Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo tổ máy thủy điện cực nhỏ cột nước cao

êng kÝnh cña vßi phun ph¶i t¨ng lªn. 3.5.2. TÝnh to¸n vßi phun cho tæ m¸y T§SN. HiÖn nay, c¸c vßi phun ®· ®−îc nghiªn cøu t−¬ng ®èi kü l−ìng c¶ vÒ lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm. 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). Lo¹i 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. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 22 Nh−ng do hµnh tr×nh cña kim phun biÕn ®æi kh«ng lín, l−u l−îng biÕn ®æi nhiÒu, viÖc ®iÒu tiÕt ®ßi hái ph¶i nh¹y. Còng v× vßi phun ng¾n, dßng ch¶y quÆt gÊp, cã thªm tæn thÊt do dßng rèi. §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. Nh− vËy ta thÊy r»ng lo¹i vßi trung b×nh dung hoµ ®−îc c¸c −u nh−îc ®iÓm trªn cña hai lo¹i vßi phun ng¾n vµ dµi, do ®ã víi tæ m¸y T§SN chóng t«i chän lo¹i vßi phun trung b×nh. Thùc nghiÖm ®· x¸c ®Þnh biªn d¹ng vßi phun trung b×nh cã kÝch th−íc nh− h×nh 20. H×nh 20. Vßi phun 800/540 Theo c«ng thøc thùc nghiÖm: d = (1,15 ÷ 1,25)d0. (3.2) Chän d = 1,2d0 ta x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng kÝnh dßng tia cña vßi phun m« h×nh: 3,83 2,1 100 2,1 === ddoM * TÝnh to¸n vßi phun cho tæ m¸y TN200 - 10/1x2,6. §−êng kÝnh dßng tia cña tæ m¸y lµ d0=26mm VËy hÖ sè ®ång d¹ng cña vßi phun m« h×nh so víi vßi phun thùc cÇn thiÕt kÕ lµ: 32,0 3,83 26 0 ≈== M o d dλ C¨n cø vµo hÖ sè λ, ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c kÝch th−íc cña vßi phun thùc. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 23 + TÝnh to¸n hµnh tr×nh cña kim phun: Hµnh tr×nh kim phun S cÇn ph¶i ®¶m b¶o ®−êng kÝnh dßng phun d0 vµ cÇn ®¶m b¶o sè d− lµ 5%. S = 40mm. * TÝnh tãan vßi phun cho c¸c tæ m¸y kh¸c. §−êng kÝnh dßng tia cña tæ m¸y lµ d0= 18mm 22,0 3,83 18 0 ≈== M o d dλ 3.5.3 VÞ trÝ vßi phun: MÆt dßng tia trô trßn c¾t mÆt ph¼ng cöa nhËn n−íc 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. NÕu sù dÞch chuyÓn nµy (T) kh«ng g©y cho dßng tia vÊp ph¶i vµnh bao ngoµi cã thÓ n©ng cao tèc ®é ®¬n vÞ cña tua bin. §ång thêi gi¶m bít sù va ®Ëp vµo vµnh bao ngoµi cña tua bin hoÆc cã thÓ gi¶m bít sè c¸nh. Thùc nghiÖm cho thÊy kho¶ng dÞch chuyÓn hîp lý cña c¸c tæ m¸y T§SN lµ (4,5 x cotgα1) ≈ 10mm. 3.6. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trôc: C¸c tæ m¸y TBTN siªu nhá lµ c¸c tæ m¸y cã sè vßng quay cao (ë chÕ ®é tÝnh to¸n n = 1000v/ph vµ 1500v/ph) do vËy d¹ng háng chñ yÕu lµ do mái, do t¸c ®éng l©u dµi cña øng suÊt thay ®æi cã chu kú. Ngoµi ra trong tr−êng hîp mÊt t¶i ®ét ngét, sè vßng quay t¨ng rÊt nhanh, trôc cßn cã thÓ bÞ háng do dao ®éng. Nh− vËy, víi tæ m¸y TBTN siªu nhá cÇn tÝnh to¸n trôc vÒ ®é bÒn, ®é cøng vµ H×nh 21. Thùc nghiÖm vÒ giao diÖn (« van) gi÷a dßng tia vµ BXCT nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 24 dao ®éng. D−íi ®©y, ta tÝnh to¸n trôc cho tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6 cßn c¸c tæ m¸y kh¸c viÖc tÝnh to¸n t−¬ng tù. 3.6.1. C¸c th«ng sè ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ. S¬ ®å chÞu lùc cña trôc nh− trªn h×nh 3.10. - C«ng suÊt N = 1,15kW - Vßng quay n = 1500v/ph - Lùc däc trôc P x¸c ®Þnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm, ®èi víi TBTN: P = (20 ÷ 22).Q.H0,5.(sinβ1-sinγ2) (3.3) = 22x0,0105x140,5x(sin500 - sin150) = 0,44kG Nh− vËy lùc h−íng trôc cña TBTN siªu nhá cã gi¸ trÞ siªu nhá so víi träng l−îng b¶n th©n cña b¸nh c«ng t¸c cã thÓ bá qua. - Träng l−îng b¸nh c«ng t¸c G = 3,5kg; R« to R = 5kg - VËt liÖu chÕ t¹o trôc lµ thÐp 45 cã σb = 600MPa. 3.6.2. BiÓu ®å néi lùc. Tõ c«ng suÊt N = 1,15kW vµ sè vßng quay n = 1500v/ph, ta x¸c ®Þnh ®−îc m« men xo¾n trªn trôc: NmKNm n N w NM 3,70073,0 . .30 ==== π - Lùc däc trôc trªn ®o¹n l1: Nd1 = +3,5kg = 35N Q H×nh 22. S¬ ®å chÞu lùc cña trôc tæ m¸y T§SN nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 25 - Lùc däc trôc trªn ®o¹n l1: Nd2 = -5kg = -50N - Lùc ngang N R MQ 146 05,0 3,7 1 === BiÓu ®å néi lùc ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 23. 3.6.3. TÝnh s¬ bé ®−êng kÝnh c¸c ®o¹n trôc. C¨n cø vµo biÓu ®å néi lùc, ta x¸c ®Þnh ®−îc s¬ bé ®−êng kÝnh c¸c ®o¹n trôc theo c«ng thøc: 3 ][1,0 σ tdMd = (3.4) Trong ®ã: 22 75,0 xutd MMM += (3.5) H×nh 23. BiÓu ®å néi lùc trªn trôc tua bin TN1000 - 10/1x2,6 Trong ®ã: Mtd- m« men t−¬ng ®−¬ng t¹i mÆt c¾t tÝnh to¸n. Mu- m« men uèn 22 uyuxu MMM += Mux - M« men uèn theo trôc Ox Mu 14,6Nm 7,3Nm Q nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 26 Muy - M« men uèn theo trôc Oy Trôc z trïng víi t©m trôc Mx - m« men xo¾n t¹i mÆt c¾t tÝnh to¸n. Nh− vËy, trong ®o¹n l1 vµ l2 mÆt c¾t chÞu lùc nguy hiÓm nhÊt t¹i gèi ®ì trôc d−íi vµ ®−êng kÝnh mÆt c¾t x¸c ®Þnh s¬ bé theo c«ng thøc: mmMd td 7,14 50.1,0 146007300*75,0 ][1,0 3 22 3 =+== σ §Ó ®¶m b¶o an toµn ta chän ®−êng kÝnh trôc t¹i mÆt c¾t nµy lµ d = 20mm. 3.6.4. ThiÕt kÕ kÕt cÊu trôc. Do ®Æc ®iÓm kÕt cÊu cña tæ m¸y TBTN siªu nhá nh− ®· tr×nh bµy trong môc (2.4). §Ó t¨ng c−êng ®é cøng v÷ng cho trôc vµ ®¬n gi¶n cho viÖc th¸o l¾p, ta thiÕt kÕ kÕt cÊu trôc cña tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6 nh− h×nh 24. H×nh 24. C¸c kÝch th−íc trôc tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6 T¹i vÞ trÝ l¾p b¸nh c«ng t¸c vµ t¹i vÞ trÝ l¾p r« to m¸y ph¸t chän kiÓu l¾p láng k6. 3.6.5. TÝnh to¸n ®é bÒn mái cña trôc. V× c¸c tiÕt diÖn trôc ®Òu ®· lÊy t¨ng ®−êng kÝnh (®Ó ®¶m b¶o l¾p ghÐp) nªn trong tr−êng hîp ®ang xÐt chØ cÇn kiÓm nghiÖm hÖ sè an toµn ë tiÕt diÖn nguy hiÓm nhÊt (tiÕt diÖn l¾p vßng bi d−íi). KÕt qu¶ tÝnh to¸n nh− sau: - Trôc ®−îc gia c«ng trªn m¸y tiÖn cã ®é nh¸m Ra = 2,5 ÷ 0,63; víi σb = 600MPa hÖ sè tËp trung øng suÊt do tr¹ng th¸i bÒ mÆt nªn Kx = 1,06 kh«ng dïng ph−¬ng ph¸p t¨ng bÒn bÒ mÆt nªn Ky = 1. