Chuyên đề Nghiên cứu tua bin nghiêng phục vụ phát triển thủy điện nhỏ ở Việt Nam

t¨ng mËt ®é c¸c ®−êng ®ã. §Ó t×m vÞ trÝ chÝnh x¸c cña c¸c ®−êng dßng dùa vµo c¬ së lý thuyÕt ®· nªu trªn, ta lËp b¶ng tÝnh to¸n nh− b¶ng (2). B¶ng 2 Sè ®−ên g dßng r mm ∆S mm r ∆S r ∆S tb ∆n mm ∆Fi= tbS rn ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ∆∆ mm ∆Fi= ∑∆Fi i-1 mm δ(∆Fi)= ∆Fi-∆Ftb mm δ(∆n)i= δ(∆Fi) r ∆S tb δ(∆n)i ∆n 100% S0 S1 S2 . . . Sn TÝnh to¸n b¶ng 2 cho tõng ®−êng vu«ng gãc n-n vµ thay ®æi vÞ trÝ c¸c ®−êng dßng sao cho gi¸ trÞ ∆Fi däc theo ®−êng vu«ng gãc n-n lµ b»ng nhau. Sai sè cña c¸c gi¸ trÞ nµy ký hiÖu lµ δ(∆Fi)=∆Fi-∆Ftb. Trong ®ã gi¸ trÞ trung b×nh ∆Ftb tÝnh theo c«ng thøc: 1− ∆=∆ ∑ i F F itb Tõ ®ã cÇn ph¶i chuyÓn dÞch ®−êng dßng mét kho¶ng c¸ch lµ δ(∆n), chiÒu dÞch chuyÓn phô thuéc vµo dÊu δ(∆n). TÝnh δ(∆n) theo c«ng thøc: tb i i S r Fn ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ ∆ ∆=∆ )()( δδ Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n vµ dÞch chuyÓn c¸c ®−êng dßng kÕt thóc khi sù sai lÖch gi÷a hai lÇn tÝnh to¸n cuèi cïng cßn l¹i: Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 25 %53%100.)( ÷=∆ ∆ n n iδ Sau khi dùng ®−îc c¸c ®−êng dßng, ta t×m tr−êng vËn tèc cña dßng theo c¸c c«ng thøc (3.45), (3.47) vµ lËp thµnh b¶ng (3). B¶ng 3 §−êng dßng S0 S1 …. Si §−ên g vu«n g gãc 2π∑Fi= n S r ∆∆∑π2 ∑∆=∆Φ iF Q π2 ∆S m Cm m/s ∆S m Cm m/s ∆S m Cm m/s ∆S m Cm m/s 0-0 1-1 2-2 . . . j-j Sau khi cã kÕt qu¶ ë b¶ng (3) ta vÏ ®å thÞ quan hÖ Cm= f(S). Dùng ®−êng dßng ®¼ng thÕ cã thÓ thùc hiÖn trªn m¸y vi tÝnh. X©y dùng ®−êng dßng cña vßi phun nãi chung lµ khã kh¨n vµ phøc t¹p. Do ®ã ®Ó ®¸nh gi¸ mét c¸ch t−¬ng ®èi chÊt l−îng c¸c ph−¬ng ¸n vßi phun ng−êi ta cã thÓ tÝnh to¸n vµ x©y dùng c¸c ®−êng cong cña sù thay ®æi diÖn tÝch tiÕt diÖn däc theo trôc vßi phun khi c¸c ®é më kh¸c nhau. §Ó tÝnh to¸n c¸c diÖn tÝch tiÕt diÖn cÇn x©y dùng c¸c mÆt c¾t kinh tuyÕn cña ®−êng dÉn n−íc vßi phun ë mét sè ®é më. Sau ®ã trªn tõng mÆt c¾t dùng mét sè ®−êng ®¼ng thÕ gÇn ®óng. C¸c mÆt cong ®¼ng thÕ trong kh«ng gian ®−îc thay thÕ bëi c¸c mÆt c«n th¼ng, khi ®ã diÖn tÝch F sÏ lµ: F = xx da π (3.49) Trong ®ã: ax lµ chiÒu dµi c«n th¼ng dx ®−êng kÝnh chÝnh gi÷a h×nh c«n. C¸c trÞ sè : ax, dx ®−îc x¸c ®Þnh trùc tiÕp trªn h×nh vÏ (xem h×nh 15). Sau ®ã x©y dùng ®−êng quan hÖ F = f(l), l lµ kho¶ng c¸ch tõ mÆt ph¼ng ®i qua gi÷a h×nh c«n ®Õn mÆt ph¼ng cöa ra cña vßi phun. Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 26 Th«ng th−êng ë vÞ trÝ ®ãng vµ ë ®é më nhá, diÖn tÝch tiÕt diÖn biÕn ®æi t−¬ng ®èi ®Òu, theo chiÒu t¨ng ®é më ë ®o¹n gi÷a cña c¸c ®−êng cong cã vïng biÕn ®æi víi gradien nhá h¬n. Do ®ã ph¶i lµm sao cho sù gi¶m gradien côc bé nµy kh«ng lín. Nh÷ng nghiªn cøu trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y cho thÊy khi dßng ch¶y ë cöa ra bÞ nÐn sÏ cho dßng tia gän vµ Ýt bÞ tãe n−íc. Gãc c«n cµng lín dßng ch¶y bÞ nÐn cµng nhiÒu. Nh−ng khi t¨ng gãc c«n cña èng vßi phun sÏ lµm cong m¹nh ®−êng dßng vµ do ®ã g©y thªm tæn thÊt thñy lùc vµ nh− vËy ®−êng kÝnh vßi phun ph¶i t¨ng lªn. Ngµy nay gãc c«n cña èng vßi phun vµ van kim ®−îc xem lµ tèi −u lµ γ/α=600/450, γ/α=800/540 vµ γ/α=850/600. H×nh 16. Biªn d¹ng vßi phun γ/α=800/540 Tõ s¬ ®å dßng ch¶y thÕ ta cã thÓ biÕt ®−îc sù ph©n bè vËn tèc theo bÒ mÆt van kim cô thÓ lµ däc theo ®−êng dßng S0 (h×nh 15), b»ng ph−¬ng tr×nh Bernuli cã thÓ t×m ®−îc sù ph©n bè ¸p lùc: Pi= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ − gH CH i 2 1 2 γ (3.50) Trong ®ã: H lµ cét n−íc ë cöa vµo vßi phun. TÝch ph©n nã ta cã lùc däc trôc thñy ®éng t¸c dông lªn van kim: Ps= ∫ max02 d idrpπ (3.51) Trong ®ã: dmax lµ ®−êng kÝnh lín nhÊt cña van kim. Khi vßi phun ë vÞ trÝ ®ãng, lùc däc trôc t¸c dông lªn van kim (kh«ng kÓ diÖn tÝch cÇn ®Èy) lµ: Ps=o= H d γπ 4 max 2 (3.52) Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 27 3.2.3. Bé phËn l¸i, c¾t dßng. Bé phËn l¸i (c¾t) dßng cã chøc n¨ng l¸i dßng ra ngoµi kh«ng t¸c dông vµo BCT khi dõng tua bin ®Ó tr¸nh va ®Ëp sãng va trong ®−êng èng. Trong qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh kÐp, khi ë chÕ ®é lµm viÖc æn ®Þnh, bé phËn l¸i, c¾t dßng kh«ng ch¹m tíi dßng tia. Nh−ng ®Ó cho khi c¾t t¶i c¬ cÊu l¸i dßng cã thÓ tham gia vµo qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh cµng nhanh cµng tèt, c¹nh c«ng t¸c cña nã ph¶i n»m kh«ng xa mÆt dßng tia. Do ®−êng kÝnh dßng tia thay ®æi tïy thuéc vµo vÞ trÝ cña van kim, ®Ó hßa hîp vÞ trÝ cña bé phËn l¸i dßng víi vÞ trÝ cña van kim trong hÖ thèng ®iÒu chØnh TBTN ng−êi ta sö dông c¸c liªn kÕt ®Æc biÖt. §Ó tÝnh to¸n c¸c liªn kÕt cÇn ph¶i biÕt quan hÖ ®−êng kÝnh dßng tia víi hµnh tr×nh van kim. NÕu ®−êng ®Æc tÝnh l−u l−îng Q = f(s) cña vßi phun ®· biÕt th× quan hÖ d0 = f(s) dÔ dµng t×m ®−îc nhê c«ng thøc x¸c ®Þnh d0 qua l−u l−îng. §Ó tÝnh to¸n c¸c thµnh phÇn cña hÖ thèng ®iÒu chØnh cÇn ph¶i biÕt hµm quan hÖ cña c«ng suÊt dßng ch¶y t¸c dông lªn BCT vµ m« men thñy lùc t¸c dông lªn bé phËn l¸i dßng víi vÞ trÝ cña nã khi ®é më cña bé phËn h−íng dßng kh¸c nhau. Trong qu¸ tr×nh chÕ t¹o bé phËn l¸i dßng, c¸c quan hÖ nµy ®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng b»ng ®å gi¶i. X¸c ®Þnh trÞ sè m« men thñy lùc khi bé phËn l¸i dßng lµm viÖc (h×nh 17). Bé phËn l¸i dßng ®−îc chÕ t¹o vµ ®−a vµo dßng tia sao cho ë chç tiÕp xóc ®Çu tiªn cña dßng tia víi mÆt cña bé phËn l¸i dßng gãc θi gÇn víi 00. Do ®ã toµn bé dßng tia bÞ l¸i chØ cã mét mµ kh«ng ph¶i hai h−íng chuyÓn ®éng. Khi tÝnh to¸n gi¶ thiÕt r»ng h−íng nµy trïng víi h−íng cña tiÕp tuyÕn víi biªn d¹ng cña bé phËn l¸i dßng t¹i cöa ra. NÕu trôc X h−íng song song víi trôc dßng tia cßn trôc Y h−íng lªn trªn vµ gèc täa ®é trïng víi trôc quay cña bé phËn l¸i dßng ta cã: Px= ( )ig QC θγ ′− cos1 ; Py= ig QC θγ ′sin Tæng hîp lùc P = 22 yx pp + ®Ó x¸c ®Þnh m« men thñy lùc cÇn biÕt ®iÓm ®Æt cña tæng hîp lùc, cã thÓ lÊy gÇn ®óng ®iÓm nµy lµ ®iÓm n»m ë chÝnh gi÷a phÇn dßng ch¶y cña mÆt bé phËn l¸i dßng (ki) trªn h×nh (17), khi ®ã: Mtl=Pxyi - Pyxi (3.53) Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 28 H×nh 17. VÞ trÝ cña bé phËn l¸i dßng Khi x¸c ®Þnh biªn d¹ng cña bé phËn l¸i dßng vµ chän vÞ trÝ trôc quay cña nã sao cho gi¸ trÞ m« men thñy lùc kh«ng lín (cho phÐp gi¶m c«ng suÊt vµ t−¬ng øng kÝch th−íc m¸y tiÕp lùc) 3.2.4. Dßng tia tù do trong kh«ng khÝ. Sau khi ra khái vßi phun, dßng tia chuyÓn ®éng tù do trong m«i tr−êng kh«ng khÝ tr−íc khi ®i vµo BCT. C¸c nghiªn cøu cho thÊy r»ng, ngay sau khi ra khái vßi phun, dßng tia ®¹t ®−îc diÖn tÝch nhá nhÊt cña m×nh vµ sau ®ã më réng ra. Sù më réng dßng tia ®−îc gi¶i thÝch lµ do søc c¶n cña kh«ng khÝ ®· lµm chËm chuyÓn ®éng cña nã. BÒ mÆt ngoµi cña dßng tia bÞ gi¶m cét ¸p (h×nh 17). H×nh 18. BiÓu ®å ph©n bè ¸p lùc c¾t ngang dßng tia Tõ lý thuyÕt vÒ tÇng giíi h¹n, V. Sulgin coi dßng tia tr¬n kh«ng khuyÕch t¸n ®· chØ ra r»ng ma s¸t n−íc vµ kh«ng khÝ rÊt nhá, cã thÓ qua. Nh÷ng vïng låi lâm cña θi’ θi Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 29 biÓu ®å vËn tèc theo biªn «ng gi¶i thÝch bëi sù xuÊt hiÖn dÊu vÕt cña c¸c tÇng giíi h¹n. Nh−ng thùc tÕ dßng tia kh«ng thÓ xem lµ tr¬n tuyÖt ®èi. Qua nghiªn cøu b»ng ph−¬ng ph¸p chôp ¶nh cho thÊy bÒ mÆt cña dßng tia cã tÝnh chÊt l−în sãng, tõ nã c¸c phÇn tö chÊt láng bÞ t¸ch ra. Trong khi ®ã dßng tia ch¶y trong ch©n kh«ng cã ®−îc bÒ mÆt tr¬n nh½n h¬n nhiÒu. Râ rµng lµ trong m«i tr−êng kh«ng khÝ cã ¶nh h−ëng thÕ nµo ®ã tíi cÊu tróc líp ngoµi cña dßng tia. Cho ®Õn nay c¸c nghiªn cøu vÒ dßng tia ch¶y trong kh«ng khÝ vÉn ch−a ®−îc hoµn thiÖn ®Ó ®¸nh gi¸ ®Çy ®ñ c¸c tæn thÊt. T¹m thêi chØ cã thÓ nãi tíi tæng tæn thÊt liªn quan ®Õn vßi phun vµ dßng tia mµ ch−a kÕt luËn ®−îc tû lÖ tõng lo¹i tæn thÊt riªng trong c©n b»ng n¨ng l−îng chung. HiÖu suÊt vßi phun tÝnh tÊt c¶ c¸c tæn thÊt nµy khi thiÕt kÕ biªn d¹ng hîp lý theo thùc nghiÖm cã thÓ ®¹t 95 ÷ 98%. Trong thiÕt kÕ còng cÇn tÝnh to¸n ®Õn ®é më réng cña dßng tia khi quyÕt ®Þnh tû sè D1/d0 ®Ó tr¸nh dßng tia khi vµo BCT cã thÓ va ch¹m vµo bÇu hoÆc vµnh lµm gi¶m hiÖu suÊt cña tua bin. 3.2.5. Nghiªn cøu, thiÕt kÕ b¸nh xe c«ng t¸c. 3.2.5.1. LuËn cø vÒ tû sè 0 1 d D : Tû sè 0 1 d D lµ th«ng sè rÊt quan träng trong thiÕt kÕ tua bin dßng phun (tua bin g¸o, TBTN). C¸c th«ng sè qui dÉn vµ sè vßng quay ®Æc tr−ng cña tua bin ®Òu phô thuéc vµo c«ng thøc nµy, cô thÓ nh− sau: V×: 4 .*2* 2 0 max dgHQ πϕ= (3.54) Vµ: HDQQ ** 211= (3.55) Nªn : 2 1 0' 1 **4 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= D dgQ ϕπ nÕu lÊy ϕ = 0,97 th× : 2 1 0' 1 *41,3 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= D dQ (3.56) NÕu tæ m¸y cã sè vßi phun lµ z th× : 2 1 0' 1 **41,3 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= D dzQ Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 30 Sè vßng quay ®Æc tr−ng ns x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ' 1 ' 1 .