Điều Tốc Kiểu Cơ Cấu Hướng Nước Điều Chỉnh Tay

Bảng 6-6. Bảng kích thước kinh nghiệm cho turbine cánh quay.

Hệ tb

H,m	b0/D1	dbt/D1	dU/D1	R0/D1	h2/D1	h3/D1	R1/D1	k/D1	d/D1
CQ10	3-10	0,45	0,33	0,29	0,354	0,318	0,089	0,323	0,05	0,1
CQ15	5-15	0,45	0,35	0,3	0,346	0,338	0,091	0,345	0,05	0,1
CQ20	10-20	0,4	0,37	0,325	0,337	0,357	0,093	0,366	0,05	0,1
CQ30	15-30	0,4	0,41	0,36	0,32	0,396	0,097	0,407	0,05	0,1
CQ40	20-40	0,375	0,43	0,375	0,315	0,416	0,1	0,428	0,05	0,1
CQ50	30-50	0,375	0,48	0,415	0,293	0,457	0,102	0,468	0,05	0,1
CQ60	40-60	0,35	0,52	0,474	0,246	0,523	0,107	0,567	0,045	0,09
CQ70	45-70	0,35	0,57	0,522	0,229	0,573	0,116	0,604	0,05	0,1
CQ80	50-80	0,35	0,60	0,537	0,221	0,613	0,123	0,642	0,05	0,1

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

Ngoài kích thước, trọng lượng sơ bộ của BXCT cũng có thể xác định sơ bộ dựa vào số liệu thống kê do nhà máy kim khí Leningrat cung cấp phụ thuộc D1 (hình 6-11) :

Hình 6-11. Trọng lượng BXCT turbine (tấn) phụ thuộc vào D1(m).

a) Tâm trục; b) Cánh quay: 1- khi số cánh Z = 7; 2- khi Z = 6; 3- khi Z = 4

VI. 4. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TURBINE XUNG KÍCH

Trong số các turbine xung kích thì turbine gáo được sử dụng rộng rãi và với công suất từ nhỏ đến lớn. Turbine xung kích hai lần dùng với công suất nho.

VI. 4. 1. Chọn thông số cơ bản của turbine gáo

Khi tiến hành chọn turbine gáo cần lần lượt xác định các vấn đề sau đây: sơ đồ kết cấu turbine, số vòng quay, số lượng vòi phun (Z0), đường kính BXCT (D1), đường kính vòi phun (d0) ... (hình 6-12). Cũng như turbine phản kích, chọn các thông số cơ bản của turbine gáo phải dựa trên cơ sở so sánh kinh tế nhiều phương án khác nhau.

Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, để có kích thước turbine phục vụ cho việc xác

định kích thước nhà máy chúng ta sơ bộ tính toán chọn các kích thước chính như sau:

4 Qmax

Zo 2 gH

Qmax

ZoH

Đường kính tia nước để đủ tháo lưu lượng lớn nhất của turbine Qmax phân cho số

vòi phun Z0

là: do

0 ,545

(6-6)

trong đó Q (m3/s), H và d0 (m), hệ số lưu lượng qua vòi phun  = 0,97.

Số lượng vòi phun ta lấy với các phương án khác nhau để tính toán so sánh kinh tế rồi chọn. Đối với turbine gáo nhỏ trục ngang ( NTB  20 MW ) có thể chọn sơ bộ theo kinh nghiệm Z0 = 1 hoặc 2, rất ít khi Z0 = 3; còn turbine gáo trục đứng Z0 = 2 - 6, công suất càng lớn thì số vòi phun càng nhiều. Số lượng vòi phun càng tăng và tỷ số D1/d0 càng bé thì vòng quay của BXCT càng lớn càng giảm được kích thước turbine và giá thành máy phát điện.

Sau đây giới thiệu một số công thức xác định sơ bộ kích thước BXCTturbine

gáo:

Chiều rộng cánh gáo B = (2,8 - 4,0) d0; Chiều dài cánh gáo: L = (0,7 - 0,9) B:

Chiều rộng miệng khoét hõm đuôi cánh gáo: b = 1,2d0 + 5 (mm);

Đường kính tiêu chuẩn của BXCT D1 được chọn theo tỷ số D1/d0 = 10 -18 hoặc

ta có thể lấy D1 = 37,2

, H lấy từ mức thượng lưu đến trung tâm miệng vòi phun.

n - số vòng quay của turbine;

Đường kính vòng tròn đi qua mếp hõm: D = D1 + 2,33d0; Đường kính vòng tròn ngoài cùng của BXCT: D0 = D1 + d0; Đường kính miệng vòi phun d = (1,2 - 1,25) d0 ;

Số lượng cánh gáo trên BXCT:

Z (5 5,7) ;

Khoảng cách từ miệng vòi phun đến cánh cánh gáo vuông góc với tia dòng nước A = (5,8 - 7,3) d0.

