Đang tải... (xem toàn văn)
Tuỳ theo kiểu tác động của dòng nước và BXCT mà chia tuabin thành hai loại chính: tuabin phản kích và tuabin xung kích.. Loại tuabin lại được chia làm nhiều hệ khác nhau.[r]
(1)3 00 00 38 68
G ĐẠI HỌC XÂY DỰNG H DŨNG - HOÀNG VĂN TẦN I - NGUYỄN THƯỢNG BANG
(2)TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI HỒNG ĐÌNH DŨNG - HOÀNG VĂN TẦN VŨ HỮU HẢI - NGUYỄN THƯỢNG BANG
Náy thnỷlực
(3)LỜI NĨI ĐẦU
Máy thuỷ lực mơn học quan trọng sinh viên ngành thuỷ lợi Ví) năng
lượng, nhằm trưng hi kiến thức cần thiết vê thiết hi d ế sử dụng thiết k ế vù vụn hành nhủ máy thirị diện,trạm bơm Ví) trong thi cơng cơng trình tlìiíỷ (hạ
mực nước ngầm, hút nước h ố móng ).
Về nội dưng giáo trình hao gồm hai phần: tuưhin nước máy bơm, trình bày nguyên lý lủm việc, kết d íu thiết bị, đặc tính thiết bị, cách lựa chọn sử dụng, lắj) đặt, vận hành thiết bị Đê thuận tiện cho sinh viên, giáo trình có ví dụ tính tốn, có câu hỏi Ví) tập cuối chương.
Giáo trình dược biên soạn co' sở tài liệu giảng dạy nhiêu nủm trường Đại học Xây dựng Hà nôi Những người tham gia biên soạn giáo trình gồm : TS H oàng Văn Tần (chương phần tuabin), TS Vũ Hữu Hải (chương phần máy bom phụ lục máy bơm), Thạc s ĩ Nguyễn Thượng Bằng (chương phần máy bơm), PGS, TS Hmg ĐỉnÌ! Dũng (chủ biên, viết chương cịn lụi Ví ) phụ lục tuabin) GS, TSKH
Trịnh Trọng Hàn d ã đọc kỹ tồn thào dóng góp nhiều V kiến quan trọng.
Nhóm tác giả chân thành cảm ơn giúp dỡ Ví ) góp ý TS Huỳnh Bí) K ỹ
Thuật (Trưởng hộ mơn XDCTTL), GS, TSKH Trịnh Trọng Hùn, K ỹ sư cao cấp Trcí/I Xn T (Cơng ty Tư vấn Xúy dựng Điện ì ) dồng nghiệp.
Tin liệu nhằm phục vụ cho việc học tập cùa sinh viên, song có th ể dùng làm tài liệu tham khảo cho cán kỹ thuật ngành thuỷ lợi, thuỷ diện. Đây lừ lần xuất đàu tiên giáo trình ‘M y thuỷ 'íực"nên khơng thê tránh khỏi sai sót, mong nhận góp ỷ chân thành bạn dọc đê’lần tái bàn được tốt hơn.
(4)Phần I
T U A B I N N Ư Ớ C
Chương 1
KHÁI NIỆM CHƯNG
1.1 MÁY THỦY LỤC
Máy thuỷ lực danh từ chung chí thiết bị dùng đê chuyển hoá lượng chất lỏng thành cấu làm việc cúa máy (bánh xe cơng tác, pittơng ) hay ngược lại
Tuabiìì nước loại máy thuỷ lực, biến lượng chất lỏng (ở nước) thành trục quay tuabin để quay máy phát điện hay máy công cụ khác
Máy bơm loại máy thuỷ lực, chuyển hố trục quay thành chất lỏng (ở dạng năng, động ) dể di chuyển chất lỏng từ chỗ thấp lên chỗ cao hay từ nơi đến nơi khác
Nguyên tắc làm việc tuabin nước máy bơm hoàn toàn trái ngược (hình 1-1) Tuabin nước lắp đặt nhà máy thủy điện 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 Máy bơm lắp đặt trạm bơm Ở trạm bơm điện, động điện lấy điện từ lưới điện để quay máy bơm đưa nước từ bể hút qua máy bơm lên ống đẩy
H ệ th ố n g điện
Hình 1-1: Sơ đồ lìiỊỉivèn lý ( lia tiiabin nước máy bơm
(5)Thiết hị truyền động thuỷ lực thiết bị lấy chất lỏng làm môi giới để truyền từ phận sang phận khác, xilanh thuỷ lực m áy nâng thuỷ lực, khớp nối trục thuỷ lực
Chán vịt tàu thuỷ, ca nơ biến mơ men quay trục chân vịt thành lực tác dụng lên nước, tạo phản lực nước tác dụng ngược lại lên chân vịt làm cho tàu thuỷ, ca nô chuyển động
Trong phạm vi giáo trình sâu vào hai loại m áy thuỷ lực sử dụng nhà máy thuỷ điện trạm bơm, tuabin nước máy bơm
1.2 CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA TU AB IN NƯỚC
Các thơng số tuabin nước lưu lượng nước qua tuabin, cột nước làm việc, công suất hiệu suất tuabin
ỉ C ột nước làm việc tuahin.