**13,3 Qnns η= (3.57) NÕu lÊy η= 0,83 ; n1’= 41 t¹i trÞ sè Q’1max th× sè vßng quay ®Æc tr−ng cña tua bin x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : z D dns **216 1 0 max = (3.58) Tû sè 0 1 d D cña TBTN theo thùc nghiÖm x¸c ®Þnh ®−îc cã gi¸ trÞ tõ 3,5 ÷ 7. Ngoµi vïng trªn, hiÖu suÊt cña tua bin gi¶m. B¶ng 4 so s¸nh c¸c gi¸ trÞ qui dÉn vµ sè vßng quay ®Æc tr−ng cña TBTN vµ tua bin g¸o. B¶ng 4 Th«ng sè Läai TB 0 1 d D ns Q ’ 1(l/s) TBTN 3,5 ÷ 7 62 ÷ 31 278 ÷ 70 Tua bin g¸o 8 ÷ 18 27 ÷ 12 53 ÷ 10,5 Trong chuyªn ®Ò vÒ gam thñy ®iÖn nhá, víi c¸c läai thñy ®iÖn nhá cã thÓ chän 0 1 d D = 4. 3.5.2.2. Gãc gi÷a tia vµ b¸nh c«ng t¸c.: KÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm [1] cho thÊy, gãc vµo phï hîp α = 22,50 ÷ 250, gãc ra β2 = 1650 ÷ 1680. Víi T§CN cã thÓ chän theo h−íng thuËn lîi cho c«ng nghÖ, chän α = 250 β2 = 1650 Gãc gi÷a vËn tèc t−¬ng ®èi, trïng víi gãc ®Æt c¸nh t¹i mÐp vµo β, theo tÝnh to¸n tèi −u lµ 2 1 1 βα = C¸c gãc ë c¸c b¸n kÝnh kh¸c nhau ®−îc ®Þnh theo c«ng thøc: Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 31 0 1 2 1 1 cos2 2sin R R arctg i i − = α αβ (3.59) Trong ®ã: β1i lµ gãc t¹i cöa vµo cña c¸nh g¸o ë vÞ trÝ cã b¸n kÝnh lµ Ri R0 lµ b¸n kÝnh danh nghÜa cña b¸nh xe c«ng t¸c (R0 = D1/2). 3.5.2.3. KÝch th−íc c¬ b¶n cña BCT, biªn d¹ng l¸ c¸nh BCT. Ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ c¸nh: Do tµi liÖu nghiªn cøu vÇ BCT tua bin tia nghiªng rÊt thiÕu, h¬n n÷a phÇn lín biªn d¹ng c¸nh TBTN ®−îc x¸c ®Þnh nhê thùc nghiÖm, nªn ®Ò tµi chän ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ c¸nh b»ng ph−¬ng ph¸p ph©n tÝch lý thuyÕt, lùa chän, thiÕt kÕ theo mÉu, thö nghiÖm trªn m« h×nh ®Ó rót ra c¸c chi tiÕt cÇn thiÕt. a. Lùc chän mÉu. MÉu ®−îc lùa chän ®¶m b¶o cã chÊt l−îng cao, trog ®Ò tµi chän mÉu cña 3 h·ng: H·ng Gilkes (Anh), h·ng TANAKA (NhËt B¶n), h·ng TRIED (Trung Quèc). Ba mÉu trªn ®Òu cã ph¹m vi 0 1 d D = 4 ÷ 5,5, lµ vïng thÝch hîp cho TBTN cã cét n−íc trong ph¹m vi H ≤ 300m C¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña mÆt c¾t ngang BCT nh− h×nh 19. H×nh 19. C¸c th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n cña BCT TBTN - §−êng kÝnh bÇu ë lèi vµo: dbV= 0,734D1 - §−êng kÝnh bÇu ë lèi ra: dbR= 0,507D1 Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 32 - ChiÒu cao cña bÇu: H = 0,330D1 - §−êng kÝnh vµnh ë lèi vµo: Dv=1,440D1 - §−êng kÝnh lèi ra lín nhÊt: D3=1,750D1 - §−êng kÝnh lèi ra nhá nhÊt: D2=0,283D1 - ChiÒu réng cña c¸nh: B1=0,373D1 - ChiÒu réng c¸nh ë lèi ra nhá nhÊt: B2=0,303D1 - ChiÒu réng c¸nh ë lèi ra lín nhÊt: B3=0,174D1 - §−êng kÝnh ngoµi cña vµnh: DN=1,824D1 - ChiÒu cao cña vµnh: h=0,113D1 b. KiÓm tra c¸c kÝch th−íc h×nh häc cña c¸nh: X©y dùng mÆt c¾t vµ mÆt b»ng giao cña dßng tia vµ BCT cho thÊy: ë c¸c chÕ ®é 0 1 d D = 4 ÷ 5,5, kÓ tíi ®é në cña dßng tia t¹i mÆt c¾t T ≤ 5d0 , cho kÕt qu¶ nh− sau: H×nh 20. VÞ trÝ t¸c ®éng cña dßng tia trªn mÆt BCT Kho¶ng c¸ch gi÷a dßng tia vµ vµnh, bÇu c¸nh ë chÕ ®é, ®é më lín nhÊt, víi ph−¬ng ¸n èng dÉn khuûu cong lo¹i b. - §−êng kÝnh dßng tia d0: 55mm - §é më dßng tia: d0 x 19,5%: 67mm - Kho¶ng c¸ch gÇn nhÊt: tíi bµu vµ vµnh ∆δ KÕt qu¶ ∆δ >5mm: §¹t yªu cÇu ®Æt ra Biªn d¹ng c¸nh BCT: + Biªn d¹ng c¸nh ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: Sö dông ph−¬ng ph¸p lÊy mÉu b»ng m¸y quÐt Criber: LÊy mçi c¸nh kho¶ng 10 mÉu. - Sö dông phÇn mÒm SPSS ®Ó xö lý sè liÖu. δ Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 33 H×nh 21. VÞ trÝ cña vßi phun so víi BCT - X©y dùng biªn d¹ng c¸nh sau khi xö lý sè liÖu. KÕt qu¶ ®o nh− trong phô lôc 1. 