Mục lục Trang
Chương I . Mở đầu 2
1.1 Sự cần thiết xây dựng gam thủy điện cực nhỏ 2
1.2 Một số khái niệm trong phân loại thiết bị thủy điện 2
Chương II Tổng quan về gam thủy điện cực nhỏ và thủy điện siêu nhỏ
6
2.1 Gam thủy điện cực nhỏ trên thế giới 6
2.2 Nghiên cứu và chế tạo thiết bị thủy điện ở Việt Nam 15
Chương III Cơ sở khoa học và ph−ơng pháp chung phân loại tua bin n−ớc
3.1 Mở đầu 26
3.2 Hệ số tỷ tốc Ns 26
3.3 Sự cần thiết tiêu chuẩn hóa loại tua bin 27
3.4 Những chỉ tiêu cơ bản đặt ra trong phân loại tua bin 27
3.5 Ph−ơng pháp phân loại tua bin theo N 29
3.6 Phân loại tua bin xung kích (TBXK) 34
3.7 Kết luận 36
Chương 4 Xác định phạm vi làm việc của tua bin xung kích hai lần và tua bin tia nghiêng
cho thủy điện nhỏ
38
4.1 Những chỉ tiêu và công thức cơ bản trong tua bin
xung kích hai lần, tua bin tia nghiêng và tua bin gáo
38
4.2 Xác định các chỉ tiêu ns, Q1’, N1’ của tua bin xung
kích hai lần, tua bin gáo, tua bin tia nghiêng
39
4.3 Ph−ơng pháp xây dựng gam tua bin xung kích hai lần 42
57 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 2232 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu 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, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
trôc ®øng
Tua bin t©m trôc
2 Ialop P0300 4 20÷100 10÷25
3 Di lµng, Than Uyªn, Minh
Xu©n, Khe ViÔn, KiÖn Thµnh
F13 20÷100 Sö dông b¸nh c«ng t¸c mÉu F13. Tua bin
buång xo¾n, trôc ngang
4 Phô håi mét sè tæ m¸y thuû
lu©n cña Trung Quèc
K70 20÷40 2÷5 Sö dông c¸c tua bin XK 2L kiÓu Ossberger
5 Nhãm xung kÝch 2 lÇn
6 ChÕ t¹o ®iÒu tèc DT180
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
22
B¶ng 8. C«ng tr×nh l¾p ®Æt thiÕt bÞ thñy ®iÖn t¹i ViÖn Khoa häc Thuû lîi
TT Tªn c«ng tr×nh Tªn thiÕt bÞ
Sè
l−îng
C«ng suÊt Cét
n−íc
§Æc ®iÓm
Tua bin h−êng trôc
1 Phô håi mét sè tæ m¸y thuû lu©n cña Trung Quèc
2 Tæ m¸y T©n LËp 4K-84 3 70÷100 4÷8 Tua bin h−íng trôc buång hë, trôc ®øng
3 NËm C«ng K20/661 2 135÷200 9÷12 Tua bin h−íng trôc ngang, B¸nh c«ng t¸c mÉu
ΠΛ20/661
4 C¸c tæ m¸y nhá kh¸c Th−êng ®−îc sö dông mÉu 4K-84
Tua bin t©m trôc
1 E30, BiÓn Hå, S«ng Vè F30/5; F30/42 10 60÷125 10÷25 Nhãm tua bin t©m trôc, trôc ngang, sö dông BCT F30
2 F10/50, F10/60 §¾c L¾c, B¾c
C¹n
F10/50,60 4 125÷200 25÷40 Nhãm tua bin t©m trôc, trôc ngang sö dông BCT F10
3 EaH’leo F13/50 135
4 Tµ Sa Po82
5 Xu©n Minh (Hoµ B×nh) G13 1 40 kW 240 Tua bin g¸o, trôc ngang, 1 vßi phun
6 Nhãm Tua bin xung kÝch 2 lÇn Tua bin XK 2L D1=25÷50 kiÓu Ossberger vßi phun kÐp
7 §iÒu tèc ®iÖn tö – thuû lùc. §iÒu tèc gi¶
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
23
2.2.3. Giai ®o¹n 1990 ÷ 2000.
Giai ®o¹n nµy, ngµnh chÕ t¹o thiÕt bÞ thñy ®iÖn ph¸t triÓn chËm l¹i do
nh÷ng lý do c¬ b¶n sau:
- Tr¹m thñy ®iÖn Hoµ B×nh ®· ®−a toµn bé sè tæ m¸y vµo lµm viÖc, nhiÒu
c«ng tr×nh ®iÖn lín ®−îc x©y dùng nh− TrÞ An, Th¸c M¬, VÜnh S¬n …. HÖ thèng
l−íi ®iÖn ph¸t triÓn.
- Sau mét sè thÊt b¹i cña ngµnh thñy ®iÖn nhá, vÒ c¶ c«ng tr×nh vµ thiÕt bÞ,
nhiÒu ®Þa ph−¬ng ng¹i ®Çu t− thñy ®iÖn nhá.
- Sau khi b×nh th−êng hãa quan hÖ ViÖt Nam - Trung Quèc, thiÕt bÞ thñy
®iÖn ®−îc nhËp khÈu dÔ dµng tõ Trung Quèc.
Tuy vËy, do nhu cÇu ph¸t triÓn kinh tÕ, x· héi khu vùc vïng s©u, vïng xa,
giai ®o¹n nµy c¸c tr¹m thñy ®iÖn cã c«ng suÊt P = 10 ÷ 500 kW ®−îc ph¸t triÓn
æn ®Þnh, thñy ®iÖn pico (c«ng suÊt tõ 200 ÷ 1000W) còng ph¸t triÓn rÊt m¹nh.
Dù kiÕn giai ®o¹n sau n¨m 2000: Tõ n¨m 1998, do nhu cÇu nguån ®iÖn
t¨ng nhanh, chÝnh s¸ch ph¸t triÓn n¨ng l−îng t¸i t¹o, n¨ng l−îng míi cã quy m«
toµn cÇu ®· ®−îc t¸c ®éng m¹nh mÏ tíi viÖc ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë n−íc ta,
hµng lo¹t tr¹m thñy ®iÖn nhá ®ang ®−îc ®Çu t−, ®ång thêi c¸c tæ chøc quèc tÕ
nh− WB, UNDP còng ®ang phèi hîp víi ChÝnh phñ ViÖt Nam x©y dùng chÝnh
s¸ch ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá, cho thÊy trong giai ®o¹n tíi, thñy ®iÖn nhá sÏ ®−îc
ph¸t triÓn m¹nh. §iÒu ®ã ®ßi hái nhanh chãng x©y dùng tiÒm lùc khoa häc -
c«ng nghÖ thñy ®iÖn nhá ®Ó phôc vô nhu cÇu cña ®Êt n−íc.
2.2.4. Tæng hîp, ph©n tÝch kÕt qu¶ nghiªn cøu, s¶n xuÊt thiÕt bÞ thñy ®iÖn nhá
ë ViÖt Nam.
C¸c c¬ së s¶n xuÊt trong n−íc ®· sö dông c¸c lo¹i b¸nh xe c«ng t¸c thuéc
hai nhãm:
- Nhãm tû tèc cao nh− K70, 4K - 84, ΠΛ 10/592
- Nhãm tû tèc trung b×nh: 4K - 69, ΠΛ 20/661; ΠΛ 30/587
VÒ kÕt cÊu:
- Sö dông lo¹i kÕt cÊu buång hë trôc ®øng cho vïng cét n−íc H ≤ 5m. KÕt
cÊu buång hë trôc ngang cho vïng H ≤ 8m (nh− tr¹m thñy ®iÖn Khe
Soong,
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
24
Qu¶ng B×nh cã c«ng suÊt 400KW)
- KÕt cÊu buång xo¾n kim lo¹i trôc ®øng cho cét n−íc H = 8 - 20 m ë
hµng lo¹t c¸c tr¹m thñy ®iÖn nh− tæ m¸y CCQ - DK - 25, tr¹m thñy ®iÖn
Phó Ninh, S«ng Mùc, NËm C«ng … víi ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1 =
25 -132cm.
- Trong vßng 10 n¨m trë l¹i ®©y, mét sè tua bin h−íng trôc dßng th¼ng ®·
®−îc chÕ t¹o t¹i §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi, ViÖn Khoa häc Thñy lîi,
C«ng ty ThiÕt bÞ §iÖn §«ng Anh … víi D1 = 20 - 80 cm
- C¸c lo¹i thiÕt bÞ thñy ®iÖn kÕt cÊu míi nh− lo¹i Kapsun, lo¹i buång xi
ph«ng ch−a ®−îc chÕ t¹o ë ViÖt Nam.
2.2.5. KÕt luËn.
1. Ngµnh thñy ®iÖn nhá cña ViÖt Nam cã lÞch sö trªn 70 n¨m vµ ph¸t triÓn
m¹nh tõ sau ngµy hoµ b×nh lËp l¹i ë miÒn B¾c n¨m 1954. So víi nhiÒu
n−íc khu vùc, n−íc ta cã tr×nh ®é thñy ®iÖn kh¸ cao.
2. ViÖt Nam còng ®· ®¹t ®−îc nhiÒu thµnh tÝch trong nghiªn cøu vµ chÕ
t¹o thiÕt bÞ thñy ®iÖn víi hµng tr¨m tæ m¸y cã c«ng suÊt tõ nhá tíi h¬n
2000 kW víi nhiÒu chñng lo¹i kÕt cÊu kh¸c nhau.
3. ViÖc ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá cã ý nghÜa quan träng, gãp phÇn ®Èy
nhanh ph¸t triÓn kinh tÕ, x· héi khu vùc miÒn nói, vïng s©u, vïng xa. S¶n
xuÊt thiÕt bÞ thñy ®iÖn ®· gãp phÇn tiÕt kiÖm ngo¹i tÖ cho ®Êt n−íc.
4. Th«ng qua nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt ®· ®µo t¹o ®−îc ®éi ngò c¸n bé
nghiªn cøu, thiÕt kÕ, chÕ t¹o, l¾p r¸p vµ qu¶n lý vËn hµnh thñy ®iÖn nhá.
5. Tuy vËy do ph¸t triÓn nhiÒu khi cßn mang nÆng phong trµo, viÖc ®Çu t−
ch−a ®Çy ®ñ cho c«ng t¸c nghiªn cøu nªn chóng ta còng gÆp ph¶i nhiÒu
thÊt b¹i:
5.1. NhiÒu tr¹m thñy ®iÖn trong ®ã cã nh÷ng tr¹m c«ng suÊt tíi 3000 kW
kh«ng vËn hµnh ®−îc. Ph¶i thanh lý hµng chôc tæ m¸y víi tæng c«ng suÊt
tíi h¬n 7000 kW, g©y thiÖt h¹i ®¸ng kÓ cho nÒn kinh tÕ.
