Thiết kế và chế tạo thử nghiệm tua bin thủy điện trục ngang hướng trục cột nước thấp

Tổng kết về các nghiên cứu TBHT

Trong phạm vi này, tùy theo đặc điểm của tổ máy để xác định tỷ số Ns của BCT khác nhau: Với các loại TB có kết cấu truyền thống nh− TB buồng hở buồng xoắn trục đứng. Kết cấu phần dẫn dòng của tuabin thủy điện nhỏ rất phong phú, khác với các loại tua bin hướng trục trục đứng kiểu cũ có khả năng thoát không cao và có kết cấu xây dựng rất nặng nề, tốn kém, một số tuabin h−ớng trục có kết cấu mới hiện nay, cho phép tăng khả năng thoát và giảm đáng kể giá thành xây dựng.

Ưu điểm của tổ máy tua bin h−ớng trục kiểu dòng chảy thẳng trục ngang

Do vậy trong đề tài chúng tôi tập trung nghiên cứu các loại tua bin trục ngang kiểu mới: Nghiên cứu tua-bin phần dẫn dòng TBHT kiểu ống và tua bin cáp xun.

Nhiệm vụ nghiên cứu khoa học của đề tài nhánh

Bằng lý thuyết xây dựng mẫu cánh có dựa trên một số thông số tham khảo của BCT của nước ngoài, Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu BCT đến tổn thất thuỷ lực.

Chọn ph−ơng pháp thiết kế tua bin mô hình

Các nghiên cứu tính toán lý thuyết các quá trình công tác của tua bin thuỷ lực (tính toán sự trao đổi năng l−ợng giữa dòng và bánh công tác trong phần dẫn dòng với việc tính tới các tổn thất thuỷ lực ) liên quan tới việc sử dụng ph−ơng trình chuyển động, năng lượng, động lượng trong dòng tuyệt đối cũng như tương đối. Trong lý thuyết tính toán máy turbo thì bài toán thuận đ−ợc sử dụng để tính toán kiểm tra chảy bao hệ cánh đã có với mục đích đánh giá các chỉ số của chúng còn bài toán nghịch dùng để thiết kế cánh trong các điều kiện đã cho.

Cơ sở lý thuyết của ph−ơng pháp phân bố xoáy

Nếu biết chọn đúng các thông số tính toán, các hệ số ảnh hưởng của l−ới cánh có chiều dày hữu hạn, ph−ơng pháp này cũng sẽ cho các profile cánh phù hợp tạo nên các bánh xe công tác có chất l−ợng cao. Đối với các l−ới cánh bánh công tác h−ớng trục, quy luật phân bố xoáy th−ờng cho d−ới dạng không elip tức là tồn tại cả hai thành phần chứa A0 và A1 trong biểu thức phân bố xoáyΓ(σ).

Xác định tọa độ đường nhân profile và xây dựng profile có độ dày

Các hệ số a và b có thể xác định bằng các biểu thức toán học đã cho ở trên hoặc bằng toán đồ cho trong các tài liệu thiết kế. Cuối cùng, để đ−ợc profile có độ dày ta sử dụng quy luật phân bố độ dày của profile mẫu có đặc tính năng l−ợng và xâm thực tốt và chọn độ dày max cho từng tiết diện.

Xác định phân bố vận tốc và áp suất trên profile cánh

Khi quan sát các biểu đồ phân bố vận tốc và áp suất trên các profile tính toán, nếu phân bố vận tốc đều đặn, không có các bước nhảy và áp suất không có điểm nào có giá trị nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa thì cánh công tác sẽ có hiệu suất làm việc tốt và không bị xâm thực trong quá trình làm việc. Điều đó mô tả nh− sau: Trong điều kiện chảy bao không tách dòng vận tốc tương đối về hai phía của profile tại điểm dời (điểm ra) của dòng chảy có giá trị bằng nhau và trái dấu.

Đánh giá tổn thất và hiệu suất của tua bin

Do không thể xác định được trực tiếp đại lượng δk**, người ta đưa ra một quan hệ gần đúng của đại l−ợng này với giá trị chiều dày tổn thất xung δk** (ở lối ra của profile) dựa trên việc ứng dụng phương trình xung đối với vùng giữa các tiết diện 2'- 2' và k - k. Trên cơ sở quy luật phân bố xoáy dưới dạng không e-lip, ta sẽ xác định vận tốc cảm ứng tạo bởi các xoáy phân bố tại các điểm xác định của đường nhân và vận tốc tương đối của dòng tổng hợp tại các điểm cho trước là Wx và Wy.

Chọn kết cấu tổ máy

Căn cứ vào các nguyên tắc trong thiết kế đã nêu ở trên cho phần qua nước của tua bin dòng thẳng và dòng nửa thẳng trục ngang chúng tôi đã thiết kế các tua bin có phần qua nước như ở các hình dưới. Để lựa chọn đ−ợc mẫu cánh tua bin mô hình thử nghiệm ta cần thông qua tính toán lý thuyết để chọn đ−ợc mẫu cánh tốt nhất. Dựa vào các thông số cơ bản của mẫu cánh có tỷ tốc cao nhất và có đặc tính xâm thực tốt nhất là mẫu 4K84 của Tiệp khác (cũ) và mẫu cánh ΠΛΓ9a1 của Liên xô (cũ), dùng ch−ơng trình tính toán BCT.

