nên chuyển động của dòng tia trên cánh BXCT là chuyển động không áp, áp suất ở cửa vào và cửa ra như nhau và bằng áp suất khí trời. Turbine xung kích đuợc chia ra các 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 cả thế năng và động năng, trong đó phần thế năng là chủ yếu gọi là loại turbine phản kích . Loại này còn gọi là turbine dòng chảy có áp, áp lực dòng chảy ở cửa vào của BXCT luôn lớn hơn áp lực ở cửa ra của nó. Dòng chảy qua TB là dòng liên tục điền đầy nước trong toàn bộ máng cánh. Loại này được chia ra các hệ sau:
Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh CHƯƠNG KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TURBINE THỦY LỰC 1.1 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 dòng 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: p1 − p α1 V12 − α V22 + H=(Z1-Z2) + γ 2g Z1-Z2 : thành phần lượng chênh lệch vị trí tạo ra, gọi vị năng; p1 − p : áp năng; gộp vị áp thành ( T ) γ α 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 gọi turbine dòng chảy không áp dòng chảy môi 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 gọi turbine dòng chảy có áp, áp lực dòng chảy cửa vào BXCT lớn áp lực cửa Dòng chảy qua TB dòng liên tục điền đầy nước toàn 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 ); TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh + Hệ TB thuận nghịch ( làm việc theo hai chế độ: máy bơm turbine) 1.2 TURBINE XUNG KÍCH Như nói, turbine xung kích loại sử dụng phần động dòng chảy Ở loại turbine này, dòng nước sau khỏi vòi phun toàn lượng dòng chảy biến thành động để đẩy bánh xe công tác Vì chảy môi 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: 1.2.1 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 TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Hình 1.1: Turbine xung kích gáo Sau xem xét cấu tạo tác dụng phận turbine gáo (hình 12) Vòi phun nhận nước từ ống áp lực biến toàn lượng dòng 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 có phận tách dòng để hướng phần hay toàn 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 nhanh vòi 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) TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Hình 1.2: Các phận turbine gáo Bánh xe công 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 lông 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 đòn mômen quay tránh mômen ngược tia nước vào phía sau gáo nằm phía trước Vỏ turbine có nhiệm vụ không cho nước từ buồng BXCT bắn 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 vòi 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 công suất bé có từ đến hai vòi phun cho BXCT (hình 1-1,b), số lượng bánh xe công tác trục thường nhỏ ba Loại trục đứng có số vòi phun nhiều hơn, thường hai đến sáu vòi, bố trí chung quanh BXCT Hình 1TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh biểu thị turbine gáo trục đứng có sáu vòi phun Mặt Mặt đứng Hình 1.3: Turbine gáo trục đứng nhiều vòi 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 1.2.2 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 1.1: Turbine xung kích lần Turbine gồm có vòi phun tiết diện hình chữ nhật nối liền với đoạn ống chuyển tiếp Vòi có cấu điều chỉnh lưu lượng gồm van phẳng gắn với trục điều khiển có tay TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh quay vô lăng Khi vô lăng quay, trục điều chỉnh tịnh tiến phía trước phía sau làm cho tiết diện vòi 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 xuyên qua bánh xe công tác gắn chặt với đĩa then Vỏ (buồng) dùng để chắn không cho nước từ BXCT bắn Hầm xả có nhiệm vụ dẫn nước hạ lưu Hình dáng BXCT turbine xung kích hai lần gần giống lồng sóc Dòng nước từ vòi 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 công tác (nhận thêm 20÷30% phần lượng 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 không phụ thuộc vào lưu lượng, lưu lượng không phụ thuộc vào đường kính mà 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 1.2.3 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 1.1: Turbine xung kích phun xiên 1.3 TURBINE PHẢN KÍCH Turbine phản kích loại sử dụng phần phần động dòng nước TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Bánh xe công tác làm việc môi trường chất lỏng liên tục áp lực nước phía trước bánh xe công 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 dòng, thuận nghịch Hình 