Cấu tạo và kích thước vòi phun và thiết bị tách dòng lấy theo kinh nghiệm ở (hình 6-12,b). Việc đặt BXCT turbine gáo phải cao hơn mực nước bể xả và thường lấy cao hơn mực nước cao nhất ở bể xả khoảng cách bằng đường kính D1.

Kích thước khác đối với turbine gáo nhỏ chế tạo trong nước xem (hình 6-12,c) .

Hình 6-12. Kích thước BXCT turbine gáo

VI. 4. 2. Xác định kích thước cơ bản của turbine XK 2 lần

Turbine xung kích hai lần là loại được sử dùng nhiều trong thủy điện nhỏ với cột nước ưa dùng là từ 10 đến 60 mét, tuy nhiên tài liệu để tra cứu turbine này cũng chưa có rộng rãi, do vậy ở giai đoạn sơ bộ ta cũng cần phải tính toán xác định sơ bộ kích thước của chúng để phục vụ cho việc thiết kế nhà máy.

Kích thước cơ bản của turbine xung kích hai lần là vòi phun và BXCT. Hình dạng, kích thước và số lượng cánh của BXCT có ảnh hưởng quyết định đến vòng quay hiệu suất và trọng lượng của turbine. Kinh nghiệm cho thấy: khi Z = 12 cánh thì  = 0,6 khi Z = 20 thì  = 0,81 và khi Z = 48 cánh thì  = 0,87.Số lượng cánh nhiều thì hiệu suất turbine càng cao và càng ổn định, nhưng số cánh nhiều thì cấu tạo BXCT càng phức tạp, vì vậy số cánh thường lấy Z = 24 cho hiệu suất trung bình  = 0,82.

Hình 6-13. Sơ đồ xác định kích thước turbine xung kích 2lần

Đường kính vòng tròn đi qua mép ngoài của BXCT được coi là đường kính của BXCT của turbine XK hai lần và được tính theo công thức sau:

D1 42 n

(6-7)

Trong đó: H - cột nước thiết kế (m) còn n - số vòng quay turbine (v/ph).

Đường kính vòng tròn mép trong cánh tính theo: D2 = (0,63 - 0,68). D1 . Chiều dài BXCT, tức là chiều dài cánh: L = (0,5 - 2,5).D1.

Vòi phun có tiết diện chữ nhật: chiều rộng l, chiều cao h lấy như sau: chiều rộng l = 0,8B để dòng nước phun được suốt chiều dài cánh, còn chiều cao ứng với độ mở lợi nhất là h = 0,1D1 và ứng với độ mở lớn nhất hmax = 0,125.D1.

Cánh turbine có dạng hình lòng máng, có thê có cấu tạo theo hai hình thức:

- Uốn cong một bán kính  = 0,163D1 hoặc:

- Uốn cong theo hai bán kính: bán kính cong r và bán kính cong R: lấy các bán kính cong như sau:

r = 0,078.D1 và R = 0,236.D1.

Hiện nay turbine xung kích hai lần cũng được cải tiến nhiều. Hinh (6-12,b) là dự kiến về kích thước turbine xung kích hai lần có hai cửa vào để giảm kích thước và sử dụng được với cả cột nước từ 5 đến 100 mét, lưu lượng từ 0,04 đến 6 m3/s và công suất N từ 5 đến 600 kW phục vụ thuỷ điện nhỏ đã được đề xuất.

Chương VII. THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC CỦA TURBINE TH. LỰC

VII. 1. NHIỆM VỤ CỦA ĐIỀU TỐC TURBINE

Trạm thủy điện là một xí nghiệp sản xuất và cung cấp điện năng, mà nhu cầu điện năng luôn thay đổi trong phạm vi rất rộng. Nếu không có biện pháp điều chỉnh công suất do tổ máy phát ra phù hợp với yêu cầu của lưới điện thì sẽ dẫn đến sự thay đổi tần số lưới điện quá giới hạn cho phép. Quy trình kỹ thuật vận hành quy định tần số không đổi, độ sai lệch tạm thời của tần số điện xoay chiều với giá trị định mức 50 Hz

không quá ± 0,2%. Tần số phụ thuộc vào số vòng quay của rôto máy phát: f 

p n .