Hình 1-2 sơ đồ lắp đặt tuabin nhà máy thuỷ điện (NMTĐ)
Đ ộ chênh mực nước thượng lưu hạ lưu gọi cột nước tình trạm thuỷ điện (TTĐ), ký hiệu H r
C ột nước làm việc tuahin H hiệu lượng đơn vị dòng nước qua tuabin mặt cắt vào (E,) mặt cắt (Et) tuabin:
H = E ,-Et = ( Z i + ^ + ^ ỉ ) - ( Z + ^ + ^ ỉ )
Y 2g y 2g
= (Z + B r + ^ i ) - ( z l + i i +
Y 2g H , ^ + ^ i - A h 2)Y 2g H , - h 11+^ - a ^ + Ah2
2g (1-1)
Với : hIt - tổn thất cột nước đường dẫn;
Àh2 - chênh lệch áp suất m ặt cắt tuabin với hạ lưu;
Ht - cột nước tĩnh TTĐ, độ chênh mực nước thượng hạ lưu Do V, Ä v nên
H « Ht - h„ (1-2)
V í dụ: Ht =18m, v0= 0,2 m/s, V, = 1,6 m/s,v2= 2,8 m/s, htl = 0,6 m, Ah2 = 0,16 m, a , * a ~ 1> tính gần theo (1-2) ta H « 18m - 0,6m = 17,4m, cịn tính tốn xác theo (1-1) ta H = 18 - 0,6 + 0,22/19,6 - 2,82/19,6 + 0,16 = 17,16m N hư sai số (17,4-17,16)/17,16 « 1,5%
2 Lưu lượng tuahin lưu lượng dòng chảy qua tuabin , kỷhiệu ọ , đơn vị mVs 3 Nếu gọi N ilr lù cơng suất dịng nước, tính ỵ ỌH, cịn N r cơng suất trên
N
trục tuabin, tý sơ —— goi hiên suất tuahin, ký hiên riT N dc
(6)Nt=9,81QH77t (1-3)
Tuabin nước thường nối với máy phát điện Máy phát điện nối với tuabin nước gọi máy phút điện tỉmỷ lực, khối máy bao gồm tuabin nước ghép với máy phát điện gọi tổ mây thuỷ lực, thường gọi tắt tổ máy. Hình 1-3 kết cấu tổ máy thuỷ điện lớn đặt đứng
Hình 1-2: Sơ dồ tnahin lấp dặt ỏ NMTĐ.
Hình 1-3: Kết cấu tơ rná\ dặt dứng với tuabin cánh CỊÌIUV.