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 27 - HÖ sè kÝch th−íc phô thuéc vµo sù thay ®æi tiÕt diÖn trôc (tËp trung øng suÊt), chÕ ®é l¾p vßng trong cña æ bi vµ σb tra ®−îc: Kσ/εσ = 2,75; Kτ/ετ = 2,05 Nh− vËy c¸c hÖ sè kσd vµ kτd x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 81,21/)106,175,2(/)1( =−+=−+= yxd kkkk σ σσ ε 11,21/)106,105,2(/)1( =−+=−+= yxd kkkk τ ττ ε - §èi víi trôc quay 1 chiÒu, øng suÊt xo¾n thay ®æi theo chu kú m¹ch ®éng nªn ta cã: MPa w M x am 3,21571.2 7300 2 0 ====ττ - Trôc quay vµ chÞu m« men uèn nªn: σm =0; σa = 302,0* 32*14600 π=u u W M =18,6MPa - Víi σb = 600MPa, ψσ = 0,05; ψτ = 0 VËy ta cã: 6,1 0.05,06,18.81,2 600.436,0 .. 1 =+=+= − madk S σψσ σ σσ σ 1,32 3,2.03,2.05,2 600*436,0*58,0 .. 1 =+=+= − madk S σψτ τ ττ τ Trong ®ã: σ-1 = 0,436σb = 261,6Mpa τ-1 = 0,58σ-1 = 151,7MPa Nh− vËy hÖ sè an toµn mái S = 22 * τσ σ τ SS SS + ≈1,6 > [S] =1,5 vµ trôc ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn bÒn mái. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 28 3.6.6. TÝnh to¸n trôc tua bin vÒ dao ®éng. V× mét nguyªn nh©n nµo ®ã, trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña tæ m¸y, t¶i bÞ mÊt ®ét ngét lµm cho sè vßng quay tua bin t¨ng rÊt cao. §Ó ®¶m b¶o an toµn cho trôc ta cÇn tÝnh to¸n kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc cña trôc trong tr−êng hîp nµy. NÕu toµn bé r« to cña tæ m¸y hoµn toµn ®ång t©m sÏ kh«ng cã dao ®éng x¶y ra. Trong thùc tÕ, ®iÒu nµy kh«ng thÓ ®¹t ®−îc. ë ®©y, ta gi¶ thiÕt ®é lÖch t©m cña r« to lµ e, khèi l−îng lÖch t©m lµ w, sè vßng quay ®ét biÕn lµ nl. Lùc qu¸n tÝnh ly t©m lµ: Fqt = mw 2(y + e) y lµ ®é vâng t¹i vÞ trÝ cña träng l−îng lÖch t©m(r« to m¸y ph¸t hoÆc b¸nh c«ng t¸c tua bin) - §èi víi ®o¹n trôc l1 ta cã ®é vâng: 11 3 11 1 .12 JE lF y qt= (3.6) - §èi víi ®o¹n trôc l2 + l3(l¾p r« to m¸y ph¸t) ta cã: 22 2 321 2 .48 )( JE llF y qt +≈ (3.7) Do ®o¹n trôc l1 cã l¾p ccong s«n b¸nh c«ng t¸c vµ do tiÕt diÖn nhá nªn ®é vâng t¹i ®ã lín h¬n, v× vËy ta chän ®o¹n nµy ®Ó kiÓm tra(Fqt1 = Fqt2) Gäi 3 1 1112 l JEc = lµ ®é cøng cña ®o¹n trôc 1, ta cã: Fqt = c.y Suy ra: m(y + e)w2 = cy hay 12 − = mw c ey trôc sÏ bÞ ph¸ háng khi m cww th == hay mcwn thth /)/30(/.30 ππ == Trong lý thuyÕt tÝnh to¸n trôc vÒ dao ®éng, cho phÐp chän n ≤ 0,7nth ta cã: 2103 1 11 /10.591,112 skg l JEc == nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 29 e = 0,05mm m = 3,5kg Thay vµo ta tÝnh ®−îc nth = 10730v/ph. Nh− vËy víi sè vßng quay lång cña tua bin nl ≈ 3000v/ph, trôc vÉn ®¶m b¶o an toµn vÒ dao ®éng. 3.6.7. KiÓm nghiÖm ®é bÒn dËp cña then. §é bÒn dËp cña then x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ψσ ... 2 zAd M th x d = (3.8) Trong ®ã: Z, ψ ®èi víi then l¾p láng z = 1, ψ = 1 dth ≈ d A = h.l (then b»ng) [σd] øng suÊt dËp cho phÐp = 100MPa Thay sè vµo ta cã: MPaMPa dd 100][5,111.1.2,19.5.20 11000.2 =<== σσ VËy ®é bÒn dËp cña then ®¶m b¶o an toµn. 3.7. TÝnh to¸n lùa chän æ l¨n. Lo¹i æ l¨n cho æ ®ì vµ ®ì chÆn cña tæ m¸y TBTN siªu nhá ®−îc tÝnh chän theo tuæi thä cña æ. §Ó chän ®óng vµ chÝnh x¸c cÇn x¸c ®Þnh râ c¸c lùc t¸c dông lªn æ , c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña æ khi vËn hµnh. Qua ph©n tÝch lùc ®Ó tÝnh to¸n trôc ë môc 3 cho thÊy c¸c æ cña tæ m¸y tua bin tia nghiªng siªu nhá chñ yÕu lµ chÞu lùc däc trôc do träng l−îng cña toµn bé r« to g©y nªn, lùc h−íng t©m rÊt nhá do lùc qu¸n tÝnh ly t©m g©y ra (nguyªn nh©n lµ do sai sè trong chÕ t¹o). V× t¶i träng tÜnh t¸c dông lªn c¸c æ rÊt nhá nªn trong tÝnh chän æ chØ cÇn tÝnh tÝnh to¸n chän kÝch th−íc æ theo kh¶ n¨ng t¶i ®éng. Kh¶ n¨ng t¶i ®éng tÝnh to¸n cña æ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 30 C® = Q.L 1/m (3.9) Trong ®ã: Q lµ t¶i träng lµm viÖc quy −íc (KN) L lµ tuæi thä cÇn thiÕt (triÖu vßng) m = 3 ®èi víi bi cÇu, m = 10/3 ®èi víi bi ®òa. NÕu tuæi thä tÝnh b»ng giê Lh th× L = 60.10-6.n.Lh (3.10) Nh− vËy muèn x¸c ®Þnh ®−îc kh¶ n¨ng t¶i ®éng tÝnh to¸n C® cÇn x¸c ®Þnh Q. - TÝnh to¸n chän æ bi cho tæ m¸y TN1000-10/1x26: X¸c ®Þnh t¶i träng quy −íc: Q = (x.v.Fr + y.Fa)k®.kt Trong ®ã: v: hÖ sè ¶nh h−ëng cña vßng nµo quay, khi vßng trong quay v =1, khi vßng ngoµi quay v = 1,2. x,y: hÖ sè t¶i träng h−íng t©m vµ däc trôc: tra theo lo¹i æ vµ ®Æc tÝnh cña lùc. k®: hÖ sè kÓ ®Õn ®Æc tÝnh t¶i träng, t¶i träng tÜnh k® = 1 kt: hÖ sè ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é, t ≤ 1050 kt = 1 Fr : lùc h−íng t©m KN Fa: lùc däc trôc tïy thuéc vµo tõng lo¹i æ KN §èi víi æ chän cho T§SN, chän 2 lo¹i æ: æ bi ®ì phÝa trªn vµ æ bi ®ì lßng cÇu 2 d·y phÝa d−íi, lùc däc trôc Fa ®èi víi 2 lo¹i æ nµy ®Òu x¸c ®Þnh b»ng tæng c¸c lùc däc trôc ngoµi t¸c dông lªn trôc truyÒn lªn æ. VËy: Q = (x.Fr + y.Fa) §èi víi æ trªn: ewm F F roto qtroto r 2 1 .2 == mroto = 5kg e = 0,05mm w = πn/30 = 105rad/s nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 31 Fr1 = 5.105 2.0,5.10-3/2 = 13,8N §èi víi æ d−íi: NewmFFFF BCTrBCTqtrr 1,333,198,13..22 21 _ 1 2 =+=+=+= Lùc däc trôc ®èi víi 2 æ lµ nh− nhau: Fa1 = Fa2 = Fa = Groto + GBCT + Gtrôc ≈10kg = 100N HÖ sè x vµ y tra b¶ng theo Fr vµ Fa vµ lo¹i æ ta cã: x = 0,56 y = 2,3 VËy: Qæ trªn = (x.Fr + y.Fa) = (0,56.13,8 +2,3.100) = 237,7N Qæ d−íi = (x.Fr + y.Fa) = (0,56.33,1 +2,3.100) = 248,5N C¨n cø vµo kÕt cÊu cña tæ m¸y, chän lo¹i æ bi ®ì N06004 cho æ trªn vµ æ bi lßng cÇu 2 d·y cho æ d−íi sè hiÖu N01204 cña h·ng SKF cã c¸c th«ng sè sau: - æ N06004: C® = 9,63KN - æ N01204: C® = 12,7KN Tuæi thä cña c¸c æ lµ: - æ trªn: 3)( Q CL d= hay nQ CL dh .10.60 1.)( 6 3 −= (3.11) Trong ®ã: C® = 9,63KN Q = 0,2377KN n = 1500v/ph thay vµo (3.11) ta cã: 66 3 10.7,0 1500.10.60 1.) 2377,0 63,9( ≈= −hL (giê) - æ d−íi: 66 3 10.5,1 1500.10.60 1.) 2485,0 7,12( ≈= −hL (giê) Trong ®ã: C® = 12,7KN Q = 0,2485KN n = 1500v/ph nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 32 Víi tuæi thä cña æ nh− tÝnh to¸n ë trªn, trong suèt qu¸ tr×nh lµm viÖc, nÕu ®−îc kiÓm tra b¶o d−ìng ®Þnh kú, kh«ng cÇn ph¶i thay æ. Trªn ®©y, trong môc 3 vµ môc 4 ®· tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n thiÕt kª trôc vµ æ ®ì cho tæ m¸y siªu nhá TBTN1000 - 10/1x2,6. §èi víi c¸c tæ m¸y kh¸c, viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ còng hoµn toµn t−¬ng tù, kÕt qu¶ thÓ hiÖn trong tËp b¶n vÏ c¸c tæ m¸y T§SN. 3.8. TÝnh to¸n tæn thÊt thñy lùc vµ lùa chän ®−êng èng. Nh÷ng tæn thÊt ¸p lùc cã trªn ®−êng dÉn n−íc tõ bÓ ¸p tíi van ë cöa vµo cña tuabin mµ chóng g©y ra sù kh¸c biÖt gi÷a cét ¸p tæng víi cét ¸p lµm viÖc bao gåm c¸c läai tæn thÊt vµ ®−îc tÝnh tãan nh− sau: 3.8.1. Tæn thÊt cét ¸p qua l−íi ch¾n r¸c. Htt1 = B. sinθ. 3 4 b t ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ . g2 V2 (3.12) Htt1 : Tæn thÊt cét ¸p qua l−íi ch¾n r¸c (m); B: Thµnh phÇn tæn thÊt l−íi ch¾n r¸c (m) θ: Gãc nghiªng cña l−íi ch¾n r¸c so víi ph−¬ng n»m ngang; t: ChiÒu dµy cña c¸c thanh l−íi ch¾n r¸c (mm); V: VËn tèc trung b×nh cña dßng ch¶y qua l−íi ch¾n r¸c (m/s). 