Kỹ thuật phát điện dùng sức nước có thủy đầu thấp

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN HIỀN KỸ THUẬT PHÁT ĐIỆN DÙNG SỨC NƯỚC CÓ THỦY ĐẦU THẤP Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã số: 605250 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013 ii CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG –HCM Cán hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Nguyễn Quang Nam (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét :TS Đinh Hoàng Bách (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM , ngày 17 tháng 07 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Dƣơng Hoài Nghĩa PGS.TS Lê Minh Phƣơng TS Nguyễn Quang Nam TS Đinh Hoàng Bách TS Nguyễn Văn Tú Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN–ĐIỆN TỬ iii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Văn Hiền MSHV:11180106 Ngày, tháng, năm sinh: 23/11/1984 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã số: 605250 I TÊN ĐỀ TÀI: KỸ THUẬT PHÁT ĐIỆN DÙNG SỨC NƢỚC CÓ THỦY ĐẦU THẤP II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tính tốn kích thƣớc ống dẫn dịng hình dạng ống Venturi - Tính tốn biên dạng cánh bánh công tác tuabin - Sử dụng phần mềm Gambit chia lƣới biên dạng cánh - Sử dụng phần mềm Fluent tính tốn hệ số lực nâng lực cản biên dạng cánh - Lựa chọn máy phát điện thích hợp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/06/2013 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ (Họ tên chữ ký) iv Điều đầu tiên, xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Nguyễn Hữu Phúc - Giảng viên khoa Điện - Điện Tử - Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP Hồ Chí Minh, dành nhiều thời gian hƣớng dẫn tơi tận tình, chu đáo động viên tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cám ơn đến tất Quý thầy, cô giảng dạy, trang bị cho tơi kiến thức bổ ích q báu suốt trình học tập trƣờng Xin cảm ơn gia đình ln bên cạnh tạo điều kiện thuận lợi cho học tập công tác Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp ủng hộ, tạo điều kiện để học tập tốt suốt thời gian vừa qua Xin cảm ơn tất bạn bè động viên hỗ trợ cho tơi nhiều q trình học tập, cơng tác nhƣ suốt thời gian thực luận văn Xin cảm ơn anh, bạn học viên cao học (khóa 2011-2012) ngành Thiết bị, mạng nhà máy điện trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP HCM, ngƣời ln ành tình cảm sâu sắc nhất, ln bên cạnh, ln động viên, khuyến khích tơi vƣợt qua khó khăn suốt q trình thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2013 Ngƣời thực NGUYỄN VĂN HIỀN v TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày ý tƣởng cơng nghệ loại tuabin tính tốn ống dẫn dịng, tính tốn biên dạng cánh bánh cơng tác, nhƣ lựa chọn máy phát điện cho tuabin Loại tuabin cho phép thực hóa việc khai thác điện từ thủy lực, đảm bảo suất phát điện tối đa địa điểm xác định Đây cơng nghệ có tiềm vơ to lớn việc khai thác nguồn lƣợng chƣa dùng đến từ lƣu lƣợng nƣớc sơng, từ dịng nƣớc thải hệ thống cung cấp nƣớc đô thị Phƣơng pháp phân bố xốy đƣợc sử dụng để tính tốn biên dạng