5.2. PhÇn lín c¸c tæ m¸y ch−a ®ñ ®iÒu kiÖn ®¸nh gi¸ vÒ hiÖu suÊt cã thÓ
thÊy ë nhiÒu tr¹m cã hiÖu suÊt thÊp.
5.3. NhiÒu tæ m¸y hay bÞ h− háng
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
25
Qua ®¸nh gi¸ h− háng cña tr¹m thñy ®iÖn trong thêi gian qua, tæng sè
t¹m cßn ho¹t ®éng lµ 331/543 tr¹m. Sè h− háng chiÕm gÇn 38%, sè cßn
l¹i ph¸t huy hiÖu qu¶ 50 - 85% c«ng suÊt thiÕt kÕ. Nguyªn nh©n h− háng
cã thÓ kÓ tíi gåm:
+ C«ng t¸c thiÕt kÕ c«ng tr×nh th−êng thiªn lín trong khi tr¹m lµm
viÖc ®éc lËp mïa kh« hiÖu qu¶ ph¸t ®iÖn thÊp.
+ PhÇn lín c«ng tr×nh h− háng lµ lo¹i c«ng suÊt thÊp (chiÕm tíi 95%)
P ≤ 40 kW, ®Çu t− ban ®Çu kh«ng ®Çy ®ñ, phÇn c«ng tr×nh thñy c«ng
bÞ h− háng rÊt nhiÒu.
+ Tr¶i qua hai cuéc chiÕn tranh, nhiÒu c«ng tr×nh bÞ ph¸ ho¹i, hoÆc
kh«ng cã phô tïng thay thÕ.
+ Qu¶n lý kÐm, ch−a cã c¬ chÕ, chÝnh s¸ch hîp lý.
5.4. VÒ chÕ t¹o vµ cung cÊp thiÕt bÞ còng cã nh÷ng h¹n chÕ nh− sau:
- Nguån tµi liÖu c¬ b¶n nh− b¶n vÏ c¸nh, ®−êng ®Æc tÝnh thu nhËn tõ
nhiÒu nguån, kh«ng ®¸nh gi¸ ®−îc chÊt l−îng. Do vËy khã kh¼ng ®Þnh
chÊt l−îng thiÕt bÞ.
- NhiÒu b¸nh xe c«ng t¸c víi Ns kh¸c nhau ®ang sö dông ë ViÖt Nam cã
chÊt l−îng n¨ng l−îng vµ x©m thùc ch−a cao, kÐm h¬n c¸c lo¹i cïng lo¹i
cña thÕ giíi. §iÒu nµy cã thÓ lµm cho s¶n phÈm cña ViÖt Nam s¶n xuÊt
kh«ng ®ñ tiªu chuÈn ®Ó ®Êu thÇu thiÕt bÞ.
- C«ng nghÖ chÕ t¹o ch−a ®¹t ®é chÝnh x¸c cao, vËt liÖu sö dông cã chÊt
l−îng thÊp.
- C«ng nghÖ tÝnh to¸n, thiÕt kÕ ®¬n gi¶n, l−îng d− cña æ trôc, phÇn dÉn
dßng ®Òu lín.
- C¸c thiÕt bÞ cho b¶o vÖ vµ tù ®éng ho¸ hoÆc kh«ng cã hoÆc rÊt l¹c hËu
nªn tæ m¸y dÔ bÞ h− háng.
Tõ nhiÒu nguyªn nh©n ®ã cho thÊy cÇn ph¶i cã kÕ ho¹ch ®Ó nghiªn cøu vÒ
thiÕt bÞ thñy ®iÖn nhá.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
26
Ch−¬ng III. C¬ së khoa häc vµ ph−¬ng ph¸p chung
ph©n lo¹i tua bin n−íc
3.1. Më ®Çu.
Trong lÞch sö ph¸t triÓn ngµnh thñy ®iÖn cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p ph©n lo¹i
tua bin n−íc. Cho tíi nay tån t¹i hai ph−¬ng ph¸p ph©n lo¹i chÝnh:
- Ph©n lo¹i theo cét n−íc
- Ph©n lo¹i theo hÖ sè tû tèc Ns
C¶ hai c¸ch ph©n lo¹i nµy ®Òu thÓ hiÖn ®Æc tÝnh x©m thùc, kh¶ n¨ng tho¸t,
kh¶ n¨ng quay nhanh cña tua bin.
ë c¸c tæ m¸y lín, viÖc ph©n lo¹i theo cét n−íc (nh− gam thñy lùc cì lín
cña Liªn X«) lµ hîp lý v× ë quy m« nµy kh«ng cã hiÖn t−îng trïng lÆp c¸c vïng
lµm viÖc cña c¸c lo¹i tua bin kh¸c nhau. Nh−ng ë tr¹m thñy ®iÖn nhá, viÖc ph©n
lo¹i theo cét n−íc sÏ gÆp khã kh¨n trong viÖc lùa chän vµ ph©n lo¹i thiÕt bÞ. VÝ
dô nh− tua bin xung kÝch hai lÇn cã Ns = 750 ÷ 800 hoÆc vïng cña tua bin t©m
trôc cã Ns = 300. ViÖc ph©n lo¹i theo Ns sÏ lµm t¨ng thªm tÝnh linh ho¹t cho viÖc
lùa chän thiÕt bÞ thñy ®iÖn nhá.
3.2. HÖ sè tû tèc Ns.
Th«ng th−êng c¸c th«ng sè c¬ b¶n cho tr−íc khi thiÕt kÕ hoÆc lùa chän tæ
m¸y cho tr¹m thñy ®iÖn bao gåm: c«ng suÊt (KW), cét n−íc (m), sè vßng quay
(v/ph). Trong ngµnh chÕ t¹o thiÕt bÞ ®Ó biÓu thÞ c¸c ®Æc tr−ng tæng hîp theo 3
th«ng sè kÓ trªn, ng−êi ta dïng mét ®¹i l−îng tæng hîp gäi lµ hÖ sè tû tèc Ns.
HÖ sè tû tèc Ns ®−îc ®Þnh nghÜa lµ sè vßng quay cña mét tua bin cã ®−êng
kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1 = 1m lµm viÖc víi cét n−íc H = 1m vµ ph¸t ra c«ng
suÊt 1 kW (theo ®Þnh nghÜa cò lµ 1 m· lùc)
4 HH
HnN S = (3.1)
TÝnh theo th«ng sè quy dÉn:
1113,3
2
11.81,94
1
1 QHHDQ
HHD
Hn
SN ηηη == (3.2)
(Theo ®Þnh nghÜa cò NsNsQnNs 86,065,3 1
'
1 == η
Ph©n lo¹i tua bin theo Ns nh− b¶ng sau:
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
27
B¶ng 9. Ph©n lo¹i tua bin theo tû tèc Ns
ST
T
Lo¹i tua bin Tû tèc
thÊp
Tû tèc trung
b×nh
Tû tèc
cao
1 Tua bin h−íng trôc 270 ÷500 500 ÷ 700 750 ÷ 1000
2 Tua bin t©m trôc 60 ÷ 150 150 ÷ 220 220 ÷ 350
3 Tua bin xung kÝch hai lÇn 42 ÷ 80 80 ÷ 120 120 ÷ 170
4 Tua bin g¸o 8/19 14/35 22/60
5 Tuabin tia nghiªng 20 40 70
(Chó ý: ë ®©y Ns tÝnh theo ®Þnh nghÜa cò)
Ns = 0,86 ηs (3.3)
3.3. Sù cÇn thiÕt tiªu chuÈn hãa lo¹i tua bin.
§iÒu kiÖn lµm viÖc cña tr¹m thñy ®iÖn rÊt kh¸c nhau. Víi trÞ sè l−u l−îng,
cét n−íc, c«ng suÊt tõ cùc nhá ®Õn cùc lín. Ngay ë tr¹m thñy ®iÖn cã cïng c¸c
th«ng sè c¬ b¶n nh− nªu trªn th× viÖc lùa chän thiÕt bÞ còng bÞ chi phèi bëi nhiÒu
yÕu tè kh¸c nh− tÝnh chÊt cña phô t¶i, chÕ ®é cña dßng ch¶y (sù thay ®æi ®é cao
hót, cét n−íc, l−u l−îng …) do ®ã ®Ó tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn ®Æt ra cña tr¹m thñy
®iÖn th× sè l−îng, chñng lo¹i thiÕt bÞ còng rÊt lín. ViÖc tiªu chuÈn hãa nh»m hai
môc tiªu:
- Lùa chän ®−îc nh÷ng chñng lo¹i thÝch hîp, nh÷ng chñng lo¹i thiÕt bÞ
nµy ®−îc lùa chän g¾n liÒn víi tù nhiªn, tr×nh ®é c«ng nghÖ, ®Æc ®iÓm nÒn
kinh tÕ cña tõng n−íc.
- §−a ra mét sè l−îng Ýt nhÊt nh−ng cã thÓ ®¸p øng c¸c yªu cÇu cña thùc
tiÔn ®Æt ra. ë n−íc ta viÖc tiªu chuÈn hãa thiÕt bÞ thñy ®iÖn gióp cho viÖc
®Þnh h−íng nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt cã hiÖu qu¶ nhÊt, gióp cho viÖc nhËp
khÈu thiÕt bÞ còng nh− nhËp khÈu c«ng nghÖ thÝch hîp. H¬n n÷a trong giai
®o¹n tíi, viÖc héi nhËp víi nÒn kinh tÕ thÕ giíi nÕu kh«ng x©y dùng hÖ tiªu
chuÈn, ®¨ng ký, kiÓm tra chÊt l−îng theo hÖ thèng tiªu chuÈn quèc tÕ,
chóng ta sÏ kh«ng thÓ ®−a thiÕt bÞ thñy ®iÖn do ta s¶n xuÊt ®Ó b¸n, ngay c¶
víi thÞ tr−êng trong n−íc.
- Trong phÇn nµy chØ ®Ò cËp ®Õn mét phÇn c¸c môc tiªu trªn.