3.8.2. Tæn thÊt cét ¸p ë cöa vµo cña èng dÉn. Htt2 = k. g2 V2 (3.13) Htt2 : Tæn thÊt cét ¸p ë cöa vµo cña èng; V: VËn tèc trung b×nh trong èng dÉn (m); k: HÖ sè ma s¸t; g: Gia tèc träng tr−êng (m/s2). HÖ sè ma s¸t ®èi víi c¸c cöa vµo kh¸c nhau cña èng dÉn ®−îc chän nh− sau: Cöa vµo s¾c mÐp k = 0,5; Cöa vµo gèc l−în nhá k = 0,23; Cöa vµo miÖng loe (elip) k = 0,04 nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 33 3.8.3. Tæn thÊt ¸p lùc ®−êng èng. Tæn thÊt ¸p lùc ®èi víi 1 mÐt ®−êng èng (Htt/1m) cã thÓ ®−îc tra trong b¶ng gäi lµ “tæn thÊt ®−êng èng” hoÆc cã thÓ tÝnh c«ng thøc tÝnh nh− sau: Htt3 = Htt/1m. L (3.14) Htt3 : Tæn thÊt trªn ®−êng èng (m) Htt/1m: Tæn thÊt cét ¸p ®èi víi 1 m ®−êng èng (m/m) L: Tæng chiÒu dµi cña ®−êng èng tõ bÓ ¸p lùc tíi lèi vµo cña cña tuabin (m). Do vËy tæng tæn thÊt cét ¸p trong hÖ thèng èng dÉn lµ: Htt = Htt1 + Htt2 + Htt3 (3.15) Ghi chó: 1. Sau khi xem xÐt tæn thÊt ¸p lùc do ma s¸t vµ tÝnh æn ®Þnh cña sù vËn hµnh tuabin, th× ®é dµi cña hÖ thèng èng dÉn cµng ng¾n cµng tèt nÕu nh− ®iÒu kiÖn ®Þa lý cña tr¹m thuû ®iÖn thiÕt kÕ cho phÐp . 2. Bëi v× nhiÒu kÝch th−íc cña hÖ thèng èng dÉn cã thÓ thay ®æi tr−íc khi tæ m¸y ®−îc l¾p ®Æt thùc sù, ng−êi mua m¸y ph¶i chÞu tr¸ch nhiÖm ®èi víi c¸c th«ng sè: Cét ¸p thùc tÕ vµ l−u l−îng, c¸c th«ng sè nµy sÏ gióp cho viÖc lùa chän cuèi cïng ®èi víi tæ m¸y. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 34 Ch−¬ng IV. ThÝ nghiÖm vµ x©y dùng ®Æc tÝnh vËn hµnh 4.1. HÖ thèng thÝ nghiÖm. HÖ thèng thÝ nghiÖm c¸c tæ m¸y T§SN gåm c¸c bé phËn chÝnh nh− trong s¬ ®å h×nh 25. H×nh 25. HÖ thèng thÝ nghiÖm c¸c tæ m¸y T§SN cét n−íc cao HÖ thèng thÝ nghiÖm gåm: - B¬m cÊp: H = 30m, Q = 30l/s nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 35 - B×nh tÝch ¸p: V = 2m3 - ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng: Thïng ®ong b»ng tay cã l−ìi g¹t chuyÓn cho n−íc ch¶y vµo thïng hoÆc xuèng bÓ. - ThiÕt bÞ ®o cét ¸p: 0 ÷ 2,5 atm - Tñ thiÕt bÞ ®iÖn bao gåm: + T¶i tiªu thô lµ c¸c bãng ®Ìn sîi ®èt: 220Vx100w + §ång hå ®o ®iÖn ¸p: 250V + §ång hå ®o tÇn sè: 45 ÷ 55Hz + C¸c thiÕt bÞ ®ãng c¾t 4.2. Qui tr×nh thÝ nghiÖm vµ ®Æc tÝnh vËn hµnh. Quy tr×nh thÝ nghiÖm C«ng t¸c chuÈn bÞ. a. HiÖu chuÈn thiÕt bÞ: Ghi l¹i c¸c hÖ sè hiÖu chuÈn Ku, Ki cña c¸c thiÕt bÞ ®o ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn. b. Cho ch¹y m¸y æn ®Þnh víi cét ¸p vµ c«ng suÊt thiÕt kÕ víi thêi gian 30’, tËp bÊm gi©y ®o c¸c sè liÖu mùc n−íc, ®äc c¸c ®ång hå volt, Ampe, ¸p suÊt. TiÕn hµnh thÝ nghiÖm. a. §iÒu chØnh van sao cho ®ång hå ¸p suÊt chØ giíi h¹n cét ¸p d−íi cÇn ®o (kh«ng t¶i - vßi phun më hÕt). §ãng tÊm g¹t n−íc cho n−íc vµo bÓ ®îi ®Õn khi m¸y æn ®Þnh. - §äc c¸c trÞ sè U1, I1, H1, n1 - Më g¹t n−íc cho n−íc vµo thïng ®o, ®îi khi n−íc d©ng lªn ch¹m v¹ch 0, bÊm ®ång hå bÊm gi©y. - Mçi lÇn møc n−íc ch¹m 1 v¹ch (1, 2, 3, 4, 5, 6), chèt thêi gian trªn ®ång hå vµ ®äc ®Ó ghi vµo b¶ng .t1..t6 - §ãng g¹t n−íc, ®−a n−íc vµo bÓ - Th¸o n−ëc ra khái thïng ®o - §äc c¸c chØ sè U2, I2, H2, n2 - Gi÷ nguyªn van kim phun ,t¨ng t¶i víi ∆=50W(kho¶ng nµy cã thÓ thay ®æi tïy theo chÕ ®é) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 36 - §îi m¸y ch¹y æn ®Þnh, thùc hiÖn l¹i c¸c thao t¸c i… ®Õn vii. Thùc hiÖn cho ®Õn khi t¶i N = Nmax sau ®ã gi¶m t¶i víi ∆N = 50W vµ thùc hiÖn cho ®Õn khi t¶i N = 0 - Thùc hiÖn tiÕp 1 lÇn t¨ng vµ 1 lÇn gi¶m t¶i nh− trªn b. VÉn ®Æt van t¹i møc cét ¸p cò ,®iÒu chØnh vßi phun ®ãng 25%, thùc hiÖn c¸c déng t¸c i… cho ®Õn ix c. TiÕp tôc ®iÒu chØnh vßi phun 25% vµ thùc hiÖn nh− ®iÓm b. d. §iÒu chØnh van ®Ó t¨ng cét ¸p mét l−îng ∆H = 0,5m, thùc hiÖn l¹i a,b,c sau ®ã tiÕp tôc thay ®æi H víi ∆H cho ®Õn khi ®¹t Hmax. Xö lý sè liÖu vµ x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh. Sè liÖu sau khi ®o ®−îc cÇn xö lý b»ng c¸ch lo¹i bá c¸c gi¸ trÞ sai kh¸c qu¸ nhiÒu so víi c¸c gi¸ trÞ trung b×nh. Sau ®ã lÊy c¸c gi¸ trÞ trung b×nh t¹i mçi ®iÓm ®o ®Ó x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh. KÕt qu¶ x©y dùng ®Æc tÝnh vËn hµnh cña c¸c tæ m¸y ph¸t ®iÖn T§SN nh− c¸c h×nh sau: nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 37 §Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN200-10/1x26 Q=f(H) - R2 = 0.9909 N=f(H) - R2 = 0.9991 0 50 100 150 200 250 300 4 5 6 7 8 9 H (m) N ( W ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q ( l/ s ) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 38 §Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN500-10/2x30 Q=f(H) - R2 = 0.9909 N=f(H) - R2 = 0.9991 300 350 400 450 500 550 600 650 700 8 9 10 11 12 13 14 15 H (m) N ( W ) 0 2 4 6 8 10 12 14 Q ( l/ s ) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 39 §Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN1000-10/2x30 Q=f(H) - R2 = 0.9909 N=f(H) - R2 = 0.9991 300 500 700 900 1100 1300 1500 8 9 10 11 12 13 14 15 H (m) N ( W ) 0 5 10 15 20 25 30 Q ( l/ s ) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 40 §Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN500-10/2x30 N=f(H) Q=f(H) R2 = 0,9993 R2 = 0,9991 0 100 200 300 400 500 600 700 4 5 6 7 8 9 H (m) N ( W ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Q ( l/ s ) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 41 4.3. C¸c kÕt luËn rót ra tõ thùc nghiÖm. - C¸c sè liÖu ®o ®¹c ®−îc trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm phï hîp víi c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n. - ChÊt l−îng lµm viÖc cña c¸c tæ m¸y cao h¬n h¼n so víi c¸c tæ m¸y cung lo¹i do Trung quèc vµ mét sè h·ng kh¸c s¶n xuÊt. - §−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh c¸c tæ m¸y cho thÊy vïng lµm viÖc cña c¸c tæ m¸y kh¸ réng, cho phÐp phñ kÝn d¶i cét n−íc tõ 4 - 14m vµ hiÖu suÊt lµm viÖc Ýt thay ®æi. - Víi chÊt l−îng c¸c tæ m¸y thu ®−îc, cã thÓ ®−a vµo s¶n xuÊt hµng läat ®Ó phôc vô nhu cÇu cña ng−êi sö dông. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 42 Ch−¬ng V. HÖ thèng ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn §Ó ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ chÊt l−îng ®iÖn n¨ng kh«ng chØ lµ yªu cÇu ®èi víi c¸c tr¹m lín hoÆc l−íi lín. §èi víi c¸c m¸y Pico (m¸y ph¸t c«ng suÊt thÊp < 2kW) th× chÊt l−îng ®iÖn còng lµ vÊn ®Ò ®−îc quan t©m hµng ®Çu, kh«ng chØ ®¶m b¶o an toµn cho thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn mµ cßn b¶o ®¶m an toµn vËn hµnh m¸y ph¸t. C¸c tæ m¸y nhá th× viÖc ®¶m b¶o chÊt l−îng ®iÖn ®¬n gi¶n h¬n nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng lín hay l−íi lín, nh−ng vÉn ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ gi¸ thµnh (gi¸ thµnh h¹) V× hÖ thèng nhá kh«ng chó träng tíi viÖc tiÕt kiÖm nguån thuû n¨ng, do vËy ®Ó ®¹t ®−îc yªu cÇu vÒ chÊt l−îng ®iÖn (æn ®Þnh ®iÖn ¸p vµ tÇn sè) ng−êi ta sö dông mét thiÕt bÞ ®−îc gäi lµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶. HiÖn nay, do sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ ®iÖn tö, th× cµng ngµy cã c¸c lo¹i ®iÒu tèc kh¸c nhau ra ®êi, nh−ng ®Òu dùa trªn mét nguyªn t¾c chung lµ ®¶m b¶o c©n b»ng c«ng suÊt ph¸t vµ c«ng suÊt tiªu thô. 5.1. Ph©n lo¹i ®iÒu tèc t¶i gi¶ vµ nguyªn lý lµm viÖc. 5.1.1. HÖ thèng phô t¶i cè ®Þnh. HÖ thèng ®¬n gi¶n nhÊt lµ hÖ thèng cã c«ng suÊt ra cña tuabin kh«ng thay ®æi vµ phô t¶i còng kh«ng thay ®æi. Kh«ng cÇn thiÕt ph¶i dïng thiÕt bÞ hiÖu chØnh phô t¶i, do ®ã chi phÝ cña hÖ thèng lµ nhá nhÊt. HÖ thèng vËn hµnh b»ng c¸ch ®−a tuabin ®¹t tèc ®é råi ®ãng ®iÖn vµo phô t¶i ®iÖn. Sau ®ã n©ng c«ng suÊt cña tuabin lªn cho tíi khi ®iÖn ¸p ®¹t yªu cÇu. Ph−¬ng ph¸p phô t¶i cè ®Þnh cã mét sè nh−îc ®iÓm sau: - Th−êng rÊt khã kh¨n ®Ó ®¶m b¶o phô t¶i ®iÖn kh«ng thay ®æi. Ch¼ng h¹n, trong hÖ thèng thuû ®iÖn phô t¶i chØ gåm nh÷ng bãng ®Ìn th¾p s¸ng, kh«ng cã c¸c c«ng t¾c, ®−îc coi nh− phô t¶i cè ®Þnh lý t−ëng. - ViÖc ng¾t hÖ thèng do qu¸ t¶i rÊt bÊt tiÖn, ®Æc biÖt nÕu nh− m¸y ph¸t ®Æt xa trung t©m phô t¶i. §iÒu nµy lµm cho c¸c thiÕt bÞ dïng ®iÖn ho¹t ®éng kh«ng cã hiÖu qu¶, ®Æc biÖt lµ c¸c bãng ®iÖn. Kh¾c phôc: - Tr¸nh kh«ng nªn ®ãng ng¾t hÖ thèng th−êng xuyªn ®Ó ®¶m b¶o tuæi thä. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 43 - CÇn tr¸nh thay ®æi vµ ®ãng ng¾t phô t¶i ®ét ngét. NÕu cã thay ®æi th× nªn thay ®æi l−îng phô t¶i víi dung l−îng rÊt nhá so víi tæng phô t¶i. 5.1.2. HÖ thèng phô t¶i thay ®æi. §èi víi phô t¶i thay ®æi, cã mét sè ph−¬ng ¸n lùa chän ®Ó thay ®æi t¶i gi¶, ®iÒu chØnh gãc pha, bé ®iÒu chØnh t¶i nhÞ ph©n vµ bé ®iÒu chÕ ®é réng xung. a. §iÒu chØnh gãc pha. Ph−¬ng ph¸p nµy ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ nh− lµ chØnh ¸nh s¸ng th«ng th−êng: B»ng c¸ch ®iÒu khiÓn gãc pha. T¹i thêi ®iÓm bÊt kú trong mét nöa chu kú xung sin ®iÖn ¸p m¸y ph¸t, sau khi nhËn ®−îc xung kÝch thÝch hîp t¹i cùc cöa triac sÏ më cho tíi hÕt mét nöa chu kú cßn l¹i cña chu kú ®ã. Thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung kÝch më triac ®−îc coi lµ mét gãc pha. Quy −íc vÒ gãc pha nh− sau: T¹i ®iÓm b¾t ®Çu cña nöa chu kú, gãc pha lµ 00 vµ ®iÓm kÕt thóc cho mét nöa chu kú th× gãc pha lµ 180 (nh− vËy khi b¾t ®Çu mét nöa chu kú míi gãc pha l¹i tiÕp tôc lµ 0 do vËy kh«ng tån t¹i mét gãc pha trong kho¶ng 180 vµ 3600). Thyristor hoÆc triac ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng mét dßng kÝch rÊt ng¾n ë cùc cöa, chóng sÏ më th«ng cho tíi hÕt mét nöa chu kú tõ thêi ®iÓm ®−îc më trong mét nöa chu kú ®ã. Nh− vËy, khi ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®i qua ®iÓm 0, kh«ng cã dßng kÝch tíi cùc cöa lµm triac ng−ng dÉn. Triac cã thÓ dÉn ®iÖn trong c¶ hai nöa chu kú dßng ®iÖn nªn nã cã thÓ ho¹t ®éng trong c¶ nöa chu kú ©m vµ nöa chu kú d−¬ng cña ®iÖn ¸p m¸y ph¸t. Cßn thyristor chØ cã thÓ dÉn ®iÖn mét chiÒu nªn nã chØ cã thÓ më trong mét nöa chu kú cña dßng ®iÖn nªn ph¶i dïng hai thyristor ®Ó ®iÒu khiÓn mét t¶i gi¶. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 44 H×nh 26. TÝn hiÖu trong ph−¬ng thøc ®iÒu khiÓn gãc pha ¦u ®iÓm chÝnh cña viÖc ®iÒu khiÓn gãc pha lµ cã thÓ chän ®−îc lo¹i thyristor vµ triac phï hîp. C¶ hai lo¹i nµy cã tuæi thä vµ ®é bÒn rÊt cao. Cã nhiÒu lo¹i thyristor cã kh¶ n¨ng chÞu ®−îc hµng ngµn Ampe t¹i møc ®iÖn ¸p tíi cÊp kV vµ tÇn sè cùc cao. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ c«ng suÊt hao phÝ trªn t¶i gi¶ ph¶i lín h¬n c«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y ph¸t mét chót vµ nh− vËy nhiÔu sÏ lµ ®¸ng kÓ. §iÒu ®ã còng ®ång nghÜa víi viÖc khi ®iÒu khiÓn gãc pha th× m¸y ph¸t sÏ ph¶i ho¹t ®éng trong t×nh tr¹ng qu¸ t¶i. b. §iÒu chÕ ®é réng xung. Mét c¸ch kh¸c ®Ó ®iÒu khiÓn t¶i lµ ®iÒu chÕ ®é réng xung hay cßn gäi lµ ph−¬ng ph¸p ®¸nh dÊu kho¶ng c¸ch. Ph−¬ng ph¸p nµy b¾t nguån tõ vÞªc ®iÒu khiÓn -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 0 30 6 0 9 0 120 150 0 30 6 0 9 0 120 150 180 Gãc pha : ®é C¸c ®iÖn ¸p nh− lµ ph©n sè cña ®iÖn ¸p V ®iÖn ¸p m¸y ph¸t =T¶i tiªu thô ®iÖn ¸p t¶i gi¶ nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 45 nguån dßng æn ®Þnh. §ãng ng¾t nhanh ®iÖn ¸p thø nhÊt ®Ó nhËn ®−îc ®iÖn ¸p thø hai. Tõ ®ã thÊy r»ng ®iÖn ¸p thø hai cã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng viÖc ®iÒu chØnh chu kú thùc cña dßng ®iÖn sö dông: HÖ sè thêi gian ®Ó ®ãng mét t¶i th−êng ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch thay ®æi ®é réng cña mçi xung trong khi ®ã kho¶ng thêi gian gi÷a c¸c xung lµ h»ng sè. H×nh 27. S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®é réng xung cho m¹ch mét pha §èi víi hÖ thèng nµy, nÕu dïng trong c¸c tr¹m ph¸t c«ng suÊt lín yªu cÇu thµnh phÇn c«ng suÊt ph¶i lµ thyristor. Khi