(7)1.3 CÁC LOẠI TUABÍN NƯỚC HIỆN ĐẠI 1.3.1 Các dạng tác động dòng nước
Theo định luật Becnuly lượng m ột đơn vị chất lỏng m ột tiết diện xác định theo phương trình:
É = z + — + — ( - )
Y 2g
Từ phương trình ta thấy lượng đơn vị chất lỏng gồm có ba thành phần khác nhau: vi z , áp — đông — , vi áp hai dang
Y 2g
của Do đó, lượng dịng nước gồm có hai dạng: động Tuỳ thuộc vào dạng lượng dòng chảy tác động vào bánh xe công tác (BXCT) tuabin chủ yếu m chia tác động dịng nước thành hai dạng:
- Tác động phản kích (do thành phần tác động chủ yếu); - Tác động xung kích (do thành phần động tác động chủ yếu);
Năng lượng E|„, dòng chảy trao cho tuabin xác định hiệu lượng đơn vị dòng chảy trước vào BXCT (điểm hình 1-2) sau khỏi BXCT (điểm hình 1-2) :
E,_, = ( Z , + ^ - + Ì ) - ( Z + ^ + ^ Ì )
Y 2g Y 2g
E , = {(Zi + P Ị ) - ( Z + ^ ) } + (1 -5 )
Y Y 2g
= Phần nàng lượng phản kích + Phần lượng xung kích Hiệu số (Z , + — ) - ( Z + — ) lớn thỉ phần lượng phản tích (phần năng)
Y Y
tác động lên BXCT nhiều Trường hợp BXCT chuyên hoá phần động năng, tức z , + - L = z + — , loại tuabin loại xung kích hồn tồn; cịn chí sử dung
Y Y
~>
phần năng, tức ~ tuabin loai phản kích hồn tồn 2g 2g
1.3.2 Phân ỉoại tuabin phạm vi sử dụng
(8)Tuỳ theo kiểu tác động dòng nước BXCT mà chia tuabin thành hai loại chính: 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
a ) Loại tuabiii phản kích có hệ:
- Tuabin chong chóng (cịn gọi tuahin Propeller) dùng TTĐ cột nước thấp H = 2-r 70m - Tuabin cánh quay (còn gọi tuabin Kaplan) thường gặp TTO vừa lớn với cột nước thấp trung bình Mẫu tuabin kỹ sư Vikto Kaplan người Tiệp Khắc để xuất (1913) Cột nước làm việc tuabin H = -4-90m Đường kính BXCT lớn 10,5m TTĐ Djerda-Cửa sắt sông Đanuyp lắp tuabin cánh quay có đường kính BXCT tuabin Di = 9,5m, công suất tổ máy NT= 178Mw, H = 17,5-f35,5m Liên bang Nga chế tạo Tuabin cánh quay lắp đặt TTĐ Gezhouba sông Trường giang (do hãng Harbin Trung quốc chế tạo) có D, = 10,2m, cơng suất tổ máy Nx= 127,9Mw, H = 10,6-^27m
Hai hệ tuabin nói có dịng chảy qua BXCT song song với trục quay nên gọi tuabin hướng trục.
- Tuabin tâm trục (còn gọi tuabin Francis) thường gặp TTĐ có cột nước trung bình tương đối cao Đề xuất mẫu tuabin kỹ sư Francis người Mỹ (1855) Tuabin tâm trục sử dụng cột nước H = 40^-700m với tua bin lớn hay H = 2-f-200m với tua bin nhỏ Đường kính BXCT lớn TTĐ Grend Culi (Mỹ) có D, = 9,5m, cơng suất tố máy Nt = 700Mw, h = 87m
- Tuabin chéo trục loại tuabin xuất thời gian gần đây, đặc điểm cánh BXCT đặt nghiêng với trục quay góc 45°H-60° Phạm vi cột nước H = 40^-200m Đường kính BXCT lớn TTĐ Zeya (Nga) lắp tuabin chéo trục Dị = 6m, công suất tổ máv Nt = 215 Mw, H tt= 78.5m
b) Loại tuabin xung kích có hệ:
- Tuabin gáo (còn gọi tuabin Pel ton) kỹ sư người Mỹ Pelt on để xuất (1870) Tuabin gáo thường dừng TTĐ cột nước cao, với H = 300 -f 2000m thuỷ điện lớn 40 -f- 250m thuỷ điện nhỏ Cột nước cao TTĐ-S Fiorano công suất tổ máy NT= 140 MW, H„ - 1404m
- Tuabin xung kích hai lần (cịn gọi tuabin Banki) kỹ sư người Hungari đề xuất Tuabin Banki thường gặp thuỷ điện nhỏ Cột nước sử dụng H = -r 150m
- Tuabin tia nghiêng (còn gọi tuabin Turgo), gặp thuỷ điện nhỏ với H = 30^-400m Ngồi ra, cịn có số hệ tuabin phản kích khác tuabin dịng chảy thẳng vả nửa thẳng (tuabin Cap.xun), thường gặp nhà máy điện thủy triều, hay tuabin- bơm (máy thuỷ lực thuận nghịch) nhà máy thuỷ điện tích
1.4 KẾT CẤU MỘT SỐ HỆ LOẠI TUA BIN NƯỚC THƯỜNG GẶP 1.4.1 Tuabin chong chóng (hình 1-4)
(9)đứng đặt nằm) Trên hình 1-4 kết cấu tuabin chong chóng đặt đứng Tuabin chong chóng gồm phận:
• Bánh xe cơng túc tuabin (BXCT) gồm có bầu cánh BXCT gắn cố định bầu Số lượng cánh BXCT từ đến 9, thông thường từ đến cánh M ặt cánh cong khơng gian, prơphin cánh (cịn gọi biên dạng cánh) có hình dáng thay đổi từ ngồi (hình 1-4) Cánh BXCT chế tạo với bầu thành m ột khối chế tạo riêng gắn chặt vào bầu bulông BXCT phận chuyển hoá lượng nước Khi nước chảy m ặt cong cánh, nước phải đổi hướng nên tạo m ột áp lực tác dụng lên bề m ặt cánh BXCT, gây nên m ômen quay làm quay BXCT tuabin
• Buồm* BXCT chỗ lắp đặt BXCT Buồng BXCT có dạng hình trụ Khe hở buồng cánh BXCT nằm phạm vi (0,0005-n,001)D ,, D, đường kính BXCT
Hình 1-4: Tưahin chong chóng trục đứng cơng suất ¡ớn.