1.1: Các phận turbine phản kích Xét mặt cấu tạo, hệ turbine phản kích gồm phận sau: buồng turbine 1, vòng 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 công tác phận khác nhìn chung giống Việc phân loại TB phản kích dựa vào hướng dòng nước vào khỏi BXCT 1.3.2 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 gọi turbine Franxis TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Hình 1.1: Bánh xe công tác turbine tâm trục BXCT turbine tâm trục gồm có vành 14 vành 13, cánh có dạng cong không 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 bulông 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 không 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 Hòa Bình dùng turbine tâm trục, công suất turbine 240MW, H =88m TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 10 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh (d0) (hình 6-12) Cũng turbine phản kích, chọn thông số turbine gáo phải dựa sở so sánh kinh tế nhiều phương án khác Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, để có kích thước turbine phục vụ cho việc xác định kích thước nhà máy sơ tính toán chọn kích thước sau: Đường kính tia nước để đủ tháo lưu lượng lớn turbine Qmax phân cho số voì phun Z0 d0 = 4Q max Z π.ϕ 2gH = 0,545 Q max (6-6) Z0 H Q (m3/s), H d0 (m), hệ số lưu lượng qua vòi phun ϕ = 0,97 Số lượng vòi phun ta lấy với phương án khác để tính toán so sánh kinh tế chọn Đối với turbine gáo nhỏ trục ngang ( NTB ≤ 20 MW ) chọn sơ theo kinh nghiệm Z0 = 2, Z0 = 3; turbine gáo trục đứng Z0 = - 6, công suất lớn số vòi phun nhiều Số lượng vòi phun tăng tỷ số D1/d0 bé vòng quay BXCT lớn giảm kích thước turbine giá thành máy phát điện Sau giới thiệu số công thức xác định sơ kích thước BXCTturbine gáo: Chiều rộng cánh gáo B = (2,8 - 4,0) d0; Chiều dài cánh gáo: L = (0,7 - 0,9) B: Chiều rộng miệng khoét hõm đuôi cánh gáo: b = 1,2d0 + (mm); Đường kính tiêu chuẩn BXCT D1 chọn theo tỷ số D1/d0 = 10 -18 ta lấy D1 = 37,2 H H lấy từ mức thượng lưu đến trung tâm miệng vòi phun n n - số vòng quay turbine; Đường kính vòng tròn qua mếp hõm: D = D1 + 2,33d0; Đường kính vòng tròn BXCT: D0 = D1 + d0; Đường kính miệng vòi phun d = (1,2 - 1,25) d0 ; D1 − Số lượng cánh gáo BXCT: Z = (5 − 5,7) d Khoảng cách từ miệng vòi phun đến cánh cánh gáo vuông góc với tia dòng nước A = (5,8 7,3) d0 Cấu tạo kích thước vòi phun thiết bị tách dòng lấy theo kinh nghiệm (hình 612,b) Việc đặt BXCT turbine gáo phải cao mực nước bể xả thường lấy cao mực nước cao bể xả khoảng cách đường kính D1 Kích thước khác turbine gáo nhỏ chế tạo nước xem (hình 6-12,c) TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 56 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Hình 1.1: Kích thước BXCT turbine gáo 3.4.2 Xác định kích thước turbine XK lần Turbine xung kích hai lần loại sử dùng nhiều thủy điện nhỏ với cột nước ưa dùng từ 10 đến 60 mét, nhiên tài liệu để tra cứu turbine chưa có rộng rãi, giai đoạn sơ ta cần phải tính toán xác định sơ kích thước chúng để phục vụ cho việc thiết kế nhà máy Kích thước turbine xung kích hai lần vòi phun BXCT Hình dạng, kích thước số lượng cánh BXCT có ảnh hưởng định đến vòng quay hiệu suất trọng lượng turbine Kinh nghiệm cho thấy: Z = 12 cánh η = 0,6 Z = 20 η = TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 57 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh 0,81 Z = 48 cánh η = 0,87.Số lượng cánh nhiều hiệu suất turbine cao ổn định, số cánh nhiều cấu tạo BXCT phức tạp, số cánh thường lấy Z = 24 cho hiệu suất trung bình η = 0,82 Hình 1.1: Sơ đồ xác định kích thước turbine xung kích 2lần Đường kính vòng tròn qua mép BXCT coi đường kính BXCT turbine XK hai lần tính theo công thức sau: D1=42 H n (6-7) Trong đó: H - cột nước thiết kế (m) n - số vòng quay turbine (v/ph) Đường kính vòng tròn mép cánh tính theo: D2 = (0,63 - 0,68) D1 Chiều dài BXCT, tức chiều dài cánh: L = (0,5 - 2,5).D1 Vòi phun có tiết diện chữ nhật: chiều rộng l, chiều cao h lấy sau: chiều rộng l = 0,8B để dòng nước phun suốt chiều dài cánh, chiều cao ứng với độ mở lợi h = 0,1D1 ứng với độ mở lớn hmax = 0,125.D1 Cánh turbine có dạng hình lòng máng, có thê có cấu tạo theo hai hình thức: TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 58 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh − Uốn cong bán kính ρ = 0,163D1 hoặc: − Uốn cong theo hai bán kính: bán kính cong