Tua bin thủy lực bài giảng điện tử (đại học thủy lợi)

 BÀI GIẢNG MÔN: TUA BIN THỦY LỰC TÁC GIẢ: BỘ MÔN THỦY ĐIỆN KHOA NĂNG LƯỢNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI (Tài liệu quyền tác giả và phải hướng dẫn nội dung trực tiếp tác giả Tác giả không chịu trách nhiệm về việc lưu và lưu hành tài liệu mà không đồng ý tác giả) Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức Giới thiệu chung môn học Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức Nội dung mơn học Tên học phần : Cấu tạo nguyên lý công tác loại Tuabin  Chương Khái niệm tua bin (6tiết)  Chương Quá trình làm việc tua bin (8tiết)  Chương Thuyết tương tự đại lượng quy dẫn (5tiết)  Chương Thí nghiệm mơ hình đường đặc tính tua bin (10tiết)  Chương Buồng tua bin (8tiết)  Chương ống nước khí thực (8tiết)  Kiêm tra kết thúc HP (1tiết) Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức Nội dung môn học Tên học phần : Điều chỉnh Tuabin chọn thông số Tuabin  Chương Điều chỉnh tua bin(12 tiết)  Chương Chọn tua bin (10tiết)  Hướng dẫn ĐAMH (7tiết)  Kiêm tra kết thúc HP (1tiết) Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức Chương Khái niệm tua bin Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 1.1 Lịch sử phát triển tua bin nước •Ở Ai Cập, Ấn Độ Trung Quốc vào khoảng 1000 năm trước công nguyên sử dụng bánh xe nước •Năm 1826 giáo sư người Pháp tên Budena tìm loại động nước mới, gọi tua bin, tiếng La tinh, Tuabinens có nghĩa động dạng xoắn ốc Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 1.1 Lịch sử phát triển tua bin nước     tua bin nước chế tạo Nga (1837) U.E.Xaphônô sáng chế, loại tua bin phản kích li tâm với cánh hướng nước cố định Từ đầu kỷ 19 tua bin đại có cấu tạo hoàn chỉnh thay cho bánh xe nước động nước tua bin tâm trục kỹ sư Frăngxit (người Pháp) chế tạo năm 1830 Cùng với việc nghiên cứu phát minh loại tua bin phản kích, năm 1880 Pentơn sáng chế tua bin xung kích Đến năm 1900 phận hướng nước tua bin cải tiến thành vòi phun van kim giống tua bin gáo ngày Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 1.1 Lịch sử phát triển tua bin nước •Ở Ai Cập, Ấn Độ Trung Quốc vào khoảng 1000 năm trước công nguyên sử dụng bánh xe nước •Năm 1826 giáo sư người Pháp tên Budena tìm loại động nước mới, gọi tua bin, tiếng La tinh, Tuabinens có nghĩa động dạng xoắn ốc Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 1.1 Lịch sử phát triển tua bin nước    tua bin cánh quạt xuất năm 1918, đến năm 1919 tua bin cánh quay đời (do kỹ sư Keplân (người Mỹ) tìm ra) Đồng thời năm 1918 tua bin xung kích lần Bunki (người Hung ga ri) phát minh Còn tua bin cánh chéo đến năm 1950 xuất (do giáo sư Liên Xơ V.C.Kvalopki) sáng chế, loại trung gian tua bin tâm trục cánh quay Từ kỷ 19 đến ngành sản xuất tua bin phát triển nhanh Ngày việc chế tạo tua bin phát triển theo hướng nâng cao thông số kỹ thuật như: tăng tỷ tốc công suất tổ máy, giảm hệ số khí thực Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 1.2 Phân loại tua bin   Các TTĐ có cột nước khác từ 12m hàng nghìn m, lưu lượng nước biến đổi lớn từ vài chục l/s đến hàng trăm m3/s điều kiện dịng chảy địa hình cho phép Yêu cầu tua bin có đủ khả đảm bảo sử dụng lượng dòng chảy với hiệu suất cao mà không bị hạn chế cột nước lưu lượng Do cần có đủ loại tua bin khác cấu tạo, kích thước q trình làm việc chúng Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.3 Phương trình tua bin xung kích 2.3.1 Tam giác tốc độ Nước từ vòi phun chảy