Chuyên đề Xây dựng cơ sở khoa học đề xuất gam thủy điện nhỏ Việt Nam, đánh giá tổng quan về phát triển thuỷ điện nhỏ trên thế giới và ở Việt Nam

buống xoắn kim loại, trục đứng. Máy phát tự chế, điều tốc ĐT 1500 kiểu điện tẻ – thuỷ lực. Không làm việc đ−ợc - đã thanh lý 3 Đồng Lê - Nh− trên, ch−a lắp đặt 4 CCq1-DK-25 40 Theo mẫu GANZ (Hunggari) 16ữ20 8ữ17 - Tổ máy h−ớng trục, buồng xoắm trục đứng, có cơ cấu thùng chụp, điều tốc tự động kiểu quả văng. Chất l−ợng chế tạo tốt, nh−ng điều tốc không ổn định. 5 Tua – bin Francis Quỳ Tam, Bình Điền, Đồng Lê 5 F30/50 40ữ200 4ữ18 ĐT-700 - Tua-bin tâm trục, trục ngang buồng xoắn kim loại, sử dụng ổ ba bít - Cánh chế tạo theo công nghệ rèn dập hàn - Chất l−ợng tốt, hệ thống tự động hoá không ổn định 6 Việt Lâm 5 F10/50 400 92 ĐT75 - Tua bin tâm trục, buồng xoắn gang đúc, trục ngang, sử dụng mẫu cánh F10. Kết cấu ổ ch−a tốt hay bị hỏng 7 Nậm Má 2 F10/90 1500 120 DT 1000 - Tua bin tâm trục ngang, sử dụng mẫu cánh F10, D1=90 Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 19 cm, cánh đúc liền - Tổ máy bị xâm thực, gây nổ mạnh, không hoạt động đ−ợc, phải thay bằng thiết bị của Trung Quốc 8 Tua bin gáo Bạch Mã, Trà Bồng, A L−ới 6 P26 135ữ200 80ữ120 DT75 - Tua-bin tâm trục ngang, cánh bằng thép hợp kim, hàn với thân. -Tổ máy làm việc ổn định - Do sử dụng máy phát vòng quay thấp nên kích th−ớc lớn so với thiết bị nhập cùng loại 9 Thác Bay 2 P13 400 2400 DT75 Nh− trên, dùng cánh Ns=13 10 Thông Gót, Bản Hoàng F30/50 F10/50 100 ữ250 10ữ25 Tổ máy tâm trục, trục ngang, sử dụng mẫu cánh F30 11 Duy Sơn 2 G06- 66/1x7,0 Tua bin gáo 2 vòi phun 12 Khe Sanh Tua - bin h−ớng trục Tua bin tâm trục, bánh xe công tác kiểu F13, D1 = 42 cm 13 Sông Ba 14 Một số tổ máy buồng hở 15 Nhóm tua - bin XK 2L 16 F13/84 2100 Tua bin tâm trục kiểu F13, D1 = 84 cm Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 20 Bảng 6. Công trình đ−ợc lắp đặt thiết bị thuỷ điện đ−ợc sản xuất tại Đại học Bách Khoa Hà Nội. TT Tên công trình Tên thiết bị Số l−ợng Công suất Cột n−ớc Đặc điểm 1 Thông Gót, Bản Hoàng 4K84 2 200 6 ữ12 Tua – bin h−ớng trục, buồng hở, trục ngang 2 Khe Song (Quảng Ninh) 10 5 ữ20 2ữ10 3 Các loại tua bin ống Po 82 2 200 20 Tua bin tâm trục, buồng xoắn kim loại trục ngang, bánh xe công tác kiểu PO82 4 Iakren 5 Phục hồi các tổ máy của trạm thuỷ điện Suối Vàng 6 Các tổ máy Micro Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 21 Bảng 7 TT Tên công trình Tên thiết bị Số l−ợng Công suất Cột n−ớc Đặc điểm Tua bin h−ớng trục 1 Tua bin hở D1 = 40ữ120 m K70 20ữ150 2ữ6 Sử dụng Bánh công tác kiểu K70, buồng hở, trục đứng Tua bin tâm trục 2 Ialop P0300 4 20ữ100 10ữ25 3 Di làng, Than Uyên, Minh Xuân, Khe Viễn, Kiện Thành F13 20ữ100 Sử dụng bánh công tác mẫu F13. Tua bin buồng xoắn, trục ngang 4 Phụ hồi một số tổ máy thuỷ luân của Trung Quốc K70 20ữ40 2ữ5 Sử dụng các tua bin XK 2L kiểu Ossberger 5 Nhóm xung kích 2 lần 6 Chế tạo điều tốc DT180 Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 22 Bảng 8. Công trình lắp đặt thiết bị thủy điện tại Viện Khoa