1 Buồng xoắn; Stato; Cánh hướng dòng; Vành BPHD; Nắp tuabin; Vành điểu chinh; Động secvơ; Trục tuabin; Ơ hướng; 10 Bẩu BXCT; 11 Cánh BXCT; 12 Buồng BXCT; 13 Ông hút
• Buồng tuabin phận dẫn nước vào BXCT Có nhiều loại buồng tuabin Ở TTĐ lớn, buồng tuabin thường có dạng xoắn ốc, gọi buồng xoắn. Kích thước, kết cấu buồng tuabin có ảnh hưởng định đến kích thước nhà máy thuỷ điện, giới thiệu kỹ chương
• Ơng hút phận dẫn nước từ BXCT xuống hạ lưu Nhờ có ống hút mà phần cột nước từ BXCT tới hạ lưu (khi BXCT nằm mực nước hạ lưu) sử dụng phần lớn động lại sau khỏi BXCT phục hồi làm cho hiệu suất tuabin tăng cao Kết cấu ống hút đa dạng có liên quan nhiều đến kích thước, kết cấu nhà máy thuỷ điện, trình bày kỹ chương
(10)ở TTĐ vừa lớn lắp đặt tuabin trục đứng thường gặp stato kiêu trụ (hình 1-5) Stato kiểu trụ có hai vành (trên dưới) kim loại, hai vành cột stato (hình 1-5 b,c), có stato chế tạo thành cột riêng biệt hai đầu cột có hai bệ chơn bê tơng (hình 1-5 a) Nếu tải trọng tác dụng lên stato lực nén chế tạo gang, lực nén kéo (thường gặp TTĐ cột nước trung bình cao) làm thép Các cột stato kiểu trụ nằm mặt trụ đồng thời với trục tuabin Để giảm bớt tổn thất thuỷ lực đến mức thấp phải chọn hình dáng tiết diện ngang bố trí cột cho thuận dòng Số cột stato thường lấy nửa số cánh hướng dòng phân bố đểu theo vòng tròn Răng buồng xoắn làm nhiệm vụ trụ stato Ngồi stato kiểu trụ, cịn gặp stato kiểu hướng tâm dùng tuabin dòng chảy thẳng nửa thẳng (hình -6) hay stato kiểu chóp dùng tuabin chéo trục (hình 1-7)
Hình 1-5: Stato tưahin kiểu trụ
a) Cột riênq biệt chơn trVị bê tơníị; b) Cột stato hàn vảo vành; c) Cột riêniỊ biệt
lắp vào vành.
Hình 1-6: Tổ máy ì ắp đặt
(11)Hình 1-7: Tuahin chéo trục với BPHD kiểu chóp.
