Tải bản đầy đủ
Chương 3: Chọn thiết bị dẫn và thoát nước

Chương 3: Chọn thiết bị dẫn và thoát nước

Tải bản đầy đủ

Buồng turbin cần đảm bảo những yêu cầu chính sau:
Dẫn nớc đều đặn lên chu vi các cánh hớng nớc , để tạo lên dòng
chảy đối xứng với trục turbin .
Tổn thất thuỷ lực trong buồng và đặc biệt trong BPHN nhỏ nhất .
Buồng có kích thớc nhỏ nhất và kết cấu đơn giản.
Thuận tiện cho việc bố trí turbin và các thiết bị phụ của nó trong
gian máy của TTĐ, thoả mãn các yêu cầu xây dựng của nhà máy.
Phân bố đều lợng nớc chảy vào các cơ cấu hớng nớc để đảm
bảo lực tác dụng lên cơ cấu hớng nớc xung quanh BXCT của turbin là
đều nhau, tức là không có sự tác động lệch tâm.
Dễ nối tiếp với đờng ống áp lực , thuận tiện cho việc bố trí
turbin và các thiêt bị phụ trợ khác .
3.1.2. Chọn kiểu buồng xoắn turbin và nguyên lý tính toán.
Tuỳ theo cột nớc, công suất của trạm thuỷ điện mà chọn kiểu buồng
xoắn. Với trạm thuỷ điện L2 đang thiết kế có cột nớc H(min ữmax) = 64 ữ
106,9 (m), cột nứơc tính toán là Htt=87(m) công suất của một tổ máy là
Ntm=100(MW), trong phạm vi ứng dụng các kiểu buồng (hình 5-1 giáo
trình TBTL- ĐHTL trang 84) tra đợc buồng xoắn kim loại tiết diện tròn.
1. Góc bao lớn nhất của buồng xoắn max:
Phơng án buồng xoắn lợi nhất đợc lựa chọn trên cơ sở xác định kết
quả thí nghiệm mô hình bánh xe công tác đã chọn với các kiểu buồng
xoắn khác nhau. Khi tính toán kích thớc buồng xoắn thờng sử dụng kết
quả nghiên cứu bằng thực nghiệm và kinh nghiệm thiết kế nhà máy thuỷ
điện. Đối với TTĐ L2 có cột nớc dao động H(min ữ max) = (64 ữ 106,9)
(m) chọn đợc góc bao max=345o .
2. Các nguyên lý tính toán thuỷ lực buồng xoắn:
Tính toán thuỷ lực buồng xoắn chủ yếu là xác định hình dáng đờng
bao quanh bên ngoài buồng xoắn, hay định đợc kích thớc chủ yếu của
các tiết diện của buồng xoắn.
Trong thực tế dòng chảy trong buồng xoắn rất phức tạp cho nên thờng
trong tính toán sơ bộ ngời ta thờng dùng một số nguyên lý tính toán gần
đúng sau đó trên cơ sở ấy ngời ta thí nghiệm mô hình để chỉnh lý các
kích thớc đã xác định cho phù hợp.Các nguyên lý tính toán buồng xoắn
bao gồm :
a. Nguyên lý tốc độ không đổi: Vc = VCV = const.
Phơng pháp này giả thiết tốc độ trung bình của dòng nớc tại tất cả các
điểm trên cùng một mặt cắt hay tốc độ trên tất cả các mặt cắt khác nhau
là bằng nhau, nhng thực tế chất lỏng có vận tốc là không bằng nhau do
có tổn thất theo chiều dài buồng xoắn dẫn đến các tiết diện sẽ có trị số
cột nớc khác nhau, áp lực nớc tác dụng lên BXCT làm cho ổ đỡ bị mài
mòn không đều gây ra sự rung động, vì thế phơng pháp này tuy tính toán
đơn giản nhng nó chỉ phù hợp với TTĐ cột nớc thấp góc bao max 1800
trang 49

