I. cơ sở LÝ THUYẾT VE HỎNG HÓC TUA-BIN
b) Sựhưhại do cặn lắng trong nước
1.2.3. Các điều kiện thực trong tua-bin nước nguyên mẫu
Xâm thực có thể được giảm xuống nhờ việc lựa chọn vị trí đặt tua-bin nước thích hợp và hình dáng bao phủ (cong) của các bộ phận tiếp xúc với dịng nước.
Đặc tính xâm thực của tua-bin nói chung được minh họa bởi ơc và ơ ~Q trên hình 6.7.
H -H -H ơ= a _----- - ơ= a _----- -
H
Trong đó: Ha (cột nước, m) là áp suất khí quyển Hv (áp suất khí quyển, m) là áp suất hơi Hs (m) là cột áp hút của tua-bin nước H (m) là cột áp của tua-bin nước
ơc là trị số tới hạn của ơ, ở trị số đó hiệu suất bắt đầu giảm do xâm thực khi Hs tăng lên quá giá trị giới hạn ơw là trị số giả tưởng (ở trị số đó hư hại do xâm thực bắt đầu xảy ra).
Các đường thẳng thuần (không gãy) của ơc và ơw cho biết trị số do xâm thực gây ra bởi dòng nước chảy dọc từ mặt trước ra mặt sau của cánh bánh xe công tác, và chủ yếu để lại những vết sẹo ở phía lối ra của cánh bánh xe công tác, và các đường thẳng gãy cho biết trị số va chạm với nước khi dòng nước chảy từ mặt trước ra mặt sau của cánh bánh xe cơng tác, hoặc bởi dịng nước xoáy trong ống hút và chủ yếu để lại những vết sẹo ở phía lối vào của cánh bánh xe cơng tác.
Chương VI. Các hỏng hóc tua-bin nước
(ơc: lâ ơ khi hiệu suất giảm xuống, ơw: là ơ khi xâm thực xảy ra ơa: là ơ ở một nhà máy điện)
Hình 6.7. Mơ hình về đặc tính xâm thực ở tua-bin Francis
Khi chúng ta minh họa trạng thái cài đặt tua-bin bởi ơ:
ơ < ơc : Tua-bin không chỉ bị hư hại do xâm thực mà hiệu suất bị giảm xuống trước khi hư hại do xâm thực xảy ra.
ơ = ơc ~ơw: Hư hại do xâm thực xuất hiện ở giai đoạn đầu tiên, tuy nhiên thì sự suy giảm hiệu suất không xảy ra cho đến khi hư hại do xâm thực phát triển.
ơc > ơw : Hư hại do xâm thực không xảy ra.
Lấy ơa giống như ơ của một tua-bin nguyên mẫu đang vận hành, ơa không khác nhiều bởi Q nhưng xu hướng được thể hiện đường 1 hoặc 2 trong hìhh 6.7. Độ cao lắp đặt của 1 nhỏ (nhỏ hơn Hs) hơn 2. Trong trạng thái này, lối ra tua-bin sẽ bị hư hại khi tua-bin vận hành với Q lớn hơn QW| hoặc Qw2 trong hình vẽ trên.
Trong trường hợp trên thì ơw - ơa là tiêu chuẩn về xảy ra xâm thực. Khi trị số của ơw - ơa tăng lên cùng với Q như minh họa ở hình vẽ trên thì tỷ lệ hư hại [kg/h] cánh
Tài liệu chuyên để bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
bánh xe công tác tăng lên theo Q. Quan hệ của w theo Q có thể được giả thiết bởi lý do sẽ được trình bày sau.
W = KCD>’ (61)
Trong đó: Kc (kg/h-m2) hằng số đặc trưng của tua-bin nguyên mẫu được quyết định bởi vật liệu chế tạo tua-bin, hình dáng tua-bin và (ơw - ơa) ~Q.
De [m] là đường kính lối ra của bánh xe công tác,
VQ/^De2 (6-2) I
Kerr đã báo cáo các kết quả nghiên cứu rất đáng chú ý từ thí nghiệm trên tua- bin Francis ở Nhà máy thuỷ điện Vamma ở Na Uy năm 1955. Tua-bin này được yêu cầu phát công suất cao hơn trị số theo kế họach bất chấp xâm thực xảy ra rất nhanh, 25 [kg]/năm và nó đã được kiểm tra. Trong thử nghiệm minh họa trên hình 6.8, sơn màu phóng xạ được sử dụng trên bánh xe công tác nơi mà xâm thực xảy ra là rất đáng chú ý, để quan sát q trình phóng xạ giảm xuống trong khi giữ độ mở cánh hướng khơng đổi (do đó, cơng suất phát và lưu lượng là hằng số). Sơn màu được chế tạo bởi thạch tín có độ phóng xạ 750 mc (giống-76) (Tuổi thọ phóng xạ trung bình là 26.8 h) 5g và vật liệu bao phủ 200g. Độ phóng xạ được đo bởi một máy đếm bên ngồi ống hút. Hình 6.9 minh họa các kết quả thử nghiệm.
