Máy điều chỉnh tốc độ quay tuabin có nhiệm vụ tự động thay đổi mô men quay của tuabin bằng cách điều tiết lợng nớc vào tuabin. Để điều tiết năng lợng nớc vào tuabin ngời ta dùng hệ thống cánh hớng nớc.
Trong hệ thống điều tốc của nhà máy, các máy điều tốc sơ cấp của tuabin ngoài nhiệm vụ điều chỉnh tần số (tốc độ quay) của tuabin mà còn tham gia vào quá trình phân bổ công suất tác dụng giữa các tổ máy trong hệ thống điện .
Máy điều chỉnh tốc độ trong nhà máy đợc chế tạo theo nguyên lý điều chỉnh gián tiếp thông qua khâu khuếch đại thủy lực có cấu tạo đa dạng và phức tạp, nhng gồm những phần tử chính sau :
Hình vẽ 3.4 Cấu trúc và sơ đồ chức năng máy điều tốc tuabin Trong đó :
1- Phần tử đo lờng : Bộ phận để phát hiện độ lệch tần số quay của tổ máy khỏi giá trị đặt, độ lệch tần số của điện áp máy phát điện, gia tốc tuabin hay thông số điều chỉnh khác.
2- Phần tử khuếch đại : Thờng là bộ khuếch đại từ hay khuếch đại thủy lực.
3- Cơ cấu thừa hành thủy lực (goi là xecvomoto) : Làm nhiệm vụ tác động trực tiếp vào bộ phận điều tiết để thay đổi năng lợng vào tuabin. 4- Phần tử điều chỉnh : Thực hiện chức năng phản hồi cứng hoặc mềm
theo vị trí của cơ cấu thừa hành thủy lực 3
Ngoài ra còn có các thiết bị phụ khác nh cơ cấu hạn chế độ mở của cánh hớng nớc, cơ cấu giới hạn cột nớc …
Các máy điều tốc tuabin hiện đại đợc phân thành các loại: kiểu cơ thuỷ lực và điện thuỷ lực.
Máy điều tốc kiểu cơ thuỷ lực có phần tử đo lờng để phát hiện độ lệch số vòng quay là hệ thống quả văng ly tâm có sơ đồ đơn giản sau:
Hình3.5 Sơ đồ nguyên lý máy điều chỉnh tốc độ quay của tuabin kiểu hớng tâm
Trong đó : 1- Là phần tử đo lờng 3-Cơ cấu thừa hành thủy lực 2- Là phần tử khuếch đại 4-Phần tử hiệu chỉnh
5- Phần tử đặt ( Cơ cấu đặt)
Nguyên lý làm việc của bộ điều tốc : Giả sử hệ thống đang làm việc ổn định ở một giá trị tốc độ ωo hệ thống cân bằng khi đó pittông của hộp dầu
khuếch đại 2 ở vị trí giữa đóng hoàn toàn hai cửa trên và dới của pittông 3 (xecvomoto) điểm C phải ở vị trí Co.
Vì lý do nào đó làm tốc độ tuabin thay đổi, chẳng hạn làm ω giảm,
các quả văng ly tâm 1 cụp lại đẩy vòng trợt từ vị trí A0 xuống vị trí A’, điểm B tạm thời không thể di chuyển vì cả cửa trên và cửa dới của pittông 3 bị đóng kín bằng pittông của hộp dầu khuếch đại 2 nên lực tại điểm B lớn hơn rất nhiều lực tại điểm C.
Do đó điểm C phải bị dịch chuyển đến C’ làm cho pittông của hộp dầu khuếch đại 2 di chuyển xuống dới làm cho các cửa dầu áp lực đợc mở ra cụ thể cửa dới thông với đờng dầu áp lực và cửa trên thông với đờng dầu xả (dầu hồi lu).
Pittông 3 đợc đẩy lên, tác động vào cơ cấu điều tiết năng lợng(Cánh hớng nớc) để tăng lợng nớc vào tuabin. Tác động điều chỉnh này làm tăng số vòng quay của tuabin và đa các điểm A và C từ vị trí A’, C’ dịch chuyển lên phía trên. Việc dịch chuyển lên trên bao nhiêu còn tùy thuộc vào vị trí của pittông 3 tác động vào điểm B thông qua cơ cấu phản hồi 4.
Quá trình điều chỉnh sẽ sảy ra cho đến khi điểm C cha trở về vị trí ban đầu Co, nghĩa là cho tới khi các cửa dầu của hộp dầu khuếch đại đóng lại hoàn toàn.
Để chỉnh định tốc độ quay ta dùng cơ cấu đặt (CCĐ), tác động vào CCĐ bằng tay hay thông qua động cơ điện, có thể dịch chuyển điểm M lên trên điểm N xuống vị trí N0 động thái này làm cho pittông 2 bị đẩy xuống dới, mở thêm cánh hớng tăng lợng nớc vào tuabin, điều này sẽ làm tăng tốc độ quay tuabin (tần số ) nếu máy làm việc riêng lẻ còn nếu máy làm việc song song thì sẽ làm tăng công suất phát của tổ máy trong hệ thống.