r bán kính cong R: lấy bán − kính cong sau: r = 0,078.D1 R = 0,236.D1 Hiện turbine xung kích hai lần cải tiến nhiều Hinh (6-12,b) dự kiến kích thước turbine xung kích hai lần có hai cửa vào để giảm kích thước sử dụng với cột nước từ đến 100 mét, lưu lượng từ 0,04 đến m3/s công suất N từ đến 600 kW phục vụ thuỷ điện nhỏ đề xuất TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 59 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh CHƯƠNG THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC CỦA TURBINE TH LỰC 4.1 NHIỆM VỤ CỦA ĐIỀU TỐC TURBINE Trạm thủy điện xí nghiệp sản xuất cung cấp điện năng, mà nhu cầu điện thay đổi phạm vi rộng Nếu biện pháp điều chỉnh công suất tổ máy phát phù hợp với yêu cầu lưới điện dẫn đến thay đổi tần số lưới điện giới hạn cho phép Quy trình kỹ thuật vận hành quy định tần số không đổi, độ sai lệch tạm thời tần số điện xoay chiều với giá trị định mức 50 Hz không ± 0,2% Tần số phụ thuộc vào số vòng quay rôto máy phát: f= p n 60 Trong số đôi cực p không đổi máy phát có, tần số phụ thuộc vào vòng quay n rôto máy phát điện Mặt khác theo học, phương trình đặc trưng cho chuyển động rôto tổ máy : J dω = Mq − Mc dt (7-1) Trong : J mômen quán tính rôto tổ máy thủy lực; ω - tốc độ góc rôto tổ máy ω = π n / 30; Mq - Mômen lực chuyển động rôto tổ máy; Mc - Mômen cản chuyển động rôto tổ máy; t - Thời gian Từ phương trình ta thấy muốn giữ cho vòng quay tổ máy n không đổi, tức giữ cho tốc độ góc số ( ω = const) dω = , cần trì cân mômen lực dt chuyển động mômen lực cản chuyển động, tức Mđ = Mc Mômen cản phụ thuộc vào phụ tải máy phát điện Nmp mômen chuyển động Mđ định công suất turbine Nt, chúng có quan hệ sau: Từ (7-2) ta thấy, cân Mđ Mc thực công suất máy phát công suất turbine thời điểm, tức Nt = Nmp Nếu phụ tải máy phát điện thay đổi mà công suất turbine không đổi dẫn đến thay đổi vòng quay tổ máy Cũng từ công thức trên, thay đổi công suất turbine cách thay đổi lưu lượng vào turbine Q, thay đổi cột nước H thay đổi hiệu suất turbine Tuy nhiên, việc thay đổi cột nước hiệu suất turbine điều không thực tế, việc thay đổi lưu lượng Q turbine thực được.Vì vậy, điều chỉnh công suất turbine thuỷ lực thực chất điều chỉnh lưu lượng cách xoay cấu hướng dòng (CCHD) Đối với turbine cánh quay, việc điều chỉnh CCHD điều chỉnh góc dặt cánh turbine cách liên hợp Đối với turbine gáo điều chỉnh lưu lượng điều chỉnh van kim điều chỉnh thiết bị tách dòng cách liên hợp Loại điều chỉnh turbine cánh quay turbine gáo điều chỉnh kép Còn điều chỉnh làm quay CCHD gọi điều chỉnh đơn (đối với turbine cánh quạt tâm trục) Từ diễn giải ta rút nhiệm vụ thiết bị điều tốc tổ maý thuỷ lực vào thay đổi phụ tải bên tiến hành điều chỉnh lưu lượng turbine công suất tổ TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 60 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh máy phát cân với yêu cầu phụ tải giữ vòng quay tổ máy không đổi Sau chúng nghiên cứu loại thiết bị điều chỉnh turbine (điều tốc) 4.2 CÁC LOẠI THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC THỦ CÔNG Trong trạm thủy điện nhỏ mini điều kiện kinh tế, điều kiện chế tạo hạn chế địa phương yêu cầu điện không cao, người ta dùng thiết bị điều tốc đơn giản Việc điều chỉnh công suất người công nhân vận hành trực tiếp tác động vào CCHD, hay điều chỉnh van kim để thay đổi công suất cho phù hợp với giao động phụ tải gọi điều tốc thủ công (hay điều tốc tay) Tất nhiên phản ứng người làm nhiệm vụ điều chỉnh kịp thời so với thay đổi phụ tải, chất lượng điện thấp, ngày không dùng turbine nhỏ 4.2.1 Điều tốc kiểu van cánh Hình 1.1: Một số loại điều tốc thủ công a) điều tốc cánh; b) điều tốc loại cấu hướng dòng tay Hình (7-1,a) loại điều tốc đơn giản dùng cho turbine buồng xoắn kim loại Bánh xe công tác đặt buồng xoắn kim loại, buồng nối với ống áp lực Ở phía trước BXCT có đặt cánh van, cánh van quay quanh trục nó, đầu trục xuyên qua thành buồng để nối với cấu điều khiển quay tay Nhờ van mà ta điều chỉnh lưu lượng cho hợp với yêu cầu phụ tải 4.2.2 Điều tốc kiểu cấu hướng nước điều chỉnh tay Ta gặp loại điều tốc hình 2-2,b chương II Khi trục quay kéo đòn quay tác động kéo làm xoay vòng điều chỉnh Vòng quay kéo tay quay dịch chuyển làm cánh hướng dòng quay quanh trục 10 làm thay đổi độ mở a0 hai cánh hướng dòng Với độ mở khác cho lưu lượng qua turbine thay đổi Máy điều tốc tay làm quay trục điều