PHẦN III: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN
CHƯƠNG 3: CHỌN THIẾT BỊ DẪN VÀ THOÁT NƯỚC
3.1. Thiết bị dẫn nước cho nhà máy thuỷ điện ( buồng xoắn)
3.1.1. Khái niệm.
Buồng xoắn turbin là phần nối liền công trình dẫn nước của nhà máy thuỷ điện với turbin, buồng turbin được dùng để dẫn nước từ đường dẫn (đường ống áp lực, hoặc cửa lấy nước) đến turbin và hình thành dòng chảy vòng tại cửa vào của bộ phận hướng nước.
Buồng turbin cần đảm bảo những yêu cầu chính sau:
• Dẫn nước đều đặn lên chu vi các cánh hướng nước , để tạo lên dòng chảy đối xứng với trục turbin .
• Tổn thất thuỷ lực trong buồng và đặc biệt trong BPHN nhỏ nhất .
• Buồng có kích thước nhỏ nhất và kết cấu đơn giản.
• Thuận tiện cho việc bố trí turbin và các thiết bị phụ của nó trong gian máy của TTĐ, thoả mãn các yêu cầu xây dựng của nhà máy.
• Phân bố đều lượng nước chảy vào các cơ cấu hướng nước để đảm bảo lực tác dụng lên cơ cấu hướng nước xung quanh BXCT của turbin là đều nhau, tức là không có sự tác động lệch tâm.
• Dễ nối tiếp với đường ống áp lực , thuận tiện cho việc bố trí turbin và các thiêt bị phụ trợ khác .
3.1.2. Chọn kiểu buồng xoắn turbin và nguyên lý tính toán.
Tuỳ theo cột nước, công suất của trạm thuỷ điện mà chọn kiểu buồng xoắn.
Với trạm thuỷ điện Bản Vẽ đang thiết kế có cột nước H(min ÷max) = 49,867 ÷ 75,916 (m), cột nứơc tính toán là Htt= 59,317(m) công suất của một tổ máy là Ntm=70(MW), trong phạm vi ứng dụng các kiểu buồng (hình 5-1 giáo trình TBTL- ĐHTL trang 84) tra được buồng xoắn kim loại tiết diện tròn.
1. Góc bao lớn nhất của buồng xoắn ϕmax:
Phương án buồng xoắn lợi nhất được lựa chọn trên cơ sở xác định kết quả thí nghiệm mô hình bánh xe công tác đã chọn với các kiểu buồng xoắn khác nhau. Khi tính toán kích thước buồng xoắn thường sử dụng kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm và kinh nghiệm thiết kế nhà máy thuỷ điện. Đối với TTĐ Bản Vẽ có cột nước dao động H(min ÷ max) = (49,867 ÷ 75,916) (m) chọn được góc bao ϕmax=345o .
2. Các nguyên lý tính toán thuỷ lực buồng xoắn:
Tính toán thuỷ lực buồng xoắn chủ yếu là xác định hình dáng đường bao quanh bên ngoài buồng xoắn, hay định được kích thước chủ yếu của các tiết diện của buồng xoắn.
Trong thực tế dòng chảy trong buồng xoắn rất phức tạp cho nên thường trong tính toán sơ bộ người ta thường dùng một số nguyên lý tính toán gần đúng sau đó trên cơ sở ấy người ta thí nghiệm mô hình để chỉnh lý các kích thước đã xác định cho phù hợp.Các nguyên lý tính toán buồng xoắn bao gồm :
a. Nguyên lý tốc độ không đổi: Vc = VCV = const.
Phương pháp này giả thiết tốc độ trung bình của dòng nước tại tất cả các điểm trên cùng một mặt cắt hay tốc độ trên tất cả các mặt cắt khác nhau là bằng nhau, nhưng thực tế chất lỏng có vận tốc là không bằng nhau do có tổn thất theo chiều dài buồng xoắn dẫn đến các tiết diện sẽ có trị số cột nước khác nhau, áp lực nước tác dụng lên BXCT làm cho ổ đỡ bị mài mòn không đều gây ra sự rung động, vì thế phương pháp này tuy tính toán đơn giản nhưng nó chỉ phù hợp với TTĐ cột nước thấp góc bao ϕmax ≤ 1800
b. Nguyên lý mômen tốc độ dòng chảy trong buồng xoắn giảm dần:
phương pháp này ít dùng .
c. Nguyên lý mômen tốc độ bằng hằng số (Vu.r = const).
Vận tốc Vu tại các điểm cách trung tâm trục một bán kính như nhau thì bằng nhau nhưng trên cùng một tiết diện Vu giảm dần khi R tăng .
Vu.R = k = cosnt; (trong đó k gọi là hằng số buồng xoắn). Nghĩa là Vu tỷ lệ nghịch với bán kính R.