3.4. Nh÷ng chØ tiªu c¬ b¶n ®Æt ra trong ph©n lo¹i tua bin.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
28
3.4.1. Tua bin ph¶n kÝch.
- Tua bin ph¶n kÝch
+ Tua bin h−íng trôc c¸nh cè ®Þnh vµ c¸nh quay
+ Tua bin t©m trôc
Tua bin h−íng chÐo chØ sö dông cho thñy ®iÖn nhá trung b×nh vµ lín
- C¸c yÕu tè kh¸c cÇn ph¶i kÓ ®Õn trong ký hiÖu tua bin
+ H−íng cña trôc: trôc ®øng, trôc ngang vµ trôc xiªn
+ KiÓu buång: buång hë cã ¸p, buång hë kh«ng ¸p, buång kiÓu
èng, buång kiÓu xi ph«ng, buång xo¾n bª t«ng, buång xo¾n kim
lo¹i. Víi tua bin ph¶n kÝch, hÖ thèng ký hiÖu nh− sau:
H×nh 6. Qui c¸ch vµ ký hiÖu TBPK
3.4.2. Tua bin xung kÝch.
Tua bin xung kÝch cho thñy ®iÖn bao gåm:
- Tua bin g¸o
- Tua bin tia nghiªng
- Tua bin xung kÝch hai lÇn
Kh¸c víi tua bin ph¶n kÝch, trong tua bin xung kÝch viÖc ph©n chia theo
Ns chØ mang ý nghÜa t−îng tr−ng, cã hai c¸ch ®Ó tiªu chuÈn ho¸ tua bin xung
kÝch: ph−¬ng ph¸p t−¬ng tù tû tèc cè ®Þnh vµ ph−¬ng ph¸p tû tèc biÕn ®æi. Víi
mçi tû sè ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
0
1
d
D
kh¸c nhau, sÏ cã lo¹i tua bin víi Ns kh¸c nhau. NÕu ký hiÖu 1
TBPK cã mét chØ tiªu Ns nhÊt ®Þnh, cïng mét ®−êng ®Æc tÝnh th× khi tÝnh t−¬ng
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
29
tù tû tèc nh− míi tua bin ph¶n kÝch khi chØ sè ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
0
1
d
D
kh«ng ®æi nh−ng khi
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡
0
1
d
D
kh¸c th× cÇn ph¶i tÝnh to¸n hµng lo¹t th«ng sè.
Trong ph©n lo¹i tua bin xung kÝch ngoµi c¸c chØ tiªu ®· nªu trong môc
(3.4.2) cÇn ph¶i ®−a vµo c¸c th«ng sè:
- Sè vßi phun
- §−êng kÝnh vßi phun
Ký hiÖu gam tua bin xung kÝch
H×nh 7. Quy c¸ch ký hiÖu tua bin xung kÝch
3.5. Ph−¬ng ph¸p ph©n lo¹i tua bin theo Ns:
Gi¶ thiÕt trong gam thñy ®iÖn nhá cã hai läai b¸nh xe c«ng t¸c cã trÞ sè Ns
gÇn nhau lµ Ns (n+1) vµ Nsn. NÕu tû sè ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +
s
s
n
nn )1(
nhá xÊp xØ b»ng 1th× sè
l−îng tua bin cÇn nghiªn cøu sÏ rÊt lín. Ng−îc l¹i ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +
s
s
n
nn )1(
lín th× viÖc lùa
chän lo¹i tua bin sÏ kh«ng ®¸p øng ®−îc c¸c ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt ®Æt ra.
ViÖc ph©n lo¹i theo Ns nh− thÕ nµo cho hîp lý lµ mét qu¸ tr×nh nghiªn
cøu, s¶n xuÊt vµ tæng kÕt rÊt l©u dµi. ë ®©y tr×nh bµy viÖc x¸c ®Þnh Ns hîp lý
nhÊt.
ViÖc ph©n chia gam thñy ®iÖn theo Ns ®¹t ®−îc khi víi mét sè tr¹m thñy
®iÖn bÊt kú ta ®Òu chän ®−îc tæ m¸y:
- B¶o ®¶m c«ng suÊt
- Cã hiÖu suÊt cao
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
30
- Cã chØ tiªu x©m thùc hîp lý
3.5.1. Ph©n lo¹i Ns theo chØ tiªu vÒ hiÖu suÊt thñy lùc.
Ph©n lo¹i tua bin theo Ns dùa vµo chØ tiªu hiÖu suÊt thñy lùc ®−îc lµm nh−
sau: víi mçi yªu cÇu bÊt kú thùc tÕ ®Æt ra nh− cét n−íc, l−u l−îng, vßng quay, ta
®Òu lùa chän ®−îc lo¹i b¸nh xe c«ng t¸c thÝch hîp mµ hiÖu suÊt lµm viÖc cña nã
gi¶m kh«ng qu¸ mét l−îng ∆η cho tr−íc. TrÞ sè ∆η nµy víi mçi n−íc cho kh¸c
nhau. B¶ng 10 cho trÞ sè ∆η trong gam thñy ®iÖn nhá cña Liªn X« [ ]1 .
B¶ng 10. TrÞ sè ∆η theo quy m« thñy ®iÖn nhá
Lo¹i tua bin Thñy ®iÖn nhá Thñy ®iÖn trung b×nh Thñy ®iÖn lín
∆η% 6 - 7 3 - 4 1 - 1,5
Dùa vµo ®iÒu kiÖn nªu trªn, qua ph©n tÝch hµng lo¹t tua bin ®· nghiªn cøu
vµ s¶n xuÊt quy ph¹m thñy ®iÖn cña Liªn X« ®· ®−a ra d·y Ns nh− sau víi:
Ns (n+1) = 1,4 Ns(n) - 18 (3-4)
B¶ng 11. D·y tua bin cì lín cña Liªn X«, ph©n lo¹i theo chØ tiªu hiÖu
suÊt
STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Ns 80 95 115 145 190 200 330 400 630 875
B¶ng 12. Tua bin cì nhá cña Liªn X«, ph©n lo¹i theo chØ tiªu hiÖu suÊt
TT 1 2 3
Ns 130 200 300
3.5.2. Ph©n lo¹i Ns cña tua bin ph¶n kÝch theo ®iÒu kiÖn x©m thùc.
Khi lùa chän tua bin ph¶n kÝch cho tr¹m thñy ®iÖn mét ®iÒu kiÖn rÊt quan
träng lµ tæ m¸y lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn kh«ng bÞ x©m thùc víi cao tr×nh ®Æt m¸y
hîp lý.
Thùc nghiÖm vµ lý thuyÕt cho thÊy quan hÖ gi÷a hÖ sè x©m thùc cña tæ
m¸y σ vµ tû tèc Ns cã quan hÖ nh− sau [ ]1
- Víi TBTT,
2
100
0319,0 ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= snσ (3.5)
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
31
- Víi TBHT,
3
100638
128,0 ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+= snσ (3.6)
ë tr¹ng th¸i giíi h¹n khi b¾t ®Çu x¶y ra hiÖn t−îng x©m thùc, ta cã σ = σCT
(hÖ sè khÝ thuéc c«ng tr×nh) tõ (3.5), (3.6) ta cã:
H
HHHn bhsas −−=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ 2
100
0319,0 (3.7)
H
HHHn bhsas −−=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+
3
100638
128,0 (3.8)
Trong ®ã:
Ha: cét n−íc t−¬ng øng ¸p suÊt khÝ quyÓn n¬i ®Æt m¸y
Hs: ®é cao hót
Hbh: cét n−íc øng víi ¸p suÊt h¬i b·o hoµ t¹i ®iÓm l¾p m¸y vµ nhiÖt
®é cña n−íc qua tæ m¸y.
§iÒu kiÖn ®Ó x©y dùng gam tua bin theo kh¶ n¨ng x©m thùc nh− sau: gäi
hai tua bin liªn tiÕp trong d·y cã Ns(n+1) vµ Nsn.
Víi Ns(n+1) > Nsn ta lu«n cã σn > σ(n+1)
Gi¶ sö khi lµm viÖc ë cét n−íc H, ®é cao hót Hs x¸c ®Þnh theo σ(n+1)
kh«ng x¶y ra x©m thùc. Khi t¨ng cét n−íc H trÞ sè Hs nhá ®i tíi mét møc nµo ®ã
Hs < (Hs)min lóc ®ã ph¶i chän lo¹i tua bin cã Ns = Nsn. Nhê ®ã cã thÓ ®Æt tua bin
ë ®é cao (Hs)max.
Thùc tÕ cho thÊy
- Víi tua bin t©m trôc Hsmin = 0, Hsmax = 3m
- Víi tua bin h−íng trôc Hsmin = 1, Hsmax = 2m
Thay vµo c«ng thøc (3.7), (3.8) ta cã:
Víi TBTT:
H
HHHn bhsas −−=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ min2
100
0319,0 (3.9)
H
HHHn bhsas −−=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ max2
100
0319,0 (3.10)
Víi TBHT:
H
HHHnn bhsas −−=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++ min
3
100
)1(
638
128,0 (3.11)
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
32
H
HHHnn bhsas −−=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ++ max
3
100
)1(
638
128,0 (3.12)
LÊy Ha – Hbh ≈ 10 (m) ta cã:
Víi TBTT: Ns(n+1) = 1,2 Nsn (3.13)
Víi TBHT:
3
3
100
38,170100)1( ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛+=+ nnnN ss (3.14)
Sö dông quan hÖ trªn x©y dùng ®−îc gam tua bin ph¶n kÝch nh− sau:
- Víi tua bin t©m trôc
B¶ng 13. Ph©n lo¹i tua bin t©m trôc theo Ns
TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ns 80 96 115 138 165 188 215 258 300
- Víi tua bin h−íng trôc
B¶ng 14. Ph©n lo¹i tua bin h−íng trôc theo Ns
TT 10 11 12 13 14
Ns 460 590 700 815 935
Tæ hîp c¶ hai ®iÒu kiÖn hiÖu suÊt vµ x©m thùc cho thÊy nÕu ®· tho¶ m·n
®iÒu kiÖn x©m thùc th× lu«n v−ît xa c¸c yªu cÇu vÒ hiÖu suÊt. Tham kh¶o hµng
lo¹t gam tua bin ph¶n kÝch cña nhiÒu n−íc (Liªn X«, Trung Quèc, Ph¸p, NhËt…)
cho thÊy gam lý thuyÕt tæng qu¸t cña tua bin ph¶n kÝch cã ph¹m vi:
Ns = 60 - 1000
Trong ®ã:
Tua bin t©m trôc: Ns = 80 - 350
Tua bin h−íng trôc: Ns = 400 - 1000
Gåm 10 - 14 cÊp tua bin t©m trôc vµ 4 - 5 cÊp tua bin h−íng trôc.
3.5.3. KÝch th−íc tiªu chuÈn cña tua bin ph¶n kÝch.
C¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña tua bin ph¶n kÝch ®Òu lÊy trÞ sè ®−êng kÝnh
b¸nh xe c«ng t¸c D1 lµm chuÈn so s¸nh. Trong cïng kiÓu tua bin viÖc ph©n cÊp
®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c cã ý nghÜa quan träng, ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu suÊt lµm
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
33
viÖc thùc tÕ cña tua bin. Chia nhiÒu cÊp b¸nh xe c«ng t¸c cã lîi cho viÖc lùa chän
tua bin cã hiÖu suÊt cao nh−ng lµm cho c«ng t¸c thiÕt kÕ t¨ng khèi l−îng, ®ång
thêi lµm t¨ng gi¸ thµnh thiÕt bÞ. H¬n n÷a, vßng quay cña m¸y còng ¶nh h−ëng tíi
viÖc lùa chän ®−êng kÝnh D1, ng−îc l¹i viÖc lùa chän qu¸ Ýt cÊp D1 sÏ lµm h¹n
chÕ viÖc lùa chän thiÕt bÞ cã hiÖu suÊt cao ®ång thêi ë mét sè tæ m¸y, do chän d−
qu¸ lín c«ng suÊt sÏ lµm t¨ng gi¸ thµnh cña tæ m¸y h¬n n÷a vïng hiÖu suÊt cao
sÏ rÊt hÑp.
ViÖc lùa chän c¸c cÊp b¸nh xe c«ng t¸c D1 ®−îc dùa vµo chØ tiªu suy gi¶m
hiÖu suÊt: gi¶ sö trong cïng ®iÒu kiÖn cét n−íc lµm viÖc ®Ó tæ m¸y ph¸t ra ®−îc
c«ng suÊt thiÕt kÕ ta chän ®−îc hai tæ m¸y cã ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c lµ
D1n
vµ D1(n+1) liÒn nhau. §−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt nh− ë h×nh 8.
η%
1
2
∆η
η 1
η1
H×nh 8. §−êng ®Æc tÝnh c«ng suÊt cña hai tua bin cã D1n vµ D1 (n+1)
Trong ph¹m vi tõ 50% ®Õn 100% Ndm hiÖu suÊt trung b×nh t−¬ng øng lµ ηn vµ
ηn+1.
Tû sè ⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡ +
n
n
D
D
1
)1(1 lín hay nhá sÏ ¶nh h−ëng ®Õn gi¸ trÞ ∆η = ηn - ηn+1 theo
gam thñy ®iÖn nhá cña Liªn X«, %87 −=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡∆
nη
η
. [ ]1
Tõ ®ã, x¸c ®Þnh ®−îc ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +
n
)(n
D
D
1
11 =1,1 vµ tû sè c«ng suÊt 4,1)1( ≈⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +
n
n
P
P
Tõ c¬ së trªn, gam thñy ®iÖn nhá cña Liªn X«, Trung Quèc ®· lÊy d¶i D1
nh− sau:
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
34
B¶ng 15. CÊp ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1 cña tua bin t©m trôc
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
- Víi tua bin h−íng t©m do cã thÓ ®iÒu chØnh ph¹m vi lµm viÖc theo gãc
®Æt
c¸nh l¸ c¸nh b¸nh xe c«ng t¸c, nªn trÞ sè ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ +
n
)(n
D
D
1
11 ®−îc lÊy lín h¬n.
B¶ng 16. CÊp ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1 cña tua bin h−íng trôc
STT 1 2 3 4 5 6 7 8
D1 (cm) 30 40 60 80 100 120 140 160
Tuy nhiªn xu h−íng hiÖn nay, do tÝnh linh ho¹t trong s¶n xuÊt thiÕt bÞ thñy
®iÖn nªn cã xu h−íng t¨ng mét sè cÊp b¸nh xe c«ng t¸c D1.
ë c¸c n−íc c«ng nghiÖp tiªn tiÕn kh¸c cÊp ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1
dµy h¬n, do vËy cã thÓ lùa chän thuËn lîi h¬n. NhiÒu h·ng sö dông 2 cÊp D1 víi
cïng mét phÇn dÉn dßng.
VÝ dô: d·y ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c cña tua bin t©m trôc do h·ng
Fujielectric ®−a ra:
D1=56, 60, 63, 71, 80, 85, 90, 95, 100, 106, 112, 118, 132, 140, 150, 160.
3.6. Ph©n lo¹i tua bin xung kÝch (TBXK).
3.6.1. Gam tua bin xung kÝch: gåm ba lo¹i tua bin cã Ns = 8 ÷ 170 lµ:
- Tua bin g¸o.
- Tua bin tia nghiªng.
- Tua bin xung kÝch hai lÇn.
Kh¸c víi ph©n lo¹i trong tua bin ph¶n kÝch, tua bin xung kÝch kh«ng ph©n
lo¹i theo ®iÒu kiÖn x©m thùc, chØ ph©n lo¹i theo ®iÒu kiÖn n¨ng l−îng. H¬n n÷a
vïng hiÖu suÊt tua bin xung kÝch rÊt ph¼ng, do vËy mµ dùa vµo c¸c tiªu chuÈn ®·
cho th× d¶i tua bin xung kÝch sÏ rÊt th−a. C«ng suÊt cña tua bin ph¶n kÝch kh«ng
nh÷ng phô thuéc vµo ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1 mµ cßn phô thuéc vµo
®−êng kÝnh vßi phun d0. V× vËy khi tiªu chuÈn hãa tua bin xung kÝch tr−íc hÕt lµ
®Ò xuÊt chuçi ®−êng kÝnh mòi phun mét c¸ch hîp lý.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
35
Trªn h×nh 9 biÓu diÔn ®Æc tÝnh c«ng t¸c η = f(N) cña mét tua bin g¸o,
®−êng cong 2 biÓu diÔn trÞ sè cña hiÖu suÊt khai th¸c trung b×nh (ηKTTB = f(NKTTB)
vµ ®é suy gi¶m hiÖu suÊt ∆ηKTTB = f(NKTTB) [1]
H×nh 9. §−êng ®Æc tÝnh c«ng t¸c cña m« h×nh TBG víi n1 = 38,4 v/ph
Víi TBG, nÕu thõa nhËn trÞ sè gi¶m cho phÐp cña hiÖu suÊt ∆η =7 - 8%
th× cã thÓ khai th¸c c«ng suÊt trong giíi h¹n: .125,0 −=
dmP
P
Khi ®ã, tû sè ®−êng
kÝnh vßi phun:
2
25,0
1)1( ==+
on
no
d
d
(3.15)
NÕu lÊy domin = 2,5 cm th× chuçi do lµ: 2,5; 5; 10; 20 cm. Tøc lµ sè cÊp do
rÊt Ýt. §iÒu ®ã tuy ®¬n gi¶n cho c«ng viÖc tiªu chuÈn ho¸, nh−ng l¹i lµm cho s¶n
xuÊt ë nhiÒu tr−êng hîp trë lªn tèn kÐm. Do ®ã, trªn thùc tÕ, chuçi ®−êng kÝnh
vßi phun do t¨ng lªn kh¸ nhiÒu, vÝ dô: cÊo ®−êng kÝnh do gam T§N cña Liªn X«
nh− sau:
B¶ng 17. CÊp ®−êng kÝnh mòi phun do cña TBG cña Liªn X«
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−¬ng øng víi nã, tû sè gi÷a c«ng suÊt toµn phÇn (khi cïng cét n−íc) cña
hai tua bin cã do gÇn gi¶m tõ 1,44
2 = 2,07 ®Õn 1,222 = 1,49 lÇn. Møc gi¶m hiÖu
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
36
suÊt trung b×nh tõ 3% (øng víi do = 2,5 - 3,6 cm) vµ 1% (víi do = 8,2 - 10 cm) lµ
nh÷ng chØ tiªu hoµn toµn chÊp nhËn ®−îc.
3.6.2. Lùa chän chuçi ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c.
§−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1 cña tua bin xung kÝch ®−îc lùa chän xuÊt
ph¸t tõ c¸c th«ng sè:
- §−êng kÝnh vßi phun d0
- Tû sè
od
D
(®èi víi tua bin g¸o, tua bin TN)
- Sè vßng quay cña m¸y ph¸t
- Sè vßi phun Z
3.7. KÕt luËn.
1. C¬ së chung ®Ó ph©n lo¹i tua bin ph¶n kÝch lµ ph©n lo¹i theo tû tèc Ns,
quy m« ®−îc ph©n lo¹i bëi ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1 víi ph¹m vi Ns = 80
÷ 1000. Trong ®ã:
- Tua bin h−íng t©m cã Ns = 400 ÷ 1000 ®−îc chia lµm kho¶ng 5 cÊp víi
Ns(n+1) =100
3
100
38,170 ⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+ Nsn
- Tua bin t©m trôc ®−îc chia lµm 10 cÊp víi Ns(n+1) = 1,2Nsn giíi h¹n
d−íi hay trªn cña gam tua bin ph¶n kÝch phô thuéc vµo c«ng suÊt, cét
n−íc, c«ng nghÖ chÕ t¹o. Ch¼ng h¹n víi c«ng nghÖ míi, sö dông c¸c lo¹i
tua bin èng, tua bin c¸p sun cã thÓ h¹ thÊp cao tr×nh ®Æt m¸y th× cã thÓ sö
dông tua bin cã Ns = 1000 hoÆc vïng Ns thÊp trong tua bin t©m trôc chØ
dïng cho tr¹m thñy ®iÖn cét n−íc lín (tíi 500m) vµ c«ng suÊt cao.
- Xu h−íng cña thÕ giíi lµ ®−a ra c¸c gam thiÕt bÞ víi vïng lµm viÖc rÊt
phï hîp víi ®iÒu kiÖn thùc tiÔn, do vËy gam tua bin nhá ngµy cµng t¨ng vÒ
cÊp Ns (vÝ dô: gam tua bin t©m trôc cña h·ng Fuji Electric víi Ns tõ 80 ÷
335 cã 14 cÊp). §iÒu nµy dÔ dµng ®−îc thùc hiÖn v× c«ng nghÖ tÝnh to¸n,
thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o ngµy cµng hiÖn ®¹i.
* §−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1 cña tua bin h−íng t©m cho thñy ®iÖn
nhá cã giíi h¹n trªn lµ D1 = 200 cm; do rÊt dÔ chÕ t¹o nªn TBHT ®−îc dïng réng
r·i cho T§CN víi D1 = 10, 12 cm. Trong d¶i c«ng suÊt cao h¬n (P ≥ 10 kW) th×
nh×n chung tæ m¸y ®−îc s¶n xuÊt ®¬n chiÕc, ®Ó tiÕt kiÖm cho s¶n xuÊt th× chÕ ®é
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
37
lµm viÖc cña tua bin cßn ®−îc ®iÒu chØnh theo gãc ®Æt cña c¸nh. Do vËy c¸c kÝch
th−íc cña b¸nh xe c«ng t¸c th−a h¬n (b¶ng 16) . Riªng c¸c tæ m¸y thñy ®iÖn siªu
nhá (pico hydro) v× s¶n xuÊt hµng lo¹t nªn viÖc x¸c ®Þnh b¸nh xe c«ng t¸c ph¶i
rÊt cô thÓ vµ chÝnh x¸c. Tua bin ®−îc s¶n xuÊt vµ thö nghiÖm theo tõng chÕ ®é
lµm viÖc ®−îc ®Æt ra. Trªn thùc tiÔn, ®· chÕ t¹o c¸c lo¹i tua bin pico cã D1 = 10,
12, 13, 15, 18, 20, 25 cm. C¸c cÊp b¸nh xe c«ng t¸c nh− vËy lµ qu¸ nhiÒu phÇn
nµy cÇn cã mét chuyªn ®Ò nghiªn cøu riªng
* §−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c cña tua bin t©m trôc trong ph¹m vi D1 =
20 ÷ 160 cm, giíi h¹n ®−îc quy ®Þnh bëi tÝnh chÊt c«ng nghÖ vµ so s¸nh sö dông
gi÷a tua bin t©m trôc vµ tua bin xung kÝch hai lÇn. Xu h−íng chung lµ kh«ng sö
dông tua bin t©m trôc ë d¶i c«ng suÊt qu¸ thÊp nªn trong tua bin t©m trôc cã thÓ
lùa chän D1min = 42cm víi tua bin t©m trôc cã Ns thÊp vµ D1min = 0.5 víi tua bin
t©m trôc cã Ns = 220 ÷ 300.