chỉnh thông qua việc quay vô lăng trụ điều khiển (hình 7-1,b) quay tay Ngoài loại đièu tốc thủ công trình bày trên, xưa người ta dùng thiết bị đơn giản loại điều tốc kiểu thùng chụp: cấu thay đổi độ mở TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 61 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh diện tích cửa nước vào BXCT cách nâng hạ thùng đậy cửa vào turbine để tăng giảm lưu lượng 4.3 THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC TỰ ĐỘNG Hệ thống điều tốc tự động turbine tổng hợp cấu thiết bị có nhiệm vụ cảm ứng thay đổi tốc độ quay máy thay đổi vị trí tương ứng cấu điều chỉnh Nó gồm có cấu sau đây: − Cơ cấu cảm ứng (CCCƯ): cảm nhận sai lệch tốc độ quay tổ máy so với tốc độ quay định mức vào tác động đến cấu điều chỉnh − Cơ cấu điều chỉnh (CCĐC): trực tiếp thay đổi mômen chuyển động turbine − Cơ cấu chấp hành (khuếch đại): thực liên hệ cần thiết CCCƯ CCĐC, chuyển dời CCĐC đến vị trí tương ứng có tín hiệu cấu cảm ứng Cơ cấu thuộc loại là: động tiếp lực, ngăn kéo phân phối điều chỉnh − Cơ cấu ổn định: có tác dụng làm tăng tính ổn định chất lượng trình điều chỉnh (ví dụ cấu cân ) − Cơ cấu phụ trợ: làm động tác phụ thay đổi chỉnh định máy điều tốc, hạn chế độ mở CCHD, thay đổi độ không cân dư, v.v Những điểm khác biệt điều chỉnh turbine thủy lực điều chỉnh loại động khác chỗ CCĐC turbine đòi hỏi phải có lực chuyển dời lớn để dịch chuyển CCHD, lực đến hàng ngàn turbine cở lớn Vì CCĐC cần phải có thêm phận khuếch đại thủy lực CCCƯ CCĐC Đối với turbine cánh quay turbine gáo cần phải tiến hành điều chỉnh kép (điều chỉnh CCHD điều chỉnh góc đặt cánh turbine cánh quay, điều chỉnh van kim điều chỉnh thiết bị tách dòng turbine gáo), hệ thống điều chỉnh trở nên phức tạp Xét nguyên lý tác dụng ta chia hai loại: máy điều tốc trực tiếp gián tiếp Chúng ta cần nghiên cứu sơ đồ nguyên lý chúng sau đây: 4.3.1 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp Hình (7-2,a) trình bày sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác dụng trực tiếp Cấu tạo máy điều tốc loại gồm có lắc li tâm 4, tay đòn HZS van điều chỉnh lưu lượng Con lắc ly tâm quay nhờ động điện có liên hệ hay điện với trục turbine Đầu bên trái tay đòn HZS nối với lắc nhờ hộp trục H bên phải nối với van điều tiết điểm S Khi cắt phụ tải, độ mở a0 cánh hướng nước chưa thay đổi nên số vòng quay turbine số vòng quay lắc ly tâm tăng lên, lắc văng xa, kéo hộp trục H lên trên, lúc tay đòn TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 62 Báo cáo chuyên đề Hình 1.1: Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Sơ đồ điều tốc trực tiếp gián tiếp cấu phục hồi HZS quay xung quanh điểm tựa Z theo chiều kim đồng hồ đẩy van xuống thấp để giảm lưu lượng Q qua turbine công suất turbine cân bằng với công suất máy phát điện Khi tăng tải trình xảy thế, chiều chuyển động phận kểrên ngược lại Đường nét đứt hình tương ứng với vị trí tay đòn HZS cuối thời điểm điều chỉnh Từ hình vẽ ta thấy máy điều tốc tác động trực tiếp có cấu tạo đơn giản Nhưng nhược điểm sai số vòng quay turbine lớn phụ tải tăng từ đến phụ tải toàn phần Đồng thời lực đóng mở phận điều chỉnh lắc tạo nhỏ không đủ để đóng mở phận điều chỉnh turbine dù turbine nhỏ Vì nguyên lý sử dụng thủy điện 4.3.2 Các sơ đồ nguyên lý điều tốc đơn gián tiếp Sơ đồ nguyên lý điều tốc gián tiếp khác với sơ đồ nguyên lý điều tốc trực tiếp chỗ: lắc ly tâm không trực tiếp tác động vào phận điều chỉnh mà lắc phận điều chỉnh lắp thêm động tiếp lực (ĐCTL) với van phân phối (hoặc ngăn trượt) Điều cho phép dùng lắc có khối lượng nhỏ với độ nhạy cao để chuyển dời kim trượt lắp ngăn trượt Theo nguyên lý làm việc phận ổn định ta chia loại gían tiếp loại sau: 4.3.2.1 Máy điều tốc tác động gián tiếp cấu phản hồi Hình 7-2,b loại điều tốc Trong sơ đồ đưa thêm vào hai phận khuếch đại van phân phối (còn gọi ngăn trượt) động tiếp lực Con lắc ly tâm liên hệ với ngăn trượt qua tay đòn Chất lỏng có áp (dầu áp lực) dẫn vào ngăn trượt để điều khiển hướng trị số dịch chuyển pitông ĐCTL Lực tác động ĐCTL phụ thuộc vào kích thước áp suất dầu áp lực Cấu tạo ĐCTL gồm pitông chuyển động xi lanh pitông nối với vành điều chỉnh CCHD qua kéo đẩy Ngăn trượt thông với hai phía ĐCTL nhờ hai ống dầu đặt hai đầu xi lanh Cấu tạo ngăn trượt gồm có vỏ hình lăng trụ kim trượt Trên thành vỏ có khoét năm lỗ nhỏ (cửa sổ); cửa sổ thông với dầu có áp lấy từ thiết