Phương án này tính toán phức tạp, nhưng chế độ thuỷ lực trong buồng xoắn phù hợp hơn cả. Phương pháp này thường dùng để tính toán buồng xoắn khi góc bao ϕmax> 180o.
Đối với TTĐ Bản Vẽ tôi dùng nguyên lý mô men tốc độ bằng hằng số để tính toán kích thước buồng xoắn .
3.1.3.Các bước xác định kích thước mặt bằng buồng xoắn .
Sự phân bố vận tốc của chất lỏng trong buồng xoắn tuân theo quy luật:
Vu.R=const (R - là khoảng cách từ điểm đang xét trong buồng turbin đến trục turbin).
• Vận tốc tại dòng chảy cửa vào được xác định theo công thức kinh nghiệm:
Vcv = kx. Htt
Trong đó:
Kx- hệ số kinh nghiệm xét đến tổn thất thuỷ lực và kích thước kinh tế của buồng xoắn , kx = 0,85÷1,1 (với cột nước lớn lấy hệ số nhỏ và ngược lại).
Vcv = (0,85 ÷ 1,1). 59,317 = (6,546 ÷ 8,472) (m/s) . Chọn Vcv = 7,5 ( m/s ).
• Lưu lượng chảy qua mặt cắt cửa vào buồng xoắn (Qcv) được xác định theo công thức:
Qcv = 360
. Qtm ϕmax
= 130,61
360 345 . 29 ,
136 = (m3/s).
Trong đó:
ϕmax- Góc bao lớn nhất của buồng xoắn ϕmax = 3450. Qtm - lưu lượng lớn nhất chảy qua turbin .
• Diện tích mặt cắt cửa vào của buồng xoắn được xác định theo công thức.
Fcv = QV 1307,,561 14,41(m2
cv
cv = = )
• Bán kính của buồng xoắn tại tiết diện cửa vào:
Fcv = π.ρcv2
ρcv - Bán kính tiện diện cửa vào buồng xoắn:
ρcv = 2,35( ) 14
, 3
41 ,
14 m
Fcv
= π =
•Xác định kích thước tiết diện tại mặt cắt i.
Kết quả tính toán buồng xoắn theo nguyên tắc mômen tốc độ bằng hằng số:
ρi=
.C r C 2
i a
i + ϕ
ϕ
Ri = ra+ 2.ρi
Trong đó: ρi : bán kính tiết diện buồng xoắn tại mặt cắt i , ứng với góc bao ϕi. Ri : bán kính bao ngoài của buồng xoắn tại mặt cắt i.
ra : bán kính ngoài của stato turbin, theo bảng 5-5 giáo trình turbin ta có:
Da = 6,15 (m).
ra = 3,075( ) 2
15 , 6
2 m
Da
=
=
C : hệ số tính toán , được xác định bằng biểu thức . C = (ra cv) ra(ra 2. V)
max
ρ +
− ρ +
ϕ
C =3,075+2,35− 3345,075(3,075+2.2,35) =662,66(0/m)
Lần lượt cho các giá trị góc bao ϕi bất kỳ từ giá trị ϕ = 00 đến giá trị góc bao ϕmax = 345o ta tính được bán kính của các tiết diện ρi tương ứng với các giá trị góc bao ϕi từ đó tính được bán kính Ri = ra + 2.ρi
Kết quả tính toán buồng xoắn ϕi
C ϕi
2.ra.
C ϕi
r C .
2 a ϕi ρi 2.ρi Ri
(m) (m) (m)
15 0.023 0.139 0.373 0.396 0.791 3.866 30 0.045 0.278 0.528 0.573 1.146 4.221 45 0.068 0.418 0.646 0.714 1.428 4.503 60 0.091 0.557 0.746 0.837 1.674 4.749 75 0.113 0.696 0.834 0.947 1.895 4.970 90 0.136 0.835 0.914 1.050 2.099 5.174 105 0.158 0.974 0.987 1.146 2.291 5.366 120 0.181 1.114 1.055 1.236 2.473 5.548 135 0.204 1.253 1.119 1.323 2.646 5.721 150 0.226 1.392 1.180 1.406 2.812 5.887 165 0.249 1.531 1.237 1.486 2.973 6.048 180 0.272 1.671 1.292 1.564 3.128 6.203 195 0.294 1.810 1.345 1.640 3.279 6.354 210 0.317 1.949 1.396 1.713 3.426 6.501 225 0.340 2.088 1.445 1.785 3.569 6.644 240 0.362 2.227 1.492 1.855 3.709 6.784 255 0.385 2.367 1.538 1.923 3.846 6.921 270 0.407 2.506 1.583 1.990 3.981 7.056 285 0.430 2.645 1.626 2.056 4.113 7.188 300 0.453 2.784 1.669 2.121 4.243 7.318 315 0.475 2.923 1.710 2.185 4.370 7.445 330 0.498 3.063 1.750 2.248 4.496 7.571 345 0.521 3.202 1.789 2.310 4.620 7.695