bài giảng Tua bin nước

` Chương : KHÁI NIỆM CHUNG & PHÂN LOẠI TUABIN 1.1 Tuabin nước phát triển Hiện ngành lượng học phát triển mạnh Người ta tích cực tìm kiếm nguồn lượng khác để sử dụng cho ngành kinh tế Trong lượng truyền thống : than, dầu, khí đốt, hạt nhân, thuỷ điện coi dạng lượng bản; lượng mặt trời, lượng gió, lượng thuỷ triều lượng thuỷ điện cực nhỏ dạng lượng Thuỷ – lượng dòng chảy sơng suối dạng lượng người sử dụng từ lâu Hàng nghìn năm trước, Ai Cập, Ấn Độ, Trung Quốc, người ta dùng bánh xe nước đơn giản sử dụng động dòng chảy Tuy nhiên tới kỷ thứ XVI việc sử dụng lượng nước tương đối rộng rãi bánh xe nước có cải tiến lớn phát triển đến ngày Máy thuỷ lực danh từ chung thiết bị dùng để chuyển hoá lượng chất lỏng thành cấu làm việc máy (bánh xe công tác, pittông…) hay ngược lại Tuabin nước loại máy thuỷ lực, biến lượng chất lỏng (ở dòng nước) thành trục quay tuabin để quay máy phát điện hay cấu máy khác Tuabin nước lắp đặt NMTĐ để chuyển hoá lượng nước thành chuyển hoá thành điện nhờ máy phát điện, nước từ thượng lưu chảy theo đường dẫn tới tuabin, chảy hạ lưu Cửa lấy nước Đường ống áp lực Tuabin Đập Cửa nhận nước Van cố đường ống Ống hút Kênh hạ lưu Van tuabin Các mố néo Hình 1-1: Sơ đồ NMTĐ Nhà máy thuỷ điện có hàng loạt ưu điểm : - Hiệu suất NMTĐ đạt cao so với nhà máy nhiệt điện - Thiết bị đơn giản, dễ tự động hố có khả điều khiển từ xa - Ít cố cần người vận hành - Có khả làm việc chế độ phụ tải thay đổi - Thời gian mở máy dừng máy ngắn - Không làm ô nhiễm môi trường Mặt khác, khai thác thuỷ tổng hợp, kết hợp với tưới tiêu, giao thông phát điện giá thành điện giảm xuống, giải triệt để vấn đề thuỷ lợi môi trường sinh thái vùng rộng lớn quanh Vốn đầu tư xây dựng NMTĐ đòi hỏi lớn so với vốn xây dựng nhà máy nhiệt điện Nhưng giá thành kWh thuỷ điện rẻ nhiều so với nhiệt điện nên tính kinh tế chung tối ưu Tuy nhiên, người ta khai thác nguồn lượng giá Xây dựng cơng trình thuỷ điện thực chất chuyển đổi điều kiện tài ngun mơi trường Sự chuyển đổi tạo điều kiện mới, giá trị sử dụng cho lợi ích kinh tế xã hội gây tổn thất xã hội mơi trường mà khó đánh giá hết Người ta khai thác thuỷ vị trí cơng trình cho phép điều kiện kỹ thuật, có hiệu kinh tế sau so sánh lợi ích tổn thất Ở thành phố khu công nghiệp lớn thường phải sử dụng kết hợp nhiều nhà máy nhiệt điện, điện nguyên tử thuỷ điện Chúng cần làm việc đồng với cho đạt hiệu cao Hình 1-2 biểu đồ cơng suất điện sử dụng cho ngày đêm Biểu đồ bao gồm vùng I - điện cho thiết bị dùng điện nhà máy phát điện II - điện sinh hoạt, dân dụng III - điện cho quan làm việc hành IV - điện cho phương tiện giao thông V - điện cho sở làm việc hai ca VI - điện cho sở làm việc ba ca Hình 1-2 : Biểu đồ cơng suất điện sử dụng theo ngày Các thông số đặc trưng biểu đồ : Nmax – cơng suất lớn ngày, tính MW, gọi đỉnh biểu đồ Nmin – cơng suất nhỏ ngày, tính MW Ntb – cơng suất trung bình ngày, tính MW Trong biểu đồ, phần nằm giá trị NMTĐmin vùng bản, phần nằm NMTĐmin