bị dầu áp lực tới van trượt qua cửa này: hai cửa làm việc (ở vị trí cân hai cửa đóng kín phần lồi van kim) thông với ngăn tương ứng ĐCTL qua hai ống dẫn dầu, hai cửa xả dầu thông với thùng dầu xả Như vậy, chuyển dời khỏi vị trí cân dầu có áp từ cửa sổ vào TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 63 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh ngăn ĐCTL, dầu có áp ngăn khác ĐCTL theo cửa sổ làm việc lỗ xả trở thùng xả, hai phía ĐCTL có độ chênh áp lực làm chuyển động phận điều chỉnh turbine Quá trình điều chỉnh tốc độ quay turbine theo sơ đồ không ổn định pitông ĐCTL đứng im vị trí cân (do kim van trượt không kịp trở vị trí ban đầu) Hiện tượng giao động độ mở cánh hướng nước, công suất, bắt nguồn từ Để khắc phục nhược điểm ta sử dụng sơ đồ điều chỉnh khác nói sau 4.3.2.2 Máy điều tốc tác động gián tiếp có cấu phản hồi cứng Trong sơ đồ (hình 7-3,a), phận ĐCTL van trượt kể có thêm phận phản hồi kiểu đòn bẩy HZS, có tác dụng đưa kim trượt kịp trở vị trí trung gian Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy, lúc đầu vị trí sau pitông ĐCTL chuyển phía đóng phận điều chỉnh hệ thống phản hồi cứng kiểu đòn đẩy điểm Z điểm S ( nối với kim ngăn trượt) lên vị trí 2, kết kim trượt trở vị trí trung gian Khác với sơ đồ cấu phản hồi, trình điều chỉnh kết thúc ĐCTL dừng lại vị trí cân số vòng quay turbine ổn định vị trí tương ứng với vị trí hộp trục H Hình tương ứng với trường hợp giảm tải, trường hợp vòng quay lớn vòng quay định mức tổ máy Trường tăng tải, lắc cụp lại, kim trượt bị đẩy lên dầu có áp vào ngăn bên trái ĐCTL, ngăn phải thông vơi ống dầu xả làm cho pitông ĐCTL chuyển dịch sang bên phải để mở to phận điều chỉnh Như cấu phục hồi cứng đưa kim van trở vị trí trung gian Quá trình điều chỉnh kết thúc số vòng quay turbine nhỏ số vòng quay định mức điểm H thấp vị trí ban đầu a) Điều tốc có cấu phản hồi cứng Hình 1.1: b) Điều tốc có cấu phản hồi mềm Sơ đồ điều tốc gián tiếp có cấu phản hồi 4.3.2.3 Máy điều tốc tác động gián tiếp có cấu phản hồi mềm Trong sơ đồ điều tốc loại (hình 7-3,b trên), điểm Z đòn HZS nối với pitông ĐCTL qua phận đặc biệt phận hoãn xung 1, nhờ mà điểm H trở vị trí ban đầu đứng im vị trí suốt thời gian làm việc ổn định turbine Trong phận phản hồi mềm, điểm Z đòn liên hệ với lò xo điểm Z vị trí ban đầu lò xo trạng thái tự Bộ phận hoãn xung gồm ống xi lanh (có chứa đầy dầu) pitông, pitông có khoét lỗ nhỏ để pitông phận hoãn xung trở vị trí trung gian dầu chảy chậm từ ngăn vào ngăn khác xi lanh qua lỗ TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 64 Báo cáo chuyên đề nhỏ Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Ta nghiên cứu cách chuyển vận phận hoãn xung Trong trường hợp giảm tải, số vòng quay tăng động tiếp lực chuyển động phía đóng phận điều hỉnh Lúc đầu dầu chưa kịp chảy từ ngăn lên ngăn xi lanh phận hoãn xung, tác dụng tiết lưu lên xi lanh lẫn pitông điểm Z dịch chuyển lên để kịp thời đưa kim trượt (điểm S) trở vị trí ban đầu lò xo bị nén lại Cho đến thời điểm trình đièu chỉnh giống sơ đồ máy điều tốc tác động gián tiếp với cấu phản hồi cứng Sau tác dụng đàn hồi lò xo 3, lò xo giản đẩy điềm Z xuống dưới, đòn quay xung quanh điểm H theo chiều kim đồng hồ pitông ĐCTL lại tiếp tục chuyển động phía đóng Số vòng quay liên tục giảm dần điểm H trở vị trí ban đầu trình điều chỉnh kết thúc Số vòng quay sau số vòng quay ban đầu Đó đặc điểm loại điều tốc Thời gian cần điểm Z chuyển động tác dụng lò xo nhanh hay chậm phụ thuộc vào sức cản thủy lực lỗ tiết lưu tức phụ thuộc vào độ mở lỗ tiết lưu bình hoãn xung 4.3.3 Các sơ đồ nguyên lý máy điều tốc kép tác động gián tiếp Khác với turbine cánh quạt tâm trục cột nước thấp có phận điều chỉnh lưu lượng (điều chỉnh cấu hướng nước) mô tả trên, turbine tâm trục cột nước cao có van tháo không turbine cánh quay, turbine gáo tiến hành điều chỉnh kép Trong turbine cánh quay người ta tiến hành điều chỉnh CCHD đồng thời điều chỉnh góc đặt cánh quanh bầu BXCT nhằm mở rộng vùng làm việc có hiệu suất cao, turbine gáo turbine tâm trục có van tháo không mục đích việc điều chỉnh kép van kim thiết bị tách dòng CCHD van tháo không, nhằm mục đích giảm áp lực nước va đường ống có áp dẫn nước vào turbine Vì vậy, thiết bị điều chỉnh gồm hai phận mà trình làm việc có liên quan chặt chẽ với theo quan hệ ràng buột định cấu liên hợp gồm có cam lăn Sau xem xét sơ đồ điều