học Thuỷ lợi TT Tên công trình Tên thiết bị Số l−ợng Công suất Cột n−ớc Đặc điểm Tua bin h−ờng trục 1 Phụ hồi một số tổ máy thuỷ luân của Trung Quốc 2 Tổ máy Tân Lập 4K-84 3 70ữ100 4ữ8 Tua bin h−ớng trục buồng hở, trục đứng 3 Nậm Công K20/661 2 135ữ200 9ữ12 Tua bin h−ớng trục ngang, Bánh công tác mẫu ΠΛ20/661 4 Các tổ máy nhỏ khác Th−ờng đ−ợc sử dụng mẫu 4K-84 Tua bin tâm trục 1 E30, Biển Hồ, Sông Vố F30/5; F30/42 10 60ữ125 10ữ25 Nhóm tua bin tâm trục, trục ngang, sử dụng BCT F30 2 F10/50, F10/60 Đắc Lắc, Bắc Cạn F10/50,60 4 125ữ200 25ữ40 Nhóm tua bin tâm trục, trục ngang sử dụng BCT F10 3 EaH’leo F13/50 135 4 Tà Sa Po82 5 Xuân Minh (Hoà Bình) G13 1 40 kW 240 Tua bin gáo, trục ngang, 1 vòi phun 6 Nhóm Tua bin xung kích 2 lần Tua bin XK 2L D1=25ữ50 kiểu Ossberger vòi phun kép 7 Điều tốc điện tử – thuỷ lực. Điều tốc giả Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 23 2.2.3. Giai đoạn 1990 ữ 2000. Giai đoạn này, ngành chế tạo thiết bị thủy điện phát triển chậm lại do những lý do cơ bản sau: - Trạm thủy điện Hoà Bình đã đ−a toàn bộ số tổ máy vào làm việc, nhiều công trình điện lớn đ−ợc xây dựng nh− Trị An, Thác Mơ, Vĩnh Sơn …. Hệ thống l−ới điện phát triển. - Sau một số thất bại của ngành thủy điện nhỏ, về cả công trình và thiết bị, nhiều địa ph−ơng ngại đầu t− thủy điện nhỏ. - Sau khi bình th−ờng hóa quan hệ Việt Nam - Trung Quốc, thiết bị thủy điện đ−ợc nhập khẩu dễ dàng từ Trung Quốc. Tuy vậy, do nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội khu vực vùng sâu, vùng xa, giai đoạn này các trạm thủy điện có công suất P = 10 ữ 500 kW đ−ợc phát triển ổn định, thủy điện pico (công suất từ 200 ữ 1000W) cũng phát triển rất mạnh. Dự kiến giai đoạn sau năm 2000: Từ năm 1998, do nhu cầu nguồn điện tăng nhanh, chính sách phát triển năng l−ợng tái tạo, năng l−ợng mới có quy mô toàn cầu đã đ−ợc tác động mạnh mẽ tới việc phát triển thủy điện nhỏ ở n−ớc ta, hàng loạt trạm thủy điện nhỏ đang đ−ợc đầu t−, đồng thời các tổ chức quốc tế nh− WB, UNDP cũng đang phối hợp với Chính phủ Việt Nam xây dựng chính sách phát triển thủy điện nhỏ, cho thấy trong giai đoạn tới, thủy điện nhỏ sẽ đ−ợc phát triển mạnh. Điều đó đòi hỏi nhanh chóng xây dựng tiềm lực khoa học - công nghệ thủy điện nhỏ để phục vụ nhu cầu của đất n−ớc. 2.2.4. Tổng hợp, phân tích kết quả nghiên cứu, sản xuất thiết bị thủy điện nhỏ ở Việt Nam. Các cơ sở sản xuất trong n−ớc đã sử dụng các loại bánh xe công tác thuộc hai nhóm: - Nhóm tỷ tốc cao nh− K70, 4K - 84, ΠΛ 10/592 - Nhóm tỷ tốc trung bình: 4K - 69, ΠΛ 20/661; ΠΛ 30/587 Về kết cấu: - Sử dụng loại kết cấu buồng hở trục đứng cho vùng cột n−ớc H ≤ 5m. Kết cấu buồng hở trục ngang cho vùng H ≤ 8m (nh− trạm thủy điện Khe Soong, Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 24 Quảng Bình có công suất 400KW) - Kết cấu buồng xoắn kim loại trục đứng cho cột n−ớc H = 8 - 20 m ở hàng loạt các trạm thủy điện nh− tổ máy CCQ - DK - 25, trạm thủy điện Phú Ninh, Sông Mực, Nậm Công … với đ−ờng kính bánh xe công tác D1 = 25 -132cm. - Trong vòng 10 năm trở lại