Ntb vùng trung bình, phần nằm Ntb Nmax vùng đỉnh Vùng nhà máy điện nguyên tử nhiệt điện cung cấp Vùng đỉnh nhà máy thuỷ điện cung cấp Còn vùng trung bình điều tiết địa phương Ở nơi có trạm thuỷ điện tích vùng đỉnh vùng trung bình nhà máy thuỷ điện tích đảm nhiệm Trong NMTĐ, tuabin nước thường nối với máy phát điện Máy phát điện nối với tuabin nước gọi máy phát điện thuỷ lực, khối máy bao gồm tuabin nước ghép với máy phát điện gọi tổ máy thuỷ lực, thường gọi tắt tổ máy Hình 1-3; 14 kết cấu tổ máy thuỷ điện lớn đặt đứng ` Máy phát điện Tuabin Hình 1-4 : Tổ máy phát điện tuabin ` 1.2 Sơ đồ kiểu nhà máy thuỷ điện : Trong thực tế có phương pháp tập trung lượng dòng nước tương ứng với sơ đồ nhà máy thuỷ điện (hình 1-5; 1-6; 1-7) : Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sơng, nhà máy thuỷ điện đường dẫn, nhà máy thuỷ điện tổng hợp a Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sơng (hay sau đập) Để tập trung lượng, người ta dùng đập cột áp H độ chênh mực nước trước sau đập (tương ứng thượng hạ lưu) Đập có hồ chứa nước lớn để điều tiết lưu lượng dòng sơng Hình 1-5 : Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu lòng sơng 1- bờ sơng; 2- lưới chắn rác; 3- dòng thượng lưu; 4- âu thuyền;; 5- cửa xả nước không tải; 6-7- đập đất; 8- nhà máy thủy điện; 9- dòng chảy hạ lưu Hình 1-6 : Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn Nhà máy thường đặt sau đập cột nước lớn, phận đập cột nước nhỏ Các trạm thủy điện với phương pháp tập trung lượng đập gọi nhà máy kiểu lòng sơng hay sau đập Nó áp dụng cho sơng đồng bằng, trung du nơi có độ dốc lòng sơng nhỏ, lưu lượng sơng lớn Trong thực tế, chiều cao đập bị hạn chế kỹ thuật đắp đập diện tích bị ngập Cột áp trạm thủy điện không lớn, thông thường không lớn 30 ÷ 40m Nhà máy thủy điện Thác Bà sông Chảy nhà máy thủy điện kiểu lòng sơng có cột áp H = 37 m, N = 120 MW (ba tổ máy) b Nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn Nước ngăn đập thấp chảy theo đường dẫn (kênh, máng, tuynen, ống dẫn) đến nhà máy thủy điện Ở cột áp đường dẫn tạo nên, đập để ngăn nước lại để đưa vào đường dẫn Kiểu NMTĐ thường dùng sơng suối có độ dốc lòng sơng lớn lưu lượng nhỏ Nhà máy thủy điện Đa Nhim (Ninh Thuận) có cột nước H = 800m, N =160 MW (bốn tổ máy) nhà máy kiểu đường dẫn c Nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp Năng lương nước tập trung nhờ đập đường dẫn Cột áp trạm gồm phần : phần đập tạo nên, phần lại đường dẫn tạo nên Nhà máy kiểu dùng cho Hình 1-7 : Sơ đồ NMTĐ kiểu tổng hợp đoạn sông mà sơng có độ dốc nhỏ xây đập ngăn nước hồ chứa, phía có độ dốc lớn xây đường dẫn Nhà máy thủy điện Hòa Bình ( H = 88m, tổ máy, tổ 220 MW) Trị An (H = 50m, tổ máy, tổ 100 MW) nhà máy kiểu tổng hợp 1.3 Các thơng số dòng chảy tuabin nước a Cột áp Cột áp toàn phần hay gọi cột áp nhà máy xác định hiệu lượng riêng tiết diện A-A (thượng lưu) tiết diện B-B (hạ lưu) Công thức xác định cột áp toàn phần sau : Hình 1-8 : Sơ đồ cột áp NMTĐ –Z)+ H = (Z PA − P B + αA VA − αBVB (1-1) A B γ 2g Khi dòng chảy vào tuabin phần cơng suất dòng chảy tiêu hao chủ yếu tổn thất cột áp qua cửa ngăn, cửa chống rác, tổn thất dọc đường từ tiết diện A-A đến 1-1 từ 2-2 đến B-B Vì cột áp tuabin nhỏ cột áp tồn phần đại lượng tổn thất Cột áp tuabin xác định theo công thức : P −P H = (Z1 – Z2) + 2 + γ α1V1 − α2 V2 (1-2) 2g Trong : Z1, V1 : Cao trình mặt nước vận tốc mặt cắt bố trí van thượng lưu NMTĐ Z2, V2 : Cao trình mặt nước vận tốc mặt cắt ống hút γ : Trọng lượng riêng nước Cột áp thông số quan trọng để thiết kế tuabin b Lưu lượng Là lưu lượng dòng chảy qua tuabin, ký hiệu Q, đơn vị m3/s Lưu lượng tuabin thơng số để thiết kế tuabin c Cơng suất Cơng suất dòng chảy xác định theo công thức sau : Ndc = 9,81QH (1-3) Cơng suất trục tuabin, tính kW xác định : NT = NdcηT (1-4) Công suất trục tuabin ln nhỏ cơng suất dòng chảy q trình biến đổi lượng ln ln có tổn thất d Hiệu suất tuabin Từ biểu thức (1-3) (1-4) ta suy hiệu suất tuabin ηT : ηT = NT 9,81QH (1-5) e Đường kính bánh xe cơng tác số vòng quay tuabin Đường kính BXCT thông số thiết kế tuabin Tùy thuộc vào dạng BXCT loại tuabin khác nhau, có quy ước đường kính Đường kính tuabin thường ký hiệu D1 Số vòng quay tuabin thơng thường số vòng quay máy phát (nếu nối trực tiếp), chọn số vòng quay tuabin cần ý đến số vòng quay đồng máy phát : 6000 n= (1-6) 2P Trong : 2P - số đôi cực máy phát ứng với tần số f = 50 Hz Có thể chọn số vòng quay đồng theo bảng sau : Bảng 1-1 Số đôi cựa 2P n, v/ph 300 1500 100 750 600 500 428,6 375 10 11 12 333 300 273 250 Hai đại lượng đặc trưng cho kích thước cỡ tuabin Chúng có quan hệ mật thiết với xác định cột áp lưu lượng tuabin Thường tuabin có cơng suất lớn đường kính lớn Nhưng tuabin có cột áp lớn số vòng quay lớn kích thước nhỏ 1.4 Phân loại phạm vi sử dụng tuabin a Các dạng tác động dòng nước Một cách chung xem lượng dòng nước gồm có 2dạng : động (trong bao gồm vị áp năng) P −P Theo biểu thức (1-2) : H = (Z1 – Z2) + (Z1 – Z2) + P1 − P2 γ α1V1 − α V2 γ + α1V1 − α V2 2g , ta có : : Thành phần : Thành phần động 2g Năng lượng E1-2 dòng chảy trao cho tuabin xác định hiệu lượng đơn vị dòng chảy trước vào BXCT sau khỏi BXCT E1-2 = Phần lượng phản kích + Phần lượng xung kích Tuỳ thuộc vào dạng lượng dòng chảy tác động vào BXCT tuabin chủ yếu mà ta chia tác động dòng nước thành dạng: - Tác động phản kích (do thành phần tác động chủ yếu) - Tác động xung kích (do thành phần động tác động chủ yếu) b Phân loại tuabin Vì điều kiện thiên nhiên (địa hình, địa chất thuỷ văn) NMTĐ khác nhau, cột nước NMTĐ lưu lượng nước qua tuabin khác Phạm vi biến đổi cột nước lớn từ vài mét đến hàng nghìn mét Phạm vi biến đổi lưu lượng nước lớn từ vài l/s thuỷ điện nhỏ kiểu gia đình đến hàng trăm m3/s NMTĐ lớn Vì vậy, tuabin phải có nhiều kiểu, nhiều cỡ khác đáp ứng nhu cầu sử dụng lượng nước Tuỳ theo kiểu tác động dòng nước BXCT mà chia tuabin thành hai loại : tuabin phản kích tuabin xung kích Loại tuabin