tốc kép turbine: 4.3.3.1 Sơ đồ điều tốc kép turbine cánh quay Hình 7-4,a xét trường hợp phụ tải giảm ta thấy: ĐCTL CCHD dịch sang trái để đóng bớt độ mở a0, pitông ĐCTL có liên hệ với đòn nên nêm cấu liên hợp dịch chuyển sang bên phải đẩy ròng rọc đòn lên làm cho kim van trượt BXCT dịch xuống mở cửa dầu làm cho dầu có áp vào ngăn ĐCTL BXCT đẩy pitông lênđể quay cánh turbine phía đóng Khi bô phận liên hệ ngược (thanh 7) ĐCTL bảo đảm liên hệ đơn trị Hình 1.1: Các sơ đồ điều tốc kép turbine cánh quay gáo TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 65 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh vị trí nêm liên hợp độ quay BXCT Trong cấu thường dùng cam thay cho nêm liên hợp Trường hợp tăng tải dịch chuyển cấu điều chỉnh có hướng ngược lại 4.3.3.2 Sơ đồ điều tốc kép TB gáo Trên hình 7-4,b ta thấy: phu tải giảm, ĐCTL của thiết bị tách dòng tác đọng nhanh để cắt phần hay toàn tia nước không cho tác dụng vào BXCT, đồng thời pitông ĐCTL chuyển dịch phía đóng đẩy nêm liên hợp chuyển động sang phải, ròng rọc đòn lên, đẩy kim van trượt xuống để mở cửa sổ, đưa dầu có áp ngăn bên trái ĐCTL Kết van kim từ từ đóng lại nhờ van tiết lưu lắp ống dầu vào ngăn bên trái ĐCTL Khi tăng tải thiết bị tách dòng dời xa dòng tia nên tác dụng điều chỉnh lưu lượng tia 4.3.4 Một số cấu điều khiển máy điều tốc Việc vận hành song song tổ máy phát điện hệ thống điện đòi hỏi phải có thêm cấu điều khiển như: cấu không cân dư, cấu biến đổi số vòng quay, cấu hạn chế độ mở cánh hướng dòng v v Chúng ta tìm hiểu tác dụng cách chuyển vận cấu 4.3.4.1 Cơ cấu không cân dư Để tổ máy vận hành ổn định hệ thống điện đường đặc tính tĩnh hệ thống điều chỉnh (đường quan hệ n = f (N) ω = f (N)) phải có độ không cân định Độ không cân xác định theo công thức: δ n max − n n − n = max n0 n max + n Trong : nmax - vòng quay tổ máy làm việc không tải; nmin - vòng quay tổ máy làm việc đầy tải; n0 - vòng quay định mức tổ máy Nguyên lý làm việc cấu không cân dư (xem hình 7-5,a) : Tại điểm O đòn nối liền lắc ngăn trượt 2, cấu phản hồi mềm chịu tác dụng cấu không cân dư gồm trượt Cơ cấu làm nhiệm vụ phục hồi cứng Thay đổi vị trí trượt ta rị số không cân khác Khi δ = đường dặc tính hệ tống điều chỉnh nằm ngang, δ ≠ đường đặc tính điều chỉnh đường nghiêng (xem hình 7-5,b) TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 66 Báo cáo chuyên đề Hình 1.1: Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Sơ đồ nguyên lý số cấu thao tác máy điều tốc 4.3.4.2 Cơ cấu biến đổi số vòng quay: Để hòa đồng tổ máy vào lưới điện cần phải điều chỉnh số vòng quay tổ máy cho tần số máy phát điện tần số lưới điện Muốn máy điều tốc phải có cấu thay đổi số vòng quay (bộ phận 7,8) Khi vặn vô lăng 8, điểm C thay đổi vị trí, đường đặc tính tĩnh hệ thống điều chỉnh tịnh tiến lên xuống (xem sơ đồ hình 75) Khi tổ máy làm việc độc lập, cấu điều chỉnh số vòng quay dùng để thay đổi số vòng quay định mức tổ máy Khi tổ máy làm việc song song cấu dùng để thay đổi phụ tải tổ máy đảm nhận (nhấc hạ đường đặc tính điều chỉnh ứng với tăng giảm phụ tải lượng ∆N, ví dụ hình 7-5,c tăng tải ta phải nhâc đường lên đường để giữ vòng quay hắng số 4.3.4.3 Cơ cấu hạn chế độ mở CCHD: Cơ cấu dùng để hạn chế công suất turbine giới hạn cho phép ( ví dụ hồ chứa thiếu nước độ mở a0 không vượt đường dự trữ công suất 5% ) phải sử dụng cấu Trên hình (7-5,a) cấu đòn d-e-f cấu quay để điều chỉnh vị trí đứng điểm hạn chế độ mở d Khi tăng tải, pittông động tiếp lực dịch phía mở (phía phải) kéo điểm e hạ xuống lôi điểm d xuống để hạn chế không cho CCHD mở độ mở quy định 4.3.4.4 Các cấu khác: Ngoài máy điều tốc có đồng hồ để kiểm tra, theo dõi làm việc hệ thống điều chỉnh đồng hồ đo số vòng quay turbine, đo áp lực dầu, kim độ mở phận phận điều chỉnh turbine, kim mức dầu thiết bị dầu áp lực v v Trên trình bày nguyên tắc số loại điều tốc theo nguyên lý điều tốc điện TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 67 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh thủy lực Ngày giới bắt đầu dùng loại điều tốc điện tử - thủy lực Trong đó, cấu chấp hành CCĐC giống nhau, khác cấu cảm số phận giới khác thay phần tử điện vi mạch điện tử thu nhận, xử lý phát tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành CCĐC Sau ví dụ sơ đồ điều tốc điện tử thuỷ lực DIGI PID (hình 7-6) để tham khảo thêm: Hình 1.1: Ví dụ sơ đồ điều tốc điện