Tuy nhiên nhợc điểm của hệ thống này là ở trạng thái ổn định mới tốc độ (tần số ) của tuabin không trở lại vị trí ban đầu mà giữ ở một giá trị có thể lớn hơn hay nhỏ hơn giá trị ban đầu. Gọi là hệ thống điều tốc với phản hồi cứng.
Điều này đợc khắc phục thay bằng cơ cấu phản hồi mềm (Hình 3.3b) ở dạng một bộ cản dịu thủy lực. Bộ cản dịu là một hộp dầu gồm xilanh và pittông, dầu hai phía của pittông thông với nhau bằng một ống nhỏ có van
điều chỉnh, hộp dầu gắn với điểm B qua lò so và hệ thống đòn, nh vậy khoảng cách giữa điểm B và pittông 3 có thể thay đổi đợc (liên hệ mềm)
Trong quá trình thay đổi phụ tải của tuabin thoạt đầu bộ cản dịu làm việc nh một khâu phản hồi cứng vì pittông trong xi lanh bộ cản dịu không thể chuyển động nhanh đợc, điều này ngăn đợc hiện tợng quá điều chỉnh. Sau đó dới tác động của lò so làm pittông của bộ cản dịu dịch chuyển dần, đẩy dầu từ mặt này của pittông sang mặt kia. Quá trình này chỉ kết thúc khi cả điểm C và điểm B trở về vị trí ban đầu, do đó điểm A cũng trở lại vị trí ban đầu tơng ứng với giá trị tốc độ quay ωo ban đầu của tuabin.
Máy điều tốc tuabin của nhà máy thủy điện Hòa Bình là loại máy
kiểu điện thủy lực– : Nguyên lý làm việc của máy điều tốc kiểu điện thủy lực tơng đối giống với máy điều tốc kiểu cơ thủy lực chỉ khác là sử dụng sơ đồ điện để thực hiện các khâu đo lờng, tiền khuếch đại, hiệu chỉnh và đặt thông số Cho phép đơn giản phần thuỷ lực của hệ thống và dễ dàng đ… a thêm các tín hiệu nh phân bố công suất tác dụng tín hiệu hiệu chỉnh tần số vào hệ thống điều tốc.…
Tần số của điện áp xoay chiều đầu cực máy phát đợc đa vào bộ phận đo l- ờng điện của máy điều tốc. Khi xuất hiện độ lệch tần số∆ ><f 0 thông qua
bộ tiền khuếch đại tín hiệu điện đợc cấp cho cuộn dây quấn xung quanh một lõi bằng nam châm. Dới tác dụng của lực điện trờng cuộn dây sẽ dịch chuyển lên xuống tùy thuộc vào độ lệch ∆ >f 0 hay ∆ <f 0. Giả sử ∆ <f 0
cuộn dây sẽ chuyển động xuống dới làm cho điểm Ao dịch chuyển xuống dới và tạm thời điểm Bo không dịch chuyển. Do đó pittông của hộp dầu khuếch đại dịch xuống dới làm cửa dới của xilanh 3 thông với đờng dầu áp lực còn cửa trên thông với đờng dầu hồi lu, pittông 3 chuyển động lên trên tác động vào cánh hớng nớc làm tăng lợng nớc vào bánh xe công tác tuabin, tần số dần đợc nâng lên. Khi tần số vợt quá giá trị đặt sự điều chỉnh đợc thực hiện ngợc lại. Tùy thuộc vào cơ cấu phản hồi ta cũng có kiểu phản hồi cứng và phản hồi mềm. Nếu là phản hồi cứng thì cơ cấu phản hồi thờng là
một khâu khuếch đại khi đó ở trạng thái ổn định tần số thực tế sẽ lớn hơn giá trị đặt một lợng đúng bằng lợng phản hồi về. Nếu là khâu phản hồi mềm thì cơ cấu phản hồi thờng là khâu vi phân thực có thời gian điều chỉnh đủ dài do đó ban đầu nó cũng làm việc giống khâu phản hồi cứng để giảm độ quá điều chỉnh tần số. Sau thời gian cơ cấu phản hồi mất tác dụng (đầu ra phản hồi bằng 0) khi đó trạng thái xác lập chỉ diễn ra khi tần số đo bằng tần số đặt.
Hình3.6 Sơ đồ nguyên lý đơn giản hoá của máy điều tốc tuabin kiểu điện thủy lực.
Vì khâu điều tiết năng lợng vào tuabin đòi hỏi công suất lớn (nh điều khiển đóng mở cánh hớng nớc) nên máy điều chỉnh thờng có nhiều hơn một tầng khuếch đại.