lại chia làm nhiều hệ khác Trong hệ lại chia làm nhiều kiểu tuabin theo mẫu BXCT cỡ kích thước khác TUABIN PHẢN KÍCH Tuabin phản kích hệ tuabin sử dụng rộng rãi nhất, bao gồm phạm vi cột nước từ 1,5m đến 700m Phụ thuộc vào hướng dòng chảy dòng nước qua BXCT mà chia tuabin phản kích thành nhiều loại khác Trong tuabin phản kích hai phần động tác động chủ yếu phần Trong hệ tuabin này, áp suất cửa vào lớn cửa Dòng chảy qua tuabin dòng liên tục điền đầy toàn máng dẫn cánh Trong vùng BXCT, dòng chảy biến đổi động Trong vận tốc dòng chảy qua tuabin tăng dần, áp suất giảm dần, tạo độ chênh áp mặt cánh sinh mômen quay trục + Tuabin hướng trục (Có dòng chảy qua BXCT song song với trục quay) Tuabin chong chóng (còn gọi tuabin Propeller hay tuabin cánh quạt) : Thuộc loại tuabin phản kích, dùng NMTĐ cột nước thấp H = 6÷ 80m Hình 1-9 Tuabin chong chóng có kết cấu đơn giản loại tuabin phản kích Kết cấu thay đổi tuỳ thuộc vào cột nước công suất tác dụng cách lắp đặt (đặt đứng nằm) Trên hình 1-9 kết cấu tuabin chong chóng đặt đứng, gồm có phận : + Bánh xe cơng tác tuabin gồm có bầu cánh BXCT gắn cố định bầu, thông thường đến cánh Cánh BXCT chế tạo với bầu thành khối chế tạo riêng gắn chặt với bầu bulông BXCT phận chuyển hoá lượng nước Khi nước chảy mặt cong cánh, nước phải đổi hướng nên tạo áp lực tác dụng lên bề mặt cánh BXCT, gây nên mômen quay làm quay BXCT tuabin + Buồng BXCT chỗ lắp đặt BXCT Buồng BXCT có dạng hình trụ Khe hở buồng cánh BXCT nằm phạm vi (0,0005 ÷ 0,001)D1, D1 đường kính BXCT + Buồng tuabin phận dẫn nước vào BXCT Có nhiều loại buồng tuabin Ở NMTĐ, buồng tuabin thường có dạng xoắn ốc, gọi buồng xoắn Kích thước, kết cấu buồng tuabin có ảnh hưởng định đến kích thước NMTĐ + Stato tuabin có nhiệm vụ truyền tải trọng nằm phía xuống móng NMTĐ Các tải trọng gồm : trọng lượng thân phần quay không quay tổ máy, áp lực thuỷ động dọc trục tác dụng lên BXCT, tải trọng sàn bệ đỡ máy phát điện Răng buồng xoắn làm nhiệm vụ Stato + Bộ phận hướng dòng (BPHD) nằm phía stato làm nhiệm vụ : - Thay đổi trị số hướng vận tốc dòng chảy khoảng khơng gian BPHD BXCT để tạo điều kiện thuận lợi cho dòng chảy vào cánh BXCT nhằm nâng cao hiệu suất tuabin - Thay đổi công suất tuabin cách thay đổi lưu lượng nước qua tuabin Chương : THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH TUABIN FRANCIS CỦA NHÀ MÁY LMZ (LB NGA) 8.1 Giới thiệu : Thí nghiệm mơ hình tuabin thực Phòng thí nghiệm nghiên cứu thuỷ lực Nhà máy LMZ Saint Petecburg Mục đích thí nghiệm kiểm tra tồn diện đảm bảo đặc tính tuabin thực, đồng dạng với tuabin mơ hình phòng thí nghiệm Mục đích khác chứng minh tuabin thực không bị ảnh hưởng tượng xâm thực theo thông số hiệu suất, công suất lưu lượng dãy cột nước, ống hút mực nước hạ lưu nhỏ Các thí nghiệm sau thực : - Thí nghiệm hiệu suất hay đặc tính lượng - Thí nghiệm xâm thực - Thí nghiệm lồng tốc - Đo đạc chênh lệch áp suất vòi phun áp buồng xoắn Các thí nghiệm dựa theo hướng dẫn Tiêu chuẩn IEC 60193-1999 