• Bộ phận hướng dịng (BPHD) (hình 1-8) BPHD nằm phía stato, làm nhiệm vụ: + Thay đổi trị số hướng vận tốc dịng 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 tua bin Để làm nhiệm vụ trên, cánh hướng dịng bố trí chung quanh gắn vào hai vành Các cánh hướng dòng quay quanh trục cánh có ổ trục vành vành đầu trục gắn vào vành điều chỉnh qua hệ thống kéo, quay (hình 1-8)
Vành điều chỉnh điều khiển từ động secvô máy điều tốc Khi cánh hướng dịng quay khơng khoảng cách cánh hướng dòng (gọi độ mở cánh hướng a0) thay đổi nên lưu lượng vào tuabin thay đổi mà hướng vận tốc vào BXCT thay đổi
Sỏ' lượng cánh hướng dòng thường nằm khoảng từ 16 cánh đến 32 cánh Tuabin nhỏ (D ,<225cm ) có 16 cánh Ở tuabin lớn, với D|<650cm có 24 cánh, cịn với D ,>700cm có 32 cánh Tuabin cực nhỏ, BPHD thường có cánh cố định chuyển hướng vận tốc dòng chảy vào BXCT thường có số cánh (10-f 14 cánh) Để giảm bớt tổn thất thuỷ lực BPHD, hình dáng cánh hướng dòng phải thuân dòng bề mặt tiếp xúc với nước phải nhẵn phải phối họp với buồng tuabin, trụ stato cho góc tới dòng chảy chế độ làm việc tuabin bé
Hiện tuabin phản kích đặt đứng thường dùng BPHD kiểu trụ (hình 1-8) Ngồi ra, cịn có BPHD kiểu hướng tâm tuabin dịng chảy thẳng nửa thẳng (hình -6) hay BPHD kiểu chóp (hình 1-7) tuabin chéo trục
(12)Hình 1-8: Bộ phận hướng dịng hình trụ với câu diều chỉnh.
1 Cánh hướng dòng; Vành dưới; Vành trên; trục cánh hướng 5. Trục quay cánh; Ô hướng tuabin; Thanh quay; Thanh kéo; Vành điều
1.4.2 Tuabỉn cánh quay
Mặc dù phận nói chung giống tuabin chong chóng, song kết cấu tua bin cánh quay phức tạp (xem hình 1-3 1-9) Sự khác chủ yếu chỗ cánh BXCT bầu BXCT chế tạo riêng biệt Ớ cánh BXCT có trục quay cánh ổ đỡ nên cánh quay Bên bầu BXCT lắp đặt pittông động secvơ có tai nối với cánh BXCT qua kéo quay làm quay đồng thời cánh BXCT Nhờ vậy, cột nước làm việc lưu lượng tuabin thay đổi ta thay đổi góc đặt cánh tuabin để q trình chuyển hố lượng đạt kết cao Buồng BXCT phía có dạng hình trụ, cịn phần có dạng bán cầu để đảm bảo khe hở cánh buồng BXCT nhỏ Chỗ tiếp nối buồng BXCT với ống hút bị thắt lại gọi cổ ống hút, có đường kính Dh= (0,973 -5-0,982)D,
(13)1.4.3 Tuabỉn tâm trục
Tuabin tâm trục m ột hệ tuabin phản kích sử dụng rộng rãi Chuyển động chất lỏng BXCT lúc đầu theo hướng xuyên tâm Khi qua rãnh cánh BXCT dòng nước chuyển hướng 90° khỏi BXCT theo hướng dọc trục Vì thế, gọi tuabin tâm trục, v ề kết cấu, phận tuabintâm trục : buồng tuabin, ống hút, BPHD, trục, ổ trục khơng có khác biệt tuabin chong chóng tuabin cánh quay, trừ bánh xe cơng tác Hình 1-10 kết cấu tổ máy lắp tuabin tâm trục
Bánh xe cơng tác tuabin tâm trục (hình 1-11) gồm có vành 1, vành Giữa hai vành cánh có dạng cong khơng gian ba chiều Số lượng cánh từ 12 đến 22 BXCT tuabin tâm trục thường đúc thành m ột khối Trong điều kiện vận chuyển hạn chế có thê chế tạo BXCT gồm hai ba mảnh Khi lắp ráp trường hàn nối rãnh phân chia Cũng có người ta chế tạo cánh BXCT riêng hàn đúc liền vào vành vành BXCT tuabin tàm trục cột nước trung bình (H<80m) có tỷ số
^ - > l ( h ì n h 1-1 la), với cột nước cao < (hình -1 lb)
D,_ D
a)
máy lắp tua bin tám trục b)
Hình 1-11: BXCT tuabin tâm trục.