D·y tua bin t©m trôc cã D1(n+1) = 1,1 D1n nh− ë b¶ng 15.
Tuy vËy còng nh− ph©n tÝch ë phÇn trªn, xu h−íng ngµy cµng nhá.
2. Ph©n lo¹i tua bin xung kÝch.
Tua bin xung kÝch cã thÓ ®−îc tiªu chuÈn ho¸ theo hai ph−¬ng ph¸p:
- Ph−¬ng ph¸p t−¬ng tù tû tèc b»ng nhau (nh− tua bin ph¶n kÝch)
- Ph−¬ng ph¸p tû tèc biÕn ®æi
Kh¸c víi tua bin ph¶n kÝch, c«ng suÊt tua bin xung kÝch kh«ng nh÷ng phô
thuéc vµo D1 mµ phô thuéc vµo ®−êng kÝnh vßi phun d0. Khi gam hãa tua bin
ph¶n kÝch cÇn ®−a vµo hai chØ tiªu:
- Ns hay
od
D1
- d0 (t−¬ng øng D1 trong tua bin ph¶n kÝch)
Nh− vËy cïng 1 b¸nh xe c«ng t¸c, cã thÓ cã nhiÒu trÞ sè Ns øng víi d0
kh¸c nhau.
- §−êng hiÖu suÊt cña tua bin ph¶n kÝch rÊt ph¼ng, nªn viÖc ph©n lo¹i theo
chØ tiªu hiÖu suÊt nh− tr×nh bµy ë b¶ng 16 cho d·y ®−êng kÝnh vßi phun do rÊt Ýt.
§iÒu ®ã lµm cho viÖc chÕ t¹o tua bin trë nªn kh«ng kinh tÕ, ®ång thêi c¸c chØ
tiªu vÒ x©m thùc kh«ng ®Æt ra víi tua bin xung kÝch. C¬ së ®Ó ph©n lo¹i tua bin
xung kÝch chÝnh lµ c¸c chØ tiªu kinh tÕ trong chÕ t¹o tua bin.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
38
Ch−¬ng 4 . X¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc cña tua bin xung
kÝch hai lÇn vµ tua bin tia nghiªng cho thñy ®iÖn nhá
4.1. Nh÷ng chØ tiªu vµ c«ng thøc c¬ b¶n trong tua bin xung kÝch hai lÇn, tua
bin tia nghiªng vµ tua bin g¸o.
B¶ng 18. ChØ tiªu vµ c«ng thøc c¬ b¶n trong TBXK2L, tua bin nghiªng, tua bin G¸o
T
T
C¸c chØ tiªu
Tua bin
g¸o
Tua bin
Tia nghiªng
Tua bin xung kÝch
2 lÇn
1
VËn tèc dßng ch¶y t¹i vßi
phun v
gHv 2.ϕ= gHv 2.ϕ= gHv 2.ϕ=
2 HÖ sè l−u tèc ϕ ϕ = 0,96-0,98 ϕ = 0,96 - 0,98 ϕ = 0,95-0,97
3 HÖ sè co hÑp t¹i mòi phun ε ε = 1,1-1,2 ε = 1,1-1,2 ε = 1
4 Tû sè
od
D1 cã thÓ sö dông
od
D1 =7-93
od
D1 = 3,5-9,5
5 Tû sè
od
D1 th−êng sö dông
od
D1 = 8 - 18
od
D1 = 3,5 - 6
6 Tû sè
1D
B
(víi TBXK 2l)
0,3 - 3,5
Chñ yÕu 0,3-1,5
7
TrÞ sè vßng quay qui dÇn tèi
−u (n1t−)
39 - 41 39 - 41 41 - 43
8
Gãc vµo α1
Gãc ra α2
11o - 15o
167o - 171o
22,5o - 25o
165o - 168o
15o
165o
9
HiÖu suÊt ®Ønh ®· x¸c ®Þnh
®−îc (%)
91 - 92 84 - 85 83 - 84
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
39
4.2. X¸c ®Þnh c¸c chØ tiªu ns, Q1’, N1’ cña tua bin xung kÝch hai lÇn, tua bin
g¸o, tua bin tia nghiªng .
4.2.1. Tua bin g¸o.
Q = v. F0 (4.1)
gHv 2ϕ= (4.2)
4
2
0dFo
∏= (4.3)
HDQQ 21
'
1= . (4.4)
Trong ®ã:
Q: l−u l−îng lín nhÊt qua tua bin
v: vËn tèc trung b×nh dßng ch¶y t¹i vßi phun
η: hÖ sè l−u tèc vßi phun, η = 0,96 ÷ 0,98
d0: ®−êng kÝnh dßng tia t¹i mÆt c¾t co hÑp
D1’: ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c
Q1’: l−u l−îng ®¬n vÞ
Tõ c¸c c«ng thøc trªn, ta cã víi ϕ = 0,98
Q1’max = 3,41
2
1
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
D
do (m3/s) (4.5)
Víi tæ m¸y cã nhiÒu vßi phun (z)
Q1’max = 3,14
2
1
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
D
do Z (m3/s) (4.6)
Tû tèc Ns = 3,13 tbQn η'1'1 (m.kW) (4.7)
Trong ®ã:
ηTB: HiÖu suÊt tua bin
ηTB = 90 ÷ 91.5% ë chÕ ®é tèi −u
= 88 ÷ 89% ë chÕ ®é l−u l−îng lín nhÊt
n’1t− = 39 ÷ 41, chän n’1t−= 40
Kh¶o s¸t kÕt qu¶ nghiªn cøu cña c¸c h·ng n−íc ngoµi nh− C«ng ty ®iÖn c¬
C«n Minh (KEM, Trung Quèc), Fuji Electric (NhËt), Q’1tu = 62 - 75%Q’1max
KÕt qu¶ tÝnh to¸n ta cã:
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
40
T¹i ®iÓm tèi −u: Z
D
dN os
1
167= (m.kW) (4.8)
Z
D
dQ o
2
1
' 3,2 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= (m3/s) (4.9)
T¹i ®iÓm l−u l−îng lín nhÊt:
Ns = Z
D
do
1
216 (m.kW) (4.10)
Z
D
dQ o
2
1
'
1 41,3 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= (m3/s) (4.11)
Trong thùc tÕ sö dông 1581 ÷=
od
D
lóc ®ã víi TBG (mòi phun):
Ns max = 4,4 ÷ 27 (m.kW)
Q’max = 15 ÷ 53 (l/s)
4.2.2. C¸c c«ng thøc x¸c ®Þnh Ns, Ns, Q1’ cho tua bin tia nghiªng.
X©y dùng t−¬ng tù nh− trªn, víi c¸c chØ tiªu ®−îc lùa chän:
η1’ = 40 %
ηmax = 85%
81
max)1'(
≈
Q
η %
KÕt qu¶:
2
1
'
max1 41,3 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=
D
dZQ o (m3/s) (4.12)
Z
D
dQ otu
2
1
' 45,2 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= (m3/s) (4.13)
Z
D
dNs o ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=
1
max 210 (m.kW) (4.14)
Z
D
d
Ns otu ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=
1
151 (m/kW) (4.15)
Trong thùc tÕ, th−êng cho víi tua bin mét vßi phun, cã 5,94,31 −=
od
D
Víi tua bin 1 mòi phun, cã:
ZZNs )6222(210
5,9
1
4,3
1210max ÷=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ÷= (m/kW) (4.16)
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
41
Q’ max = 38 - 295 (l/s)
4.2.3. C¸c c«ng thøc x¸c ®Þnh Q’1; Ns; η’1 cho tua bin xung kÝch hai lÇn.
L−u l−îng qua tua bin phô thuéc vµo kÝch th−íc vßi phun
L
φ
D
R1
H×nh 10. DiÖn tÝch vßi phun so víi b¸nh xe c«ng t¸c
Q = v.F = Vm.sinα.F
= αϕ sin.2..
360
...
0
1 gHDB o
Φ∏ (4.17)
Trong ®ã:
Q: l−u l−îng lín nhÊt qua tua bin
F: diÖn tÝch vßi phun
v: thµnh phÇn vËn tèc h−íng t©m
α: gãc gi÷a thµnh phÇn vËn tèc tuyÖt ®èi vµ vËn tèc thu α = 160
Φ: lµ gãc «m cña mòi phun (o), Φ = 100 - 120o;
B: lµ bÒ réng mòi phun.
ϕ: HÖ sè vËn tèc mòi phun ϕ = 0,95 ÷ 0,97. LÊy ϕ = 0,96
KÕt qu¶: Qmax = (0,96 – 1,15) B. D1. H (4.18)
1
max
'
1 )15,196,0( D
BQ ÷= (4.19)
T¹i ®iÓm tèi −u:
1
'
1 )95,079,0( D
BQ tu ÷= (4.20)
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
42
T¹i ®iÓm 'max1Q
víi η’1tu = 43; η’(Q max)= 0,8
Nsmax= (118-129)
1D
B
(4.21)
T¹i ®iÓm tèi −u: η’1= 43; η ≈ 83,5 - 84%; Q’1tu = 82% Qmax
Ns = (100 -110)
1D
B
(4.22)
Víi 5,33,0
1
−=
D
B
; ta cã:
5,33,0
1
'
max1 ÷== D
BQ (m3/s)
30255,085,0
1
'
1 ÷== D
BQ tu (m3/s)
32468125
1
max ÷== D
BNs (m.kW)
19657105
1
÷==
D
BNstu (m.kW)
4.3. Ph−¬ng ph¸p x©y dùng gam tua bin xung kÝch hai lÇn.
4.3.1. Môc tiªu x©y dùng gam tua bin xung kÝch hai lÇn.
X©y dùng gam tua bin xung kÝch hai lÇn, nh»m ®−a ra c¸c chØ tiªu c¬ b¶n
gåm:
- D·y ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1
- Tû sè gi÷a bÒ réng vßi phun vµ ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c
1D
B
- Ph¹m vi sö dông cña tõng lo¹i tua bin
4.3.2. Mét sè quan ®iÓm khi x©y dùng gam tua bin xung kÝch hai lÇn.
Tæng kÕt gam tua bin xung kÝch hai lÇn trªn thÕ giíi cã hai xu h−íng sau:
- Sö dông réng r·i tua bin xung kÝch hai lÇn cho ph¹m vi H ≤ 100m, P ≤
1000 kW. Kh¾c phôc vÊn ®Ò tû tèc thÊp b»ng biÖn ph¸p sö dông bé truyÒn b¸nh
r¨ng. §¹i diÖn lµ c¸c h·ng cña NhËt, §øc vµ c¸c n−íc c«ng nghiÖp tiªn tiÕn.