3.2.6. Vá tua bin. Vá tua bin ngoµi viÖc b¶o ®¶m cho n−íc kh«ng bÞ b¾n ra sµn cßn cÇn ph¶i ®¶m b¶o dßng n−íc ra khái b¸nh xe c«ng t¸c kh«ng b¾n ng−îc trë l¹i ¶nh h−ëng ®Õn sù lµm viÖc cña tua bin. HiÖn nay, vá tua bin ®−îc coi lµ −u viÖt nhÊt cã kÕt cÊu nh− h×nh 23. Côm æ trôc tua bin ®−îc bè trÝ phÝa tr−íc vá, c¸c vßi phun bè trÝ hai bªn. Trªn ®Ønh vá cã n¾p dèc vÒ phÝa sau ®¶m b¶o cho tho¸t hÕt phÇn n−íc b¾n lªn trªn vµ cã thÓ tho¸t nhanh kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn sù lµm viÖc b×nh th−êng cña BCT. Qu¸ tr×nh th¸o l¾p, b¶o d−ìng còng rÊt thuËn tiÖn vµ ®¬n gi¶n. 3.2.7. Bè trÝ c¸c bé phËn c¬ b¶n cña TBTN. C¸c TBTN hiÖn nay th−êng chØ gåm hai lo¹i 1 hoÆc 2 vßi phun cã kÕt cÊu nh− h×nh 23 vµ h×nh 24. C¸c vßi phun ®−îc bè trÝ ng−îc nhau vµ ®èi xøng qua BCT. Gãc gi÷a trôc vßi phun vµ mÆt ph¼ng b¸nh xe c«ng t¸c chän trong kho¶ng 22,5 ÷ 250. Kho¶ng c¸ch gi÷a vßi phun vµ mÆt ph¼ng nhËn n−íc cña BCT lµ G (h×nh 16), thùc nghiÖm cho thÊy r»ng tæn thÊt n¨ng l−îng cña dßng tia lµ nhá nhÊt khi G ≤ 5 d0. MÆt dßng tia trô trßn c¾t mÆt ph¼ng cöa nhËn n−íc cña BCT cã d¹ng h×nh « van (gäi lµ h×nh « van dßng tia). Thùc nghiÖm cho thÊy vÞ trÝ « van dßng tia cã h−íng ng−îc víi chiÒu chuyÓn ®éng (h×nh 22). NÕu sù dÞch chuyÓn (T) nµy kh«ng g©y cho dßng tia vÊp ph¶i vµnh bao ngoµi cã thÓ n©ng cao sè vßng quay ®Æc tr−ng cña tua bin. §ång thêi H×nh 22. Giao diÖn (« van) gi÷a dßng tia vµ BCT Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 34 gi¶m bít sù va ®Ëp vµo vµnh bao ngoµi cña tua bin hoÆc cã thÓ gi¶m bít sè c¸nh. Kho¶ng dÞch chuyÓn T ®−îc x¸c ®Þnh nhê thùc nghiÖm. 3.3. Chän kÕt cÊu tæ m¸y, sè vßi phun. Cã 3 lo¹i kÕt cÊu TBTN: + KÕt cÊu trôc ®øng 1 mòi phun, 2 mòi phun + KÕt cÊu trôc ngang 1 mòi phun, 2 mòi phun + KÕt cÊu trôc ®øng nhiÒu mòi phun nh− c¸c h×nh 21, h×nh 22 vµ h×nh7: H×nh 23. KÕt cÊu TBTN trôc ®øng 1 hoÆc 2 vßi phun H×nh 24. KÕt cÊu TBTN trôc ngang Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 35 ¦u nh−îc ®iÓm cña c¸c kÕt cÊu nh− ë b¶ng 5: B¶ng 5 TT Lo¹i kÕt cÊu ¦u ®iÓm Nh−îc ®iÓm 1 Lo¹i trôc ngang 1 mòi phun - KÕt cÊu ®¬n gi¶n, æ trôc ë 2 phÝa BCT nªn chÞu lùc tèt; - DÔ l¾p víi c¸c m¸y ph¸t trôc ngang kh¸c. - Ph¹m vi lµm viÖc hÑp. 2 Lo¹i trôc ngang 2 mòi phun - KÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ l¾p víi c¸c m¸y ph¸t trôc ngang kh¸c; - Ph¹m vi lµm viÖc réng b»ng 2 lÇn lo¹i 1 mòi phun; - DÔ chÕ t¹o, l¾p ®Æt, söa ch÷a. - CÇn chó ý æ trôc ®Ó n©ng cao ®é bÒn. 3 Lo¹i trôc ®øng 1,2 vµ nhiÒu mòi phun - KÕt cÊu gän gµng, dÔ l¾p ®Æt, qu¶n lý, vËn hµnh. - Lo¹i nhiÒu mòi phun cã khung lµm viÖc réng. - M¸y ph¸t ph¶i ®ång bé víi tuabin; - æ trôc tuabin yªu cÇu kh¶ n¨ng chÞu lùc däc trôc cao; - Lµm kÝn mì tèt; - Phï hîp víi c¸c h·ng s¶n xuÊt thiÕt