tử - thuỷ lực Các phận điều tốc số DIGI PID có: mạch điện tử bốm trí tủ, não tập trung kiện xử lý lệnh điều khiển; Các cấu đo phát tín hiệu đến điều tốc; cấu chấp hành nhằm thi hành lệnh điều tốc phát Chức PID: Thao tác (P): đảm bảo tỷ lệ giá trị điều chỉnh sai số đặt (ví dụ sai lệch tần số ); thao tác (I): điều tốc có giá trị đặt không đổi, có sai số thường xuyên phụ thuộc vào công suất tổ máy, làm thiếu xác điều tần Thao tác I nhằm khử sai TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 68 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh số thao tác bình thường; thao tác (D) khắc phục lệch pha thao tác I, tăng cường tính ổn định cho hệ thống Nguyên hoạt động sơ đồ hình 7-6 sau: Lúc ổn định, Mq = Mc, cửa dầu đóng Giả sử phụ tải thay đổi điều tốc so sánh trị số đặt tần số, công suất tiến hành xử lý kiện phát lệnh đến dẫn động (Actuator) Lệnh gây điện áp đưa tới cuộn dây , tuỳ thuộc điện áp đặt vào cuộn dây mà trục van T dẫn động chuyển động lên xuống, điều khiền cửa dầu Actuator Giả sử trục T chuyển động lên, lúc dầu có áp từ cửa vào A cửa B (dầu cửa B gọi dầu điều chỉnh) vào cửa dầu D van trung gian (van phụ) đẩy pittông van lên dầu điều khiển khỏi E vào K van phân phối Pittông van phân phối đẩy lên làm mở cửa dầu H, đưa dầu vào phía ĐCTL đẩy pittông ĐCTL xuống, điều chỉnh CCHD turbine về độ mở phù hợp với yêu cầu phụ tải Quá trình điều chỉnh lại phận cảm biến van phân phối ĐCTL báo điều tốc Bộ điều tốc lại so sánh xử lý tạo tín hiệu dẫn động trình lại tiếp diễn Khi trục T xuống Lúc dầu từ B thông với C xả nhánh xả dầu Áp lực B giảm, dầu từ D chảy khỏi D, làm giảm áp lực khoang dầu D, nên pittông phụ hạ xuống, dầu từ E tràn vào van phụ tháo dầu từ K E Do pittông van phân phối hạ xuống, dầu áp lực thoát qua I vào bên ĐCTL, tác động vào vòng điều chỉnh CCHD, đưa độ mở cánh hướng dòng độ mở phù hợp với yêu cầu phụ tải Quá trình điều chỉnh lại báo điều tốc Trên ví dụ loại điều tốc mới, sinh viên tìm hiểu thêm 4.3.4.5 Thiết bị dầu áp lực máy điều tốc Thiết bị dầu áp lực có nhiệm vụ cung cấp dầu có áp cho thiết bị điều tốc, cung cấp dầu có áp cho dộng tiếp lực (ĐCTL) van đĩa, van cầu v v đường ống áp lực Thiết bị dầu áp lực gồm có: két dầu áp lực, thùng chứa dầu, tổ máy bơm dầu Hình (7-7) trang sau ví dụ cấu tạo thiết bị Két dầu áp lực phận quan trọng thiết bị dầu; dầu chím từ 30 - 40 % thể tích, phần lại khí nén Nhờ tính đàn hồi không khí nên sóng áp lực sinh thao tác hệ thống điều chỉnh giảm xuống nhiều Số lượng áp lực dầu két dầu cần đủ đảm bảo cho hoạt động tất cấu điều chỉnh điều khiển tất chế độ làm việc tổ máy Vì két dầu xem nguồn trữ năng, nên giảm bớt công suất bơm dầu so với loại máy điều tốc dùng bơm dầu trực tiếp Trong trình điều chỉnh turbine, dầu khí nén két bị hao hụt rò rỉ qua khe hơ, tổ máy bơm dầu có nhiệm bổ sung dầu tự động (thường dùng rơle phao để đóng động điện máy bơm) vào két dầu Còn khí nén máy nén khí chung nhà máy cung cấp Ap lực dầu thường từ 20 - 40 at tùy thuộc loại máy điều tốc Bơm 12, kiểu bánh khía vít, kéo động bơm dầu từ thùng chứa qua phận lọc 4, van lưỡi gà 11, van 23 đưa vào két dầu 18 Từ két dầu, dầu theo đường ống dẫn đến hệ thống điều chỉnh Khi áp áp lực dầu két dầu vượt giới hạn bình thường khoảng - at van lưỡi gà 10 tự động mở, van 11 vị trí đóng đưa dầu từ bơm qua van dầu 10 trở thùng chứa dầu rơle áp lực điều khiển tự động dừng bơm lại TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 69 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Khi áp lực két dầu giảm xuống thấp giới hạn bình thường khoang từ 1,5 - at van 10 tự động đóng lại, bơm dầu rơle Hình 1.1: Sơ đồ kết cấu thiết bị dầu áp lực áp lực điều khiẻn tự động làm việc bơm dầu từ thùng chứa lên két dầu Nếu bơm dầu 10 bị hỏng áp lực két dầu lại vượt trị số cho phép, van an toàn 13 mở để giảm áp lực két dầu đến giới hạn trên, tránh cố két dầu Tại phận lọc dầu lắp hai rơle áp lực Rơle 20 dùng để khởi động bơm dầu dự trữ áp áp lực két dầu hạ thấp 80 % so với áp lực bình thường Rơle 21 dùng để dừng tổ máy phát tín hiệu áp suất két dầu tiếp tục giảm xuống thấp, nhằm ngăn ngừa tình trạng máy điều tốc không điều khiển nỗi phận điều chỉnh lưu lượng Phao dùng để đo mức dầu, áp kế 10 17 để đo áp lực két dầu Không khí nén từ máy nén qua van 25 van lưỡi gà 19 vào két dầu Bơm nén 22 tự động bổ sung khí nén.Thiết bị dầu thường trang bị tổ máy một, dùng chung cho vài tổ máy chung cho toàn trạm TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 70 [...]