(14)Tuabin gáo thuộc loại tua bin xung kích, có ngun lý làm việc khác với tuabin phản kích, nên cấu tạo khác
Các hệ loại tuabin xung kích: gáo, xung kích hai lần, tia nghiêng . có phận sau:
• Vịi phun
• Bộ phận điều chỉnh lưu lượng • BXCT
• Vỏ tuabin
Tuabin gáo dùng TTĐ cột nước cao Tuabin gáo đặt đứng nằm ngang Loại trục ngang thường có cơng sưất bé có từ đến hai vòi phun cho BXCT, số lượng BXCT trục thường hai Loại trục có số vịi phun nhiều hơn, thường từ hai đến sáu Các vịi phun bơ' trí chung quanh BXCT
- Vịi phun có nhiệm vụ biến tồn nặng lượng nước thành động trước đưa vào BXCT Để điều chỉnh lưu lượng nước đến BXCT, đầu vịi phun có van kim Khi đường ống dài, đóng nhanh van kim áp lực nước va lớn Để hạn chế trị số áp lực tuabin gáo cócơ cấu cắt dịng Khi có cố dừng máy, đóng van kim từ từ, nhờ có cấu cắt dịng khơng cho tia nước bắn vào gáo nên tuabin dừng lại nhanh chóng
- BXCT tuahin gáo (hình 1-13) gồm có đĩa I, đĩa gắn cánh có dạng gáo vào chung quanh đĩa, thường có từ 14 dến 60 gáo tuỳ theo cột nước
Tia nước bắn vào gáo tạo xung lực làm BXCT quay Khi vào gáo, tia nước bị “dao” gáo rẽ làm đôi, nước lướt mặt gáo bắn rơi thẳng xuống buồng thoát Cột nước lợi dụng tuabin gáo tính từ mực nước thượng lưu đến điểm tia nước bắn vào gáo
- Vỏ tuahin có nhiệm vụ khơng cho nước từ BXCT bắn ngồi gian máy
- Buồng thốt có nhiệm vụ tập trung nước sau khỏi BXCT để đưa kênh xả - BXCT phải đặt cao mực nước buồng
1.4.4 Tuabin gáo (hình 1-12)
Hình 1-12: Tuahiìì gáo trục ngang.
1 Vịi phun; BXCT; Trục; ông dẫn nước; 5. Van kim; Đẩu van kim;
(15)(16)1.4.5 Tuabỉn xung kích hai lần (hình 1-14)
Tuabin xung kích hai lần có kết cấu đơn giản nên thường dùng TTĐ nhỏ cột nước cao Tua bin gồm vịi phun có tiết diện chữ nhật Vịi phun điều chỉnh lưu lượng van phẳng gắn vào trục điều chỉnh Khi quay vô
lăng làm trục điều chỉnh xê dịch làm thay đổi tiết diện vòi phun BXCT gồm hai đĩa cánh cong gắn vào hai đĩa, số cánh thường từ 12 đến 48 Trục tuabin xuyên qua BXCT qua tâm hai đĩa Do BXCT rỗng nên nước sau bắn vào cánh BXCT lần thứ rơi vào khoảng trống BXCT lại tác động lên cánh BXCT nằm phía lần trước khỏi BXCT rơi xuống buồng Vì có tên tuabin xung kích hai lần. Ở lần tác động thứ dòng nước truyền khoảng 83% lượng Còn lần tác động thứ