đây, một số tua bin h−ớng trục dòng thẳng đã đ−ợc chế tạo tại Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Khoa học Thủy lợi, Công ty Thiết bị Điện Đông Anh … với D1 = 20 - 80 cm - Các loại thiết bị thủy điện kết cấu mới nh− loại Kapsun, loại buồng xi phông ch−a đ−ợc chế tạo ở Việt Nam. 2.2.5. Kết luận. 1. Ngành thủy điện nhỏ của Việt Nam có lịch sử trên 70 năm và phát triển mạnh từ sau ngày hoà bình lập lại ở miền Bắc năm 1954. So với nhiều n−ớc khu vực, n−ớc ta có trình độ thủy điện khá cao. 2. Việt Nam cũng đã đạt đ−ợc nhiều thành tích trong nghiên cứu và chế tạo thiết bị thủy điện với hàng trăm tổ máy có công suất từ nhỏ tới hơn 2000 kW với nhiều chủng loại kết cấu khác nhau. 3. Việc phát triển thủy điện nhỏ có ý nghĩa quan trọng, góp phần đẩy nhanh phát triển kinh tế, xã hội khu vực miền núi, vùng sâu, vùng xa. Sản xuất thiết bị thủy điện đã góp phần tiết kiệm ngoại tệ cho đất n−ớc. 4. Thông qua nghiên cứu và sản xuất đã đào tạo đ−ợc đội ngũ cán bộ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp ráp và quản lý vận hành thủy điện nhỏ. 5. Tuy vậy do phát triển nhiều khi còn mang nặng phong trào, việc đầu t− ch−a đầy đủ cho công tác nghiên cứu nên chúng ta cũng gặp phải nhiều thất bại: 5.1. Nhiều trạm thủy điện trong đó có những trạm công suất tới 3000 kW không vận hành đ−ợc. Phải thanh lý hàng chục tổ máy với tổng công suất tới hơn 7000 kW, gây thiệt hại đáng kể cho nền kinh tế. 5.2. Phần lớn các tổ máy ch−a đủ điều kiện đánh giá về hiệu suất có thể thấy ở nhiều trạm có hiệu suất thấp. 5.3. Nhiều tổ máy hay bị h− hỏng Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 25 Qua đánh giá h− hỏng của trạm thủy điện trong thời gian qua, tổng số tạm còn hoạt động là 331/543 trạm. Số h− hỏng chiếm gần 38%, số còn lại phát huy hiệu quả 50 - 85% công suất thiết kế. Nguyên nhân h− hỏng có thể kể tới gồm: + Công tác thiết kế công trình th−ờng thiên lớn trong khi trạm làm việc độc lập mùa khô hiệu quả phát điện thấp. + Phần lớn công trình h− hỏng là loại công suất thấp (chiếm tới 95%) P ≤ 40 kW, đầu t− ban đầu không đầy đủ, phần công trình thủy công bị h− hỏng rất nhiều. + Trải qua hai cuộc chiến tranh, nhiều công trình bị phá hoại, hoặc không có phụ tùng thay thế. + Quản lý kém, ch−a có cơ chế, chính sách hợp lý. 5.4. Về chế tạo và cung cấp thiết bị cũng có những hạn chế nh− sau: - Nguồn tài liệu cơ bản nh− bản vẽ cánh, đ−ờng đặc tính thu nhận từ nhiều nguồn, không đánh giá đ−ợc chất l−ợng. Do vậy khó khẳng định chất l−ợng thiết bị. - Nhiều bánh xe công tác với Ns khác nhau đang sử dụng ở Việt Nam có chất l−ợng năng l−ợng và xâm thực ch−a cao, kém hơn các loại cùng loại của thế giới. Điều này có thể làm cho sản phẩm của Việt Nam sản xuất không đủ tiêu chuẩn để đấu thầu thiết bị. - Công nghệ chế tạo ch−a đạt độ chính xác cao, vật liệu sử dụng có chất l−ợng thấp. - Công nghệ tính toán, thiết kế đơn giản, l−ợng d− của ổ trục, phần dẫn dòng đều lớn. - Các thiết bị cho bảo vệ và tự động hoá hoặc không có hoặc rất lạc hậu nên tổ máy dễ bị h− hỏng. Từ nhiều nguyên nhân đó cho thấy cần phải có kế hoạch để nghiên cứu về thiết bị thủy điện nhỏ. Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 26 Ch−ơng III. Cơ sở khoa học và ph−ơng pháp chung phân loại tua bin n−ớc 3.1. Mở đầu. Trong lịch sử phát triển ngành thủy điện có nhiều ph−ơng pháp phân loại tua bin n−ớc. Cho tới nay tồn tại hai ph−ơng pháp phân loại chính: - Phân loại theo cột n−ớc - Phân loại theo hệ số tỷ tốc Ns Cả hai cách phân loại này đều thể hiện đặc tính xâm thực, khả năng thoát, khả năng quay nhanh của tua bin. ở các tổ máy lớn, việc phân loại theo cột n−ớc (nh− gam thủy lực cỡ lớn của Liên Xô) là hợp lý vì ở quy mô này không có hiện t−ợng trùng lặp các vùng làm việc của các loại tua bin khác nhau. Nh−ng ở trạm thủy điện nhỏ, việc phân loại theo cột n−ớc sẽ gặp khó khăn trong việc lựa chọn và phân loại thiết bị. Ví dụ nh− tua bin xung kích hai lần có Ns = 750 ữ 800 hoặc vùng của tua bin tâm trục có Ns = 300. Việc phân loại theo Ns sẽ làm tăng thêm tính linh hoạt cho việc lựa chọn thiết bị thủy điện nhỏ. 3.2. Hệ số tỷ tốc Ns. Thông th−ờng các thông số cơ bản cho tr−ớc khi thiết kế hoặc lựa chọn tổ máy cho trạm thủy điện bao gồm: công suất (KW), cột n−ớc (m), số vòng quay (v/ph). Trong ngành chế tạo thiết bị để biểu thị các đặc tr−ng tổng hợp theo 3 thông số kể trên, ng−ời ta dùng một đại l−ợng tổng hợp gọi là hệ số tỷ tốc Ns. Hệ số tỷ tốc Ns đ−ợc định nghĩa là số vòng quay của một tua bin có đ−ờng kính bánh xe công tác D1 = 1m làm việc với cột n−ớc H = 1m và phát ra công suất 1 kW (theo định nghĩa cũ là 1 mã lực) 4 HH HnN S = (3.1) Tính theo thông số quy dẫn: 1113,3 2 11.81,94 1 1 QHHDQ HHD Hn SN ηηη == (3.2) (Theo định nghĩa cũ NsNsQnNs 86,065,3 1 ' 1 == η Phân loại tua bin theo Ns nh− bảng sau: Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 27 Bảng 9. Phân loại tua bin theo tỷ tốc Ns ST T Loại tua bin Tỷ tốc thấp Tỷ tốc trung bình Tỷ tốc cao 1 Tua bin h−ớng trục 270 ữ500 500 ữ 700 750 ữ 1000 2 Tua bin tâm trục 60 ữ 150 150 ữ 220 220 ữ 350 3 Tua bin xung kích hai lần 42 ữ 80 80 ữ 120 120 ữ 170 4 Tua bin gáo 8/19 14/35 22/60 5 Tuabin tia nghiêng 20 40 70 (Chú ý: ở đây Ns tính theo định nghĩa cũ) Ns = 0,86 ηs (3.3) 3.3. Sự cần thiết tiêu chuẩn hóa loại tua bin. Điều kiện làm việc của trạm thủy điện rất khác nhau. Với trị số l−u l−ợng, cột n−ớc, công suất từ cực nhỏ đến cực lớn. Ngay ở trạm thủy điện có cùng các thông số cơ bản nh− nêu trên thì việc lựa chọn thiết bị cũng bị chi phối bởi nhiều yếu tố khác nh− tính chất của phụ tải, chế độ của dòng chảy (sự thay đổi độ cao hút, cột n−ớc, l−u l−ợng …) do đó để thoả mãn các điều kiện đặt ra của trạm thủy điện thì số l−ợng, chủng loại thiết bị cũng rất lớn. Việc tiêu chuẩn hóa nhằm hai mục tiêu: - Lựa chọn đ−ợc những chủng loại thích hợp, những chủng loại thiết bị này đ−ợc lựa chọn gắn liền với tự nhiên, trình độ công nghệ, đặc điểm nền kinh tế của từng n−ớc. - Đ−a ra một số l−ợng ít nhất nh−ng có thể đáp ứng các yêu cầu của thực tiễn đặt ra. ở n−ớc ta việc tiêu chuẩn hóa thiết bị thủy điện giúp cho việc định h−ớng