vào BXCT theo tia tròn Sau qua khỏi miệng vịi phun, tồn lượng dòng nước (cột nước H) trừ tổn thất vòi phun biến thành động với vận tốc v0 =  2gH Khi đến gáo, tia nước bị tách hai phần nhờ dao phân chia gáo Tiếp hai phần tia chảy vào hai nửa gáo dạng cong elip Dòng nước rời khỏi gáo với vận tốc tuyệt đối v2 nhỏ, cịn vận tốc tương đối w2 gần ngược chiều với w1 (2 = 1800) Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.3 Phương trình tua bin xung kích Nếu bỏ qua tổn thất ma sát nước với gáo w1 = w2 Dịng tia trao gần tồn động cho bánh xe cơng tác Dao phân chia gáo sắc nên góc 1 nhỏ, 1 = hình tam giác vận tốc mép vào kéo dài thành đường thẳng w1 = v1 – u1 = v0 – u đó: u - vận tốc chuyển động gáo theo chiều trục x Tam giác vận tốc mép vào mép gáo, v0 = v1; w0 = w1 Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.3 Phương trình tua bin xung kích 2.3.2 PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA tuabin GÁO Phương trình Ơle áp dụng tính tốn tuabin phản kích đồng thời áp dụng tuabin xung kích gáo Căn vào tam giác tốc độ cửa vào cửa tuabin gáo cho cự ly từ vị trí dòng chảy cửa vào cưả gáo đến trục thì: u1 = u2 = u Thực tế 1 nhỏ, coi 1 = v0 = v1 = u + w1 Giả thiết dịng chảy qua gáo khơng bị tổn thất lượng w2 = w1 = v1 – u Đồng thời v2cos2 = u2 + w2cos2 = u + (v1 – u)cos2, Thay vào phương trình ơle tlgH = v1u1cos1 – v2u2cos2 ta có tlgH = uv – u[u + (vo – u)cos2] tlgH = u(vo – u)(1 - cos2) Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.4 Tổn thất lượng hiệu suất tua bin Tổn thất tuabin gồm có tổn thất thủy lực, tổn thất dung tích tổn thất khí 2.4.1 TỔN THẤT DUNG TÍCH (Q) Dịng chảy qua tuabin có phần lưu lượng rị rỉ qua khe hở phần động phần tĩnh (stato) Phần lưu lượng không tham gia vào việc biến đổi lượng Lưu lượng qua khe hở xác định theo công thức Q  F 2gH F - diện tích khe hở tính theo D1, F = - hệ số lưu lượng mD12 Q  mD 12 2gH  K Q D12 H Q  Q Q q   1 Q Q Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.4 Tổn thất lượng hiệu suất tua bin 2.4.2 TỔN THẤT THỦY LỰC (H) Tổn thất bao gồm tổn thất tượng va đập thủy lực mép vào BXCT; tổn thất ma sát thủy lực phần nước qua tuabin (tổn thất dọc đường); tổn thất thay đổi trị số hướng vận tốc dòng chảy (tổn thất cục bộ) phần đáng kể tổn thất động cửa ống thoát nước tuabin Tổn thất thủy lực thể giảm cột nước làm việc H tuabin Nếu H cột nước làm việc tuabin cột nước thực tế tuabin H - H, thì:  tl  H  H H  1 H H N tl  9,81(1   tl )q QH Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.4 Tổn thất lượng hiệu suất tua bin 2.4.2 TỔN THẤT CƠ KHÍ Tổn thất khí tổn thất lượng ma sát khí ổ trượt, ổ đỡ, đệm chống thấm phận chuyển động phận không chuyển động tuabin Đồng thời ma sát phận quay với nước phần dẫn dịng (gọi ma sát đĩa) Ta có: Cơng suất hữu ích tuabinN, Trong cg- hiệu suất giới N  9,81 q  tl  cg QH Hiệu suất toàn phần  tuabin N N     q  tl  cg N n 9,81QH Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.5 Điều kiên hiệu suất cao tua bin 2.5.1 Tua bin phản kích • Chảy vào khơng va • Chảy thẳng góc Chảy vào khơng va Sự xuất vùng xốy cửa vào BXCT Bản quyền Bộ Mơn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.5 Điều kiên hiệu suất cao tua bin 2.5.1 Tua bin phản kích •Chảy vào khơng va •Chảy thẳng góc Chảy vào khơng va Ta kí hiệu: 0- Điểm nằm trước cửa vào BXCT 1- Điểm cửa vào BXCT 2- Điểm cửa BXCT (hình 2.1) Dịng nước chảy vào bánh xe công tác gọi không bị va vận tốc tuyệt đối v1 vận tốc tuyệt đối v0 