- Sö dông kÕt hîp tua bin xung kÝch hai lÇn vµ mét sè lo¹i tua bin kh¸c
cho ph¹m vi nªu trªn nh»m cã thÓ nèi trùc tiÕp gi÷a tua bin vµ m¸y ph¸t ®ång
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
43
thêi cã thÓ chÕ t¹o mét sè m¸y ph¸t cã sè vßng quay thÊp, ®¹i diÖn lµ Trung
Quèc vµ mét sè n−íc kh¸c.
Theo chóng t«i, do ®iÒu kiÖn chÕ t¹o bé truyÒn b¸nh r¨ng víi sè l−îng ®¬n
chiÕc ch−a ®−îc tèt, gi¸ nh©n c«ng ë c¸c kh©u thiÕt kÕ, chÕ t¹o kh«ng cao th× nªn
chän ph−¬ng ph¸p x©y dùng gam xung kÝch hai lÇn theo quan ®iÓm thø hai.
4.3.3. CÊp ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c.
- Trong tua bin xung kÝch hai lÇn, viÖc lùa chän ®−êng kÝnh b¸nh xe c«ng
t¸c quyÕt ®Þnh tíi vÞ trÝ lµm viÖc cña tua bin trªn ®−êng η’1 = const vµ tû sè
1D
B
quyÕt ®Þnh vÞ trÝ lµm viÖc cña tua bin trªn ®−êng Q1’ = const. KÕt hîp c¶ hai chØ
tiªu nµy x¸c ®Þnh ®iÓm lµm viÖc trªn ®−êng ®Æc tÝnh tæng hîp.
- NÕu chän n1’ = 37 ÷ 50, n’1tu = 43, th× khi hiÖu suÊt tua bin thay ®æi
trong ph¹m vi tõ 80% ®Õn 83,5% ηmax = 83,5%.
T−¬ng øng víi nã: 35,1
37
50
1
)1(1 ==+
n
n
D
D
- NÕu chän cÆp n1’ = 40 ÷ 50, hiÖu suÊt thay ®æi trong ph¹m vi η0 = 82 ÷
83,5 % (∆η = 1,5%). T−¬ng øng víi nã: 25,1
40
50
1
)1(1 ==+
n
n
D
D
Víi thñy ®iÖn nhá, sù thay ®æi hiÖu suÊt nh− vËy lµ phï hîp víi yªu cÇu
cña thùc tiÔn. NÕu chän D1min theo ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ lµ D1 = 20 cm. Ta cã d·y
D1 nh− sau:
D1 = 20; 25; 31,25; 39; 48,8; 61; 76,3cm
LÊy ch½n D1 = 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100 cm. KÕt qu¶ nµy phï hîp
víi tiªu chuÈn mµ nhiÒu h·ng n−íc ngoµi ®· c«ng bè.
Tuy nhiªn, mét quan ®iÓm kh¸c lµ t¨ng ®é dµy cña cÊp D1 lªn theo sè
ch½n:
D1 = 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 cm
Trong nhãm thñy ®iÖn cùc nhá, c«ng suÊt trong ph¹m vi ≤ 200 kW, D1 =
20, 25, 30, 35, 40 cm th× theo quan ®iÓm trªn sè t¨ng cÊp D1 = 35 cm nh−ng sÏ
lµm cho gam thñy ®iÖn tèt h¬n v× vïng D1 = 30 ÷ 40 cm ®−îc sö dông rÊt réng
r·i cho thñy ®iÖn cùc nhá.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
44
4.3.4. Tû lÖ
1D
BKB = .
KB cã vai trß quan träng, quyÕt ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc cña tua bin xung
kÝch hai lÇn. NÕu tæ m¸y lµm viÖc víi c«ng suÊt æn ®Þnh, KB ®−îc chän sao cho
®iÓm lµm viÖc n»m gÇn víi vïng hiÖu suÊt lín nhÊt. NÕu tæ m¸y lµm viÖc trong
®iÒu kiÖn c«ng suÊt thay ®æi lín, KB ®−îc lùa chän sao cho ®iÓm lµm viÖc víi ®é
më lín nhÊt trïng víi ®iÓm Q1’ max.
Tham kh¶o gam tua bin xung kÝch hai lÇn cña mét sè h·ng cã c¸c th«ng
sè nh− b¶ng 19 sau:
B¶ng 19. Th«ng sè D1;
1D
B vµ B cña mét sè h·ng
TT Tªn h·ng D1 (cm)
1D
B &B (cm)
1 TRIED (Trung Quèc) 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100
1D
B
= 0,25; 0,32; 0,4; 0,5;
0,63, 0,8; 1,0; 1,25; 1,6
B = 8; 10; 13; 16; 20; 25;
32; 40; 50; 63; 80
2 Fufielectric (NhËt) 31,5; 40; 50; 63; 80;
100; 125
1D
B
= 0,5 ÷ 3,55
B = 1
5,2 D
H
3 CINK (CH Czech) 25; 34; 45; 60; 90
Theo quan ®iÓm cña chóng t«i, trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam nªn chän tû sè
chÝnh x¸c theo th«ng sè cña tr¹m thñy ®iÖn.
Trong qu¸ tr×nh x©y dùng gam, cã thÓ lÊy bÒ réng theo D1 vµ B.D1, d·y
B.D1 = KB =1,25, trÞ sè BD1 cßn phô thuéc vµo kÝch th−íc ch½n cña B khi biÕt
tr−íc D1. D·y B.D1 ®−îc lùa chän nh− sau.
B.D1(cm) = 120, 160, 200, 320, 416, 512, 640, 800, 1024, 1280, 1600,
2000, 2500, 3150.
VÝ dô: D1/B = 20/6; 20/8; 20/10; 20/13; 20/16; 25/6,4; 25/8; 25/10,4;
25/12,8
32/10; 32/13; 32/16; 32/20; 32/25; 32/32; 32/40; 40/8; 40/10,4; 40/13; 40/16;
40/20; 40/25,6; 40/32; 50/8; 50/10; 50/12,8; 50/16; 50/20,5.
4.3.5. X¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc cña tua bin xung kÝch hai lÇn, ph−¬ng ph¸p
gam ho¸.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
45
- Do th«ng sè lµm viÖc cña tua bin xung kÝch hai lÇn phô thuéc vµo c¶ D1
vµ B nªn trong thÝ nghiÖm m« h×nh, chØ tiªu nµy rÊt khã thùc hiÖn v× t¹o ra sè m«
h×nh qu¸ lín. Trong thùc tÕ cã thÓ sö dông ph−¬ng ph¸p thÝ nghiÖm cho mét gi¸
trÞ vµ khi tÝnh to¸n sÏ sö dông ph−¬ng ph¸p ®¸nh gi¸ sù biÕn ®æi hiÖu suÊt ®Ó
hiÖu chØnh (ph−¬ng ph¸p tû tèc biÕn ®æi).
- Trong x©y dùng biÓu ®å ph¹m vi sö dông, thèng nhÊt lÊy chØ tiªu.
25,1
)1(
1
1 =+
nD
nD
vµ 25,1)1( =+
Bn
nB
. Trong thùc tÕ cã thÓ tÝnh to¸n B chÝnh x¸c theo
th«ng sè cña tr¹m thñy ®iÖn.
- §Ó x¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc cña tua bin xung kÝch hai lÇn cã thÓ sö
dông ph−¬ng ph¸p x©y dùng biÓu ®å quan hÖ B.D1 = const, P = const trong hÖ to¹
®é §Ò c¸c cã hai trôc lµ log P vµ log H nh− sau:
Ta cã: Q = (0.96 ÷ 1.15) B.D1. H (4.23)
HÖ sè k = 0.96 ÷ 1.15 cã lµ do ph¹m vi gãc vµo φ. Cã thÓ chän tõ φ = 1000
÷ 1200, chän kQ = 1, ta cã Q = B.D1. H
Log Q = ).log(log
2
1
1DBH + (4.24)
NÕu B. D1 = const, quan hÖ logQ vµ log H lµ ®−êng th¼ng cã hÖ sè gãc tgα
=
2
1
. §−êng quan hÖ P = const x©y dùng nh− sau:
P = 9,81.η.Q.H (4.25)
η = ηTB.ηmF.ηT® (4.26)
ηTB: HiÖu suÊt Tua bin
ηmF: HiÖu suÊt M¸y ph¸t
ηT®: HiÖu suÊt truyÒn ®éng
Trong tÝnh to¸n chän ph−¬ng ¸n, cã thÓ coi ηT® = 1, HiÖu suÊt m¸y ph¸t
®iÖn chän theo tiªu chuÈn IEC. HiÖu suÊt tua bin xung kÝch 2 lÇn cã thÓ x¸c ®Þnh.
ηTB = 83 ÷ 84% ë vïng tèi −u.
ηTB = 79 ÷ 80% ë vïng n1’ tèi −u vµ Q1’ max
HiÖu suÊt m¸y ph¸t:
ηmF = 84 ÷ 86% víi P = 5 - 50kW
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
46
ηmF = 86 ÷ 90% víi P = 50 - 200kW
LÊy gi¸ trÞ trung b×nh, ta cã:
P = 6,6.Q.H Víi P = 5 - 50kW
P = 7.Q.H Víi P = 50 - 200kW
KÕt qu¶ x©y dùng trªn biÓu ®å logarÝt nh− sau:
H×nh 11. BiÓu ®å x¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc tua bin xung kÝch nghiªng.
+ §−êng quan hÖ sè vßng quay t−¬ng øng víi cét n−íc khi D1 = const
Theo quan hÖ:
1
1
' .