Trong đó số đôi cực p là không đổi đối với máy phát đã có, như vậy tần số chỉ còn phụ thuộc vào vòng quay n của rôto máy phát điện. Mặt khác theo cơ học, phương trình cơ bản đặc trưng cho sự chuyển động của rôto tổ máy :

J dM dt q

Mc

(7-1)

Trong đó : J là mômen quán tính của rôto tổ máy thủy lực;

- tốc độ góc của rôto tổ máy =  n / 30; Mq - Mômen lực chuyển động rôto tổ máy; Mc - Mômen cản chuyển động rôto tổ máy;

t - Thời gian.

Từ phương trình trên ta thấy muốn giữ cho vòng quay tổ máy n không đổi, cũng tức là giữ cho tốc độ góc là hằng số ( = const) thì d= 0, thì cần duy trì sự cân bằng

giữa mômen lực chuyển động và mômen lực cản chuyển động, tức là Mđ = Mc . Mômen cản phụ thuộc vào phụ tải máy phát điện Nmp còn mômen chuyển động Mđ quyết định bởi công suất của turbine Nt, giữa chúng có quan hệ sau:

M Nt

q 

QH



(7-2)

Từ (7-2) ta thấy, sự cân bằng giữa Mđ và Mc chỉ có thể thực hiện được khi công suất máy phát luôn bằng công suất turbine ở mọi thời điểm, tức Nt = Nmp Nếu phụ tải máy phát điện thay đổi mà công suất turbine vẫn không đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi vòng quay tổ máy. Cũng từ công thức trên, có thể thay đổi công suất turbine bằng cách thay đổi lưu lượng vào turbine Q, thay đổi cột nước H hoặc thay đổi hiệu suất của turbine. Tuy nhiên, việc thay đổi cột nước và hiệu suất của turbine là điều không thực tế, do đó chỉ còn việc thay đổi lưu lượng Q của turbine là thực hiện được.Vì vậy, điều chỉnh công suất turbine thuỷ lực thực chất là điều chỉnh lưu lượng bằng cách xoay cơ cấu hướng dòng (CCHD). Đối với turbine cánh quay, ngoài việc điều chỉnh CCHD còn điều chỉnh cả góc dặt của cánh turbine một cách liên hợp. Đối với turbine gáo thì điều chỉnh lưu lượng là điều chỉnh van kim và điều chỉnh thiết bị tách dòng một cách liên hợp. Loại điều chỉnh đối với turbine cánh quay và turbine gáo là điều chỉnh kép . Còn điều chỉnh chỉ làm quay CCHD gọi là điều chỉnh đơn (đối với turbine cánh quạt và tâm trục).

Từ những diễn giải trên ta rút ra nhiệm vụ của thiết bị điều tốc tổ maý thuỷ lực là căn cứ vào sự thay đổi phụ tải bên ngoài tiến hành điều chỉnh lưu lượng của turbine để cho công suất tổ máy phát ra cân bằng với yêu cầu phụ tải và giữ vòng quay tổ máy không đổi.

Sau đây chúng lần lượt nghiên cứu các loại thiết bị điều chỉnh turbine (điều tốc).

VII. 2. CÁC LOẠI THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC THỦ CÔNG

Trong các trạm thủy điện nhỏ và mini do điều kiện kinh tế, điều kiện chế tạo hạn chế ở địa phương cũng như yêu cầu về điện không cao, người ta có thể dùng những thiết bị điều tốc đơn giản. Việc điều chỉnh công suất do người công nhân vận hành trực tiếp tác động vào CCHD, hay chỉ điều chỉnh van kim để thay đổi công suất cho phù hợp với giao động phụ tải gọi là điều tốc thủ công (hay điều tốc tay). Tất nhiên phản ứng của con người làm nhiệm vụ điều chỉnh không thể kịp thời so với sự thay đổi của phụ tải, do vậy chất lượng điện thấp, ngày nay hầu như không dùng ngay cả đối với turbine nhỏ.

1. Điều tốc kiểu van một cánh

Hình 7-1. Một số loại điều tốc thủ công.

a) điều tốc một cánh; b) điều tốc loại cơ cấu hướng dòng bằng tay.

Hình (7-1,a) là loại điều tốc đơn giản dùng cho turbine buồng xoắn kim loại. Bánh xe công tác được đặt trong buồng xoắn kim loại, buồng này nối với ống áp lực. Ở phía trước BXCT có đặt một cánh van, cánh van này có thể quay quanh một trục của nó, một đầu trục xuyên qua thành buồng ra ngoài để nối với cơ cấu điều khiển quay tay. Nhờ van mà ta có thể điều chỉnh lưu lượng cho hợp với yêu cầu phụ tải.