... Hình 1.2: Bánh xe công tác của turbine cánh kép 1.3.4 Turbine dòng Turbine dòng gồm hai loại: dòng chảy thẳng và nửa thẳng Turbine dòng thực chất là turbine cánh quay trục ngang, nên BXCT của nó hoàn toàn giống turbine cánh quay Loại này dùng với cột nước rất thấp và lưu lượng rất lớn 1) Turbine dòng nửa thẳng (hình 13), turbine này còn gọi là turbine Capxun Tổ máy có turbine trục ngang nối liền trục với... suất turbine sẽ giảm đi rất nhanh Đối turbine tỷ tốc cao chỉ cần lưu lượng giảm đến còn 45% lưu lượng tính toán thì hiệu suất và công suất có thể giảm đến không Do vậy nên cho turbine cánh quạt đảm nhận công suất và cột nước ít thay đổi Turbine cánh quạt được sử dụng ở Trạm thuỷ điện có cột nước H = 1,5÷40m, hiện nay thường dùng ở TTĐ nhỏ, tuy rằng đã có turbine dạng này đường kính đạt đến 9 m TUABIN NHÀ... với gian máy bằng các tháp 4 Turbine cap xun có hiệu suất cao hơn so với turbine phản kích khác đến 30% do khả năng tháo nước của nó Turbine cap xun được sử dụng rộng rãi ở Nga, Nhật, Mỹ ở các sông vùng đồng bằng hoặc ở các TTĐ thủy triều Trạm TĐ Trereparec có công suất mỗi turbine N = 20MW, H = 14,9m Trạm thuỷ điện có turbine cáp xun lớn nhất là Kiev có N = 320MW TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 16 Báo cáo... thấm vòng quanh mà hiệu suất không cao hơn turbine hướng trục bình thường mấy, nên ít được sử dụng Trạm thuỷ điện Ortatran ở Liên Xô cũ sử dụng turbine này với công suất turbine N = 6,3MW, cột nước H = 10,5m Hình 1.1: Turbine dòng thẳng 1.3.5 Turbine thuận nghịch TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 17 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh Turbine thuận nghịch được dùng trong " tổ máy hai... turbine cánh quạt 1.3.3.2 Turbine cánh quay ( Kaplan ) Turbine cánh quay (hình 1-10) là loại ra đời sau cánh quạt Năm 1924 giáo sư người Tiệp tên là Kaplan đã cải tiến thành công turbine cánh cố định thành cánh quay được, nên turbine này còn được gọi là turbine Kaplan Nhờ cánh có thể quay được xung quanh bầu, do vậy thích ứng được các chế độ làm việc khác chế độ thiết kế dẫn đến vùng làm việc của turbine... 1.1: Turbine cánh chéo Turbine cánh chéo (hình 1-11) được ra đời chậm hơn các loại turbine trên, nó là loại trung gian giữa tâm trục và hướng trục Nó kết hợp được các ưu điểm của hai hệ turbine trên Turbine cánh chéo được sử dụng ở các TTĐ có cột nước H = 30÷150m Nó thuộc loại turbine cánh quay BXCT gồm 10 đến 14 cánh được gắn vào bầu 3 hình chóp nhờ các trục cánh 2 Trục cánh làm với trục turbine một... với trục Cũng như turbine cánh quay, các cánh BXCT quay được quanh trục của nó, nhờ cơ cấu quay cánh gồm vành sao 5 và thanh truyền 4 nằm trong bầu nên hiệu suất bình quân của nó cao hơn turbine tâm trục ở hầu hết các chế độ làm việc Mặt khác số cánh BXCT của turbine này nhiều hơn so với turbine cánh quay nên có thể làm việc với cột nước cao hơn mà vẫn không bị khí thực Loại turbine này đã được chế... điện áp 3,5 kV Hình 1.1: TUABIN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Turbine Capxun thuận nghịch 18 Báo cáo chuyên đề Giảng viên hướng dẫn:ThS Huỳnh Vũ Quốc Khánh CHƯƠNG 2 CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA TURBINE THUỶ LỰC Ở chương I chúng ta nghiên cứu khái quát về các loại turbine và tính năng ứng dụng của từng loại turbine Chương II sẽ nghiên cứu cụ thể hơn về cấu tạo, công dụng của các bộ phận chính của turbine và tìm hiểu các xác... chính của turbine gồm: thiết bị dẫn nước (buồng turbine), thiết bị tháo nước (ống xả), phần tĩnh (stator), cơ cấu hướng dòng (CCHD) v.v 2.1 VÒNG BỆ, CƠ CẤU HƯỚNG DÒNG, TRỤC CỦA TB PHẢN KÍCH Như trên đã nói, ngoài BXCT, turbine phản kích còn có những bộ phận chính sau đây: vòng bệ của turbine, cơ cấu hướng dòng, trục và ổ trục của turbine 2.1.1 Vòng bệ (Stator) của turbine Vòng bệ của turbine (hình 1-6... nắp turbine Loại bôi trơn bằng dầu khoáng thì tấm bạc của ổ trục làm bằng hợp kim babít Hình 2-3 là đồ thị xác định đường kính trục turbine Đường kính trục phụ thuộc vào mômen xoắn của dòng chảy Mkp = 97400.N/n ( kGcm) Trong đó N (kW) và n (vòng/phút) Có Mkp tra ra đường kích trục turbine DB (mm) Hình 1.1: Biểu đồ quan hệ đường kính trục và công suất turbine 2.2 THIẾT BỊ DẪN NƯỚC CỦA TURBINE TUABIN NHÀ