cã dßng kÝch ®ñ lín, thyristor sÏ më vµ tù ®éng ng−ng dÉn t¹i ®iÓm cuèi cña mét nöa chu kú. ChÝnh v× vËy cÇn ph¶i cã mét m¹ch ®iÒu khiÓn thyristor ®ã. Trong c¸c hÖ thèng siªu nhá th× ®©y lµ mét vÊn ®Ò kh¸ phøc t¹p vµ cÇn ph¶i sö dông c¸c lo¹i transistor c«ng suÊt hiÖn ®¹i nh− lµ IGBT hay lµ c¸c hä MOSFET. C¸c thµnh phÇn c«ng suÊt nµy cã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn trùc tiÕp bëi mét IC: Chóng chØ dÉn ®iÖn khi mµ ®iÖn ¸p ë cùc cöa hoÆc ë ®iÓm nèi c¬ b¶n lµ ë møc cao. ¦u ®iÓm chÝnh cña viÖc ®iÒu chÕ ®é réng xung lµ yªu cÇu mét m¹ch ®iÖn ®¬n gi¶n ®Ó ®iÒu khiÓn mét transistor c«ng suÊt. Nh−îc ®iÓm lµ víi m¹ch ®iÖn nh− vËy nã sÏ ®Èy gi¸ thµnh cña bé ®iÒu khiÓn lªn rÊt cao, ®é tin cËy kh«ng ®¶m b¶o, h¬n n÷a ®é nh¹y cña c¸c transistor lín. Ngoµi ra ®é tiªu t¸n trong bé ®iÒu khiÓn sÏ t¨ng lªn tr−íc khi ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®−îc ®−a vµo bé chØnh l−u ®Ó t¹o nguån nu«i cho c¸c transistor c«ng suÊt. Vµ nh− vËy bé t¶n nhiÖt cho thyristor cña bé ®iÒu khiÓn cßn lín h¬n c¶ bé ®iÒu khiÓn ®ã. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 46 c. T¶i nhÞ ph©n. BiÖn ph¸p thø ba lµ sö dông mét bé t¶i nhÞ ph©n. §ã lµ mét sè c¸c t¶i gi¶ ®Êu song song nhau víi dung l−îng c¸c t¶i nh− ®−îc m« t¶ ë h×nh sau. Theo h×nh vÏ, nÕu nh− cã n t¶i gi¶ th× tæng c«ng suÊt lín nhÊt cña t¶i gi¶ lµ 2n. ViÖc ®ãng bao nhiªu chiÕc sÏ quyÕt ®Þnh c«ng suÊt d− thõa tõ m¸y ph¸t ra t¶i gi¶ vµ víi mçi sè l−îng t¶i kh¸c nhau ®−îc ®ãng sÏ cã l−îng c«ng suÊt kh¸c nhau t−¬ng øng víi nã. §Ó ®ãng ng¾t c¸c t¶i gi¶ nµy cÇn ph¶i cã mét dÉy r¬le m¾c song song nhau (r¬le Solid state). C¸c r¬le nµy sÏ g©y ra nhiÔu khi ®−îc ph¸t ®éng cïng mét lóc ngay t¹i ®iÓm b¾t ®Çu cña mét nöa chu kú, hoÆc duy tr× ng¾t hoµn toµn. T−¬ng tù nh− thyistor vµ triac, nã còng cÇn cã mét m¹ch ®iÒu khiÓn riªng cho m×nh. Nh−îc ®iÓm cña biÖn ph¸p nµy lµ: - Gi¸ thµnh cña lo¹i r¬le nµy ®¾t h¬n nhiÒu so víi gi¸ thµnh cña triac ë bªn trong chóng v× mçi mét r¬le cÇn mét m¹ch ®iÒu khiÓn riªng cña m×nh. - Sè l−îng cña t¶i gi¶ vµ viÖc ®Êu nèi phøc t¹p, h¬n n÷a muèn ®iÒu khiÓn mÞn th× ®iÖn trë cña c¸c t¶i gi¶ nµy ph¶i tuyÖt ®èi chÝnh x¸c. - NÕu muèn ®iÒu chØnh mÞn th× c¸c t¶i gi¶ ph¶i cã ®iÖn trë kh«ng qu¸ lín ®Ó kh«ng t¹o thµnh c¸c kho¶ng qu¸ réng gi÷a c¸c t¶i trong c¶ bé t¶i nhÞ ph©n. ¦u ®iÓm chÝnh c¸c ph−¬ng ph¸p nµy lµ kh«ng bÞ biÕn d¹ng sãng ®iÖn ¸p nÕu t¶i gØa lµ lo¹i thuÇn trë. Nh−îc ®iÓm chÝnh lµ tÝnh phøc t¹p do yªu cÇu vÒ phÝa t¶i gi¶, d©y nèi cña thiÕt bÞ ®ãng c¾t. T¶i gi¶ ph¶i cã mét trÞ sè ®iÖn trë chÝnh x¸c, ®iÒu nµy khã cã thÓ ®¹t ®−îc víi thiÕt bÞ ®èt nãng, ®Æc biÖt lµ ®èi víi c«ng suÊt nhá. H¬n n÷a v× t¶i gi¶ chØ thay ®æi tõng møc cè ®Þnh mét (t¶i gi¶ thay ®æi d¹ng On/off), nªn ®iÖn ¸p chØ cã 1R 1 2R 2 4R 3 Id H×nh 28. Khèi t¶i nhÞ ph©n nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 47 thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn trong mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh. §Ó vËn hµnh æn ®Þnh theo c¸c ®iÒu kiÖn cho phÐp, th× ph¶i t¨ng giíi h¹n nµy. §ã chÝnh lµ nguyªn nh©n ®iÖn ¸p ®iÒu chØnh kÐm. 5.2. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y c«ng suÊt nhá h¬n 1kW. §Ó ®¸p øng yªu cÇu kh«ng thÓ thiÕu ®èi víi c¸c tr¹m Pico, Trung t©m Thuû ®iÖn ®· nghiªn cøu chÕ t¹o mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ ®i kÌm víi tæ m¸y do trung t©m chÕ t¹o. 5.2.1. Nguyªn lý. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ (ELC) thùc chÊt lµ mét m¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p. M¹ch nµy cïng víi hÖ thèng t¶i gi¶ nèi víi nã ho¹t ®éng nh− mét cÇu dao ®iÖn ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p ph¸t ra cña tæ m¸y. ViÖc ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p thùc chÊt lµ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ dùa trªn nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn gãc pha nh− ®· tr×nh bµy ë trªn. V× phô t¶i ®−îc nèi víi m¸y ph¸t th«ng qua mét sè thiÕt bÞ b¶o vÖ nh− lµ ELCB, MCB ... do vËy khi l−îng phô t¶i nèi vµo m¸y ph¸t kh«ng thay ®æi th× ®iÖn ¸p m¸y ph¸t còng kh«ng thay ®æi nh−ng khi cã sù thay ®æi ë phÝa phô t¶i cã thÓ lµ t¨ng hay gi¶m phô t¶i lµm cho ®iÖn ¸p thay ®æi theo. Cô thÓ khi ta gi¶m phô t¶i, tèc ®é m¸y ph¸t sÏ t¨ng lªn theo ®ã lµm t¨ng ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ng−îc l¹i khi ta t¨ng l−îng phô t¶i, tèc ®é m¸y ph¸t bÞ gi¶m xuèng, ®iÖn ¸p m¸y ph¸t còng bÞ tôt xuèng theo. NhiÖm vô cña bé ®iÒu ¸p lµ ph¶i æn ®Þnh l¹i ®−îc ®iÖn ¸p còng nh− tÇn sè cña m¸y ph¸t mçi khi cã sù thay ®æi phô t¶i, tr¸nh kh«ng ®Ó m¸y ho¹t ®éng trong t×nh tr¹ng mÊt hoÆc sôt t¶i ®ét ngét, ¶nh h−ëng tíi tuæi thä cña tæ m¸y. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña bé ®iÒu ¸p lµ dùa vµo ®é sai lÖch gi÷a ®iÖn ¸p ph¸t ra thùc tÕ víi gi¸ trÞ ®Þnh møc cña m¸y ph¸t ®Ó ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p ra t¶i gi¶ thÝch hîp. T¶i gi¶ lµ mét thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn n¨ng cã ®iÖn trë ph¶i ®−îc tÝnh to¸n phï hîp víi dung l−îng cña hÖ thèng. Yªu cÇu ®èi víi t¶i gi¶ lµ c«ng suÊt tiªu thô lín nhÊt trªn t¶i gi¶ ph¶i lín h¬n tõ 12 tíi 15 % c«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y ph¸t. PGen = Pt¶i + P tiªu thô (5.1) C«ng suÊt ®æ ra t¶i : Pt¶i = Rt V2 (5.2) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 48 Trong ®ã: Pt¶i: C«ng suÊt tiªu thô trªn t¶i Rt : §iÖn trë t¶i. V: §iÖn ¸p m¸y ph¸t. Ptiªu thô: C«ng suÊt tiªu hao trªn t¶i tiªu thô. Pgen: C«ng suÊt ph¸t ra thùc tÕ Khi phô t¶i thÊp, toµn bé c«ng suÊt d− thõa cña m¸y ph¸t sÏ ®−îc chuyÓn hÕt ra t¶i gi¶ vµ ng−îc l¹i khi c«ng suÊt tiªu thô lín, dùa vµo l−îng ®iÖn tiªu thô, m¹ch sÏ ®iÒu chØnh l−îng c«ng suÊt ®æ ra t¶i gi¶ hîp lý ®Ó ®¶m b¶o ®−îc c«ng suÊt ®Þnh møc m¸y ph¸t lµ mét h»ng sè. H×nh 29. S¬ ®å hÖ thèng thuû ®iÖn nhá khi nèi víi bé ®iÒu khiÓn 5.2.2. Khèi t¶i gi¶. T¶i gi¶ th«ng th−êng lµ phÇn tö ph¸t nãng vµ chØ lµ phÇn thuÇn trë. §Ó c«ng suÊt ®Çu ra nhá ta th−êng sö dông t¶i lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ do c«ng suÊt tiªu hao trªn t¶i gi¶ cña c¸c tr¹m thuû ®iÖn siªu nhá kh«ng lín. (lo¹i t¶i gi¶ nµy th−êng ®−îc HiÖu suÊt m¸y ph¸t η η 1 C«ng suÊt trªn t¶i tiªu thô T¶i gi¶ Bé ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p C«ng suÊt ph¸t ra C«ng suÊt kh«ng sö dông tíi C«ng suÊt trªn t¶i gi¶ C«ng suÊt c¬ khÝ tõ tuabin nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 49 lùa chän cho c¸c tr¹m c«ng suÊt nhá h¬n 10kw). §èi víi c¸c tr¹m c«ng suÊt lín h¬n nªn sö dông lo¹i t¶i gi¶ lµm m¸t b»ng n−íc v× c«ng suÊt tr¹m lín h¬n, yªu cÇu tiªu hao c«ng suÊt trªn t¶i gi¶ còng ph¶i lín h¬n do vËy nhiÖt l−îng cÇn tiªu hao lµ kh¸ lín. L−u ý c«ng suÊt trªn t¶i gi¶ ph¶i lín h¬n c«ng suÊt ph¸t ®Þnh møc tõ 10 tíi 15%. §iÖn trë t¶i ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: Rt¶i = it¶ 2 P U (5.3) C¸c h×nh d−íi ®©y chØ ra c¸ch ®Êu nèi c¬ b¶n cña thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ víi c¸c cÊp c«ng suÊt kh¸c nhau. 5.3. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá. VÒ nguyªn lý, bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y lµ gièng nhau, d−íi ®©y t¸c gi¶ chØ ®−a ra c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña thiÕt bÞ C¸c th«ng sè cña thiÕt bÞ. §Æc ®iÓm: - Toµn bé thiÕt bÞ ®−îc l¾p trong mét hép bao gåm m¹ch ®iÒu khiÓn, triac vµ t¶n nhiÖt. - D¶i tÇn sè lµm viÖc: 50Hz ± 2%. - D¶i ®iÖn ¸p lµm viÖc : 220VAC ± 1%. Khi n»m ngoµi d¶i ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ tù ®éng ngõng ho¹t ®éng ®iÒu khiÓn ®Ó b¶o vÖ c¸c thiÕt bÞ tiªu thô vµ b¶o vÖ ®éng c¬. ChØ tiªu kü thuËt. - ThiÕt kÕ cho hÖ thèng ®iÖn 1 pha - B¶o vÖ c¸c thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn - TÇn sè 50hz hoÆc 60Hz tuú theo yªu cÇu cña ng−êi sö dông. - §iÖn ¸p lµm viÖc: 220V - §iÒu khiÓn tøc thêi khi ®iÖn ¸p sai lÖch 1%. - Mét khèi ®iÒu khiÓn c«ng suÊt øng víi mét khèi t¶i gi¶. Mét khèi ®iÒu khiÓn ®−îc c«ng suÊt lín nhÊt lµ 500W nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 50 - T¶i lµ lo¹i thuÇn trë, lµm m¸t b»ng n−íc, kh«ng khÝ... - NhiÖt ®é lµm viÖc: 450C. - NhiÖt ®é cao nhÊt cña t¶n nhiÖt: 750C C¸ch l¾p ®Æt vµ hiÖu chØnh. KiÓm tra vµ thay thÕ, Tr−íc khi vËn hµnh - Lùa chän lo¹i d©y ®¬n tiÕt diÖn φ 0.5mm2 ®èi víi m¸y ph¸t c«ng suÊt 200W cho viÖc cÊp nguån cho thiÕt bÞ, tõ thiÕt bÞ ra t¶i gi¶, tõ m¸y ph¸t tíi t¶i tiªu thô. - KiÓm tra l¹i tÊt c¶ c¸c d©y nèi. - KiÓm tra l¹i nh÷ng chç bã d©y, nh÷ng n¬i cã dÔ bÞ ng¾n m¹ch, ®øt m¹ch hoÆc hë m¹ch khi quan s¸t b»ng m¾t th−êng. - §Êu d©y tõ thiÕt bÞ ra t¶i gi¶ - SiÕt l¹i èc vÝt ë nh÷ng c¸c mèi nèi ra t¶i, ra triac... - CÊp ®iÖn cho thiÕt bÞ ho¹t ®éng. - ChØnh biÕn trë l¹i cho tíi khi cã ®iÖn ¸p ra t¶i gi¶ (nÕu cÇn thiÕt) theo chØ dÉn chi tiÕt cña nhµ s¶n xuÊt (chØ nh÷ng ng−êi cã chuyªn m«n míi ®−îc thùc hiÖn b−íc nµy). V Gen. AC ELC ` Phase to village load Neutral to village load H×nh 30. S¬ ®å ®Êu nèi cho tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 51 S¬ ®å kÕt cÊu vµ ph−¬ng ph¸p sö dông bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá nh− h×nh vÏ trang sau (trªn h×nh vÏ lµ bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y 500W). nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 52 nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 53 Ch−¬ng VI. C«ng tr×nh tr¹m vµ qu¶n lý vËn hµnh 6.1. Lùa chän vÞ trÝ l¾p ®Æt tæ m¸y. §Ó sö dông c¸c tæ m¸y T§SN mét c¸ch hiÖu qu¶ nhÊt, cÇn ph¶i ®¸nh gi¸ mét c¸ch chÝnh x¸c nguån n−íc cung cÊp cho tæ m¸y. Do c¸c tæ m¸y T§SN cã quy m« sö dông cho c¸c hé gia ®×nh nªn chóng t«i ®−a ra ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt ®Ó tù c¸c hé gia ®×nh cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc lo¹i tæ m¸y cã thÓ dïng cho chÝnh m×nh. 6.1.1. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh cét n−íc. Cét n−íc ®Ó tæ m¸y ho¹t ®éng chÝnh lµ chªnh lÖch n−íc tõ ®iÓm ®Çu cña ®−êng èng(nÕu cã bÓ thu n−íc t¹i ®Çu ®−êng èng th× tÝnh tõ møc mÆt n−íc cña bÓ) ®Õn vÞ trÝ cuèi cïng cña ®−êng èng(t¹i vÞ trÝ ®−êng èng nèi vµo vßi phun cña tua bin). Ph−¬ng ph¸p ®o chiÒu cao ®Ó x¸c ®Þnh cét n−íc ®−îc tiÕn hµnh nh− h×nh 31. H×nh 31. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh cét n−íc cho tæ m¸y T§SN Trong tr−êng hîp cã ®ång hå ®o ¸p th× viÖc x¸c ®Þnh ®¬n gi¶n h¬n, dïng mét d©y dÉn nhá, dÉn n−íc tõ phÝa trªn xuèng vÞ trÝ l¾p m¸y vµ nèi víi ®ång hå. §¬n vÞ trªn ®ång hå cã thÓ lµ mÐt cét n−íc(mH2O), kg/cm2hoÆc bar. Mçi ®¬n vÞ mH2O t−¬ng ®−¬ng b»ng 1 mÐt chiÒu cao cét n−íc vµ mçi ®¬n vÞ kg/cm2 hoÆc bar x¸c ®Þnh b»ng 10 mÐt chiÒu cao cét n−íc. Sau khi x¸c ®Þnh ®−îc chiÒu cao cét n−íc , cã thÓ s¬ bé chän lo¹i tæ m¸y theo cét n−íc (kÕt hîp víi l−u l−îng cã thÓ cã) nh− sau: H = 5 ÷ 9 m chän tæ m¸y TN200 - 10/1x26 nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 54 H = 10 ÷ 16 m chän tæ m¸y TN200 - 10/1x18 hoÆc TN500 - 10/1x26 H = 17 ÷ 22 chän tæ m¸y TN500 - 10/1x18 hoÆc TN1000 - 10/1x26 Chó ý: NÕu ®−êng èng ¸p lùc (dÉn n−íc tõ nguån vÒ tæ m¸y) qu¸ dµi (>100m) th× mçi 100m chiÒu dµi ph¶i trõ ®i 0,5m cét n−íc ®o ®−îc. 6.1.2. X¸c ®Þnh l−u l−îng cña nguån n−íc. L−u l−îng cña nguån n−íc tÝnh b»ng ®¬n vÞ l/s(sè lÝt n−íc ch¶y qua ®−êng èng trong mét gi©y). Th«ng sè nµy cïng víi cét n−íc quyÕt ®Þnh c«ng suÊt cã thÓ ph¸t ra ®−îc cña tæ m¸y. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh l−u l−îng nh− h×nh 32. H×nh 32. Ph−¬ng ph¸p ®o l−u l−îng nguån n−íc Dïng mét èng dÉn n−íc tõ nguån n−íc (®o¹n èng ng¾n 1 ÷ 2m, tèt nhÊt lµ ®o¹n èng cã ®−êng kÝnh b»ng ®−êng kÝnh èng ¸p lùc ®Ó dÉn n−íc khi l¾p m¸y) ®Õn mét thïng chøa kho¶ng 100 ÷ 200lÝt n−íc. Dïng ®ång hå bÊm gi©y ®Ó x¸c ®Þnh thêi gian b¾t ®Çu h−íng n−íc tíi khi ®Çy thïng. L−u l−îng cña nguån n−íc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: t VQ = (6.1) Trong ®ã: Q: lµ l−u l−îng cña nguån n−íc(l/s) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 55 V: ThÓ tÝch cña thïng ®ong (l) t : Thêi gian b¾t ®Çu ®o ®Õn lóc ®Çy thïng. §Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o, tiÕn hµnh cµng nhiÒu lÇn cµng tèt sau ®ã lÊy gi¶tÞ trung b×nh cña c¸c lÇn ®o. CÇn chó ý r»ng, l−u l−îng cña nguån n−íc ph¶i ®o trong mïa kh« (kiÖt) ®Ó ®¶m b¶o r»ng ®Ó ®¶m b¶o r»ng tæ m¸y thñy ®iÖn cã thÓ cung cÊp ®iÖn trong suèt c¶ n¨m. Khi ®· x¸c ®Þnh ®−îc l−u l−îng nguån n−íc th× kÕt hîp víi cét n−íc ®o ®−îc ®Ó chän ®−îc chÝnh x¸c lo¹i tæ m¸y ph¸t ®iÖn. 6.1.3. Chän vÞ trÝ l¾p ®Æt m¸y. VÞ trÝ ®Æt m¸y ®¶m b¶o mét sè yªu cÇu sau: - §¶m b¶o an toµn cho ng−êi, sóc vËt. CÇn cã rµo b¶o vÖ tr¸nh cho trÎ nhá vµ ®éng vËt vµo khu ®Æt m¸y. - Tïy theo ®Þa h×nh mµ ®Æt m¸y sao cho cã lîi nhÊt vÒ mÆt kinh tÕ: ®−êng èng dÉn n−íc ng¾n nhÊt, ®−êng d©y dÉn ®iÖn tõ tæ m¸y vÒ n¬i tiªu thô ng¾n nhÊt. Tham kh¶o trªn h×nh 33. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 56 H×nh 33. C¸c c¸ch dÉn n−íc vÒ tæ m¸y - VÞ trÝ ®Æt m¸y còng cÇn ®¶m b¶o sao cho khi cã n−íc lò hoÆc m−a lín bÊt th−êng kh«ng lµm ngËp tæ m¸y g©y háng thiÕt bÞ. 6.2. C«ng tr×nh tr¹m tæ m¸y T§SN. S¬ ®å tæng thÓ c¸c bé phËn cña mét tr¹m thñy ®iÖn siªu nhá sö dông TBTN nh− h×nh 34. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 57 6.2.1. BÓ ¸p lùc. BÓ ¸p lùc lµ bé phËn thu nguån n−íc tõ s«ng suèi ®Ó cÊp cho tæ m¸y ho¹t ®éng qua ®−êng èng ¸p lùc. §èi víi c¸c tr¹m thñy ®iÖn siªu nhá hé gia ®×nh cét n−íc cao th× cã thÓ kh«ng cÇn bÓ ¸p lùc mµ lÊy n−íc trùc tiÕp tõ th©n t−êng(®Ëp)ng¨n dßng trªn s«ng suèi. Trong tr−êng hîp ®ã, ®Çu ®−êng èng ph¶i cã bé phËn ch¾n r¸c vµ ®Êt c¸t kh«ng cho ch¶y vµo ®−êng èng. Tuy nhiªn, tèt nhÊt lµ x©y dùng ®−îc mét bÓ ¸p lùc nh− h×nh 5.4. C¸c kÝch th−íc tèi thiÓu cña bÓ ®−îc ghi trªn b¶n vÏ vµ bÒ réng cña bÓ ≥ 0,5m. N−íc tr−íc khi vµo bÓ ®−îc läc r¸c qua l−íi ch¾n r¸c cã c¸c nan läc, khe hë gi÷a c¸c nan ch¾n tõ 0,5 ÷ 1cm. Trªn ®Ønh bÓ ®−îc ®Ëy n¾p ®Ó ®¶m b¶o kh«ng cã c¸c vËt r¾n r¬i vµo trong bÓ g©y h¹i cho tæ m¸y. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m ¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn K hoa häc Thñy lîi 58 H×nh 34. S¬ s®å c«ng tr×nh tr¹m tæ m¸y T§SN nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 59 6.2.2. §−êng èng ¸p lùc. §−êng èng ¸p lùc cã nhiÖm vô dÉn n−íc tõ bÓ ¸p lùc cung cÊp cho tæ m¸y ho¹t ®éng. Víi c¸c tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá do cét n−íc kh«ng lín nªn cã thÓ sö dông èng PVC hoÆc èng kim lo¹i. Khi l¾p ®¹t ®−êng èng ¸p lùc cÇn chó ý nh÷ng ®iÓm ®· tr×nh bµy ë môc 6.1.3 vµ ph¶i cÇn gi¶m tèi thiÓu c¸c gãc ngoÆt trªn ®−êng èng ®Ó tr¸nh c¸c tæn thÊt thñy lùc lµm gi¶m kh¶ n¨ng ph¸t ®iÖn cña tæ m¸y. Däc theo ®−êng èng ¸p lùc tèt nhÊt nªn cã c¸c mè nÐo ®Ó gi÷ cho ®−êng èng ®−îc v÷ng ch¾c trong suèt thêi gian sö dông. KÝch th−íc cña ®−êng èng phô thuéc vµo c¸c tæ m¸y, ®−êng kÝnh tèi thiÓu cña c¸c tæ m¸y cô thÓ nh− sau: - Tæ m¸y TN200 - 10/1x2,6: D0 = 80mm - Tæ m¸y TN200 - 10/1x1,8: D0 = 60mm - Tæ m¸y TN500 - 10/1x2,6: D0 = 80mm - Tæ m¸y TN500 - 10/1x1,8: D0 = 60mm - Tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6: D0 = 80mm §−êng kÝnh èng ¸p lùc còng cßn phô thuéc vµo chiÒu dµi. Khi chiÒu dµi dÉn n−íc lín cÇn ph¶i t¨ng ®−êng kÝnh èng. 6.2.3. Van tr−íc tua bin. Van tr−íc tæ m¸y cã nhiÖm vô ®Ó ®ãng kh«ng cho n−íc ch¶y xuèng khi dõng tæ m¸y vµ khi cã yªu cÇu söa ch÷a, b¶o d−ìng. KÝch th−íc cña van chän theo kÝch th−íc cña ®−êng èng. Van còng cã thÓ chän lo¹i van PVC hoÆc van kim lo¹i. Van tr−íc tua bin còng cã thÓ kh«ng cÇn, khi ®ã t¹i ®Çu ®−êng èng ph¶I cöa van chÆn n−íc trong tr−êng cÇn söa ch÷a tæ m¸y. 6.2.4. Tæ m¸y T§SN. Lùa chän theo nhu cÇu dïng ®iÖn vµ kh¶ n¨ng cña nguån n−íc cung cÊp nh− ®· tr×nh bµy trong h×nh 31. 6.2.5. Mãng m¸y. Mãng m¸y cÇn ®−îc ®æ b»ng bª t«ng ®Ó cho tæ m¸y ho¹t ®éng ch¾c ch¾n vµ an toµn. Ngoµi ra phÝa d−íi cña mãng m¸y lµ kªnh tho¸t ®Ó tho¸t hÕt n−íc sau sö nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 60 dông. Chän vÞ trÝ ®Æt mãng m¸y nh− ®· tr×nh bµy trong môc 5.1.3 kÝch th−íc mãng m¸y thÓ hiÖn trªn h×nh 35. KÝch th−íc mãng c¸c tæ m¸y thÓ hiÖn trong b¶ng 6. H×nh 35. KÝch th−íc mãng m¸y B¶ng 6 Tªn tæ m¸y A B C H TN200 - 10/1x26 200x200 260 350x350 300 TN200 - 10/1x18 200x200 260 350x350 350 TN500 - 10/1x26 200x200 260 350x350 350 TN500 - 10/1x18 208,5x208,5 260 400x400 400 TN1000 - 10/1x26 208,5x208,5 260 400x400 450 nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 61 6.3. C«ng t¸c qu¶n lý vËn hµnh. 6.3.1. L¾p ®Æt vµ vËn hµnh. TiÕn hµnh l¾p m¸y sau khi c¸c c«ng viÖc kh¸c ®· chuÈn bÞ s½n sµng ®¸p øng: - BÓ ¸p lùc ®· thi c«ng xong ®¹t ®é cøng yªu cÇu. - §−êng èng ¸p lùc vµ van tr−íc tua bin ®· l¾p ®Æt xong. - Mãng m¸y ®· ®æ bª t«ng xong vµ ®¹t ®é cøng cÇn thiÕt, phÇn kªnh dÉn ra h¹ l−u ®· th«ng thãat tèt. TiÕn hµnh l¾p m¸y vµo bÖ, xiÕt chÆt c¸c bu l«ng mãng vµ mÆt bÝch nèi gi÷a van vµ vßi phun. L¾p ®−êng d©y t¶I ®iÖn tõ m¸y vÒ n¬I tiªu thô. CÇn ph¶I ®¶m b¶o r»ng c¸c ®iÓm nèi d©y ph¶I ch¾c ch¾n, kh«ng hë ®iÖn ra vá m¸y, c¸c cùc ®iÖn ra kh«ng ch¹m chËp víi nhau. Thïng t¶I gi¶ ®−îc ®Æt t¹i n¬I sö dông ®iÖn vµ cÇn ph¶I ®−îc b¶o vÖ an tßan tr¸nh nh÷ng nguy hiÓm cã thÓ x¶y ra do ®iÖn ro rØ hoÆc bÞ ch¸y chËp do thïng t¶I gi¶ kh«ng cã, hoÆc bÞ c¹n hÕt n−íc. VËn hµnh tæ m¸y: - KiÓm tra xem bÓ ¸p lùc vµ ®−êng èng ¸p lùc ®· ch¾c ch¾n ch−a, nguån n−íc ®· s½n sµng ch−a. - §ãng chÆt van tr−íc tua bin vµ van tæ m¸y (ë vßi phun), tÊt c¶ ®−êng d©y ®−îc cè ®Þnh ch¾c ch¾n, ®iÒu tèc t¶i d· ®−îc ®ãng vµo d©y nguån, ®−êng d©y vµo c¸c t¶i tiªu thô ®· ®−îc t¾t hÕt, thïng t¶i gi¶ ®· ®−îc ®æ n−íc ®óng theo qui ®Þnh. - Khi mäi viÖc ®· chuÈn bÞ xong, më hÕt van tr−íc tua bin. - Më van vßi phun tõ tõ, kiÓm tra xem ®iÖn ¸p trªn ®ång hå v«n ë bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ xem cã v−ît qu¸ trÞ sè 230V kh«ng, ®iÒu chØnh nót chØnh ®iÖn ¸p trªn bé ®iÒu khiÓn t¶I gi¶ ®−a ®iÖn ¸p vÒ trÞ sè trong kháang 190V - 230V, tiÕp tôc më vßi phun ®Õn hÕt. NÕu tÊt c¶ hÖ thèng æn ®Þnh, ®iÖn ¸p n»m trong kháang 190V- 230V, cã nghÜa lµ hÖ thèng ®· vËn hµnh b×nh th−êng. Nèi c¸c phô t¶I vµo l−íi ®iÖn ®Ó sö dông. - Trong lÇn ®Çu tiªn vËn hµnh tæ m¸y cÇn theo dâi kiÓm tra xem tæ m¸y co häat ®éng ªm dÞu kh«ng, nhiÖt ®é trªn th©n m¸y