PHẦN III LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 3.1 CHỌN SỐ TỔ MÁY
3.4.1. Thiết bị dẫn nước turbin (buồng xoắn)
3.4.1.1 Khỏi niệm
Buồng xoắn turbin là phần nối liền cụng trỡnh dẫn nước của nhà mỏy thuỷ điện với turbin, buồng turbin được dựng để dẫn nước từ đường dẫn (đường ống ỏp lực, hoặc cửa lấy nước) đến turbin và hỡnh thành dũng chảy vũng tại cửa vào của bộ phận hướng nước.
Buồng turbin cần đảm bảo những yờu cầu chớnh sau:
Dẫn nước đều đặn lờn chu vi cỏc cỏnh hướng nước, để tạo lờn dũng chảy đối xứng với trục turbin .
Tổn thất thuỷ lực trong buồng và đặc biệt trong BPHN nhỏ nhất. Buồng cú kớch thước nhỏ nhất và kết cấu đơn giản.
Thuận tiện cho việc bố trớ turbin và cỏc thiết bị phụ của nú trong gian mỏy của TTĐ, thoả món cỏc yờu cầu xõy dựng của nhà mỏy.
Phõn bố đều lượng nước chảy vào cỏc cơ cấu hướng nước để đảm bảo lực tỏc dụng lờn cơ cấu hướng nước xung quanh BXCT của turbin là đều nhau, tức là khụng cú sự tỏc động lệch tõm.
Dễ nối tiếp với đường ống ỏp lực, thuận tiện cho việc bố trớ turbin và cỏc thiờt bị phụ trợ khỏc .
3.4.1.2 Chọn kiểu buồng xoắn turbin
Tuỳ theo cột nước, cụng suất của trạm thuỷ điện mà buồng turbin gồm cỏc kiểu: hở, chớnh diện và buồng xoắn. Trạm thuỷ điện Huội Muồng PA1 đang thiết kế cú cột nước H(minữmax) = (51.8 ữ 81.0 m), cột nước tớnh toỏn là Htt= 64.0(m) cụng
suất của một tổ mỏy là Ntm= 55 (MW), trong phạm vi ứng dụng cỏc kiểu buồng turbin (hỡnh 5-1 giỏo trỡnh TBTL- ĐHTL trang 84) tra được buồng xoắn kim loại. 3.4.1.3 Cỏc thụng số cơ bản của buồng xoắn
a) Gúc bao ϕmax của buồng xoắn
Phương ỏn buồng xoắn lợi nhất được lựa chọn trờn cơ sở xỏc định kết quả thớ nghiệm mụ hỡnh bỏnh xe cụng tỏc đó chọn với cỏc kiểu buồng xoắn khỏc nhau. Khi tớnh toỏn kớch thước buồng xoắn thường sử dụng kết quả nghiờn cứu bằng thực nghiệm và kinh nghiệm thiết kế nhà mỏy thuỷ điện. Đối với TTĐ Huội Muồng PA1 cú cột nước dao động H(min ữ max) = (51.8 ữ 81.0)m, buồng xoắn kim loại chọn gúc bao ϕmax = 3450.
b) Vận tốc tại cửa vào buồng xoắn Vv
Vận tốc dũng nước tại cửa vào buồng xoắn Vv chọn quỏ lớn thỡ tổn thất thuỷ lực trong buồng xoắn sẽ tăng, làm giảm hiệu suất turbin. Nhưng nếu Vv chọn quỏ nhỏ sẽ làm tăng kớch thước buồng xoắn. Theo kinh nghiệm của Liờn Xụ, nờn chọn theo cột nước (tra đường quan hệ Vv ~ H) hoặc theo cụng thức kinh nghiệm:
Vv = kx tt H
Trong đú: kx hệ số kinh nghiệm xột đến tổn thất thuỷ lực và kớch thước kinh tế của buồng xoắn, kx = 0.8 – 1.1
Htt cột nước tớnh toỏn, Htt = 64.0 m Thay số ta được: Vv = (0.8ữ1.1)* 64
= (6.4 ữ 8.8) (m/s) Chọn Vv = 7.5 m/s
c) Hỡnh dạng tiết diện vào buồng xoắn
Đối với turbin dọc trục cột nước thấp và vừa thường dựng buồng xoắn cú tiết diện chữ T, cũn đối với TTĐ cột nước cao H > 50 m thỡ tiết diện là hỡnh trũn.
3.4.1.4 Cỏc nguyờn lý tớnh toỏn thuỷ lực buồng xoắn
Tớnh toỏn thuỷ lực buồng xoắn chủ yếu là xỏc định hỡnh dỏng đường bao quanh bờn ngoài buồng xoắn, hay định được kớch thước chủ yếu của cỏc tiết diện của buồng xoắn.
Trong thực tế dũng chảy trong buồng xoắn rất phức tạp cho nờn thường trong tớnh toỏn sơ bộ người ta thường dựng một số nguyờn lý tớnh toỏn gần đỳng sau đú trờn cơ sở ấy người ta thớ nghiệm mụ hỡnh để chỉnh lý cỏc kớch thước đó xỏc định cho phự hợp.Cỏc nguyờn lý tớnh toỏn buồng xoắn bao gồm:
a. Nguyờn lý vận tốc bỡnh quõn khụng đổi: Vu = const.
