Thiết kế tuarbin thủy điện nhỏ

J TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN - - ĐỒ ÁN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP THIẾT KẾ TURBINE THỦY ĐIỆN NHỎ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ths Lê Vĩnh Trường SINH VIÊN THỰC HIỆN Lê Thanh Hoài (MSSV: B1603714) Ngành: Kỹ thuật điện – Khoá: 42 Tháng 7/2020 LỜI CẢM ƠN Trải qua thi gian dài học tập Trường Đại học Cần Thơ, em xin gửi lời cảm ơn đến tất quý Thầy, Cô công tác Khoa Công Nghệ tận tình giảng dạy khơng kiến thức chun mơn mà cịn học kinh nghiệm sống làm việc để chúng em trưởng thành hơn, tạo dựng hành trang vững cho chúng em sau trường Trong thời gian thực đồ án, đặc biệt cho em gửi lời tri ân sâu sắc đến Thầy Lê Vĩnh Trường, người tận tình bảo, hướng dẫn góp ý để em hồn thành thật tốt đề tài đồ án Điện Công Nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến tất tác giả cơng trình nghiên cứu trước, báo, giáo trình, sách chuyên khảo cho em thông tin bổ ích đề tài đồ án Em xin cảm ơn Nhà trường tạo cho em môi tường học tập thoải mái, tiện nghi cung cấp nguồn tài liệu quý giá, phong phú Đây đồ án hồn chỉnh q trình thực em, dù cố gắng hoàn thiện với trình độ hiểu biết, thực tiễn khả tìm kiếm phân tích tài liệu cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Do đó, em mong nhận ý kiến đóng góp q giá từ phía Thầy, Cơ để đề tài nghiên cứu hoàn thiện Cuối lời, em xin chúc quý Thầy, Cô sức khỏe, niềm vui gặt hái thành cơng nghiệp giảng dạy Cần thơ, ngày tháng 05 năm 2020 Sinh viên thực Lê Thanh Hoài Mục lục MỤC LỤC SVTH: Lê Thanh Hoài Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Năng lượng điện có vai trị quan trọng đời sống phát triển đất nước nay, nhu cầu sữ dụng điện giới nói trung đặt biệt nước phát triển phát triển nói riêng thành phần quan trọng khơng thể thiếu sống sinh hoạt sản xuất Nguồn điện chủ yếu nhiệt điện than khí đốt, thủy điện, điện nguyên tử gần suất nguồn điện từ lượng mặt trời Ở nước ta, điện ln đóng vai trị quan trọng việc phát triển đất nước Để đáp ứng nhu cầu phát triển đất nước việc sữ dụng điện ngày nhiều Trong thủy điện chiếm khoảng 60% công suất hệ thống điện nước ta nhờ vào hệ thống sông dày đặt,nhưng khai thác khoảng 20% trữ lý thuyết sông Như biết nước ta hệ thống sông ngồi chằng chịt, nhiên việc tạo nhà máy thủy điện lớn để khai thác triệt để dồng chảy sơng suối cần phải cóa đập lơn Điều đẫn đến việc xây dựng nhà máy thủy điện lưới điện truyền tải thường tốn thời gian Tuy nhiên nước ta số nơi vùng sâu vùng xa chưa có điện để sử dụng.Vì để khai thác nguồn tài nguyên ta cần phải thiết kế hệ thống thủy điện nhỏ để hoạt động dòng sông suối nhỏ sẵng sàng cung cấp điện cho hộ dân gần SVTH: Lê Thanh Hồi Chương 1: Tổng quan đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu sơ lược thuỷ điện Thủy điện nguồn điện có từ lượng nước Đa số lượng thủy điện có từ nước tích lại đập nước làm quay turbine/máy phát điện Thủy điện nguồn lượng tái tạo Việt Nam xây dựng đưa vào hoạt động nhiều nhà máy thủy điện với công suất lớn như: Nhà máy Thủy điện Sơn La Nhà máy Thủy điện Hịa Bình Chương 1: Tổng quan đề tài Thủy điện Lai Châu Nhà máy Thủy điện Yaly Nhà máy Thủy điện Trị An