hai trao tiếp 17% lượng cịn lại Hình 1-14: Tuahm xung kích hai ìần
Câu hỏi ơn tập tập
1 Các máy thuộc vế máy thuỷ lực? Tuabin nước máy bơm làm việc ngun lý nào?
2 Các thơng số tuabin?
3 Phân loại tuabin: loại , hệ, kiểu, cỡ tuabin? Phạm vi cột nước sử dụng?
4 Cấu tạo số hệ loại tuabin thường gặp: tuabin chong chóng, tuabin cánh quay, tuabin tâm trục, tuabin gáo?
5 Bài tập Biết MNTL=215m; MNHL= 150m; vận tốc trước cửa lấy nước 0,2m/s; vận tốc nước hạ lưu 0,2m/s; đường ống thép dẫn nước vào tuabin có D=7m, L=200m , tổng hệ số tổn thất cục đường dẫn 1,02; lưu lượng lớn qua đường ống 200m 3/s; tiết diện cửa ống hút tuabin 39, lm Xác định:
• Mực nước đo áp mặt cắt trước buồng tuabin cửa ống hút tuabin
(17)C hương 2
C SỎ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA TUABIN
2.1 QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA TUABIN
Như nói trên, dịng nước tác động vào cánh tuabin có hai cách khác nhan nguyên tắc: tác động xung kích tạc động phản kích Tác động xung kích tuabin xung kích tia nước bắn vào chắn (cánh BXCT), chắn ngăn tia nước lại, động tia nước truyền cho chắn, xung lực làm cho BXCT quay, tham dự thành phần áp Tác động phản kích dịng nước tuabin phản kích dòng nước chảy qua BXCT bắt buộc phải chảy rãnh hai cánh BXCT, làm thay đổi độ lớn lẫn hướng vận tốc nước Do nước phải đổi hướng chảy tạo nên phản lực tác dụng lên cánh BXCT' Phản lực tác động lên tất cánh BXCT tạo nên m ôm en quay tuabin
Trong tác dộng xung kích, trình chuyển động tia nước từ vào cánh tuabin khỏi tưabin xảy mơi trường khơng khí có áp suất khơng đổi pa Cịn tác động phản kích, q trình tác động dòng chảy lên cánh BXCT xảy mơi trường nước có áp suất thay đổi, tức áp lực nước điểm khác dòng nước khơng giống
2.1.1 Q trình làm việc tuabin gáo
Tuabin gáo thuộc loại tuabin xung kích BXCT tuabin gáo đặt khơng khí, sử dụng phần động chất lỏng dòng nước tác động lên phận BXCT ( tia nước bắn vào gáo gáo gắn BXCT) Khi tia nước bắn vào gáo với vân tốc vr , tia nước chảy vào mãt gáo với vân tốc V,, coi Vj= V Vận tốc tia nước bắn từ vịi phun xác định cơng thức:
với:<p- hệ số vận tốc nước vòi phun, ạ> = 0,95
H - cột nước tính từ mực nước thượng lưu đến vòi phun
Dươi tac đọng xung kích cua tia nươc, BXCT quay VƠI tôc đỏ quay n Vân tốc chuyển đôna
cùa điểm gáo cách tâm quay đoạn r (bán kính) xác định theo cơng thức:
Tại mép vào gáo, V, vận tốc tuyệt đối nước, li, vận tốc chuyển cĩộnv,
theo (vạn toc quaỵ cua diêm gáo mặt căt v o ), nên vân tốc nước chảy măt con° cua gao mạt cat vao (vận tơc tương CĨƠI nước gáo) Iàw, =V! —ũ ị v ề hướng vạii toc, thi vụn tôc tuyệt đôi, vận tốc tương đôi vù vân tốc chuyển đônq theo (gọi tắt vân tốc theo) có hướng góc vào khơng va tia nước ơ, bé Góc
(2 - 1)
(18)phụ thuộc vào “dao” nằm gáo cắt tia nước thành hai phần cháy hai bên mặt gáo có độ cong lớn (hình 2-1) Dịng nước chảy mặt cong gáo chảy với vận tốc tương đối w2 Nếu góc S2 ( góc tiếp tuyến mặt cong gáo điểm với phương quay) bé, ta có hướng w2 ngược với Wị Vận tốc tuyệt đối v2 ( vận tốc nước khỏi gáo) là:
v : = w + ũ , ( - )
hay v2 = u + w2 cos[32 = u - w2 cosỗ2 (2 - )
ở đây, Ịw I = jwJI tuỳ thuộc Q, cịn u^ = Uị -• u tuỳ thuộc n
Như vậy, độ cong gáo làl 80° vận tốc theo vận tốc theo lợi u = — |w, I = |w, ị = u = — , V, * 0, nên tác đơng xung kích tia nước đat hiêu cao
Á.