Trước tiến hành thí nghiệm, thiết bị dụng cụ đo kiểm tra hiệu chuẩn thiết bị đo lưu lượng phương pháp cân 8.2 Các thơng số tuabin mơ hình : Kiểu tuabin Trục đứng Bánh xe công tác Loại Francis Đường kính BXCT 460 mm 8.3 Mơ tả thí nghiệm : Sơ đồ thí nghiệm cho hình Bộ thí nghiệm trang bị cho phép thí nghiệm tuabin mơ hình với đường kính BXCT đến 460 mm, cột áp đến 60 m lưu lượng từ 0,05 đến 0,9 m3/s Các đầu nối 12, 16 17 nối thí nghiệm với thiết bị cân hiệu chuẩn để xác định hệ số lưu lượng Như thí nghiệm hoạt động mạch kín Van khố đóng đường ống thí nghiệm hoạt động chế độ bơm Van kim điều khiển ln ln mở Nó sử dụng để thay đổi tốc độ dòng chảy chế độ bơm Bơm li tâm điều chỉnh tốc độ cấp nước cho bể Từ bể nước chảy qua ống cao áp, hệ thống đo lưu lượng thuận nghịch nối với bồn áp lực tuabin mơ hình sau với bồn chân khơng 3, từ quay trở lại ống hút bơm 8.4 Mơ tả tuabin mơ hình : Bộ phận dẫn nước tuabin mơ hình từ mặt cắt vào buồng xoắn đến phần ống hút chế tạo đồng dạng mặt hình học với tuabin thực Đường kính BXCT tuabin mơ hình tuabin thực tn theo qui luật đồng dạng với tỷ lệ định Các dung sai không vượt theo tiêu chuẩn IEC 60193-1999 Trong q trình thí nghiệm, thơng số : Độ mở cánh hướng, tốc độ quay, cột áp độ chân khơng bồn chân khơng (khi thí nghiệm khí thực) phải xác định Các cánh hướng điều chỉnh động điện Độ mở cài đặt đọc điều khiển Tốc độ quay điều chỉnh cách thay đổi tải máy phát Cột áp điều chỉnh áp suất vi sai áp kế có pittơng xoay Áp kế có thiết bị điện tử đặc biệt để chuyển vị trí pittơng đến bàn điều khiển Cột áp tĩnh cài đặt trước phù hợp với giá trị trọng lượng pittông Độ chân không tạo bơm chân không điều chỉnh cách đọc đồng hồ thị xác Hình 8-1: Sơ đồ thí nghiệm Hình 8-2: Mơ hình thí nghiệm Bơm ly tâm; Mối nối bù; Van cửa; Bộ điều khiển dòng chảy kiểu kim; Bồn cao áp; Ống áp lực; Ống Venturi đo lưu lượng; Khớp co dãn; Khuỷa cong có cánh hướng dòng; 10 Bồn áp lực; 11 Tuabin mơhình máy phát; 12 Bồn chân không; 13 Ống giảm áp; 14 Đường ống vào đến hiệu chuẩn cân; 15 Đường ống đến hiệu chuẩn cân; 16 Đầu nối 8.5 Các phương pháp đo đạc tính tốn : a Giới thiệu : Việc ghi nhận xử lý liệu thực tự động hệ thống máy tính thiết bị chuyển đổi tín hiệu nối với đếm xung (gọi chung hệ thống máy tính - HTMT) Có phần mềm chun dụng sử dụng cho mục đích Các tham số trạng thái thí nghiệm sau đo HTMT : - Mơ men trục quay - Tốc độ quay trục - Sai lệch áp suất mặt cắt đo (đo cột áp) - Sai lêch áp suất ống Venturi (đo lưu lượng) - Mức độ dòng chảy thiết bị đo dòng từ tính (để quan sát) - Áp suất tuyệt đối mặt cắt (xác định hệ số xâm thực) - Sai lêch áp suất Winter-Kennedy (đo sai lệch áp suất vòi đo áp buồng xoắn) - Nhiệt độ nước (để tính tỷ trọng , áp suất hoá độ nhớt động học) Có thiết bị điện tử thuỷ lực độc lập sử dụng để xác định : - Áp suất khơng khí mơi trường xung quanh - Thể tích khơng khí nước thí nghiệm Các tham số thí nghiệm đo 30 giây Mối thơng số đo 30 lần, lần giây Kết thí nghiệm