Tua bin thủy lực bài giảng điện tử

Nội dung môn 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 thoát 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 3.1 Khái niệm  Thiết kế tua bin loại máy lượng nào, nói chung phải đạt yêu cầu kỹ thuật định có đủ độ bền học, kết cấu hợp lí, hiệu suất cao, bền dễ gia công Riêng tua bin, cần đảm bảo yêu cầu sau đây: Trong chế độ làm việc phải đảm bảo tiêu lượng khí thực cao, nói cách khác máy phải có hiệu suất cao cịn hệ số khí thực  bé Với cột nước làm việc cho, tua bin phảI phát đủ công suất u cầu cịn kích thước trọng lượng nhỏ tua bin phải có kết cấu hợp lí, gọn nhẹ để dễ bố trí thiết bị chúng nhà máy Máy làm việc tin cậy tuổi thọ dài 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 3.1 Khái niệm   Giải đường tính tốn thủy lực tính tốn độ bền chi tiết máy kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm, với tua bin thu nhỏ gọi mơ hình tua bin Để đảm bảo độ tin cậy kết nghiên cứu mơ hình tua bin thực ta cần có điều kiện, tiêu chuẩn quan hệ tương tự mô hình thực 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 3.2 Các điều kiện tương tự Hai mơ hình thủy lực coi hồn toàn tương tự học chúng thoả mãn ba điều kiện sau đây: 3.2.1 TƯƠNG TỰ VỀ HÌNH HỌC Điều kiện đòi hỏi tương tự hình dạng ngồI phần nước qua tua bin Hai tua bin thực (T) mẫu (M) coi tương tự hình học khi:  Tồn kích thước dàI, bề mặt phần nước qua điểm tương ứng chúng tuân theo tỉ lệ: D1T b  0T  ,  const D1M b0 M  Các bề mặt điểm tương ứng chúng phải bố trí với góc độ 1T  1M   2T   M T `   M Các tua bin có kích thước khác tương tự hình học làm thành kiểu 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 3.2 Các điều kiện tương tự 3.2.2 TƯƠNG TỰ VỀ ĐỘNG HỌC   Hai tua bin thực (T) mẫu (M) coi tương tự động học khi: điều kiện tương tự đòi hỏi tương tự trường vận tốc dòng chảy điểm tương ứng phần nước qua tua bin kiểu Điều có nghĩa hình tam giác vận tốc điểm tương ứng dòng chảy phải động dạng với Chế độ làm việc tua bin đặc trưng tương tự động học gọi chế độ “cùng góc” uT wT vT    2  const u M wM v M T   M T   M 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 3.2 Các điều kiện tương tự 3.2.3 TƯƠNG TỰ VỀ ĐỘNG LỰC HỌC  Điều kiện đòi hỏi tương tự lực tác dụng lên hai tua bin thực (T) mẫu (M) tương tự động lực học tỉ số lực tên (thuộc đơn vị thể tích chất lỏng) tác dụng lên thành phần tương ứng tua bin thực mẫu phải ,  Lí thuyết tương tự mơ hình thủy lực chứng minh với hai hệ thống thủy lực tương tự hình học, các đại lượng không thứ nguyên sau chúng thoả mãn tương tự học (tương tự động học động lực 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 3.2 Các điều kiện tương tự 3.2.3 TƯƠNG TỰ VỀ ĐỘNG LỰC HỌC  Số Râynôn đặc trưng cho lực nhớt dòng chảy;  Số Frút đặc trưng cho lực trọng trường;  Số Ơle đặc trưng cho áp lực  Số Strakhala đặc trưng cho lực quán tính vL Re   v2 Fr  gL Eu  ReM  ReT FrM  FrT EuM  EuT p v v Sh  nL S hM  S hT đó: L, n – kích thước dàI số vòng quay; ,  - mật độ độ nhớt động học chất lỏng; v, p – vận tốc áp lực dòng chất lỏng Các đại lượng không thứ nguyên kể gọi chuẩn số tương tự 