Trên thực tế tia nước có bề dày định, góc cong gáo lấy nhỏ 180° dịng chảy khỏi vịi phun có tổn thất thủy lực, nên vận tốc quay u lợi khơng hồn tồn — hiệu suất thủy lực tuabin bé
Hình 2-1: Quá trình lìim việc tuahin gáo. 2.1.2 Quá trình làm việc cua tuabin phản kích
ỉ Dịng chảy sau cánh hướng dòng trước vùo BXCT
Như nói trên, nhiệm vụ phận hướng dịng (BPHD) điều chỉnh lưu lượng nước vào BXCT, đồng thời hướng dòng chảy vào BXCT cho thuận
Lưu lượng nước qua BPHD xác định theo công thức :
(19)Trong đó:
D0- đường kính vịng trịn BPHD điểm có vận tốc v 0; b 0- chiều cao cánh hướng dòng;
v v 0r, v 0u - vận tốc tuyệt đối dòng chảy mép cánh hướng dòng thành phần hướng tâm thành phần theo phương quay trịn nó;
a - góc v0 tiếp tuyến vòng tròn điểm đó, thay đổi độ m ao thay đổi Lượng xốy mép cánh hướng dịng tính theo công thức :
Xo = tcD 0v0u (2 - 6)
Nếu khoảng cách mép cánh hướng dịng với mép vào BXCT bé (ví dụ tuabin tâm trục) v, v trùng hướng lẫn trị số Như có nghĩa ứng với lưu lượng qua tuabin cho trước, hướng véc tơ vận tốc m ép vào BXCT vị trí cánh hướng dịng định
Trường hợp khoảng khơng gian BPHD BXCT lớn (ví dụ tuabin hướng trục), bỏ qua lực m a sát khoảng khơng gian mơ men ngoaị lực tác dụng lên dòng nước so với trục quay khơng, ta có:
v ouiroi = v0u2 r02 = v0ur0 = v c o s a 0r0 = const (2 - 7) nghĩa vận tốc khoảng không gian BPHD BXCT biến đổi theo quy luật môtnen vận tốc không đổi hay lượng xốy khơng đổi
2 Chuyển động củư dịng chảy BXCT tuahin phản kích.
Khác với tuabin xung kích, BXCT tuabin phản kích nằm nước, nước chảy qua rãnh cánh BXCT Cánh BXCT bắt dòng nước phải thay đổi hướng độ lớn vận tốc nên dòng nước tác dụng ngược trở lại lên cánh BXCT lực, gây nên mômen quay làm BXCT quay Ở đây, nước chảy BXCT chuyển động phức hợp, bao gồm chuyển động theo chuyển động quay BXCT chuyển động tương đối chuyển động nước chảy cánh BXCT
Lấy tuabin hướng trục làm ví dụ để phân tích chuyển động dịng chảy BXCT ta thấy nước BXCT tuabin hướng trục chảy mặt trụ đồng tâm (xem hình 2-2a) với quỹ đạo hình xoắn ốc
(20)Nếu cắt qua BXCT mặt trụ đồng tâm với trục quay trải thành mặt phắng, ta có lưới prơplìin cánh (hình 2-2b) dùng để nghiên cứu chuyến động cua nước cánh BXCT tuabin
Vận tốc quay điểm BXCT xác định công thức: _ 2nm
u = - - (2 - 8)
60
Ở đày: r - khoảng cách từ điểm nghiên cứu đến tâm quay, tức bán kính m ặt trụ; n - tốc độ quay BXCT (vòng/ph)
Nếu gọi II! ,it2 vận tốc mép vào mép prôphin cánh BXCT (vận tốc chuyên động theo) ta có:
2ĩirn u = u, = —— 60
Thành phần hướng trục vận tốc nước mép vào cánh BXCT V, V ,
xác định theo công thức:
4Q
n(D * háu '
( - ) Vận tốc nước mép vào prôphin cánh BXCT xác định cách cộng véctơ vận tốc thành phần
V, = v im+ v lu ( - )
trong thành phần vận tốc v lu xác định theo quy luật mỏmen vận tốc không đối: v ur = const
Vận tốc nước mép prôphin cánh (vận tốc tuyệt đối) v xác định cách cộng véc tơ vạn tốc tương đối vận tốc chuyên động theo:
V, = ũ + w ( - 1 )
Ở đây, vận tốc nước chảy khỏi prôphin cánh BXCT xác định theo công thức:
w = v 2m /sin p2- (với «2 * 90°) ( - 12) Gọi 5, góc nghiêng prơphin cánh mép (so với tiếp tuyến vòng tròn), với lưới cánh dày coi p = ỗ2
Với tuabin tâm trục, chuyển động cúa dòng chảy BXCT cách vẽ hình bình hành vận tốc tương tự tuabin hướng trục Điều lưu ý đày nước cháy mặt trịn xoay, khơng phải mặt trụ.
3 C h ế độ lủm việc tnahin vận hành