D
Hnn = Khi cho c¸c gi¸ trÞ n1’ t−¬ng øng víi ®−êng
kÝnh b¸nh xe c«ng t¸c D1, sÏ x¸c ®Þnh ®−îc ph¹m vÞ sö dông cña tua bin. Tham
kh¶o ®Æc tÝnh tua bin m« h×nh cña h·ng TRIED, cã:
biÓu ®å quan hÖ gi÷a c¸c ®¹i l−îng tÝnh to¸n cña tua bin
( q=0.004 - 2 m3/s, H= 1-120 m, N=0.1-250 KW)
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
47
n1’ min = 38
n1’ max = 50
n1’ Tb = 43
KÕt qu¶ tÝnh to¸n trÞ sè cét n−íc víi trÞ sè vßng quay nh− b¶ng 20 sau:
B¶ng 20. KÕt qu¶ tÝnh to¸n trÞ sè cét n−íc víi trÞ sè vßng quay
D1
nTb
H 20 25 32 40 50 63
Hmin 36 56
HT− 48 76 1500
Hmax 62 97
Hmin 16 25 41 64
HT− 22 34 55 86 1000
Hmax 28 43 71 110
Hmin 9 14 23 36 56 89
HT− 12 19 31 49 76 120 750
Hmax 16 24 40 62 97
Hmin 15 23 36 57
HT] 20 31 49 77 600
Hmax 26 40 62 99
Hmin 16 25 40
HT− 22 34 54 500
Hmax 28 43 69
429 HT− 25 40
Tõ kÕt qu¶ x©y dùng c¸c quan hÖ trªn cã thÓ ®−a ra mét sè nhËn xÐt vÒ
ph¹m vi lµm viÖc cña tua bin xung kÝch 2 lÇn nh− b¶ng 21 sau:
B¶ng 21. Ph¹m vi lµm viÖc cña tua bin XK 2L
1. Lo¹i tua bin: D1 = 25cm; n = 1000v/ph; B = 10 - 16 cm; =
1D
B
0,4 ÷ 0,64
H (m) 25 30 40 45
P (kW) 15, 20, 30 20, 30, 40, 50 30, 40, 50 30, 40, 50, 60 75
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
48
2. Lo¹i tua bin: D1 = 32cm; n = 1000v/ph; B = 10 - 20 cm; =
1D
B
0,3 ÷ 0,6
H (m) 40 50 60 70
P (kW) 40 ÷ 125 40 ÷ 160 75 ÷ 200 75 ÷ 200
3. Lo¹i tua bin: D1 = 40cm; n = 1000v/ph; B = 8 - 16 cm; =
1D
B
0,2 ÷ 0,4
H (m) 65 70 80 ÷ 90 100
P (kW) 100 ÷ 300 125 ÷ 300 160 ÷ 350 200 ÷ 400
4. Lo¹i tua bin: D1 = 40cm; n = 750 v/ph; B = 16 - 32 cm; =
1D
B
0,4 ÷ 0,8
H (m) 35 40 50 60
P (kW) 100 ÷ 200 100 ÷ 200 160 ÷ 300 200 ÷ 400
5. Lo¹i tua bin: D1 = 50 cm; n = 750 v/ph; B = 20 - 25 cm; =
1D
B
0,4 ÷ 0,5
H (m) 60 70 80 90 ÷ 100
P (kW) 250 ÷ 400 250 ÷ 500 320 ÷ 600 320 ÷ 600
6. Lo¹i tua bin: D1 = 32 cm; n = 750 v/ph; B = 32 ÷ 50 cm; =
1D
B
1 ÷ 1,56
H (m) 20 30 40
P (kW) 50 ÷ 125 75 ÷ 160 125 ÷ 250
+ Kh¶o s¸t vïng cét ¸p thÊp H ≤ 20m.
Vïng cét ¸p thÊp H ≤ 20m lµ vïng khã lùa chän thiÕt bÞ cho thñy ®iÖn nhá
vµ cùc nhá. XÐt trong ph¹m vi c«ng suÊt P ≤ 200 kW, cã thÓ sö dông mét sè lo¹i
tua bin : Tua bin H−íng trôc, Tua bin T©m trôc, Tua bin Xung kÝch 2 lÇn (lo¹i
siªu nhá cßn sö dông Tua bin Tia Nghiªng) viÖc lùa chän thiÕt bÞ cho vïng nµy
gÆp mét sè trë ng¹i sau:
- Sö dông Tua bin h−íng trôc cã −u ®iÓm lµ sè vßng quay cao cã thÓ nèi
trùc tiÕp víi m¸y ph¸t nh−ng nh−îc ®iÓm lµ ph¹m vi lµm viÖc hÑp, hiÖu suÊt gi¶m
nhanh khi l−u l−îng gi¶m.
- Sö dông Tua bin T©m trôc cã −u ®iÓm lµ ®Æc tÝnh n¨ng l−îng tèt h¬n,
nh−ng kÕt cÊu phøc t¹p, gi¸ thµnh cao.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
49
- Sö dông Tua bin Xung kÝch 2 lÇn cã gi¸ thµnh h¹, ph¹m vi lµm viÖc réng
nh−ng sè vßng quay thÊp, ph¶i sö dông bé truyÒn vµ kh«ng sö dông tíi cét n−íc
sau b¸nh c«ng t¸c.
Tæng hîp th«ng tin cña nhiÒu h·ng cho thÊy, gam thñy ®iÖn ë khu vùc nµy
®−îc lùa chän nh− sau (xÐt trong ph¹m vi P < 200 kW).
- Sö dông Tua bin H−íng trôc kiÓu èng víi H ≤ 12m
- Sö dông Tua bin Xung kÝch 2 lÇn, cã bé truyÒn ®éng ®ai ho¨ch b¸nh r¨ng
- Cã thÓ sö dông Tua bin T©m trôc víi P ≥ 50 kW.
Trong ®iÒu kiÖn n−íc ta, cã thÓ sö dông nh− sau:
- Vïng P ≤ 50 kW nªn sö dông Tua bin Xung kÝch 2 lÇn truyÒn ®éng ®ai,
mét vïng nhá H = 15 ÷ 25 m cã thÓ sö dông Tua bin cã D1 = 20 cm nèi trùc tiÕp
m¸y ph¸t 1000 v/ ph víi P = 20 ÷ 40 kW.
- Vïng cã P > 50 kW cã thÓ xem xÐt so s¸nh gi÷a tua bin T©m trôc vµ tua
bin Xung kÝch 2 lÇn. Vïng cét n−íc thÊp H < 15 m chØ nªn so s¸nh TTHT vµ tua
bin Xung kÝch 2 lÇn, cã thÓ lùa chän tua bin Xung kÝch 2 lÇn cho vïng H = 5 ÷
20m nh− b¶ng 23 sau.
B¶ng 23. C¸c th«ng sè cña tua bin xung kÝch 2 lÇn
D1 (cm) 20 25 32 40 50
B (cm) 8 ÷ 16 16 ÷ 20 20 ÷ 40 40 ÷ 50 40 ÷ 50
1D
B
0,4 ÷ 0,8 0,64 ÷ 0,8 0,625÷1,25 1 ÷ 1,25 0,8 ÷ 1
P (kW) 0,5 ÷ 30 5 ÷ 20 5 ÷ 40 20 ÷ 125 40 ÷ 160
KÕt luËn: ChØ xÐt riªng vÒ tua bin Xung kÝch 2 lÇn, trong ph¹m vi
H < 100m, P ≤ 200 kW cã thÓ rót ra mét sè kÕt luËn sau:
1. Vïng H = 25 ÷ 100 m, cã thÓ sö dông tua bin Xung kÝch 2 lÇn, nèi trùc
tiÕp víi m¸y ph¸t cã n = 1000 v/ph , n = 750 v/ph, víi D1 = 25,32 vµ 40
cm, B = 10 ÷ 40cm
2. Vïng cã H < 25 m, nÕu P < 50 kW nªn sö dông tua bin Xung kÝch 2 lÇn
cã bé truyÒn ®ai, víi m¸y ph¸t cã sè vßng quay n = 1000 vµ 1500 v/ph.
3. Vïng cã c«ng suÊt thÊp nªn sö dông tua bin Tia nghiªng.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
50
4. Vïng cét n−íc thÊp H ≤ 12 m nªn so s¸nh gi÷a tua bin H−íng trôc vµ
Tua bin Xung kÝch 2 lÇn.
5. Vïng H 50 kW nªn so s¸nh gi÷a tua bin Xung kÝch 2 lÇn vµ
tua bin T©m trôc.
6. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña Tua bin Xung kÝch 2 lÇn cã thÓ xem trªn b¶ng
22
4.3.6. X¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc cña Tua bin Tia nghiªng cho Thñy ®iÖn cùc
nhá.
4.3.6.1. C¸c th«ng sè c¬ b¶n.
- Trong b¸o c¸o vÒ nghiªn cøu, thiÕt kÕ Tua bin Tia nghiªng trong ®Ò tµi
®· lùa chän Tua bin Tia nghiªng cã c¸c th«ng sè c¬ b¶n sau:
+ KiÓu Tua bin: Trôc ngang, 2 mòi phun.
+ Tû sè 4
1
=
D
do
+ Tû sè 25,1
)(
)1(
1
1 =+
nD
nD
4.3.6.2. Ph−¬ng ph¸p x©y dùng gam Tua bin Tia nghiªng.
Cã 2 ph−¬ng ph¸p x©y dùng gam Tua bin Tia nghiªng.
1. Ph−¬ng ph¸p tû tèc cè ®Þnh: Gièng nh− gam ho¸ c¸c Tua bin ph¶n kÝch:
Mçi lo¹i Tua bin t−¬ng øng víi mét sè Ns nhÊt ®Þnh. Mét sè h·ng trªn thÕ
giíi ®· sö dông ph−¬ng ph¸p nµy ®Ó x©y dùng gam tua bin tia nghiªng
(VD: h·ng GILES (Anh) ®· x©y dùng gam Tua bin Tia nghiªng víi
5` =
od
D
). Ph−¬ng ph¸p nµy cã −u ®iÓm c¬ b¶n lµ ®¬n gi¶n ho¸ cho ng−êi sö
dông. Tuy nhiªn nã cßn cã nh−îc ®iÓm lµ lµm hÑp ph¹m vi lùa chän cña
mçi tæ m¸y, ®Ó bï l¹i h·ng nµy ®· sö dông ph−¬ng ph¸p t¨ng sè cÊp B¸nh
c«ng t¸c .1,1
)1(
1
1 =+
nD
nD
2. Ph−¬ng ph¸p tû tèc biÕn ®æi: Ph−¬ng ph¸p nµy kh¸c víi ph−¬ng ph¸p
th−êng sö dông víi mét B¸nh c«ng t¸c, cã thÓ sö dông mét sè mòi phun cã
do kh¸c nhau. ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ më réng ph¹m vi sö dông
cho ph¸t triÓn lo¹i B¸nh c«ng t¸c, nh−ng nã cã nh−îc ®iÓm khi tÝnh to¸n,
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
51
thiÕt kÕ kh«ng x¸c ®Þnh ®−îc chÝnh x¸c th«ng sè lµm viÖc mµ ph¶i ®iÒn vµo
c¸c hÖ sè ®Ó hiÖu chØnh hiÖu suÊt. Tuy vËt, víi thñy ®iÖn cùc nhá sö dông
ph−¬ng ph¸p nµy lµ phï hîp.
4.3.6.3. §−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c vµ ®−êng kÝnh dßng tia.