b. Nguyên lý mômen tốc độ dòng chảy trong buồng xoắn giảm dần.
phơng pháp này ít dùng .
c. Nguyên lý mômen tốc độ bằng hằng số (Vu.r = const).
Vận tốc Vu tại các điểm cách trung tâm trục một bán kính nh nhau thì
bằng nhau nhng trên cùng một tiết diện Vu giảm dần khi R tăng .
Vu.R = k = cosnt; (trong đó k gọi là hằng số buồng xoắn). Nghĩa là V u
tỷ lệ nghịch với bán kính R.
Phơng án này tính toán phức tạp, nhng chế độ thuỷ lực trong buồng
xoắn phù hợp hơn cả. Phơng pháp này thờng dùng để tính toán buồng
xoắn khi góc bao max> 180o.
Đối với TTĐ L2 tôi dùng nguyên lý mô men tốc độ bằng hằng số để
tính toán kích thớc buồng xoắn .
3.1.3.Các bớc xác định kích thớc mặt bằng buồng xoắn .
Sự phân bố vận tốc của chất lỏng trong buồng xoắn tuân theo quy
luật: Vu.R=const (R - là khoảng cách từ điểm đang xét trong buồng turbin
đến trục turbin).
Vận tốc tại dòng chảy cửa vào đợc xác định theo công thức kinh
nghiệm:
Vcv = kx. H tt
Trong đó:
Kx- hệ số kinh nghiệm xét đến tổn thất thuỷ lực và kích thớc kinh tế
của buồng xoắn , kx = 0,85ữ1,1 (với cột nớc lớn lấy hệ số nhỏ và ngợc
lại).
Vcv =(0,85ữ1,1). 87 =(7,93ữ10,26) (m/s) .
Chọn Vcv = 8,5 ( m/s ).
Lu lợng chảy qua mặt cắt cửa vào buồng xoắn (Q cv) đợc xác định
theo công thức:
Qcv =

131,2.345
Q tm . max
=
= 125,73 (m3/s).
360
360

Trong đó:
max- Góc bao lớn nhất của buồng xoắn max = 3450.
Qtm - lu lợng lớn nhất chảy qua turbin .
Diện tích mặt cắt cửa vào của buồng xoắn đợc xác định theo
công thức.
Fcv =

Q cv 125,73
=
= 14,79 m 2
Vcv
8,5

Bán kính của buồng xoắn tại tiết diện cửa vào:
Fcv = .cv2
trang 50

cv - Bán kính tiện diện cửa vào buồng xoắn:
Fcv
14,79
=
= 2,17m

3,14

cv =

Xác định kích thớc tiết diện tại mặt cắt i.
Kết quả tính toán buồng xoắn theo nguyên tắc mômen tốc độ bằng
hằng số:
i=

i

+ 2 ra . i
C
C

Ri = ra+ 2.i
Trong đó: i : bán kính tiết diện buồng xoắn tại mặt cắt i , ứng với góc
bao i.
Ri : bán kính bao ngoài của buồng xoắn tại mặt cắt i.
ra : bán kính ngoài của stato turbin, theo bảng 5-5 giáo trình
turbin ta có: Da = 5,55 (m).
ra =

D a 5,550
=
= 2,755m
2
2

C : hệ số tính toán , đợc xác định bằng biểu thức .
C=
C=

max
( ra + cv ) ra ( ra + 2. V )
345

2,755 + 2,17 2,755(2,755 + 2.2,17)

= 684,752( 0 / m)

Lần lợt cho các giá trị góc bao i bất kỳ từ giá trị = 00 đến giá trị góc
bao max = 345o ta tính đợc bán kính của các tiết diện i tơng ứng với các
giá trị góc bao i từ đó tính đợc bán kính Ri = ra + 2.i
Kết quả tính toán buồng xoắn
i

i
C

0
15
30
45
60
75
90
105
120

0,00
0,02
0,04
0,07
0,09
0,11
0,13
0,15
0,18

2.ra.

i
C

0,00
0,12
0,24
0,36
0,48
0,60
0,72
0,84
0,97

i
C

i
(m)

2.i
(m)

Ri
(m)