nghiên cứu và sản xuất có hiệu quả nhất, giúp cho việc nhập khẩu thiết bị cũng nh− nhập khẩu công nghệ thích hợp. Hơn nữa trong giai đoạn tới, việc hội nhập với nền kinh tế thế giới nếu không xây dựng hệ tiêu chuẩn, đăng ký, kiểm tra chất l−ợng theo hệ thống tiêu chuẩn quốc tế, chúng ta sẽ không thể đ−a thiết bị thủy điện do ta sản xuất để bán, ngay cả với thị tr−ờng trong n−ớc. - Trong phần này chỉ đề cập đến một phần các mục tiêu trên. 3.4. Những chỉ tiêu cơ bản đặt ra trong phân loại tua bin. Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 28 3.4.1. Tua bin phản kích. - Tua bin phản kích + Tua bin h−ớng trục cánh cố định và cánh quay + Tua bin tâm trục Tua bin h−ớng chéo chỉ sử dụng cho thủy điện nhỏ trung bình và lớn - Các yếu tố khác cần phải kể đến trong ký hiệu tua bin + H−ớng của trục: trục đứng, trục ngang và trục xiên + Kiểu buồng: buồng hở có áp, buồng hở không áp, buồng kiểu ống, buồng kiểu xi phông, buồng xoắn bê tông, buồng xoắn kim loại. Với tua bin phản kích, hệ thống ký hiệu nh− sau: Hình 6. Qui cách và ký hiệu TBPK 3.4.2. Tua bin xung kích. Tua bin xung kích cho thủy điện bao gồm: - Tua bin gáo - Tua bin tia nghiêng - Tua bin xung kích hai lần Khác với tua bin phản kích, trong tua bin xung kích việc phân chia theo Ns chỉ mang ý nghĩa t−ợng tr−ng, có hai cách để tiêu chuẩn hoá tua bin xung kích: ph−ơng pháp t−ơng tự tỷ tốc cố định và ph−ơng pháp tỷ tốc biến đổi. Với mỗi tỷ số ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 0 1 d D khác nhau, sẽ có loại tua bin với Ns khác nhau. Nếu ký hiệu 1 TBPK có một chỉ tiêu Ns nhất định, cùng một đ−ờng đặc tính thì khi tính t−ơng Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 29 tự tỷ tốc nh− mới tua bin phản kích khi chỉ số ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 0 1 d D không đổi nh−ng khi ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ 0 1 d D khác thì cần phải tính toán hàng loạt thông số. Trong phân loại tua bin xung kích ngoài các chỉ tiêu đã nêu trong mục (3.4.2) cần phải đ−a vào các thông số: - Số vòi phun - Đ−ờng kính vòi phun Ký hiệu gam tua bin xung kích Hình 7. Quy cách ký hiệu tua bin xung kích 3.5. Ph−ơng pháp phân loại tua bin theo Ns: Giả thiết trong gam thủy điện nhỏ có hai lọai bánh xe công tác có trị số Ns gần nhau là Ns (n+1) và Nsn. Nếu tỷ số ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + s s n nn )1( nhỏ xấp xỉ bằng 1thì số l−ợng tua bin cần nghiên cứu sẽ rất lớn. Ng−ợc lại ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + s s n nn )1( lớn thì việc lựa chọn loại tua bin sẽ không đáp ứng đ−ợc các điều kiện sản xuất đặt ra. Việc phân loại theo Ns nh− thế nào cho hợp lý là một quá trình nghiên cứu, sản xuất và tổng kết rất lâu dài. ở đây trình bày việc xác định Ns hợp lý nhất. Việc phân chia gam thủy điện theo Ns đạt đ−ợc khi với một số trạm thủy điện bất kỳ ta đều chọn đ−ợc tổ máy: - Bảo đảm công suất - Có hiệu suất cao Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 30 - Có chỉ tiêu xâm thực hợp lý 3.5.1. Phân loại Ns theo chỉ tiêu về hiệu