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 3.2 Các điều kiện tương tự 3.2.3 TƯƠNG TỰ VỀ ĐỘNG LỰC HỌC  Trong thực tế làm thí nghiệm thường bảo đảm giống chuẩn số Sh Eu tua bin thực mẫu, khó đảm bảo cân chuẩn số Fr không tuân thủ điều kiện cân số Re  Nói cách khác thực tế thí nghiệm mơ hình khơng thể đame bảo điều kiện tương tự động lực học, kích thước mẫu nhỏ nhiều (khoảng từ 10  40 lần) so với tua bin thực, cột nước thí nghiệm bé cột nước làm việc thực tế tua bin HT = (10  100)HM ,Bởi thế, số Râynôn Re tua bin thực lớn từ 50  100 lần số Re tua bin mẫu  Sự khác số Re độ nhám tương đối mẫu thực dẫn đến khác tổn thất tương đối, hiệu suất tính nhờ công thức kinh nghiệm xác định độ hiệu chỉnh hiệu suát tua bin       D1        D1  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 3.3 Các hệ số vận tốc dịng chảy BXCT Từ tam giác tốc độ ta có: V W U   sin  sin  sin(  ) Tính V, W theo u, thay vào phương trình tua bin ta có: U  tl gH sin(1   ) sin(   ) sin 1 cos  sin(   )  k sin  cos  sin(1   ) U  K U tl 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 3.3 Các hệ số vận tốc dòng chảy BXCT U  K U tl gH Tương tự, ta có: V1  K V tl gH W1  K W tl gH Các hệ số K phụ thuộc vào góc tam giác tốc độ tỷ số (D2/D1), ta gọi hệ số vận tốc dòng chảy BXCT tua bin Nếu hai loại tua bin kiểu (tương tự hình học) làm việc với chế độ góc (tương tự động học) K tam giác tốc độ cửa vào cửa BXCT hệ số vận tốc Từ suy mối tương quan thơng số tua bin tương tự 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.1 Đường đặc tính tuyến tính: 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.2 Đường đặc tính tổng hợp có hai loại đường đặc tính tổng hợp - Đường đặc tính tổng hợp - Đường đặc tính tổng hợp vận hành Đường đặc tính tổng hợp Đường đặc tính biểu thị quan hệ hiệu suất, độ mở cánh hướng, hệ số xâm thực, góc đặt cánh, đường giới hạn cơng suất đồ thị có trục toạ độ đại lượng qui dẫn n1’, Q1’ D1=1m h=1m Nói cách khác đường đặc tính tổng hợp (hoặc đường đặc tính mơ hình) hiển thị quan hệ thông số: ' - Đường đồng hiệu suất:   f ( n , Q '1 ) - Đường đồng độ mở rộng: ' ' a  f ( n , Q 1) - Đường đồng hệ số xâm thực ' - Đường giới hạn công suất 5% tua bin tâm trục   f (n1 , Q '1 ) - Đường đồng góc đặt cánh tua bin 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.2 Đường đặc tính tổng hợp  Đường đặc tính tổng hợp Tua bin Tâm trục, Cánh quạt 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.2 Đường đặc tính tổng hợp  Đường đặc tính tổng hợp Tua bin Cánh quay 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.2 Đường đặc tính tổng hợp Đường đặc tính tổng hợp vận hành  Đường đặc tính tổng hợp vận hành đường đặc tính tổng hợp tua bin thực làm việc nhà máy thuỷ điện Nó đường biểu diễn đường cong - Đường đồng hiệu suất =f(N,H) - Đường đồng chiều cao hút Hs = f(N,H) - Đường giới hạn công suất theo máy phát & tua bin (Khi đường kính bánh xe cơng tác D1 tốc độ quay n tua bin số hệ toạ độ N, H) 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.2 Đường đặc tính tổng hợp Đường đặc tính tổng hợp vận hành 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.2 Đường đặc tính tổng