0,00
0,35
0,49
0,60
0,69
0,78
0,85
0,92
0,98

0,00
0,37
0,54
0,67
0,78
0,89
0,98
1,07
1,16

0,00
0,74
1,07
1,33
1,56
1,77
1,96
2,15
2,32

2,76
3,49
3,83
4,09
4,32
4,53
4,72
4,90
5,07

2.ra

trang 51

135
150
165
180
195
210
225
240
255
270
285
300
315
330
345

0,20
0,22
0,24
0,26
0,28
0,31
0,33
0,35
0,37
0,39
0,42
0,44
0,46
0,48
0,50

1,09
1,21
1,33
1,45
1,57
1,69
1,81
1,93
2,05
2,17
2,29
2,41
2,53
2,66
2,78

1,04
1,10
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,39
1,43
1,47
1,51
1,55
1,59
1,63
1,67

1,24
1,32
1,39
1,47
1,54
1,61
1,67
1,74
1,80
1,87
1,93
1,99
2,05
2,11
2,17

2,48
2,64
2,79
2,93
3,07
3,21
3,35
3,48
3,61
3,74
3,86
3,98
4,10
4,22
4,34

5,23
5,39
5,54
5,69
5,83
5,97
6,10
6,24
6,36
6,49
6,62
6,74
6,86
6,98
7,09

3.2.Thiết bị thoát nớc cho nhà máy.
3.2.1. Khái niệm và công dụng ống hút.
1. Khái niệm:
ống hút là đoạn ống có nhiệm vụ dẫn nớc từ bánh xe công tác xuống
hạ lu. ống hút cho phép sử dụng phần động năng, thế năng còn lại dòng
chảy sau khi ra khỏi bánh xe công tác.
2. Công dụng của buồng hút:
Tháo nớc từ trong bánh xe công tác xuống hạ lu với tổn thất năng lợng nhỏ nhất.
Sử dụng cột nớc hình học nếu bánh xe công tác của turbin bố trí ở
trên mức nớc hạ lu .
Thu hồi một phần lớn cột nớc động năng dòng nớc chảy ra khỏi
BXCT.
3.2.2. Chọn ống hút cho trạm thuỷ điện L2.
Với loại turbin PO115/697, buồng xoắn đã chọn, ta căn cứ vào Bảng 6-3
và Bảng 6-5 Giáo trình Turbin thuỷ lực- ĐHTL ta chọn đợc ống hút loại
ống hút cong loại 4H với các kích thớc nh sau:
Kích thớc cơ bản của khuỷu số 4.
D1

D4

h4

B4

Lk

h6

a

R6

a1

R7

a2

R8

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

2,74

1,75

0,67

0,487

1,16

1
3,6

1,352 1,352

1,478 0,875 0,107 0,782

4,867 4,867 9,864 6,300 2,412 1,753 4,176 5,321 3,150 0,385 2,815

trang 52

Các kích thớc cơ bản của ống hút.
D1

h1

h3

h5

h

L

B5

D2

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

1

0,219

0,929

1,31

2,5

4,5

2,74

1,124

3,6

0,788

3,344

4,716

9,000

16,200

9,864

4,046

Da
D2
D1

h1
h3
h

D2

D4
h4

h5
h6
Lk

L

D4

B5

Buồng xoắn và ống hút
trang 53

Chơng 4: Chọn thiết bị điều chỉnh Turbin
4.1. Nhiệm vụ của điều chỉnh Turbin .
Trong nhiều trờng hợp, turbin nớc đợc dùng làm động cơ cho các máy
phát điện. Thông thờng, đối với các turbin loại vừa và lớn thì trục turbin đợc nối trực tiếp với trục máy phát mà không qua một khâu truyền động
trung gian nào khác. Quy trình kĩ thuật vận hành điện ngày nay quy định
tần số điện không đổi, độ sai lệch tạm thời của tần số điện xoay chiều với
giá trị định mức (50 Hez) không quá 2% .
Tần số hoặc số chu kì biến thiên dòng điện xoay chiều trong một giây
phụ thuộc tốc độ quay của phần quay (rôto ) của máy phát.
f=

p.n
(Hz)
60

Trong đó:
p - là số đôi cực từ của MP.
n - số vòng quay của rôto MP trong một phút (v/ph).
f- tần số (Hez).
Trong quá trình vận hành của TTĐ yêu cầu f = const (sai số cho phép
2%). Để đảm bảo f = const thì yêu cầu n = const.
Theo cơ học thì phơng trình cơ học đặc trng cho chuyển động quay
của tổ máy là :
J.