suất thủy lực. Phân loại tua bin theo Ns dựa vào chỉ tiêu hiệu suất thủy lực đ−ợc làm nh− sau: với mỗi yêu cầu bất kỳ thực tế đặt ra nh− cột n−ớc, l−u l−ợng, vòng quay, ta đều lựa chọn đ−ợc loại bánh xe công tác thích hợp mà hiệu suất làm việc của nó giảm không quá một l−ợng ∆η cho tr−ớc. Trị số ∆η này với mỗi n−ớc cho khác nhau. Bảng 10 cho trị số ∆η trong gam thủy điện nhỏ của Liên Xô [ ]1 . Bảng 10. Trị số ∆η theo quy mô thủy điện nhỏ Loại tua bin Thủy điện nhỏ Thủy điện trung bình Thủy điện lớn ∆η% 6 - 7 3 - 4 1 - 1,5 Dựa vào điều kiện nêu trên, qua phân tích hàng loạt tua bin đã nghiên cứu và sản xuất quy phạm thủy điện của Liên Xô đã đ−a ra dãy Ns nh− sau với: Ns (n+1) = 1,4 Ns(n) - 18 (3-4) Bảng 11. Dãy tua bin cỡ lớn của Liên Xô, phân loại theo chỉ tiêu hiệu suất STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Ns 80 95 115 145 190 200 330 400 630 875 Bảng 12. Tua bin cỡ nhỏ của Liên Xô, phân loại theo chỉ tiêu hiệu suất TT 1 2 3 Ns 130 200 300 3.5.2. Phân loại Ns của tua bin phản kích theo điều kiện xâm thực. Khi lựa chọn tua bin phản kích cho trạm thủy điện một điều kiện rất quan trọng là tổ máy làm việc trong điều kiện không bị xâm thực với cao trình đặt máy hợp lý. Thực nghiệm và lý thuyết cho thấy quan hệ giữa hệ số xâm thực của tổ máy σ và tỷ tốc Ns có quan hệ nh− sau [ ]1 - Với TBTT, 2 100 0319,0 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛= snσ (3.5) Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 31 - Với TBHT, 3 100638 128,0 ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+= snσ (3.6) ở trạng thái giới hạn khi bắt đầu xảy ra hiện t−ợng xâm thực, ta có σ = σCT (hệ số khí thuộc công trình) từ (3.5), (3.6) ta có: H HHHn bhsas −−=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 2 100 0319,0 (3.7) H HHHn bhsas −−=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+ 3 100638 128,0 (3.8) Trong đó: Ha: cột n−ớc t−ơng ứng áp suất khí quyển nơi đặt máy Hs: độ cao hút Hbh: cột n−ớc ứng với áp suất hơi bão hoà tại điểm lắp máy và nhiệt độ của n−ớc qua tổ máy. Điều kiện để xây dựng gam tua bin theo khả năng xâm thực nh− sau: gọi hai tua bin liên tiếp trong dãy có Ns(n+1) và Nsn. Với Ns(n+1) > Nsn ta luôn có σn > σ(n+1) Giả sử khi làm việc ở cột n−ớc H, độ cao hút Hs xác định theo σ(n+1) không xảy ra xâm thực. Khi tăng cột n−ớc H trị số Hs nhỏ đi tới một mức nào đó Hs < (Hs)min lúc đó phải chọn loại tua bin có Ns = Nsn. Nhờ đó có thể đặt tua bin ở độ cao (Hs)max. Thực tế cho thấy - Với tua bin tâm trục Hsmin = 0, Hsmax = 3m - Với tua bin h−ớng trục Hsmin = 1, Hsmax = 2m Thay vào công thức (3.7), (3.8) ta có: Với TBTT: H HHHn bhsas −−=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ min2 100 0319,0 (3.9) H HHHn bhsas −−=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ max2 100 0319,0 (3.10) Với TBHT: H HHHnn bhsas −−=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++ min 3 100 )1( 638 128,0 (3.11) Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 32 H HHHnn bhsas −−=⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ++ max 3 100 )1( 638 128,0 (3.12) Lấy Ha – Hbh ≈ 10 (m) ta có: Với TBTT: Ns(n+1) = 1,2 Nsn (3.13) Với TBHT: 3 3 100 38,170100)1( ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛+=+ nnnN ss (3.14) Sử dụng quan hệ trên xây dựng đ−ợc gam tua bin phản kích nh− sau: - Với tua bin tâm trục Bảng 13. Phân loại tua bin tâm trục theo Ns TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ns 80 96 115 138 165 188 215 258 300 - Với tua bin h−ớng trục Bảng 14. Phân loại tua bin h−ớng trục theo Ns TT 10 11 12 13 14 Ns 460 590 700 815 935 Tổ hợp cả hai điều kiện hiệu suất và xâm thực cho thấy nếu đã thoả mãn điều kiện xâm thực thì luôn v−ợt xa các yêu cầu về hiệu suất. Tham khảo hàng loạt gam tua bin phản kích của nhiều n−ớc (Liên Xô, Trung Quốc, Pháp, Nhật…) cho thấy gam lý thuyết tổng quát của tua bin phản kích có phạm vi: Ns = 60 - 1000 Trong đó: Tua bin tâm trục: Ns = 80 - 350 Tua bin h−ớng trục: Ns = 400 - 1000 Gồm 10 - 14 cấp tua bin tâm trục và 4 - 5 cấp tua bin h−ớng trục. 3.5.3. Kích th−ớc tiêu chuẩn của tua bin phản kích. Các kích th−ớc cơ bản của tua bin phản kích đều lấy trị số đ−ờng kính bánh xe công tác D1 làm chuẩn so sánh. Trong cùng kiểu tua bin việc phân cấp đ−ờng kính bánh xe công tác có ý nghĩa quan trọng, ảnh h−ởng đến hiệu suất làm Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 33 việc thực tế của tua bin. Chia nhiều cấp bánh xe công tác có lợi cho việc lựa chọn tua bin có hiệu suất cao nh−ng làm cho công tác thiết kế tăng khối l−ợng, đồng thời làm tăng giá thành thiết bị. Hơn nữa, vòng quay của máy cũng ảnh h−ởng tới việc lựa chọn đ−ờng kính D1, ng−ợc lại việc lựa chọn quá ít cấp D1 sẽ làm hạn chế việc lựa chọn thiết bị có hiệu suất cao đồng thời ở một số tổ máy, do chọn d− quá lớn công suất sẽ làm tăng giá thành của tổ máy hơn nữa vùng hiệu suất cao sẽ rất hẹp. Việc lựa chọn các cấp bánh xe công tác D1 đ−ợc dựa vào chỉ tiêu suy giảm hiệu suất: giả sử trong cùng điều kiện cột n−ớc làm việc để tổ máy phát ra đ−ợc công suất thiết kế ta chọn đ−ợc hai tổ máy có đ−ờng kính bánh xe công tác là D1n và D1(n+1) liền nhau. Đ−ờng đặc tính công suất nh− ở hình 8. η% 1 2 ∆η η 1 η1 Hình 8. Đ−ờng đặc tính công suất của hai tua bin có D1n và D1 (n+1) Trong phạm vi từ 50% đến 100% Ndm hiệu suất trung bình t−ơng ứng là ηn và ηn+1. Tỷ số ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ + n n D D 1 )1(1 lớn hay nhỏ sẽ ảnh h−ởng đến giá trị ∆η = ηn - ηn+1 theo gam thủy điện nhỏ của Liên Xô, %87 −=⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡∆ nη η . [ ]1 Từ đó, xác định đ−ợc ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + n )(n D D 1 11 =1,1 và tỷ số công suất 4,1)1( ≈⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + n n P P Từ cơ sở trên, gam thủy điện nhỏ của Liên Xô, Trung Quốc đã lấy dải D1 nh− sau: Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 34 Bảng 15. Cấp đ−ờng kính bánh xe công tác D1 của tua bin tâm trục STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 D1 (cm) 30 35 42 50 59 71 84 100 120 140 160 - Với tua