Hình 6.8. Các vị trí được sơn phóng xạ
Số giờ chạy tua-bin
Hình 6.9. Quan hệ giữa số giờ (thịi gian) chạy tua-bin và độ phóng xạ cịn lại
Chương VI. Các hỏng hóc tua-bin nước
Các chữ số (1,2,..., 12) nghĩa là thời gian lúc thực hiện phép đo và các giá trị giữa chúng có nghĩa là cơng suất phát Pg [MW] trong một giờ. Ví dụ: cơng suất phát trong thời gian 1-2 và 6-7 là Pg = 7,45 [MW], Nếu a là góc nghiêng của đường thẳng liên tục thì, tgơ là tốc độ suy giảm phóng xạ W' (py/h)/phút).
Như vậy, các giá trị thu được W' - Pg được minh họa trên hình 6.10. r|c trong hình vẽ là hiệu suất tổng của tua-bin và máy phát. W' là giả tưởng tương ứng với xâm thực minh họa bởi đường thẳng liền trong hình 6.11. Hơn nữa, W' - ve được minh họa theo đồ thị tỷ lệ logarit trong hình 6.11.
Nói cách khác thì Knapp treo các tấm nhôm trên tua-bin nguyên mẫu và đếm các lỗ rất nhỏ (micro) W" (pcs/in2-giây) gây ra bởi xâm thực. W- ve được minh họa trong hình 6.11.
Hình 6.10. Quan hệ giữa tốc độ suy giảm phóng xạW và cơng suất phát
ra Pg (Nhà máy điện Vamma)
Hình 6.11. Quan hệ về tốc độ dòng chảy quanh trục ở lôi ra bánh xe công tác ve và
tốc độ hư hại lỗ chỗ bê mặt vật liệu chế tạo bánh xe công tác được thủ nghiệm bởi
W' (Kerr) và W" (Knapp)
Nếu p' và P" là góc nghiêng của W' và W' - ve trên đồ thị tỷ lệ logarit thì
tg P' = tg p" = 5 do đó:
Tài liệu chun đẻ bảo dưỡng sửa chữa tua-bin nước
Cơng thức ở trên là giả tưởng, tuy nhiên, nguyên nhân vật lý tại sao w tỷ lệ với ve5 thì không rõ ràng. Khi Q được tạo ra lớn hon một chút ở chỗ Q lớn thì w sẽ quá lớn. Nói khác đi tua-bin đang bị hư hại do xâm thực khi vận hành quá công suất định mức.
1.2.4. Độ chịu mài mòn của vật liệu
Trong trường hợp hư hại lỗ chỗ bề mặt do xâm thực ở nơi có tốc độ cao như trong tua-bin nước thì sự ăn mịn và gặm mòn chủ yếu như dưới đây. Nó được giả thiết rằng áp lực 10(R500KG/cm2 được tạo nên trong khoảng 1/100-^1/1000 giây khi các bong bóng xuất hiện ở nới có áp suất thấp bị vỡ ở nới có áp suất cao trong tua-bin. Bong bóng nước tĩnh bị nén mạnh lặp đi lặp lại nhiều lần bỏi độ giãn nở và co lại hoặc sự biến mất của các bong bóng này được giả thiết là nguyên nhân gây hư hại lỗ chỗ bề mặt.
Nhiều thiết bị thử nghiệm để kiểm tra khả năng chống lại ăn mòn của vật liệu được phát minh và ứng dụng, tuy nhiên thì máy thử nghiệm bởi độ rung - giảo (magnetostrictive) minh họa trên hình 6.12 được coi là phương pháp tốt nhất. Phương pháp này được phát minh bởi Kerr năm 1937.
Hình 6.12. Máy thử nghiệm hư hại vật liệu do xâm thực (phương pháp độ rung giảo - magn tostrictive)
Phương pháp thử nghiệm trên áp dụng cho độ rung thẳng đứng ở khoảng 6500 lần để một mẫu thử nghiệm trong nước, để tạo ra và phá huỷ các bong bóng xâm thực trên bề mặt mẫu thử nghiệm. Thử nghiệm rất nhiều vật liệu dưới cùng điều kiện và xác định được tốc độ xâm thực w (Ví dụ: mg/h) bằng cách đo độ chống gặm mịn của vật liệu.
Chương VI: Các hỏng hóc tua-bin nước
Bảng 6.1 dưới đây minh họa các ví dụ về w trên vật liệu chế tạo tua-bin sử dụng phương pháp trên. Theo bảng này thì w do xâm thực bởi nước trong thành phố gây nên đối với thép đúc: 13Cr: Thép 18-8 Cr-Ni = 1,00: 0,5: 0.21.
Bang 6.1. Ví dụ về tốc độ xám thực w trên vật liệu chê tạo tua-bin
Vật liệu