d
= Mq - Mc.
dt

Trong đó: J - Mômen quán tính của bộ phận quay của tổ máy.
- tốc độ góc rôto tổ máy.
Mq- mômen lực chuyển động rôto tổ máy.
Mc- mômen cản chuyển động rôto tổ máy.
t - thời gian.
Từ phơng trình trên ta thấy muốn cho tốc độ góc là hằng số hay

d
=
dt

0, thì cần sự duy trì sự cân bằng giữa mô men lực chuyển động và mô
men lực cản chuyển động tức là: Mq = Mc .
Mô men cản phụ thuộc phụ tải máy phát điện N mp , còn mô men
chuyển động Mq quyết định bởi công suất của turbin N T . Nếu phụ tải máy
phát điện thay đổi, mà công suất của turbin vẫn không đổi thì dẫn đến
tốc độ quay của tổ máy thay đổi . Khi công suất turbin có d, thì tốc độ
trang 54

d

< 0 , còn nếu công suất của turbin không đủ thì tốc độ
dt

d

quay giảm xuống > 0 . Do đó phải thay đổi mômen lực chuyển động
dt

hay công suất turbin bằng cách thay đổi lu lợng Q, cột nớc H, hiệu suất
của turbin. Sự thay đổi cột nớc H hay hiệu suất để thay đổi NT là điều

quay tăng lên

mà về mặt kĩ thuật cũng nh kinh tế rất khó thực hiện và bất hợp lí. Thông
thờng, ta hay dùng cách điều chỉnh lu lợng vào turbin để thay đổi N T. Đối
với turbin tâm trục ta thay đổi độ mở cánh hớng nớc.
4.2. Hệ thống điều chỉnh turbin .
Hệ thống điều chỉnh tốc độ turbin (hệ thống điều tốc) gồm có các cơ
cấu cơ bản sau đây.
+ , Cơ cấu cảm ứng : có nhiệm vụ cảm giác độ sai lệch về tốc độ
quay của tổ máy.
+ , Cơ cấu điều chỉnh : là bộ phận trực tiếp thay đổi momen lực
chuyển động của turbin.
+ , Cơ cấu chấp hành : thực hiện sự liên hệ cần thiết giữa cơ cấu cảm
ứng và cơ cấu điều chỉnh.
+ , Các cơ cấu ổn định và cơ cấu phụ trợ .
4.2.1. Chọn máy điều tốc .
1. Chọn động cơ tiếp lực cho máy điều tốc (ĐCTL).
Căn cứ vào turbin đã chọn PO 115/697 và công suất định mức của tổ
máy tôi chọn động cơ tiếp lực chuyển động thẳng, tác dụng hai bên, mỗi
động cơ có một pitton, mỗi turbin có 2 động cơ.
+, Đờng kính pitton đợc chọn dựa vào đờng kính tính toán dHtt:
dHtt = .D1. H max .b 0
Trong đó: b 0 - là chiều cao tơng đối của cánh hớng nớc
b0 =

bo
= 0,25 (tra bảng 8-1 GTTBTL)
D1

- Hệ số phụ thuộc số cánh hớng nớc Z0.
= 0,03 (tra bảng 5-5 GTTBTL với PO 115/697 có Z0 =24)
Thay tất cả vào công thức trên ta tính đợc :
dHtt = .D1. H max .b 0 = 0,03.3,6. 106,9.0,25 = 0,558 (m)
Chọn dH theo đờng kính tiêu chuẩn đợc dH = 550 (mm)
+, Tính độ dịch chuyển lớn nhất của động cơ tiếp lực (S Hmax).
SHmax = (1,4 ữ 1,6).a0max
Trong đó:

trang 55