bÞ ®ång bé Trong phÇn nghiªn cøu nµy chóng t«i lùa chän kÕt cÊu trôc ngang 2 mòi phun víi c¸c lý do sau: - Nh− ®· ph©n tÝch trong gam thñy ®iÖn nhá vµ cùc nhá. Yªu cÇu vÒ vïng lµm viÖc cña TBTN kh«ng qu¸ réng. - §iÒu kiÖn s¶n xuÊt sè l−îng kh«ng cao nªn phï hîp víi ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt m¸y ph¸t ®iÖn trôc ngang. - Tæ m¸y dÔ chÕ t¹o, ®¬n gi¶n cho qu¸ tr×nh vËn hµnh. - Thùc tÕ h·ng Gilkes ®· s¶n xuÊt tíi 5.000 kW/tæ m¸y víi nhiÒu TTD cã cét n−íc kh¸c nhau ®Òu ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ ®é bÒn vµ hiÖu suÊt cao. Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 36 3.4. Ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ TBTN. §Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè, kÝch th−íc cña TBTN, cÇn cho tr−íc c¸c ®¹i l−îng: Cét ¸p lín nhÊt, cét ¸p tÝnh to¸n, cét ¸p nhá nhÊt: Hmax,Htt, Hmin vµ c«ng suÊt tua bin N. 3.4.1. Chän c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n. a. Vßi phun: C¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña vßi phun ®−îc x¸c ®Þnh theo c¸c th«ng sè sau: cét ¸p tÝnh to¸n Htt, sè l−îng vßi phun Zv vµ c«ng suÊt tæ m¸y: L−u l−îng qua mét vßi phun x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: vttv ZH N Z QQ η81,91 == (3.60) trong ®ã: η - HiÖu suÊt TBTN s¬ bé chän η=0.8 §−êng kÝnh dßng tia øng víi l−u l−îng lín nhÊt x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ttv gHZ dQ 2 4 2 0 1 ϕπ= (3.61) Tõ ®ã suy ra: ttv gHZ Qd 2 4 max 0 ϕ= (3.62) NÕu lÊy ϕ = 0,97 ta cã: HZ Qd v 0 0 545,0= (m) (3.63) Trong ®ã: Q0= Qmax l−u l−îng (m3/s) H = Htt cét ¸p (m) HiÖn nay, c¸c vßi phun ®· ®−îc nghiªn cøu t−¬ng ®èi kü l−ìng c¶ vÒ lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm cña tua bin g¸o. Cã 3 lo¹i vßi phun c¬ b¶n cã hiÖu suÊt kh¸ cao ®Ó tÝnh ®æi cho c¸c lo¹i tua bin kh¸c nhau ®ã lµ: lo¹i vßi phun ng¾n(850/600), lo¹i vßi phun trung b×nh(800/550), vµ lo¹i vßi phun dµi (620/450). Vßi phun ng¾n cã −u ®iÓm lµ lùc ma s¸t nhá, hµnh tr×nh S vµ kÝch th−íc tæ m¸y nhá, ®Æc biÖt víi tæ m¸y nhiÒu vßi phun cho kÝch th−íc kÕt cÊu cµng nhá. Nh−ng do hµnh tr×nh cña kim phun biÕn ®æi kh«ng lín, l−u l−îng biÕn ®æi nhiÒu, viÖc ®iÒu chØnh ®ßi hái ph¶i nh¹y. Còng v× vßi phun ng¾n, dßng ch¶y quÆt gÊp, cã thªm tæn thÊt do dßng rèi. Tuy nhiªn do cã ®é nÐn tèt nªn nã phï hîp víi cét n−íc Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 37 thÊp. §èi víi lo¹i vßi phun dµi th× kh¾c phôc ®−îc c¸c nh−îc ®iÓm cña vßi phun ng¾n nh−ng vÒ mÆt kÝch th−íc kÕt cÊu sÏ rÊt lín nÕu tæ m¸y cã Ýt vßi phun ®ång thêi lo¹i vßi phun nµy cã ®é nÐn kÐm h¬n nªn nã phï hîp víi cét n−íc cao. Läai vßi phun trung b×nh cã c¸c ®Æc ®iÓm kh¾c phôc c¸c nh−îc ®iÓm cña hai lo¹i ng¾n vµ dµi. Nã phï hîp víi cét n−íc trung b×nh. Tãm l¹i, vßi phun cã ®é c«n lín phï hîp víi cét ¸p thÊp, vßi phun trung b×nh cho cét ¸p trung b×nh vµ vßi phun cã ®é c«n nhá cho cét ¸p cao. §èi víi TBTN, do cét n−íc lµm viÖc kh«ng cao nªn viÖc sö dông lo¹i vßi phun ng¾n vµ trung b×nh lµ thÝch hîp. §èi víi c¸c tæ m¸y cã