cánh bánh cơng tác, phần mềm GAMBIT đƣợc sử dụng để chia lƣới biên dạng cánh phần mềm FLUENT đƣợc sử dụng để mô phân bố vận tốc, áp suất lên bề mặt cánh THESIS SUMMARY This thesis presents the technology of the new turbine and calculates the water pipeline, calculates the profile of propeller, chooses suitable generator for this turbine This new turbine will come true the generating of electricity from hydraulics , ensuring the maximum efficiency at a given position The potentiality of this technology is great for generating of electricity from flow of river, flow of sewage and water treatmen systems in municipal water supply systems Method of whirl distribution is used for calculating the profile of propeller, GAMBIT software is used for deviding the grid of profile of propeller, FLUENT soltware is used for simulating the distribution of velocities and pressures on propeller’s surface vi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn cơng trình nghiên cứu riêng Các kết nêu Luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Các số liệu trích dẫn Luận văn đảm bảo tính xác, tin cậy trung thực Tôi xin chân thành cảm ơn! NGƯỜI CAM ĐOAN Nguyễn Văn Hiền vii MỤC LỤC Chƣơng GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu tổng quát 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Tầm quan trọng đề tài 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nội dung luận văn Chƣơng TỔNG QUAN VỀ THỦY ĐIỆN NHỎ CỘT NƢỚC THẤP 2.1 Phạm vi làm việc tuabin hƣớng trục 2.2 Nghiên cứu sản xuất tuabin hƣớng trục thủy điện nhỏ nƣớc Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT TUABIN NƢỚC 15 3.1 Các phận tuabin nƣớc 15 3.2 Phân loại phạm vi sử dụng tuabin 16 3.3 Dòng chảy tuabin nƣớc 21 3.4 Phƣơng trình Bernoulli viết cho dịng chảy tƣơng đối tuabin 23 3.5 Thiết kế bánh công tác tuabin hƣớng trục 24 3.6 Chọn thông số tuabin hƣớng trục 28 3.7 Thiết kế cánh phƣơng pháp phân bố xoáy 29 Chƣơng GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN DÙNG SỨC NƢỚC CÓ THỦY ĐẦU THẤP 36 4.1 Khái quát hệ thống 36 4.2 Các thành phần hệ thống 37 4.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống 39 4.4 Vận tốc áp suất dòng chảy qua ống dẫn dòng 40 4.5 Cơng suất lƣu lƣợng dịng chảy qua ống dẫn dòng 42 Chƣơng 5.XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ TUABIN VÀ LỰA CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN 5.1 Điều kiện thủy văn nơi lắp tổ máy công suất thiết kế tổ máy 45 5.2 Cột áp tuabin lƣu lƣợng dòng chảy 45 viii 5.3 Kích thƣớc ống dẫn dịng 47 5.4 Tính tốn cơng suất chọn máy phát điện 49 Chƣơng TÍNH TOÁN BIÊN DẠNG CÁNH VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM VẼ BIỀU ĐỒ HỆ SỐ LỰC NÂNG, LỰC CẢN 52 6.1 Tính tốn biên dạng cánh theo phƣơng pháp pháp phân bố xoáy 52 6.2 Sử dụng phần mềm Gambit vẽ cánh chia lƣới biên dạng cánh 73 6.3 Sử dụng phần mềm Fluent vẽ biểu đồ hệ số lực nâng, lực cản 82 6.3 Nhận xét kết tính tốn mô 90 Chƣơng KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 91 7.1 Kết nghiên cứu đạt đƣợc 91 7.2 Những điều làm đƣợc chƣa