2. Điều tốc kiểu cơ cấu hướng nước điều chỉnh tay

Ta đã gặp loại điều tốc này ở hình 2-2,b chương II. Khi trục 5 quay sẽ kéo đòn quay 6 và tác động thanh kéo 7 làm xoay vòng điều chỉnh 8. Vòng 8 quay sẽ kéo tay quay 4 dịch chuyển làm cánh hướng dòng 2 quay quanh trục 10 của nó làm thay đổi độ mở a0 giữa hai cánh hướng dòng. Với các độ mở khác nhau sẽ cho lưu lượng qua turbine thay đổi. Máy điều tốc tay làm quay trục điều chỉnh 5 thông qua việc quay vô lăng của trụ điều khiển (hình 7-1,b) bằng quay tay.

Ngoài những loại đièu tốc thủ công đã trình bày ở trên, xưa kia người ta còn dùng cả những thiết bị đơn giản hơn như loại điều tốc kiểu thùng chụp: đó là cơ cấu thay đổi độ mở diện tích cửa nước vào BXCT bằng cách nâng hoặc hạ chiếc thùng đậy cửa vào turbine để tăng hoặc giảm lưu lượng.

VII. 3. THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC TỰ ĐỘNG

Hệ thống điều tốc tự động của turbine là tổng hợp các cơ cấu thiết bị có nhiệm vụ cảm ứng sự thay đổi tốc độ quay của máy và thay đổi vị trí tương ứng của các cơ cấu điều chỉnh. Nó gồm có các cơ cấu cơ bản sau đây:

- Cơ cấu cảm ứng (CCCƯ): cảm nhận sự sai lệch tốc độ quay của tổ máy so với tốc

độ quay định mức và căn cứ vào đó tác động đến cơ cấu điều chỉnh.

- Cơ cấu điều chỉnh (CCĐC): trực tiếp thay đổi mômen chuyển động của turbine.

- Cơ cấu chấp hành (khuếch đại): thực hiện sự liên hệ cần thiết giữa CCCƯ và CCĐC, chuyển dời CCĐC đến vị trí tương ứng khi có tín hiệu của cơ cấu cảm ứng. Cơ cấu thuộc loại này là: động cơ tiếp lực, ngăn kéo phân phối điều chỉnh nó.

- Cơ cấu ổn định: có tác dụng làm tăng tính ổn định và chất lượng của quá trình điều chỉnh (ví dụ cơ cấu cân bằng ..)

- Cơ cấu phụ trợ: làm các động tác phụ như thay đổi chỉnh định máy điều tốc, hạn chế độ mở CCHD, thay đổi độ không cân bằng còn dư, ..v.v...

Những điểm khác biệt giữa điều chỉnh turbine thủy lực và điều chỉnh các loại động cơ khác là ở chỗ là CCĐC của turbine đòi hỏi phải có lực chuyển dời lớn để dịch chuyển CCHD, lực này đến hàng ngàn tấn đối với turbine cở lớn. Vì vậy CCĐC cần phải có thêm những bộ phận khuếch đại thủy lực giữa CCCƯ và CCĐC.

Đối với turbine cánh quay và turbine gáo cần phải tiến hành điều chỉnh kép (điều chỉnh CCHD và điều chỉnh góc đặt cánh ở turbine cánh quay, hoặc điều chỉnh van kim và điều chỉnh thiết bị tách dòng ở turbine gáo), do vậy hệ thống điều chỉnh càng trở nên phức tạp hơn.

Xét về nguyên lý tác dụng ta chia ra hai loại: máy điều tốc trực tiếp và gián tiếp.

Chúng ta cần nghiên cứu sơ đồ nguyên lý của chúng sau đây:

VII. 3. 1. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp

Hình (7-2,a) trình bày sơ đồ nguyên lý của máy điều tốc tác dụng trực tiếp. Cấu tạo của máy điều tốc loại này gồm có con lắc li tâm 4, tay đòn HZS và van điều chỉnh lưu lượng 3. Con lắc ly tâm 4 quay được nhờ động cơ điện 2 có liên hệ bằng cơ hay điện với trục turbine. Đầu bên trái của tay đòn HZS được nối với con lắc nhờ hộp trục H còn bên phải của nó được nối với van điều tiết 3 tại điểm S. Khi cắt phụ tải, vì độ mở a0 của cánh hướng nước chưa thay đổi nên số vòng quay của turbine cũng như số vòng quay của quả lắc ly tâm tăng lên, quả lắc văng ra xa, kéo hộp trục H lên trên, lúc đó tay đòn

Hình 7-2. Sơ đồ điều tốc trực tiếp và gián tiếp không có cơ cấu phục hồi.

HZS sẽ quay xung quanh điểm tựa Z theo chiều kim đồng hồ và đẩy van 3 xuống thấp

để giảm

bớt lưu

lượng Q qua turbine công suất turbine cân bằng bằng với công suất