lấy trung bình theo đoạn thời gian Các giá trị cần thiết tính tốn, hiển thị in b Đo lưu lượng Lưu lượng đo ống Venturi, ngồi lưu lượng đo dụng cụ đo điện từ để giám sát c Đo cột áp Cột áp “H” xác định hiệu lượng mặt cắt đầu vào đầu tuabin mơ hình : E H Z = E g − P = g 2g V + ρg P V2  + − + +Z  ρg 2g  (8-1) Trong : P1 P2 - Áp suất thuỷ tĩnh mặt cắt đầu vào đầu tuabin V1 V2 - Tốc độ dòng chảy mặt cắt này, Z1 Z2 – Cao độ mặt so với mặt chuẩn d Đo mômen xoắn Stato máy phát quay tự do, có tay đòn nối stato với chuyển đổi đo lực nhận mơmen xoắn “M” trục tính từ lực kéo cánh tay đòn chiều dài Từ tính công suất trục theo mômen xoắn tốc độ quay e Đo tốc độ quay Trên trục tuabin có gắn đĩa có nhiều lỗ, vào tín hiệu lỗ đĩa chuyển vào HTMT để đo tốc độ quay f.Đo áp suất tuyệt đối mặt cắt tuabin Bộ chuyển đổi áp suất tuyệt đối nối vào bồn chân khơng vị trí xem mặt cắt ống hút để đo áp suất tuyệt đối “Pabs” Áp suất tuyệt đối liên quan đến chiều cao hút thực (NPSH) : NPSH = Pabs − Pt , ρg (8-2) Trong : Pabs - Áp suất tĩnh tuyệt đối tâm mặt cắt đầu ống hút, Pa Pt – Áp suất hoá nhiệt độ nước đo, Pa g Đo sai lệch áp suất buồng xoắn (hiệu chuẩn cho việc đo lưu lượng tuabin phương pháp Winter-Kennedy) Sự sai lệch áp suất vòi đo buồng xoắn, ký hiệu Pw-k đo chuyển đổi áp suất vi sai h Xử lý kết thí nghiệm máy tính HTMT thu nhận liệu, tính tốn tham in báo cáo thí số nghiệm Chương trình máy tính cho thông số sau : Lưu lượng Sử dụng biểu thức : Pq Q = Kq g , m3/s (8-3) Trong : Kq - Hệ số lưu lượng, xác định hiệu chuẩn phương pháp cân, 2.5 m /s, Pq – Sai lệch áp suất mặt cắt đo lưu lượng, Pa ρ khối nước tính tốn theo hàm nhiệt độ ρ = f(tw) cài đặt Tỷ chương trình máy tính, kg/m3 g – Gia tốc trọng trường, m/s2 Cột áp sử dụng giá trị đo sai lệch áp suất mặt cắt tốc độ dòng chảy Sai lêch áp suất “P”, tương ứng với cột áp thực “H” tính tổng đại số chênh áp tĩnh mặt cắt vào và sai lệch chiều cao chúng chênh lệch tốc độ dòng chảy mặt : P = ρgH = Pst + Pdyn, Trong : (8-4) Pst = P1 + ρgZ1 – (P2 + ρgZ2) 2  ρV ρV  ρQ (8-5) Pdyn = − =  A −  A   Trong : A1 A2 - Diện tích mặt vào tuabin, m2 Do : P = Pst +  12  ρQ  − A (8-6) A  , Pa   Bộ chuyển đổi áp suất vi sai sử dụng để đo Pst Mặt cắt vào lắp vòi đo áp mặt cắt – vòi Hiệu suất tuabin sử dụng giá trị đo mômen, tốc độ quay, lưu lượng cột áp η= m πn M 100 = 100% π M m n (8-7) 30 ρgHQ 30 PQ Hệ số xâm thực σ sử dụng giá trị đo áp suất tuyệt đối, cột áp nhiệt độ nước Hb − Hs − Hv − Ht σ= H = Pt (8-8) Pabs − P Trong : Pabs = ρg(Hb – Hs – Hv) – Áp suất tuyệt đối mặt chuẩn cho giá trị chiều cao hút tính chuyển đổi áp suất tuyệt đối, kgf/m2 Hb – Áp suất khơng khí xung quanh, m cột nước Hv - Độ chân không bồn chân không Pt = ρgHt – Áp suất hoá lấy từ hàm Pt = f(tw) từ chương trình máy tính, kgf/m2 tw - Nhiệt độ nước, 0C P = ρgH – Áp suất tương ứng với cột áp thực kgf/m2 Chương trình máy tính đưa hai số : IS - Chỉ số ổn định tốc độ quay; IP – Chỉ số ổn định cột áp Nếu số khơng vượt q giá