làm đƣợc 91 7.3 Hƣớng phát triển đề tài 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Tua bin hƣớng trục hồn thiện hãng Kushiro Hình 2.2: Tua bin hƣớng trục hồn thiện hãng Toshiba Hình 2.3: Cấu tạo tua bin Toshiba Hình 2.4: Cấu tạo tua bin Turboatom Hình 2.5: Tua bin hƣớng trục buồng benton hãng Sulzer Hình 2.6: Hình dáng hồn thiện tua bin Nyerpic 10 Hình 2.7: Bố trí tổng thể tua bin bóng đèn kiểu buồng hở 11 Hình 2.8: Tua bin hƣớng trục buồng Xi Phông 12 Hình 3.1: Tam giác vận tốc dịng chảy vùng bánh công tác 22 Hình 3.2: Các thành phần vận tốc dịng chảy vùng bánh công tác tuabin hƣớng trục 23 Hình 3.3: Quan hệ K  f (c , L / t ) 28 Hình 3.4: Xác định a, b   1 đặt gốc tọa độ 33 Hình 3.5: Xác định a, b   2 / đặt gốc tọa độ 34 Hình 3.6: Xây dựng profile có độ dày hữu hạn 35 Hình 4.1: Máy phát điện đƣợc đặt dƣới lịng sơng 37 Hình 4.2: Ống dẫn dịng hình dạng ống Venturi 37 Hình 4.3: Các thiết bị điện hệ thống 38 Hình 4.4: Bên ống dẫn dịng 38 Hình 4.5: Khung bảo vệ bên tổ máy 39 Hình 4.6: Nguyên lý hoạt động hệ thống 40 Hình 4.7: Vận tốc áp suất vị trí khác ống 41 Hình 5.1: Vị trí đặt tổ máy 45 Hình 5.2: Cột áp tua bin 47 Hình 5.3: Cánh hƣớng dịng tạo mơ men xoắn lên bánh cơng tác tua bin 47 Hình 5.4: Vị trí cánh hƣớng dịng ống dẫn dịng 48 x Hình 5.5: Kích thƣớc cánh hƣớng dòng 48 Hình 5.6: Kích thƣớc ống dẫn dòng 49 Hình 5.7: Hình dạng máy phát điện 51 Hình 6.1: Đƣờng nhân profile tiết diện thứ 69 Hình 6.2: Đƣờng nhân profile tiết diện thứ hai 70 Hình 6.3: Đƣờng nhân profile tiết diện thứ ba 71 Hình 6.4: Đƣờng nhân profile tiết diện thứ bốn 72 Hình 6.5: Đƣờng nhân profile tiết diện thứ năm 73 Hình 6.6: Vẽ biên dạng cánh 73 Hình 6.7: Vẽ điểm A 74 Hình 6.8: Vẽ điểm A, B, C, D, E, F, G 75 Hình 6.9: Vẽ đoạn thẳng BC, CD, DE, CG 75 Hình 6.10: Các đoạn thẳng AB, BC, CD, DE, EG, GA, GC 76 Hình 6.11: Vẽ cung AF 76 Hình 6.12: Vẽ hai cung AF EF 77 Hình 6.13: Vẽ mặt phẳng 77 Hình 6.14: Vẽ mặt phẳng 78 Hình 6.15: Trừ mặt phẳng AFEG cho mặt phẳng PROFLE 78 Hình 6.16: Chia lƣới cạnh GA, BC 79 Hình 6.17: Cạnh GA, BC chia lƣới 80 Hình 6.18: Chia lƣới mặt phẳng ABCG, GCDE, AFEG 81 Hình 6.19: Chia lƣới mô biên dạng cánh 81 Hình 6.20: Chọn đƣờng dẫn mở tập tin chia lƣới 82 Hình 6.21: Kiểm tra lƣới 82 Hình 6.22: Chọn thơng số lƣu chất 83 Hình 6.23: Chọn lƣu chất chảy tầng 83 Hình 6.24: Chọn dịng lƣu chất nƣớc 84 Hình 6.25: Áp suất làm việc dòng lƣu chất 84 Hình 6.26: Chọn vận tốc nƣớc đầu vào 85 ... quan thủy điện nhỏ cột nước thấp Chƣơng 3: Trình bày sở lý thuyết tuabin nước Chƣơng 4:Giới thiệu hệ thống phát điện dùng sức nước có thủy đầu thấp Chƣơng 5:Tính tốn cơng suất lựa chọn máy phát điện. .. Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã số: 605250 I TÊN ĐỀ TÀI: KỸ THUẬT PHÁT ĐIỆN DÙNG SỨC NƢỚC CÓ THỦY ĐẦU THẤP II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tính tốn kích thƣớc ống dẫn... cho hệ thống máy phát- tuabin công suất nhỏ, cột nước cực thấp Sau lý cần phải phát triển mơ hình tuabin thủy điện cơng suất nhỏ, cột nước cực thấp Việt Nam: - Có thể giải nhu cầu điện chiếu sáng