Chương 1: Tổng quan đề tài 1.2 Đặt vấn đề Năng lượng nước khơng phụ thuộc vào thể tích nước mà phụ thuộc vào độ cao nguồn dòng chảy hay cịn gọi áp suất Để có áp suất lớn cao đòi hỏi việc xây dựng, lắp đặt hệ thống hồ chứa đường ống dẫn lớn Việc xây dựng nhà máy thủy điện thường tốn nhiều chi phí thời gian thi cơng, nước ta chưa khai thác triệt để nguồn lượng nước có sẵng cịn nhiều hộ gia đình cách xa trung tâm chưa có nguồn điện để sữ dụng Để gải vấn đề hơm em thầy giao cho đề tài “ thiết kế turbine thủy điện nhỏ” nhằm khai thác triệt để tiềm thủy điện nước ta góp phần giúp đỡ hộ dân vùng sâu vùng xa có nguồn điện để sử dụng sinh hoạt cải thiện đời sống 1.3 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Mục tiêu việc nghiên cứu chế tạo turbine thủy điện nhỏ, vận hành với cột nước thấp tạo nguồn điện với công suất nhỏ đủ cung cấp cho hộ gia đình Với mơ hình nhỏ gọn đơn giản, dễ lắp đặt, chi phí xây dựng thấp áp dụng rộng rãi vào sống để giải vấn đề khai thác triệt để nguồn lượng nước có sẵng nước ta Chương 2: Nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo turbine thuỷ điện nhỏ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ CHẾ TẠO TURBINE THỦY ĐIỆN NHỎ 2.1 Giới thiệu loại turbine thuỷ điện 2.1.1 Turbine Francis Turbine Francis sử dụng áp lực tốc độ dòng nước để làm quay bánh cơng tác Loại turbine sử dụng dòng chảy lớn vào khỏng 10~300m Ở Nhật, 70% số nhà máy sử dụng turbine 2.1.2 Turbine Pelton (turbine gáo) Turbine Pelton loại sử dụng dòng nước để phát điện nên thường sử dụng nhà máy thủy điện nằm vị trí cao Loại turbine sử dụng lực nước lớn phun từ vịi để làm quay bánh cơng tác Chương 2: Nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo turbine thuỷ điện nhỏ 2.1.3 Turbine Propeller (Chân vịt) Về lí thuyết, Turbine chân vịt dựa vào áp lực tốc độ nước giống turbine Francis Tuy nhiên, loại turbine thường sử dụng vị trí thấp có lưu lượng nước dồi 2.1.4 Turbine Cross-flow Nguyên lí hoạt động tương tự turbine Francis, dòng nước dẫn chay qua bánh công tác Loại turbine thường sử dụng nhà máy cỡ nhỏ 1000kW trở xuống 2.2 Nghiên cứu turbine thuỷ điện nhỏ Để xây dựng nhà máy thủy điện cần tốn nhiều chi phí thời gian phải xây dựng đập lớn để ngăn dòng chảy sơng lớn Chương 2: Nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo turbine thuỷ điện nhỏ Vì vậy, để gải vấn đề hơm em muốn nghiên cứu hệ thống thủy điện hoạt động dịng sơng suối nhỏ sẵng sàng cung cấp điện cho hộ dân gần có tên gọi turbine nước xốy Mơ hình turbine nước xốy thí nghiệm thành cơng nhiều sơng nhỏ Bỉ 2.2.1 Giới thiệu hệ thống turbine nước xoáy Hệ thống turbine nước xoáy hoạt động giống turbine chân vịt, dựa dịng xốy nước tự nhiên Hệ thống turbine thường lắp bên cạnh sông suối dẫn nước thông qua kênh dẫn, kênh tạo vòng xoáy nước, giúp làm xoay cánh quạt turbine để phát điện 2.2.2 Hiệu suất hoạt động turbine nước xốy Turbine nước xốy có hiệu suất phát điện cao gắp khoản lần turbine thông thường, tận dụng khoản 85% lượng nước dòng chảy hoạt động liên tục 24/7 Turbine nước xốy coi triển vọng để phát triển thủy điện nhỏ khai thác triệt để nguồn tài nguyên nước có sẵng nước ta Chương 2: Nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo turbine thuỷ điện nhỏ 2.2.3 Thiết kế hệ thống kênh dẫn tạo dòng xốy Từ sơng suối bình thường, để tạo dịng xốy đủ để làm xoay turbine người ta tiến hành xây dựng hệ thống kênh dẫn đặt biệt Hệ thống kênh tiến hành xây dọc theo kênh Chương 2: Nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo turbine thuỷ điện nhỏ Từ hệ thống kênh nguồn nước dẫn vào tạo thành vịng xốy mạnh trở lại dịng sơng suối ban đầu Mô nước chạy vào kênh tạo thành vịng xốy ngồi 2.3 Tính tốn, thiết kế, xử lí số liệu 2.3.1 Lắp đặt hệ thống turbine vào kênh để vận hành Cánh quạt lắp vào hệ thống kênh Chương 2: Nghiên cứu tính toán, thiết kế chế tạo turbine thuỷ điện nhỏ Turbine lắp cố định, hoàn chỉnh vận hành 2.3.2 Các thơng số tính tốn turbine: • Cho mơ hình gồm: • Một cột áp thiết kế với chiều cao h=1.2m • Cơng suất máy 1kW • Tỉ số bầu = 0.35 • Vì tổ máy nhỏ nên sơ lấy η=0.5 Giải Lưu lượng qua tua bin xác định theo công thức: Q = = = 0.15 m3/s Đường kính bánh cơng tác: D1 = = = 0.247 (m) Trong Q’ lấy theo mẫu, chọn D1=0.25 m Xác định số vòng quay tua bin theo công thức: n = = = 745 (v/ph) 2.3.3 Tính tốn thiết kế bánh cơng tác: Các thơng số dùng để tính tốn bánh cơng tác là: • Cột áp h = 1.2m • Lưu lượng Q = 0.15 m3/s • Số vịng quay n = 745 v/ph • Đường kính bánh cơng tác D=0.25m • Số cánh bánh cơng tác Z = cánh • Số bầu tương đối db/D1 = 0.35 • chiều dài cánh bước lưới l/t 2.3.4 Bản vẽ chi tiết cánh quạt (Đính kèm) Chương 2: Nghiên cứu tính tốn, thiết kế chế tạo turbine thuỷ điện nhỏ 2.3.5 Cơng mà dịng nước xoáy thực 1s: Dựa vào liệu tính ta có: • Chiều cao cột áp h = 1.2m • Lưu lượng Q = 0.15 m3/s • Hiệu suất hoạt động máy H=85% • Khối lượng riêng nước Dnước=1000kg/m3 Giải Cơng mà dịng nước thực 1s: A = P.h = 10m.h = 10 (0.15 1000) 1.2 = 1800J Công suất cực đại dịng xốy 1s: Pmax = = = 1800W Cơng suất có ích mà ta khai thác dịng xốy 1s: H = 100% => Pcó ích = Pmax = 1800 = 1530W = 1.53kW Kết luận: Dựa vào thông số tính tốn dịng xốy ta lắp đặt turbine với cơng suất cột nước tính toán Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 26 – 2015 http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-tai-tao/tuabin-nuoc-xoay-trien-vong-moi-de-phat-trien-thuy-dien-nho.html https://doimoisangtao.vn https://tuoitre.vn/tua-bin-nuoc-xoay-trien-vong-moi-de-phat-trien-thuy-diennho-20181107074825529.htm Gilbert M Masters-Renewable and Efficient Electric Power Systems-WileyIEEE Press (2004) TẠP CHÍ KH&CN, TẬP 17, SỐ K3 - 2014 ... http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-tai-tao/tuabin-nuoc-xoay-trien-vong-moi-de-phat-trien-thuy-dien-nho.html https://doimoisangtao.vn https://tuoitre.vn/tua-bin-nuoc-xoay-trien-vong-moi-de-phat-trien-thuy-diennho-20181107074825529.htm... https://tuoitre.vn/tua-bin-nuoc-xoay-trien-vong-moi-de-phat-trien-thuy-diennho-20181107074825529.htm Gilbert M Masters-Renewable and Efficient Electric Power Systems-WileyIEEE Press (2004) TẠP CHÍ KH&CN, TẬP 17, SỐ K3 - 2014 ... thơ, ngày tháng 05 năm 2020 Sinh viên thực Lê Thanh Hoài Mục lục MỤC LỤC SVTH: Lê Thanh Hoài Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Năng lượng điện có vai trò quan trọng đời sống phát triển đất nước nay, nhu