Khi thử nghiệm chúng tôi dùng phần dẫn dòng của tua bin dòng nửa thẳng có cánh hướng có thể điều chỉnh được để thíi nghiệm các mẫu cánh.

Thiết kế BXCT tuabin mô hình

Đối với tiết diện gốc hệ số vận tốc xoáy Kvzu có thể lấy bằng 0, đối với tiết diện biên Kvzu có thể lấy bằng + 0,2; Đối với các tiết diện trung gian có thể lấy theo quy luật tuyến tính. Vì vậy, để xác định tọa độ các điểm tính toán của đường nhân tại mỗi điểm, cần phải xác định vận tốc của dòng chảy tổng hợp và các hình chiếu vận tốc trên các ph−ơng trục x và y. Cuối cùng, để nhận đ−ợc profile có độ dày, ta sử dụng quy luật phân bố độ dày theo chiều dài đ−ờng nhân của profile VIGM15 (đ−ợc cho trong bảng d−ới) và trên cơ sở độ dày Max chọn trước cho từng tiết diện, đắp độ dày trên đường nhân sẽ được profile thùc.

Xâu các profile lại với nhau theo nguyên tắc mép ra của profile nằm trên cùng một đ−ờng thẳng h−ớng kính và vuông góc với trục, ta đ−ợc cánh hoàn chỉnh của bánh công tác. Sau khi tính toán các thành phần vận tốc và tính toán profile cánh bánh công tác , ta có cơ sở tính toán tổn thất trên hai mẫu cánh 4K84và ΠΛΓ9a1để chọn mẫu cánh thích hợp đ−a vào thí nghiệm. Dùng chương trình tính toán trên máy vi tính để tính tổn thất tại bánh xe công tác của hai ph−ơng án cánh 4K84 và ΠΛΓ9a1 với các số liệu đầu vào thể hiện trên Phụ lục 2 , kết quả tính toán nh− sau.

Sở dĩ hiệu suất tính được ở đây cao hơn hiệu suất trên đường đặc tính tổng hợp vì ch−a tính tới tổn thất qua các phần qua n−ớc khác nh− buồng xoắn ,cánh h−ớng dòng, ống hút.

Thử nghiệm tua bin mô hình

Giá thử nghiệm tua bin

Đối với tua bin cột nước thấp, yêu cầu lưu lượng thử khá lớn do đó để đạt yêu cầu kinh tế trong thử nghiệm cần lựa chọn sao cho khi vận hành hệ thống có thể chỉ cần chạy một máy bơm hoặc có thể vận hành nhiều máy bơm khi yêu cầu lưu lượng cao. - áp suất: đ−ợc đo tại cửa vào của tua bin mô hình và thiết bị đo mức (xác định mực nước hạ lưu, thông số đo được hiển thị trên đồng hồ hiện số đồng thời đ−ợc chuyển về trung tâm thu thập và xử lý số liệu, hiển thị trên màn hình máy tính. Phân viện cơ học Viện hàn lâm khoa học Ucraina, Viện nghiên cứu Thiên tân- Trung quốc dùng mẫu có đ−ờng kính D1= 250mm, Viện nghiên cứu máy thuỷ lực Liên xô dùng mẫu có D1=290mm, các mô hình có đ−ờng kính lớn Dn=460mm cũng.

Do diện tích mặt bằng có hạn cũng nh− để tiết kiệm kinh phí đầu t− cho hệ thống thí nghiệm nên ta chọn đ−ờng kính bánh xe công tác tua bin thí nghiệm D1 = 250mm, là đường kính nhỏ nhất mà các phòng thí nghiệm trên thế áp dụng, để thiết kế hệ thống. Theo chiều tiến, mỗi lần tăng độ mở một giá trị 5mm, tại mỗi giá trị độ mở cánh hướng, thay đổi số vòng quay của tua bin (bằng cách thay đổi công suất trên động cơ gây tải), tất cả các thông số đo đ−ợc tự động ghi vào file kết quả (tại mỗi điểm đo, lấy rất nhiều giá trị), các số liệu này tạo thành một bộ dữ liệu giúp cho quá trình xử lý đạt. Do quá trình thu thập dữ liệu là liên tục, bao gồm cả thời gian điều chỉnh tải, nên một số lớn các số liệu đ−ợc ghi nhận là không nằm trong chế độ bình ổn của tua bin, vậy trước khi đưa công cụ vào để xử lý, đánh giá ta cần có bước xử lý sơ bộ để gạt bỏ các giá trị ngoại lai hoặc các giá trị không đáng tin cậy.

- Các ch−ơng trình tính toán hệ thống l−ới profile cánh BXCT tuabin h−ớng trục trên máy vi tính nh− : Ch−ơng trình tính các thông số cơ bản của hệ thống l−ới profile, ch−ơng trình tính phân bố vận tốc và áp suất, nhất là ch−ơng trình tính tổn thất cho phép tính nhanh để so sánh các phương án.