cét ¸p nhá h¬n 50 m nªn chän lo¹i vßi phun ng¾n. C¸c tæ m¸y cã cét ¸p cao h¬n nªn chän lo¹i vßi phun trung b×nh. b. Chän ®−êng kÝnh BCT vµ sè vßng quay. Thùc nghiÖm cho thÊy sè vßng quay qui dÉn cña TBTN n1’=39 ÷ 41 v/ph lµ vïng lµm viÖc cã hiÖu suÊt cao nhÊt. §−êng kÝnh BCT (D1) x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : n HnD ' 1 1 = (m) (3.64) Sau khi tÝnh to¸n, trÞ sè D1 ®−îc lµm trßn vµ qui vÒ kÝch th−íc tiªu chuÈn. ViÖc lùa chän ®−êng kÝnh BCT phô thuéc vµo sè vßng quay n, sè vßng quay nµy th−êng ®−îc chän theo sè vßng quay ®ång bé cña m¸y ph¸t ®iÖn (nèi trùc tiÕp) hay mét sè vßng quay thÝch hîp cña bé truyÒn (nèi gi¸n tiÕp). Khi quyÕt ®Þnh chän tèc ®é vßng quay nµo ®ã cÇn quan t©m ®Õn c¸c kinh nghiÖm thiÕt kÕ ®· tr×nh bµy trong môc 3.2.1. Víi TBTN, tû sè D1/d0 n»m trong kho¶ng 3,4 ÷ 9,5. Khi ®· chän sè vßi phun cã nghÜa lµ ®· x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng kÝnh d0 nªn khi tÝnh to¸n ®−êng kÝnh BCT cÇn ph¶i chó ý ®Õn tû sè D1/d0. c. C¸c th«ng sè kh¸c cña TBTN. *.L−u l−îng qui dÉn: L−u l−îng qui dÉn cña TBTN x¸c ®Þnh theo c«ng thøc chung cña c¸c m¸y thñy lùc : 2 1 0 2 1 ' 1 4 2 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== D dZ g HD QQ vϕπ Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 38 hay: 2 1 0' 1 .. ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= D dZKQ vQ (3.65) Trong ®ã: 4 2g KQ πϕ= lµ h»ng sè. *. Sè vßng quay qui dÉn: H nDn 1'1 = (3.66) Trong ®ã: π ω30=n v¬i c¸c biÓu thøc: 2 1 1 Du ω= , gHC 21 ϕ= vµ 1 1 C u=ψ Thay vµo (3.66) ta cã: 1 1' . 260 1 C ugn π ϕ= hay: ψnKn ='1 (3.67) trong ®ã: gKn 2 60ϕπ= lµ h»ng sè. *, Sè vßng quay ®Æc tr−ng ns: Sè vßng quay ®Æc tr−ng x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 4 HH Nnns = hay '1'165,3 Qnns η= (3.68) 3.4.2. X©y dùng ch−¬ng tr×nh tÝnh c¸c th«ng sè chÝnh cña TBTN. §Ó thuËn tiÖn vµ nhanh chãng cho qu¸ tr×nh tÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña TBTN cho tr¹m thñy ®iÖn, cÇn lËp mét ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n trªn m¸y vi tÝnh. Ch−¬ng tr×nh ®−îc viÕt b»ng ng«n ng÷ Visual Basic (xem phÇn phô lôc). Ngoµi viÖc tÝnh to¸n c¸c th«ng sè vµ ®−a vµo tiªu chuÈn ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c vµ sè vßng quay (theo sè vßng quay ®ång bé cña m¸y ph¸t), ch−¬ng tr×nh cßn kiÓm tra sù hîp lý cña sè liÖu ®Çu vµo vµ gîi ý cho ng−êi dïng chän lo¹i tua bin kh¸c nÕu c¸c th«ng sè cña tr¹m thñy ®iÖn kh«ng phï hîp víi viÖc sö dông TBTN. Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 39 Ch−¬ng tr×nh cã thÓ dÞch thµnh file.exe ch¹y trong m«i tr−êng window. Tuy nhiªn ®Ó cã thÓ söa ch÷a hoÆc bæ sung c¸c th«ng sè tiªu chuÈn th× cã thÓ ®Ó ch¹y trùc tiÕp trong m«i tr−êng Visual Basic. Khi b¾t ®Çu ch¹y, cöa sæ nhËp sè liÖu ®Çu vµo më ra vµ cung cÊp cho ng−êi dïng mét sè th«ng tin cÇn thiÕt vÒ ch−¬ng tr×nh. Trªn thanh menu gåm cã c¸c th«ng tin vµ chøc n¨ng sau: - HÖ thèng: cung cÊp cho ng−êi dïng vÒ th«ng tin hÖ thèng ch−¬ng tr×nh. - Gi¸ trÞ mÆc ®Þnh: cho phÐp ng−êi dïng cã thÓ thay ®æi c¸c gi¸ trÞ mÆc ®Þnh cña ®−êng kÝnh BCT sÏ ®−îc tiªu chuÈn ho¸ vµ c¸c sè vßng quay mÆc ®Þnh kh¸c trong tr−êng hîp sè vßng quay ®ång bé cña m¸y ph¸t kh«ng phï hîp (dïng bé truyÒn ®Ó kÐo). Cöa sæ cËp nhËt gi¸ trÞ mÆc ®Þnh nh− sau: Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 40 §Ó cËp nhËt c¸c gi¸ trÞ mÆc ®Þnh, Ên vµo nót “Ghi d÷ liÖu” tr−íc khi Ên nót “Tho¸t” ®Ó ra khái cöa sæ nµy. - About: Cung cÊp th«ng tin chung vÒ ch−¬ng tr×nh NhËp d÷ liÖu ®Ó tÝnh to¸n: - NhËp cét n−íc tÝnh to¸n cña tr¹m - NhËp c«ng suÊt cña tr¹m - Chän sè tæ m¸y: nÕu kh«ng lùa chän g×, mÆc ®Þnh sè tæ m¸y lµ 1 - Chän sè vßng quay ®ång bé: nÕu kh«ng cã lùa chän g×, mÆc ®Þnh sè vßng quay c¸c tæ m¸y lµ 1000v/ph. Sau khi nhËp xong sè liÖu, nhÊn nót tiÕp tôc ®Ó ch¹y ch−¬ng tr×nh. NÕu c¸c th«ng cña tr¹m nhËp vµo kh«ng phï hîp víi viÖc sö dông TBTN hoÆc kh«ng vµo vïng lµm viÖc tèi −u, ch−¬ng tr×nh sÏ th«ng b¸o ®Ó ng−êi dïng biÕt ®Ó cã thÓ thay ®æi c¸c sè liÖu ®Çu vµo hoÆc chän lo¹i tua bin kh¸c. Ch−¬ng tr×nh ®−îc lËp cho viÖc tÝnh to¸n c¸c TBTN cã cét ¸p lµm viÖc tõ 10 ÷ 250 m, c«ng suÊt mét tæ m¸y ®Õn 500 kW, sè vßng quay ®Æc tr−ng 25 ÷ 75 v/ph v× vËy c¸c sè liÖu nhËp vµo ngoµi vïng nµy còng sÏ ®−îc coi lµ kh«ng hîp lý. C¸c th«ng b¸o sÏ hiÓn thÞ vµ néi dung cña nã nh− sau: D¹ng sè liÖu sai: kh«ng nhËp ®ñ hoÆc dïng ký tù kh¸c d¹ng sè: Cét ¸p cña tr¹m n»m ngoµi vïng lµm viÖc: Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 41 C«ng suÊt cña mét tæ m¸y v−ît qu¸ 500 kW : Sè vßng quay ®Æc tr−ng nhá h¬n 25 v/ph : Sè vßng quay ®Æc tr−ng lín h¬n 75 v/ph : Sè vßng quay qui dÉn nhá h¬n 39 v/ph (ngoµi vïng tèi −u) : Sè vßng quay qui dÉn lín h¬n 41 v/ph (ngoµi vïng tèi −u) : Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 42 C¸c cöa sæ gîi ý cã c¸c nót ‘yes’ vµ ‘no’ ®Ó ng−êi dïng cã thÓ lùa chän theo gîi ý hoÆc tho¸t khái ch−¬ng tr×nh. Khi c¸c th«ng sè ®Çu vµo phï hîp hoµn toµn víi viÖc sö dông TNTN sÏ kh«ng xuÊt hiÖn c¸c cöa sæ gîi ý, c¸c th«ng sè tÝnh to¸n ®−îc sÏ hiÓn thÞ trªn cöa sæ kÕt qu¶. D−íi ®©y lµ vÝ dô tÝnh to¸n c¸c th«ng sè cña mét tr¹m thñy ®iÖn cã cét ¸p 100 m, c«ng suÊt 120 kW, sö dông mét tæ m¸y víi sè vßng quay ®ång bé cña m¸y ph¸t 1000 v/ph. Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 43 Ch−¬ng IV. Nghiªn cøu thùc nghiÖm tBTN §èi víi c¸c m¸y thñy lùc nãi chung vµ tua bin n−íc nãi riªng cho ®Õn nay hÇu nh− ch−a cã lêi gi¶i chÝnh x¸c bµi to¸n ®éng lùc häc b»ng lý thuyÕt. Trªn thùc tÕ, ng−êi ta sö dông nhiÒu ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu thùc nghiÖm kh¸c nhau vµ ph−¬ng ph¸p m« h×nh ho¸ lµ phæ biÕn. ViÖc nghiªn cøu ®Æc tÝnh cña c¸c tua bin nguyªn mÉu ®−îc thay thÕ b»ng viÖc nghiªn cøu ®Æc tÝnh t−¬ng tù trªn m« h×nh. Dùa vµo c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm trªn m« h×nh ®Ó kÕt luËn ®Æc tÝnh cña tua bin nguyªn mÉu. §Ó ®¹t ®−îc ®iÒu ®ã, khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm cÇn ph¶i tu©n theo nh÷ng qui luËt nhÊt ®Þnh cña viÖc m« h×nh ho¸, ®ã lµ c¸c tiªu chuÈn t−¬ng tù. 4.1. H−íng nghiªn cøu TB