trị cho phép kết tính tốn in ra, ngược lại phải đo đạc lại từ đầu Chương trình máy tính in giá trị đường đặc tính tổng hợp a) Tốc độ qui dẫn n11 = b) Lưu lượng qui dẫn Q11 = c) Công suất qui dẫn nD1 , rpm H Q D 12 H N11 = M (8-9) , m3/s (8-10) N D1 H H , kW (8-11) d) Mômen qui M11 = , Nm (8-12) D H dẫn Các đại lượng đặc trưng cho tuabin qui đường kính BXCT = 1m, cột áp 1m Trong : D1 - Đường kính BXCT, m n - Tốc độ quay, rpm H - Cột áp thực tuabin mơ hình Q – Lưu lượng thực qua tuabin mơ hình, m3/s M – Mômen xoắn, Nm N – Công suất tuabin mô hình, kW Ngồi chương trình máy tính đưa số Reynolds Reu cần thiết để phóng lớn đường đặc tính thí nghiệm mơ hình thành đặc tính tuabin thực : D U πD n (8-13) Reu = = v 60 v Trong : U - tốc độ biên đường kính D2, m/s i.Hiệu chuẩn thiết bị đo Các thiết bị chuyển đổi lực, tốc độ quay, áp suất vi sai qua dòng chảy mặt cắt đo mơ hình chuyển đổi áp suất tuyệt đối hiệu chuẩn trường kiểm tra trước- sau thí nghiệm Hiệu chuẩn đo lưu lượng thực thiết bị cân xác 73 Hình 8-3 : Đặc tính tổng hợp Hình 8-4 : Đặc tính tổng hợp vận hành tuabin thực 8.6 Sai số đo a Sai số hiệu suất Tổng sai số đo hiệu suất Giá trị tuyệt đối sai số hiệu suất “eη” xác định giá trị tổng sai số liên quan “fη” với quan hệ : fη eη = 100.η % (8-14) Trong : η – Giá trị hiệu suất trạng thái sai số hiệu suất xác định Tổng sai liên quan hiệu suất bao gồm sai hệ thống ngẫu số nhiên số fη = ± ( f)2 s  ( f ) % (8-15) r Sai số hiệu suất hệ thống : Sai số hiệu suất hệ thống bao gồm mômen, tốc độ quay, lưu lượng cột áp Sai số hệ thống phép đo xác định từ độ xác thiết bị đo liên quan sử dụng để hiệu chuẩn thiết bị chuyển đổi từ lỗi xác định kết hiệu chuẩn chuyển đổi Sai số hiệu suất hệ thống tính bậc hai lỗi sai lêch đề cập : (fη)s = ± ( fM )2  ( fn)2  ( fQ)2  ( fP)2 % (8-16) fM – Sai số hệ thống việc đo mômen xem sai lệch giới hạn thiết bị fn – Sai số hệ thống vệc đo tốc độ quay xem sai lệch giới hạn thiết bị fQ – Sai số hệ thống việc đo lưu lượng qui sai lệch việc đo lưu lượng ống Venturi hiệu chuẩn phương pháp cân fP- Sai số hệ thống đo cột áp xem sai lệch giới hạn thiết bị Sai số hiệu suất ngẫu nhiên : Sai số hiệu suất ngẫu nhiên đánh giá phương pháp ngẫu nhiên sử dụng việc phân phối giá trị ngẫu nhiên tuân theo luật “Student’s” với mức 95% độ tin cậy Các phép đo phức hợp chế độ hoạt động mơ hình sử dụng cho mục đích Thơng thường sai số hiệu suất ngẫu nhiên khơng vượt q ± 0.1% có nghĩa (fη)r ≤ ± 0.1% Sai số hiệu suất chung Sai số hiệu suất chung không vượt giá trị ± 0.25% b Sai số hệ số xâm thực Sai số giá trị tới hạn hệ số xâm thực “σcr” xác định tất giá trị tuyệt đối giải sai số ngẫu nhiên cho tuabin đánh giá σ = ± 0.005 8.7 Trình tự thí nghiệm a Thí nghiệm hiệu suất Thí nghiệm tiến hành với cột áp 20 ÷ 24 m Cột áp đảm bảo số Râynolds lớn 7.106 Tiêu chuẩn IEC dẫn Re > 4.106 cho kiểm tra Francis tuabin Thí nghiệm thực phạm vi tốc độ qui dẫn tương ứng với cột áp tuabin nguyên mẫu độ mở cánh hướng thực