Sö dông ph−¬ng ph¸p gam ho¸ tû tèc biÕn ®æi trong ®ã ph−¬ng ¸n c¬ së lµ
41 =
od
D
vµ víi Thñy ®iÖn siªu nhá cã 5,31 =
od
D
. CÊp ®−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c
theo nghiªn cøu vµ s¶n xuÊt cã thÓ ph©n lµm 2 lo¹i:
- Lo¹i B¸nh c«ng t¸c cho Thñy ®iÖn cùc nhá: cã thÓ chÕ t¹o B¸nh c«ng t¸c
b»ng c«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc tõng l¸ c¸nh, víi chiÒu dµy c¸nh kh«ng
®æi. Ph−¬ng ph¸p nµy tuy hiÖu suÊt gi¶m, nh−ng bï l¹i gi¸ thµnh thÊp dÔ
gia c«ng hµng lo¹t. Theo c«ng nghÖ nµy cã thÓ chän d·y ®−êng kÝnh b¸nh
c«ng t¸c nh− sau: D1 = 10; 12,5; 15; 20 (cm)
- Lo¹i B¸nh c«ng t¸c cho Thñy ®iÖn nhá, c«ng suÊt P ≥ 20 kW, c¸nh b¸nh
c«ng t¸c ®−îc gia c«ng cã bÒ dµy biÕn ®æi ®¶m b¶o tua bin cã ®é bÒn vµ hiÖu suÊt
cao h¬n. Theo c«ng nghÖ nµy, cã thÓ chän d·y ®−êng kÝnh B¸nh c«ng t¸c nh−
sau:
D1 = 25; 32; 40; 50; 63 (cm)
Nh− vËy víi lo¹i Thñy ®iÖn siªu nhá, 25,1)1(
1
1 =+
nD
nD ÷1,5
Lo¹i Thñy ®iÖn nhá, =+
nD
nD
1
1 )1( 1,25.
Víi 5,31 =
od
D
& 4, d·y ®−êng kÝnh dßng tia do nh− sau:
do = 2,8; 3,75; 5,0; 6,25; 8,0; 10; 12,5 (cm)
4.3.6.4. X©y dùng biÓu ®å x¸c ®Þnh vïng lµm viÖc .
1. §−êng quan hÖ tua bin Tia nghiªng cë nhá do = const trong hÖ to¹ ®é
logQ ~ logH.
+ Q = v.Fo = 4
.
.2.
2
odgH
πϕ
⇔ LogQ = 2
4
.2.loglog
2
1
odgH
πϕ+
= Hlog
2
1
+ 0,5324 + 2.logdo.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
52
øng víi mçi gi¸ trÞ do ta cã ®−êng do = const lµ ®−êng th¼ng cã hÖ sè gãc tgα = 2
1
.
2. §−êng quan hÖ P = const trong hÖ to¹ ®é logQ _ logH.
Ta cã: P = 9,81.Q.H.η
η = ηTb.ηmF.ηT® .
Trong ®ã: ηTb : HiÖu suÊt Tua bin
ηmF : HiÖu suÊt m¸y ph¸t
ηT® : HiÖu suÊt bé truyÒn ®éng, ηT® = 1.
ë ®©y ηTb lÊy ë vïng cã n’i tèi −u vµ Q1’ lín nhÊt, hiÖu suÊt m¸y ph¸t lÊy
theo tiªu chuÈn IEC. HiÖu suÊt tæng cho vïng thñy ®iÖn siªu nhá lÊy theo kÕt qu¶
nghiªn cøu vµ kh¶o s¸t gÇn ®©y nhÊt, η= ηTb.ηmF ≈ 50 ÷ 55% (TrÞ sè thÊp øng víi
D1 = 10 cm & trÞ sè cao øng víi D1 = 15 ÷ 20 cm) cho gi¶i c«ng suÊt nhá (200W
÷ 2kW).
- HiÖu suÊt cña tua bin theo kÕt qu¶ thÝ nghiÖm m« h×nh cña ViÖn nghiªn
cøu truyÒn ®éng ®iÖn Thiªn T©n - Trung Quèc (TRIED).
ηmax = 84,5%.
- Theo kÕt qu¶ nghiªn cøu cña I.N.Xmirnov [ ], khi do < 55mm hiÖu suÊt
tua bin gi¶m nh− biÓu ®å sau:
§
−ê
ng
k
Ýn
h
m
ò i
p
hu
n
( d
o)
Gi¸ trÞ gi¶m hiÖu suÊt(∆η%)
H×nh 12. Quan hÖ gi÷a do vµ hiÖu suÊt thñy lùc ηTL
[ ] ZU.U.Edel - Tua bin g¸o, lý thuyÕt, thùc nghiÖm vµ tÝnh to¸n.
B¶n tiÕng Nga. Moskva – Leningrat – 1963.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
53
Ngoµi ra, víi thñy ®iÖn nhá, yÕu tè ¶nh h−ëng hiÖu suÊt do c«ng nghÖ ph¶i
®−îc kÓ tíi. KÕt qu¶ tÝnh to¸n, t¹i ®iÓm Q1’lín nhÊt cã:
ηTB ≈ 78 ÷ 80%
ηmF = 84 - 86% víi P = 5 ÷ 50kW.
ηmF = 86 - 90% víi P = 50 ÷ 200kW.
LÊy c¸c gi¸ trÞ trung b×nh, kÕt qu¶.
P = 5.Q.H cho vïng P = 200 - 2kW
do = 20 ÷ 40 mm.
P = 6,6.Q.H cho vïng P = 5 - 50kW
do = 40 ÷ 60 mm.
P = 7.Q.H cho vïng P = 50kW - 200kW.
do ≥ 60 ÷ 100 mm.
Tõ c¸c kÕt qu¶ trªn, thay c¸c gi¸ trÞ c«ng suÊt vµo x¸c ®Þnh ®−îc c¸c
®−êng do = const. Trong hÖ täa ®é ®Ò c¸c cã c¸c trôc lµ logQ vµ logH (xin xem
h×nh 11).
4.3.6.5. X©y dùng ®−êng quan hÖ cét n−íc, sè vßng quay víi tõng cÊp ®−êng kÝnh
b¸nh c«ng t¸c D1.
§Ó thuËn lîi cho lùa chän ph¹m vi lµm viÖc cña tua bin tia nghiªng, quan
hÖ H ~ n ®−îc x©y dùng trªn trôc logH nhê dùa vµo quan hÖ.
1
1 '
D
Hn
n = (4.23)
2
1
1
'
.
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=
n
Dn
H (4.24)
TrÞ sè n1’ cña tua bin tia nghiªng ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau.
n1’ min = 35; n1’T¦ = 40; n1’max = 45
KÕt qu¶ tÝnh to¸n nh− b¶ng 24 sau.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
54
B¶ng 24. Quan hÖ gi÷a cét n−íc víi sè vßng quay vµ ®−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c.
D1 (cm)
nTb (v/ph)
10 12 15 20 25 32 40
Hmin 10 15 25 44
HT− 14 20 32 56 1500
Hmax 20 27 42 74
Hmin 5 7 10 20 30 50 79
HT− 6,25 9 14 25 39 64 100 1000
Hmax 10 12 20 33 51 84 130
Hmin 10 17 28 44
HT− 14 22 36 56 750
Hmax 19 29 47 73
4.3.6.6. X¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc cña tua bin cùc nhá trong ph¹m vi H ≤ 100m,
P ≤ 200 kW.
C¸c tiªu chuÈn lùa chän.
- Ph¹m vi lµm viÖc øng víi mçi sè vßng quay cña m¸y ph¸t ®−îc x¸c ®Þnh
trong giíi h¹n Hmin - Hmax
- C«ng suÊt lín nhÊt ®−îc x¸c ®Þnh nhê ®−êng do = const. Tuy nhiªn, ®−îc
nh©n 2 do tæ m¸y cã 2 m¸y ph¸t.
- C«ng suÊt nhá nhÊt cã thÓ chän lµ ®−êng giíi h¹n
2
min)( 00
d
d = . Tuy
nhiªn, do 25,1
)1( =+
on
no
d
d
nªn chØ nªn chän
25,1
min)( 00
d
d = hay lµ chän do nhá
h¬n ë liÒn kÒ.
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
55
- Lo¹i tua bin: n = 1000v/ph; D1 = 10 cm; do ≤ 2,8 cm
H (m) 4 6,5 8 12
P (W) 100 100 ÷ 200 200 ÷ 500 500 1000
Sè mòi phun (Z) 1 1 2 1 2
- Lo¹i tua bin: n = 1000v/ph; D1 = 10 cm; do ≤ 2,8 cm
H (m) 12 8 ÷ 20
P (W) 500 1000 500, 1000 500
Sè mòi phun (Z) 1 2 1 2
- Lo¹i tua bin: n = 1500v/ph; D1 = 15 cm; do ≤ 3,75 cm
H (m) 20 30 40
P (W) 2,5 5 5 10 7,5 15
Sè mòi phun (Z) 1 2 1 2 1 2
- Lo¹i tua bin: n = 1500v/ph; D1 = 20 cm; do ≤ 5 cm
H (m) 40 50 60 70
P (W) 10;15;7,5 20; 30 10; 20 30;40 15; 20 30; 40; 50 20;30 40;50
Sè mòi phun (Z) 1 2 1 2 1 2 1 2
- Lo¹i tua bin: n = 1000v/ph; D1 = 20 cm; do ≤ 5 cm
H (m) 20 30 35
P (W) 5 7,5; 10 7,5 10; 15 10 20
Sè mòi phun (Z) 1 2 1 2 1 2
- Lo¹i tua bin: n = 1000v/ph; D1 = 25 cm; do ≤ 6,25 cm
H (m) 30 40 50
P (W) 10; 15 20; 30 15; 20 30; 40 20; 30 40; 50; 60
Sè mòi phun (Z) 1 2 1 2 1 2
- Lo¹i tua bin: n = 1500v/ph; D1 = 25 cm; do ≤ 6,25 cm
H (m) 70 80 90 100
P (W) 20;30;40 20; 30; 40; 50; 60 20; 30; 40; 50; 60 30; 40; 50; 60
Sè mòi phun (Z) 1 1 1 1
B¸o c¸o x©y dùng c¬ së Khoa häc ®Ò suÊt gam thñy ®iÖn nhá §Ò tµi KC07 - 04
ViÖn khoa häc Thñy lîi
56
- Lo¹i tua bin: n = 1000 v/ph; D1 = 32 cm; do ≤ 8 cm
H (m) 50 60 70 80
P (W) 30;40;50 60;75;100 30;40;50;60 75;100 40;50;60;75 100;125 75;100
Sè mòi phun (Z) 1 2 1 2 1 2 1
- Lo¹i tua bin: n = 1000v/ph; D1 = 40 cm; do ≤ 10 cm
H (m) 80 90 100
P (W) 60;75;100;125;160 60;75;100;125;160;200 75;100;125;160;200
Sè mòi phun (Z) 1 1 1
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 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.pdf