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

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