cửa cánh hướng nước, phương vận tốc tương đối trùng với tiếp tuyến phần tử cánh mép vào nó, có nghĩa là: V1=v0 ; w1=w0 ;   Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.5 Điều kiên hiệu suất cao tua bin 2.5.1 Tua bin phản kích Chảy thẳng góc v1u1 cos   v u cos   tl H  g Từ phương trình thấy: Khi Q, H = const, cos2 = 0, 2 = 900, v2 chảy theo hướng pháp tuyến (v2 vng góc u2) dịng chảy thẳng xuống khơng sinh dịng chảy xốy ống hút làm tăng hiệu suất turbin Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.5 Điều kiên hiệu suất cao tua bin 2.5.1 Tua bin phản kích Chảy thẳng góc Đối với turbin cánh quay lưu lượng nước chảy qua turbin thay đổi cánh bánh xe công tác quay với độ mở a0 BPHN nên cánh nằm vị trí khác (có vị trí 1, ,3 hình b) Kết vận tốc v2 ba trường hợp nói vng góc với u2 (v21, v22, v23 vng góc u2) Như ba trường hợp cửa vào cửa BXCT turbin cánh quay bảo đảm dòng chảy lợi Điều chứng tỏ tính ưu việt turbin cánh quay so với hai loại turbin đầu Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.5 Điều kiên hiệu suất cao tua bin 2.5.2 Tua bin xung kích Từ phương trình tlgH = u(vo – u)(1 - cos2) tl đạt giá trị max d tl 1  cos  v0  2u    du gH Vậy muốn tl = tlmax cần phảI thoả mãn hai điều kiện sau 1) 1-cos2 = hay 2 = 1800 độ cong cánh gáo 1800; w2 ngược chiều u2 Dòng nước cửa va vào lưng cánh gáo phía sau khơng thể tháo nước thuận dịng nên thực tế 2 vào khoảng 1760  1770 2) v0 – 2u = 0, u = ½ vo Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.5 Điều kiên hiệu suất cao tua bin 2.5.2 Tua bin xung kích Mặt khác v0   gH Thay tất vào phương trình bản, ta có hiệu suất lớn tlmax = tlmax = v0  v0 v02  1  cos   v0    1  cos   gH  gH  1 1  cos   gH  1  cos   gH Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức Tóm tắt Chương + 2: Phân loại Phương trình tua bin Tua bin thủy lực Phản kích Tam giác vận tốc Xung kích Tam giác vận tốc Phương trình Phương trình Điều kiện có hiệu suất cao Điều kiện có hiệu suất cao Bản quyền Bộ Mơn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.6 Tổn thất lưu lượng điều chỉnh tua bin Trong turbin tâm trục cánh quạt, lưu lượng điều chỉnh cánh hướng nước, turbin cánh quay điều chỉnh quay đồng thời cánh hướng nước cánh bánh xe công tác Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 2.6 Tổn thất lưu lượng điều chỉnh tua bin Q  tl gH  u r2  r0 cos   K1 r2 cot g 180   a Z b0   Từ phương trình ta thấy, số vịng quay BXCT chiều cao b0 BPHN không đổi, lưu lượng qua turbin Q thay đổi biện pháp sau: Chỉ quay cánh hướng nước, tức thay đổi a0 0 cịn góc 2 không đổi (điều chỉnh turbin tâm trục cánh quạt) Chỉ quay cánh BXCT tức thay đổi góc 2 cịn a0 0 khơng đổi (điều chỉnh turbin cánh quay với cánh hướng không quay quanh trục chúng) Cùng quay cánh hướng lẫn cánh BXCT, tức thay đổi 0, a0 2 (điều chỉnh turbin cánh quay) Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức ... tua bin Trong tua bin nước phận ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tua bin phần dẫn dòng Phần dẫn dòng gồm phận là: Buồng dẫn tua bin Bánh xe công tác Ống hút tua bin Các phận phụ tua bin gồm trục tua. .. tua bin xung kích hai lần Bn quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 1.2 Phân loại tua bin tua bin xung kích a) Tua bin. .. Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả không chịu trách nhiệm việc phổ biến tài liệu hình thức 1.4 Khái quát cấu tạo tua bin 1.4.1.1 Tua bin Tâm trục Stato tua bin • Sau qua buồng tua bin,