vµ c¸c æ bi cã qu¸ nãng kh«ng, n−íc ë nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 62 thïng t¶i gi¶ cã qu¸ nãng kh«ng. - Khi cã bÊt kú hiÖn t−îng bÊt th−êng nµo do nguyªn nh©n kü thuËt, cÇn dõng m¸y ngay vµ b¸o cho ng−êi cung cÊp m¸y ®Ó t×m ph−¬ng ph¸p xö lý. 6.3.2. Qu¶n lý vµ b¶o d−ìng söa ch÷a. 1. C«ng t¸c qu¶n lý: §Ó t¨ng tuæi thä vµ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña tæ m¸y th× c«ng t¸c qu¶n lý vµ b¶o d−ìng lµ mét vÊn ®Ò quan träng. Sau ®©y lµ mét sè vÊn ®Ò cÇn quan t©m trong qu¸ tr×nh sö dông tæ m¸y: Tèt nhÊt lµ l¾p ®Æt tæ m¸y ë n¬i kh«ng x¶y ra ngËp lôt, cã m¸i che tr¸nh m−a hay trong mét khoang kÝn cã khãa an tßan. NÕu ph¸t hiÖn thÊy bªn trong m¸y bÞ −ít th× ph¶i th¸o ngay ra kiÓm tra vµ ®em ph¬i kh«. Tr¸nh sÊy gÇn löa v× r« to bäc nhùa epoxy dÔ bÞ ph¸ hñy do nhiÖt. - Tr−íc khi dïng trë l¹i cÇn ph¶i b¶o ®¶m r»ng tßan bé tæ m¸y kh« r¸o, cÇn chän n¬i cã ®é Èm thÊp ®Ó ®Æt m¸y ph¸t tr¸nh ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh vËn hµnh cña m¸y. - Do tèc ®é quay cña tæ m¸y kh¸ cao, nªn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc c¸c æ bi cÇn ph¶I ®−îc b¬m bæ xung mì ®Þnh kú kháang 3 th¸ng mét lÇn. - Trong qu¸ tr×nh sö dông, nªn dù phßng cho tæ m¸y mét bé bi vµ phít lµm kÝn ®Ó cã thÓ thay thÕ khi cÇn thiÕt. Th«ng sè kü thuËt cña c¸c chi tiÕt nµy ®−îc ghi trong c¸c s¸ch h−íng dÉn sö dông göi kÌm khi b¸n hµng. 2. Thay thÕ c¸c chi tiÕt tiªu chuÈn. C¸c tæ m¸y T§SN sÏ hÇu nh− rÊt Ýt sù cè nÕu ®−îc b¶o d−ìng vµ ch¨m sãc tèt. Tuy nhiªn mét sè chi tiÕt tiªu chuÈn nªn thay thÕ ®Þnh kú ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng lµm viÖc cña tæ m¸y, ®ã lµ c¸c vßng bi vµ phít lµm kÝn, chóng nªn ®−îc thay thÕ ®Þnh kú kháang 3 n¨m mét lÇn. Sau ®©y lµ ph−¬ng ph¸p thay thÕ thñ c«ng, ng−êi sö dông m¸y cã thÓ tù thao t¸c: - Ng¨n hÕt n−íc kh«ng cho ch¶y vµo bÓ ¸p lùc hoÆc nÕu cã van tr−íc tua bin th× ®ãng hÕt van nµy l¹i ®Ó ngõng tæ m¸y. - Th¸o hÕt c¸c thiÕt bÞ ®iÖn vµ th¸o c¸p ra khái tæ m¸y. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 63 - Chê ®Õn khi kh«ng cßn n−íc ch¶y trong tæ m¸y n÷a. - Th¸o bu l«ng l¾p ®−êng èng víi tua bin vµ bu l«ng nÒn ®−a m¸y ph¸t ra khái bÖ ®Ó ®Õn chç kh« r¸o s¹ch sÏ, ®Æt ®øng ®Ó gi÷ cho m¸y ph¸t ®−îc kh«. - Th¸o n¾p bÝch trªn cña m¸y ph¸t. - Më n¾p m¸y ph¸t ra th¸o ªcu kÑp ro to m¸y ph¸t, dïng hai bu l«ng M8 b¾t vµo 2 lç ë ®Ønh roto ®Ó th¸o ro to ra, c«ng viÖc nµy cÇn tiÕn hµnh cÈn thËn ®Ó tr¸nh ¶nh h−ëng xÊu ®Õn nam ch©m vÜnh cöu. - Th¸o th©n m¸y ph¸t, trong qu¶ tr×nh th¸o tr¸nh ®Ó dông cô va ®Ëp vµo c¸c cuén d©y lµm háng líp c¸ch ®iÖn cã thÓ g©y ch¹m chËp. - §Æt n»m tæ m¸y xuèng. - Th¸o ªcu kÑp vµ rót b¸nh c«ng t¸c tua bin ra. - Th¸o côm æ d−íi vµ trôc tæ m¸y ra khái vá m¸y. - §ãng nhÑ vµo ®Çu d−íi cña trôc (®Öm mét miÕng kim läai trªn ®Çu trôc hoÆc dïng bóa gç ®Ó ®ãng) ®Ó th¸o trôc vµ vßng bi d−íi ra khái æ. - Th¸o vßng bi vµ phít ra khái n¾p m¸y ph¸t vµ æ trôc b»ng c¸ch dïng hai ®äan thÐp D = 5mm ®ãng ®Òu hai bªn. - L¾p c¸c vßng bi vµ phít míi theo tr×nh tù ng−îc l¹i víi qu¸ tr×nh th¸o. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 64 Ch−¬ng VII. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 7.1. C¸c kÕt qu¶ mµ ®Ò tµi ®· ®¹t ®−îc. - Tõ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ tua bin tia nghiªng, ®· ®−a ra ®−îc c¸c tÝnh tãan thiÕt kÕ cho lo¹i tæ m¸y T§SN cét n−íc cao phï hîp víi nhu cÇu sö dông cña hé gia ®×nh vïng s©u vïng xa, n¬i ch−a cã ®iÖn l−íi ®i qua. - ChÊt l−îng c¸c tæ m¸y cao h¬n h¼n so víi s¶n phÈm do Trung quèc vµ mét sè h·ng kh¸c s¶n xuÊt. - C¸c ®−êng ®Æc tÝnh thùc nghiÖm cho thÊy chØ víi 4 läai tæ m¸y T§SN cã thÓ sö dông ®−îc cho mäi nhu cÇu vÒ ®iÖn ®Õn 1000W trong ph¹m vi d¶i cét n−íc lµm viÖc réng (tõ 4m ®Õn 14m). - X©y dùng ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh cña c¸c tæ m¸y tõ ®ã gióp cho ng−êi sö dông dÔ dµng lùa chän ®−îc lo¹i phï hîp v¬Ý nhu cÇu dïng ®iÖn vµ kh¶ n¨ng ®¸p øng cña nguån n−íc s½n cã trong tù nhiªn. - Cung cÊp tµi liÖu h−íng dÉn thiÕt kÕ c«ng tr×nh tr¹m, c¸c kiÕn thøc qu¶n lý sö dông vµ söa ch÷a gióp cho ng−êi sö dông cã thÓ sö dông c¸c tæ m¸y mét c¸ch an tßan vµ cã hiÖu qu¶ cao nhÊt. - B−íc ®Çu ®· xuÊt khÈu ®−îc mét sè tæ m¸y vµo thÞ tr−êng EU vµ ®−îc ®¸nh gi¸ cao më ra c¬ héi cho viÖc h−íng tíi c¸c thÞ tr−êng khã tÝnh ®Ó thu nguån ngäai tÖ m¹nh vÒ cho ®Êt n−íc. 7.2. KiÕn nghÞ. §Ò nghÞ Bé N«ng NghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n vµ c¸c c¬ quan h÷u quan t¹o ®iÒu kiÖn ®Çu t− trang thiÕt bÞ ®Ó tiÕp tôc nghiªn cøu, hßan thiÖn c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c tæ m¸y siªu nhá theo h−íng tiªu chuÈn hãa vµ sö dông c¸c c«ng nghÖ gia c«ng hiÖn ®¹i ®Ó ®−a vµo s¶n suÊt hµng läat nh»m n©ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm, h¹ gi¸ thµnh ®Ó phôc vô tèt h¬n nhu cÇu sö dông trong n−íc vµ xuÊt khÈu. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 65 Tµi liÖu tham kh¶o [1] Ch−¬ng tr×nh hµnh ®éng n¨ng l−îng t¸i t¹o ViÖt nam [2] Qui häach tæng thÓ ph¸t triÓn ®iÖn ViÖt nam (Tæng s¬ ®å 5) [3] TrÞnh chÊt (1994), C¬ së thiÕt kÕ m¸y vµ chi tiÕt m¸y, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt. [4] Vâ Sü Huúnh – NguyÔn ThÞ Xu©n Thu (1992), Tua bin n−íc, Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o Dôc, Hµ néi. [5] Vò Duy Quang (1996), Thñy khÝ ®éng lùc häc øng dông, Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa, Hµ néi. [6] NguyÔn Tµi – L−u C«ng §µo (1984), Sæ tay tÝnh tãan thñy lùc, Nhµ xuÊt b¶n N«ng nghiÖp, Hµ néi. [7] ViÖn nghiªn cøu thñy ®iÖn Trung Quèc (1968), TÝnh to¸n, thiÕt kÕ tua bin thuû ®iÖn – Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt B¾c Kinh, b¶n dÞch tiÕng ViÖt. [8] ю.Y. Эдель (1963), Kовшовыe гидpoтуpбины, гocyдapcтвeннoe нayчнo - тexничecкoе издaтельc вo мaшинocтpoитeльнoй литepaтypы мocква. [9] Gilkes Brochuers [10] Helmut Scheurer – Reinold Metzler – Bob Yoder (1980), Federal Republic of Germany. [11] SKF (1997), Popular bearing range nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 66 Phô lôc