II. THIẾT KẾ TUA-BIN NƯỚC
Cánh hướng
2.3. Tam giác tốc độ
Trong phần này, tên gọi và ký hiệu các thành phần như sau: Up Tốc độ tiếp tuyến tại cửa vào bánh công tác [m/s]. Vp Tốc độ tuyệt đối của dòng nước tại cửa vào [m/s]. Wp Tốc độ tương đối của dòng nước tại cửa vào [m/s]. r,: Bán kính bánh cơng tác tại cửa vào [m].
oq: Góc giữa Uj và Vị [rad]
u2: Tốc độ tiếp tuyến tại cửa ra bánh công tác [m/s]. v2: Tốc độ tuyệt đối của dòng nước tại cửa ra [m/s]. w2: Tốc độ tương đối của dịng nước tại cửa ra [m/s]. r2: Bán kính bánh cơng tác tại cửa ra [m].
oc2: Góc giữa u2 và v2 [rad].
Tại cửa vào bánh công tác “A” như trong hình 3.4, nước chảy với tốc độ tuyệt đối Vị bánh công tác quay với tốc độ U] và như vậy tốc độ tương đối của dòng vào là Wp Chính vì vậy, tốt nhất là góc vào của cánh bánh cơng tác được bố trí cùng hướng với tốc độ Wp
Hình 3.4. Tam giác tốc độ trong tua-bin Francis
Tài liệu chuyên đề bảo dưỡng sủa chữa tua-bin nước
Tại cửa ra bánh công tác “B”, nước chảy với vận tốc tương đối w2 và bánh công tác quay với vận tốc u2 và tốc độ tuyệt đối của dịng vào là v2. Chính vì vậy, tốt hơn cả là góc ra của cánh bánh cơng tác bố trí sao cho cùng hướng với tốc độ Wị.
Khối lượng đơn vị của nước và lưu lượng: p: Khối lượng đơn vị của nước [kg/m3] Q: Lưu lượng dịng chảy [m3/s]
Mơmen tạo bởi dịng nước tính theo cơng thức: T = pQC^v, cosotị -r2v2 cosa2) [J]
Khi đó, Cơng suất p tính theo cơng thức sau:
p = Tco = pQ(u1v1 COSƠ! -u2v2 cosot2) [W]
Trong đó: co là tốc độ góc [rad/s]
Đối với cột áp hữu ích H [m], hiệu suất lý thuyết bánh cơng tác tính được: p 1 z ___ ___ x
ru = ——— = ——(u.v. cosoc. -u,v, cosoc,) pgQH gH
Như vậy, hiệu suất lớn nhất xuất hiện khi góc a2 = 90°. Tuy nhiên, trong thực tế nước chảy ra khỏi bánh công tác trong khi động năng không được sử dụng hết để phát điện. Mặc dù các ống hút được lắp đặt cho tua-bin phản kích nhằm tận dụng năng lượng, song tốc độ không thể triệt tiêu (vanish). Năng lượng tổn thất ở đây gọi là tổn thất cửa ra.
Hiệu suất tua-bin Francis bị suy giảm ở chế độ sai lệch với thiết kế. Tỷ lệ suy giảm càng thấy rõ ở các tua-bin có tỷ tốc cao. Tốc độ tuyệt đối tại cửa vào biến đổi thành V|’ như trong hình 3.5 ở phụ tải từng phần do hướng chảy thay đổi bởi q trình đóng các cánh hướng động và lưu lượng cũng giảm. Đồng thời, tốc độ tương đối cũng đổi thành W|’. Sự khác biệt lưu tốc “vs“ gây tổn thất làm cho hiệu suất tua-bin giảm.
Tinh trạng tương tự cũng xảy ra ở cửa ra của tua-bin. Khi vận hành với góc ra a2 = 90°, tổn thất năng lượng tại đó nhỏ nhất vì khơng phát sinh tốc độ xốy. Nếu
Chương III. Công nghệ chê tạo tua-bin nước
tốc độ tuyệt đối ở chế độ phụ tải từng phần là v2’ như trong hình 3.6, xuất hiện tổn thất do “v2 cosa2” khác khơng.
Hình 3.6. Tam giác tốc độ tại cửa ra Hình 3.5. Vận hành phụ tải nhỏ
Theo tình trạng nước ra, một số trường hợp sử dụng tua-bin với phụ tải thấp. Vận hành với phụ tải nhỏ hiệu suất cao hơn khi vận hành ở chế độ phụ tải từng phần, bởi vì công suất phát ra được thiết kế nhỏ so với các bánh cơng tác bình thường.