Phương phỏp này giả thiết tốc độ trung bỡnh của dũng nước tại tất cả cỏc điểm trờn cựng một mặt cắt hay tốc độ trờn tất cả cỏc mặt cắt khỏc nhau là bằng nhau, nhưng thực tế chất lỏng cú vận tốc là khụng bằng nhau do cú tổn thất theo chiều dài buồng xoắn dẫn đến cỏc tiết diện sẽ cú trị số cột nước khỏc nhau, ỏp lực nước tỏc dụng lờn BXCT làm cho ổ đỡ bị mài mũn khụng đều gõy ra sự rung động, vỡ thế phương phỏp này tuy tớnh toỏn đơn giản nhưng nú chỉ phự hợp với TTĐ cột nước thấp gúc bao ϕmax ≤ 1800
b. Nguyờn lý vận tốc bỡnh quõn giảm dần Phương phỏp này ớt dựng .
c. Nguyờn lý mụmen vận tốc bằng hằng số (Vu.r = const).
Vận tốc Vu tại cỏc điểm cỏch trung tõm trục một bỏn kớnh như nhau thỡ bằng nhau nhưng trờn cựng một tiết diện Vu giảm dần khi r tăng .
Vur = k = cosnt; (trong đú k gọi là hằng số buồng xoắn). Nghĩa là Vu tỷ lệ nghịch với bỏn kớnh r.
Phương ỏn này tớnh toỏn phức tạp, nhưng chế độ thuỷ lực trong buồng xoắn phự hợp hơn cả. Phương phỏp này thường dựng để tớnh toỏn buồng xoắn khi gúc bao ϕmax> 180o.
Đối với TTĐ Huội Muồng PA1 tụi dựng nguyờn lý mụ men vận tốc bằng hằng số để tớnh toỏn kớch thước buồng xoắn .
3.4.1.5 Cỏc bước xỏc định kớch thước mặt bằng buồng xoắn
Sự phõn bố vận tốc của chất lỏng trong buồng xoắn tuõn theo quy luật: Vu.R=const (R - là khoảng cỏch từ điểm đang xột trong buồng turbin đến trục turbin).
+ Vận tốc tại dũng chảy cửa vào được xỏc định theo cụng thức kinh nghiệm: Vcv = kx. Htt
+ Lưu lượng chảy qua mặt cắt cửa vào buồng xoắn (Qcv) được xỏc định theo cụng thức: Qcv = 0 max tt 360 Q ϕ = 0 0 345 101,1 360 ì = 96.9 (m3/s). Trong đú:
ϕmax- Gúc bao lớn nhất của buồng xoắn ϕmax = 3450.
Qtt - lưu lượng lớn nhất chảy qua turbin , Qtt = 2 Qmax
= 202,2
2
= 101.1 m3/s + Diện tớch mặt cắt cửa vào và bỏn kớnh ρ của buồng xoắn
Fcv = 2 cv cv Q 96.9 12.92 ( m ) V = 7.5 =
Bỏn kớnh của buồng xoắn tại tiết diện cửa vào:
cv cv F 12.92 ρ 2.0 (m) π 3.14 = = =
ρcv - Bỏn kớnh tiện diện cửa vào buồng xoắn: + Xỏc định kớch thước tiết diện tại mặt cắt i.
Kết quả tớnh toỏn buồng xoắn theo nguyờn tắc mụmen vận tốc bằng hằng số:
ρi= C 2r .C i a i + ϕ ϕ Ri = ra+ 2.ρi
Trong đú: ρi : bỏn kớnh tiết diện buồng xoắn tại mặt cắt i , ứng với gúc bao ϕi. Ri : bỏn kớnh bao ngoài của buồng xoắn tại mặt cắt i.
ra : bỏn kớnh ngoài của stato turbin, ra = a
D 5 2.5 (m)2 = =2 2 = =2
C : hệ số tớnh toỏn , được xỏc định bằng biểu thức .
C = (ra cv) ra(ra 2. V) max ρ + − ρ + ϕ = 345 (2.5 2)+ − 2.5*(2.5 2*2)+ = 735.8 43
Lần lượt cho cỏc giỏ trị gúc bao ϕi bất kỳ từ giỏ trị ϕ = 00 đến giỏ trị gúc bao ϕmax = 345o ta tớnh được bỏn kớnh của cỏc tiết diện ρi tương ứng với cỏc giỏ trị gúc bao ϕi từ đú tớnh được bỏn kớnh Ri = ra + 2.ρi
Bảng 3-4: Kết quả tớnh toỏn buồng xoắn turbin
ϕ C ϕ C 2raϕ C 2ra ϕ ρ 2ρ r = ra + 2ρ 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.50 15 0.02 0.10 0.32 0.34 0.68 3.18 30 0.04 0.20 0.45 0.49 0.98 3.48 45 0.06 0.31 0.55 0.61 1.23 3.73 60 0.08 0.41 0.64 0.72 1.44 3.94 75 0.10 0.51 0.71 0.82 1.63 4.13 90 0.12 0.61 0.78 0.90 1.81 4.31 105 0.14 0.71 0.84 0.99 1.97 4.47 120 0.16 0.82 0.90 1.07 2.13 4.63 135 0.18 0.92 0.96 1.14 2.28 4.78 150 0.20 1.02 1.01 1.21 2.43 4.93 165 0.22 1.12 1.06 1.28 2.57 5.07 180 0.24 1.22 1.11 1.35 2.70 5.20 195 0.27 1.33 1.15 1.42 2.83 5.33 210 0.29 1.43 1.19 1.48 2.96 5.46 225 0.31 1.53 1.24 1.54 3.08 5.58 240 0.33 1.63 1.28 1.60 3.21 5.71 255 0.35 1.73 1.32 1.66 3.33 5.83 270 0.37 1.83 1.35 1.72 3.44 5.94 285 0.39 1.94 1.39 1.78 3.56 6.06 300 0.41 2.04 1.43 1.84 3.67 6.17 315 0.43 2.14 1.46 1.89 3.78 6.28 330 0.45 2.24 1.50 1.95 3.89 6.39 345 0.47 2.34 1.53 2.00 4.00 6.50