hoạt động Để đảm bảo tình trạng ổn định đặt độ mở, tốc độ cột áp, người thí nghiệm thường xuyên thông báo số đọc thông số đo Độ mở cánh hướng đặt từ giá trị bé đến lớn Cột áp tính giữ ổn định liên tục trường hợp có trục trặc phải tiến hành làm lại Trong qua trình thí nghiệm, đường cong sau in ra: η = f(n11) n11 = f(Q11) a0 = const (a0 – độ mở cánh hướng) Các đường sử dụng để khảo sát thí nghiệm xác định điểm lặp Đặc tính tổng hợp tuabin Francis đường đồng hiệu suất đồng độ mở cánh hướng toạ độ Q11 – n11 in chương trình máy tính đặc biệt Ngồi đo đạc phức hợp trạng thái hiệu suất tối ưu tiến hành Điểm hiệu suất tối ưu xác định dựa kết cấp thứ b Thí nghiệm xâm thực Trước thí nghiệm nước thí nghiệm phải đặt chân khơng 2-3 để đảm bảo tổng lượng khí nước khoảng 1% (theo thể tích) Trong q trình thí nghiệm đường cong η = f(σ), N11 = f(σ) Q11 = f(σ) in điểm thí nghiệm a0 = const n11 = const Giá trị hệ số σ tới hạn xác định từ quan hệ η = f(σ) với hiệu suất 1% nhỏ hiệu suất trạng thái không xâm thực Các đường cong σ tới hạn in đặc tính tổng hợp chương trình máy tính chun dụng c Thí nghiệm lồng tốc Thí nghiệm tiến hành điểm vận hành mơ hình cụ thể chương trình Thí nghiệm thực cắt nối trục tuabin với máy phát độ mở cánh hướng khoảng từ đến 36 mm tương ứng với độ mở thực từ không tải đến độ mở lớn Thí nghiệm thực với giá trị σ nhỏ với cột áp thực lớn Cột áp tĩnh giữ nguyên không đổi Độ mở cánh hướng thay đổi từ giá trị bé đến lớn Thí nghiệm thực với độ mở Trong qua trình thí nghiệm đường cong n11 R = f(Q11 R) in Đường cong đặc trưng cho tuabin mơ hình d Đo sai lệch áp vòi đo buồng xoắn Thí nghiệm tiến hành phạm vi lưu lượng qui dẫn đầy mức cột áp thực cụ thể tình trạng khơng xâm thực Mục đích thí nghiệm xác định hệ số dòng chảy cho cặp vòi thí nghiệm chọn cặp xác đặc trưng cho sai lệch áp suất với độ dao động nhỏ Thí nghiệm tiến hành với tình trạng vận hành thuận lợi mơ hình Sai lêch áp đo ngang qua cặp vòi đo Đồng thời, điểm vận hành, tham số chứa mức dòng chảy đo Hệ số dòng chảy tính tốn Thí nghiệm tiến hành với tất độ mở cánh hướng với cặp vòi qui định Sau cặp thí nghiệm cơng tắc van Số liệu thí nghiệm tính tốn để xác định giá trị hệ số dòng chảy trung bình cho cặp vòi tương ứng sai số ngẫu nhiên xem số ổn định Sai số ngẫu nhiên đánh giá phương pháp thống kê sử dụng luật phân phối “t” cho mẫu bé mức 95% độ tin cậy ... Kết cấu tuabin Kaplan Tuabin Capxun (Tuabin Bulb- tuabin “bầu”, hay gọi tuabin chảy thẳng) : Tuabin Capxun thuộc loại phản kích kiểu Kaplan, sử dụng với cột áp thấp Nó có đầy đủ phận tuabin có... thời chịu tác động tia nước, mặt khác BXCT đặt cao mực nước hạ lưu Tuabin xung kích có ba : tuabin gáo, tuabin tia hệ nghiêng tuabin xung kích hai lần + Tuabin gáo (Còn gọi tuabin Pelton) : Do kỹ... 1-23 : Tuabin gáo trục đứng nhiều vòi phun, mặt cắt ngang + Tuabin tia nghiêng Tuabin tia nghiêng loại tuabin xung kích có thơng số tuabin gáo Ngun lý làm việc tuabin tia nghiêng giống tuabin gáo