bin h−ớng tâm do có thể điều chỉnh phạm vi làm việc theo góc đặt cánh lá cánh bánh xe công tác, nên trị số ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ + n )(n D D 1 11 đ−ợc lấy lớn hơn. Bảng 16. Cấp đ−ờng kính bánh xe công tác D1 của tua bin h−ớng trục STT 1 2 3 4 5 6 7 8 D1 (cm) 30 40 60 80 100 120 140 160 Tuy nhiên xu h−ớng hiện nay, do tính linh hoạt trong sản xuất thiết bị thủy điện nên có xu h−ớng tăng một số cấp bánh xe công tác D1. ở các n−ớc công nghiệp tiên tiến khác cấp đ−ờng kính bánh xe công tác D1 dày hơn, do vậy có thể lựa chọn thuận lợi hơn. Nhiều hãng sử dụng 2 cấp D1 với cùng một phần dẫn dòng. Ví dụ: dãy đ−ờng kính bánh xe công tác của tua bin tâm trục do hãng Fujielectric đ−a ra: D1=56, 60, 63, 71, 80, 85, 90, 95, 100, 106, 112, 118, 132, 140, 150, 160. 3.6. Phân loại tua bin xung kích (TBXK). 3.6.1. Gam tua bin xung kích: gồm ba loại tua bin có Ns = 8 ữ 170 là: - Tua bin gáo. - Tua bin tia nghiêng. - Tua bin xung kích hai lần. Khác với phân loại trong tua bin phản kích, tua bin xung kích không phân loại theo điều kiện xâm thực, chỉ phân loại theo điều kiện năng l−ợng. Hơn nữa vùng hiệu suất tua bin xung kích rất phẳng, do vậy mà dựa vào các tiêu chuẩn đã cho thì dải tua bin xung kích sẽ rất th−a. Công suất của tua bin phản kích không những phụ thuộc vào đ−ờng kính bánh xe công tác D1 mà còn phụ thuộc vào đ−ờng kính vòi phun d0. Vì vậy khi tiêu chuẩn hóa tua bin xung kích tr−ớc hết là đề xuất chuỗi đ−ờng kính mũi phun một cách hợp lý. Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 35 Trên hình 9 biểu diễn đặc tính công tác η = f(N) của một tua bin gáo, đ−ờng cong 2 biểu diễn trị số của hiệu suất khai thác trung bình (ηKTTB = f(NKTTB) và độ suy giảm hiệu suất ∆ηKTTB = f(NKTTB) [1] Hình 9. Đ−ờng đặc tính công tác của mô hình TBG với n1 = 38,4 v/ph Với TBG, nếu thừa nhận trị số giảm cho phép của hiệu suất ∆η =7 - 8% thì có thể khai thác công suất trong giới hạn: .125,0 −= dmP P Khi đó, tỷ số đ−ờng kính vòi phun: 2 25,0 1)1( ==+ on no d d (3.15) Nếu lấy domin = 2,5 cm thì chuỗi do là: 2,5; 5; 10; 20 cm. Tức là số cấp do rất ít. Điều đó tuy đơn giản cho công việc tiêu chuẩn hoá, nh−ng lại làm cho sản xuất ở nhiều tr−ờng hợp trở lên tốn kém. Do đó, trên thực tế, chuỗi đ−ờng kính vòi phun do tăng lên khá nhiều, ví dụ: cấo đ−ờng kính do gam TĐN của Liên Xô nh− sau: Bảng 17. Cấp đ−ờng kính mũi phun do của TBG của Liên Xô do (cm) 2,5 3,6 5, 6,5 8,2 do don 1+ 1,44 1,39 1,30 1,26 1,22 T−ơng ứng với nó, tỷ số giữa công suất toàn phần (khi cùng cột n−ớc) của hai tua bin có do gần giảm từ 1,44 2 = 2,07 đến 1,222 = 1,49 lần. Mức giảm hiệu Báo cáo xây dựng cơ sở Khoa học đề suất gam thủy điện nhỏ Đề tài KC07 - 04 Viện khoa học Thủy lợi 36 suất trung bình từ 3% (ứng với do = 2,5 - 3,6 cm) và 1% (với do = 8,2 - 10 cm) là những chỉ tiêu hoàn toàn chấp nhận đ−ợc. 3.6.2. Lựa chọn chuỗi đ−ờng kính bánh xe công tác. Đ−ờng kính bánh xe công tác D1 của tua bin xung kích đ−ợc lựa chọn xuất phát từ các thông số: - Đ−ờng kính vòi phun d0 - Tỷ số od D (đối với