hợp Đường đặc tính tổng hợp vận hành Đường đặc tính giúp cho người vận hành xác định: Các chế độ làm việc tua bin Các thông số chế độ làm việc Khả phát công suất tua bin, giúp cho người làm việc phận điều độ lưới điện phân phối phụ tải cho tổ máy Ngồi đường đặc tính vận hành cịn số liệu quan trọng so sánh lượng khả chống xâm thực tua bin chọn loại tua bin, đường kính (D1) số vịng quay (n) 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.3 Các đường đặc tính Trạm thủy điện Trong thực tế thường dùng đường đặc tính TTĐ sau đây: Đường đặc tính cơng tác tổ máy  = f(N); đường đặc tính cơng tác nhóm tua bin nhóm tổ máy (hay TTĐ); Đường đặc tính cơng tác cơng suất (hay lưu lượng) vận hành tua bin nhóm tổ máy TTĐ; Đường đặc tính tổng hợp vận hành tổ máy TTĐ 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.3 Các đường đặc tính Trạm thủy điện 1) Đường đặc tính cơng tác tổ máy  = f(N); đường đặc tính cơng tác nhóm tua bin nhóm tổ máy (hay TTĐ); D1, n, H = const 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.3 Các đường đặc tính Trạm thủy điện 2) Đường đặc tính cơng tác công suất (hay lưu lượng) vận hành tua bin nhóm tổ máy TTĐ; 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 4.2 Đường đặc tính tua bin 4.2.3 Các đường đặc tính Trạm thủy điện 3) Đường đặc tính tổng hợp vận hành tổ máy TTĐ Cách xây dựng: Xem ví dụ Giáo trình Tua bin Thủy lực 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 Bài tập Chương Trình bày thể đồ thị (N,H) phạm vi sử dụng loại, hệ, kiểu bánh xe công tác tua bin Ý nghĩa tỷ tốc ns Thành lập cơng thức tính ns = f(Q1’, n1’) ns  n1' 13,33Q1'  3,65n1' Q1' N(MW) H (m) 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 Bài tập Chương Trình bày thể đồ thị (N,H) phạm vi sử dụng loại, hệ, kiểu bánh xe công tác tua bin N(MW) H (m) 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 3.6 Tỷ tốc tua bin Cơng thức tính Từ cơng thức tương quan Nếu tua bin thực có thơng số nT = n, HT = H, NT = N, D1T = D1, QT = Q cịn tua bin mơ hình tương tự có thơng số HM = 1m, NM = mã lực nM = ns Coi hiệu suất hai tua bin ta có:  tlM tlT nM D1T H M  nT D1M H T N M D1M H M H M  M qT  tlM  NT D1T H T H T T qM  tlT ns  n N (m· lùc) ns  1,167 H n N (kw) H Hoặc theo đại lượng quy dẫn 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 3.5 Các đại lượng quy dẫn Các đại lượng quy dẫn ' n  ' Q  n1' H n D1 nD1 H Q D Q  Q1' D12 H H N N  D1 H H ' N  N 1' D12 H H  9,81Q1' D12 H H ' ' ' ' ns  n 13,33Q   3,65n 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 ... tối ưu tua bin thực tua bin mẫu; tlT, tlM – hiệu suất thủy lực tua bin thực tua bin mẫu; HT, HM – cột nước làm việc tua bin thực tua bin mẫu; D 1M H M 20 D 1T H T Bản quyền Bộ Môn Thủy điện –... ns Đối với tua bin nước số vòng quay đặc trưng ns số vòng quay tua bin làm việc cột nước H = 1m, phát công suất N = mã lực (1 mã lực = 0,736 Kw) Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm... Các đường đặc tính Trạm thủy điện 3) Đường đặc tính tổng hợp vận hành tổ máy TTĐ Cách xây dựng: Xem ví dụ Giáo trình Tua bin Thủy lực Bản quyền Bộ Môn Thủy điện – Đại học Thủy lợi Cấm lưu Tác giả