I. cơ sở LÝ THUYẾT VE HỎNG HÓC TUA-BIN
b) Sựhưhại do cặn lắng trong nước
1.2. Hưhại do xâm thực ■
1.2.1. Nguyên lý về sự xâm thực trong tua-bin nước
Trong mỗi thành phần của các bộ phận chuyển động thuỷ lực đang vận hành thì tốc độ chuyển động và áp suất là khác nhau. Khi áp suất ở một điểm nhất định giảm xuống dưới áp suất hơi ở nhiệt độ của nước thì trong thời gian đó nước ở điểm đó bay hơi và trở thành hơi, vì thê' làm xuất hiện các bong bóng rất nhỏ (micro) bên trong dòng nước. Hiện tượng trên được gọi là xâm thực.
Khi xảy ra xâm thực thì tuỳ theo nhiệt độ mà các bộ phận chuyển động thuỷ lực chịu nhiều dạng hư hại khác nhau. Các nguyên nhân về hư hại do xâm thực được giả thiết như sau:
1. Các bong bóng được sinh ra ở nơi có áp suất thấp trong tua-bin, bị vỡ đột ngột ở áp suất cao gây ra một lực như một quả búa nước tác động vào thành tua-bin tạo ra ăn mịn.
2. Khơng chỉ có hơi ở nơi có áp suất thấp mà khơng khí được hồ tan trong nước tách ra và lượng khí ơxy của nó gây ra gặm mịn (ăn mịn hố học).
3. Ánh hưởng về điện gây nên ăn mịn điện - hố học.
Trong trường hợp của tua-bin thì sự biến thiên tốc độ dịng chảy trong thiết bị gây ra các nguyên nhân trên và trong một vài trường hợp thì sự ăn mịn lỗ chỗ do xâm thực xảy ra trên bề mặt ở vị trí hơi thấp hơn dịng chảy một chút so với vị trí mà các bong bóng được sinh ra, vì thế mà trong số ba loại ảnh hưởng nêu trên thì loại xung phản kích vật lý (1) được giả thiết là nguyên nhân chính gây ra hư hại.
Khi xảy ra hư hại do xâm thực ngoài sự hư hỏng do ăn mịn lỗ chỗ bề mặt thì độ rung, tiếng ồn và sự suy giảm hiệu suất tua-bin có thể xảy ra.
Chương VI. Các hỏng hóc tua-bin nước
Với tua-bin Pelton có chiều cao cột áp được xác định thì khơng có phương pháp lào để tránh xâm thực tốt hơn là cải tiến tình trạng hiện tại. Tuy nhiên, thực tế có rất ihiều trường hợp chịu đựng sự hư hại nghiêm trọng khi cột áp nhỏ hơn 400 m.
Đối với tua-bin Francis và tua-bin propeller thì sự hư hỏng do xâm thực là rất Ịuan trọng. Liên quan đến điều kiện của nhà máy thuỷ điện, khi cố gắng đạt được tốc íộ cao trong tua-bin thì sự xâm thực dễ dàng xảy ra. Thậm chí khi chiều cao cột áp kác định thì việc lắp đặt tua-bin ở vị trí thấp có thể để lưu lượng nước lớn làm tăng áp suất nước trong tua-bin, làm cho sự xuất hiện xâm thực có thể giảm xuống. Tuy nhiên, để làm được điều đó thì lượng đất đá phải đào tăng lên và giá thành (chi phí) xây dựng nhà máy sẽ rất đắt. Do đó, các tua-bin nước phải được xây dựng khi tổng giá thành (chi phí) do đào bới đất đá và chi phí máy móc (thiết bị) là nhỏ nhất.
1.2.2. Ngun lý xâm thực tua-bin nước
Hình 6.2 minh họa một bánh xe cơng tác có cột áp H (m) chiều cao hút Hs (m). ữiả thiết áp suất ở một điểm nhất định trên tua-bin là Hp (cột nước, m). Giả thiết Ha (cột nước, m) giống như áp suất khí quyển, và v2 (m/s) là vận tốc tuyệt đối, w2 (m/s) là vận tốc tương đối ở đầu ra bánh xe công tác, nd là hiệu suất ống hút, Ă hằng số sụt áp cục bộ tại p. Chúng có thê’ được minh họa như sau:
---------f--------------------------------------Áp suất khí H quyển —f---—----1---------------- ^d-y22/2g T H, Ăw22/2g ỚH Hp Dựtrữ’-
Tài liệu chuyên đê bảo dưong sửa chữa tua-bin nước
Hình 6.3 minh họa phân bố áp suất trên bề mặt cánh bánh xe cồng tác từ cửa vào đến cửa ra của nó. Trong trường hợp của tua-bin thì bánh xe cơng tác nhận năng lượng của nước trên phần giữa lối vào và lối ra, do đó dịng nước có áp lực giảm. Nói cách khác thì đường thẳng cơ sở của sự phân bố áp lực là đường nằm ngang. Sự chênh lệch áp suất giữa phía trước và sau cánh bánh xe cơng tác do phân bố áp lực gây ra mômen quay trong bánh xe cơng tác.
k2= v2(2gH)1/2 kw2= w2(2gH)1/2 Trong đó: Hp = Ha-Hs-pH
Tuy nhiên, k2+kk2w2
Áp suất tĩnh tuyệt đối ở lối vào: H! = H a - H u - p d V2 / 2g
Áp suất tĩnh tuyệt đối ở lối ra: H2 =Ha -Hs -pd V 2 /2g
Hình 6.3. Phân bố áp lực trên cánh bánh xe công tác trong lúc vận hành
Trong đó pd, k2 và kw2 là các hằng số cố định theo hình dạng và điều kiện vận hành tua-bin. Thêm vào đó, giá trị À là giá trị đặc biệt tại điểm p, nó là một hằng số có thể thay đổi theo các điểm trên bề mặt của cánh bánh xe công tác.
Chương VI. Các hỏng hóc tua-bin nước
Ở tua-bin có tốc độ thấp thì tác dụng (ảnh hưởng) của k2 lớn hơn k^2, ở tua-bin
:ỏ tốc độ lớn thì ảnh hưởng của kị, lớn hơn k2, do đó ở các tua-bin tốc độ thấp thì
liều quan trọng để xác định đường kính lối ra (ống xả) của bánh xe cịng tác khơng )hải tạo ra k2 quá lớn và ở tua-bin tốc độ cao thì điều quan trọng để xác định hình láng của cánh bánh xe công tác, hệ số À nhỏ hơn. Xâm thực được phát sinh ở điểm p chi: HP<HV
Trong đó: Hv (cột nước, m) là áp suất hơi Hv<Ha-Hs-pH
Ha-Hs-Hv
(hệ số xâm thực của Toham)
Khi ơ nhỏ hơn p (ơ < p) thì xảy ra xâm thực tại điểm p
Tuỳ theo giá trị của ơ, có thể là tiêu chuẩn đánh giá mức độ xâm thực tua-bin, ló cho biết tua-bin có thể chịu đựng được xâm thực hay khơng. Do đó, với giá trị ơ ớn hơn có nghĩa là tua-bin đang vận hành trong trạng thái an toàn.
(ns=115, Ds=0.4 m, ở trạng thái vận hành bình thường)
Tài liệu chuyên đê bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
Hình 6.5. Quan hệ giữa áp suất khí quyển và độ cao so với mặt nước biển
Hình 6.6. Quan hệ giữa áp suất hoi và nhiệt độ