Tuabin thủy lực

máy phát điện. Trong các bộ phận qua nước thì BXCT là bộ phận trực tiếp biến đổi thủy năng thành cơ năng chuyển động quay. Bộ phận cơ cấu hướng nước có tác dụng thay đổi trị số lưu lượng và hướng dòng chảy trước khi đi vào BXCT, còn ống xả được dùng để tháo nước từ BXCT về hạ lưu.

Sau đây chúng ta lần lượt xem xét các bộ phận của turbine phản kích, các hệ turbine khác nhau chủ yếu là bánh xe công tác còn các bộ phận khác nhìn chung giống nhau. Việc phân loại TB phản kích dựa vào hướng dòng nước đi vào và ra khỏi BXCT.

I. 3. 1. Bánh xe công tác của turbine tâm trục (turbine Franxis )

Turbine tâm trục (xem hình 1-7) là một trong những hệ TB phản kích được sử dụng rộng rãi nhất. Chất lỏng từ buồng 4 qua cánh hướng dòng 3 vào cửa vào cánh 1 BXCT theo hướng xuyên tâm rồi chuyển chuyển hướng 900 và ra khỏi BXCT để vào ống xả theo hướng dọc trục. Do vậy gọi là turbine tâm trục. Turbine này do kỹ sư người Pháp tên là Franxis hoàn chỉnh năm 1849 nên còn gọi là turbine Franxis.

Hình 1-7. Bánh xe công tác của turbine tâm trục

BXCT của turbine tâm trục gồm có vành trên 14 và vành dưới 13, các cánh 1 có dạng cong không gian ba chiều gắn chặt vào hai vành. Số cánh từ 12 đến 22 cánh, thường là 14 đến 18 cánh. Thường BXCT được đúc liền thành một khối, trường hợp bị điều kiện vận chuyển hạn chế có thể chế tạo BXCT thành từng phần, khi lắp ráp sẽ dùng các bulông ghép vành trên và đai ghép nóng ở vành dưới của các phần đó lại hoặc hàn

nối các rãnh phân chia. Đối với turbine nhỏ có thể dập cánh, sau đó định vị chúng rồi

đúc liền vành trên và dưới để được BXCT liền khối vững chắc.

Tùy theo cột nước sử dụng, đường kính lớn nhất cửa vào D1 (đường kính tiêu chuẩn) và đường kính lớn nhất cửa ra D2 mà người ta chia turbine tâm trục làm 3 dạng:

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

- Dạng D1 < D2 gọi là turbine tỷ tốc cao loại này dùng với cột nước thấp (H< 80m) vì cấu tạo của chúng có khả năng chịu lực không cao (hình 1-7,b);

- Dạng D 1 > D2 gọi là turbine tỷ tốc thấp (hình 1-7,c) loại này có cấu tạo vững chắc do vậy chúng được dùng với cột nước cao, đã có turbine làm việc với cột nước 550m;

- Dạng D1 = D2 gọi là turbine tỷ tốc trung bình, nó là loại trung gian giữa 2 loại trên.

Turbine tâm trục có phạm vi sử dụng cột nước thường từ vài mét đến 550m. Ở nước Nga, Trạm thủy điện Cracnoarck sử dụng loại này với công suất mỗi turbine là 508MW, đường kính D1 = 7,5m. Ở nước ta, TTĐ sông Đà và Trị An đều dùng turbine tâm trục, TTĐ Hòa Bình dùng 8 turbine tâm trục, công suất mỗi turbine là 240MW, H = 88m.

I. 3. 2. Bánh xe công tác của turbine hướng trục

Gọi là turbine hướng trục vì hướng chảy của dòng nước trong phạm vi BXCT theo hướng trục quay của turbine. Trên (hình 1-8) nước từ buồng xoắn chảy qua cột vòng bệ 10 vào cánh hướng nước 3 đổi hướng và chảy vào và ra khỏi cánh 11 của BXCT 1 theo chiều dọc trục và theo ống xả về hạ lưu nhà máy.

Hình 1-8. Turbine hướng trục.

BXCT gồm có bầu 1 được nối bích với trục turbine 2, xung quanh bầu bố trí các cánh hình vặn vỏ đổ để áp lực nước tác động lên cánh làm quay BXCT. Liên kết giữa cánh và bầu theo kết cấu côngxôn nên chịu áp lực thấp, số cánh thường ít do vậy khả năng tháo nước lớn. Trong hệ hướng trục dựa vào sự liên kết giữa cánh và bầu người ta chia hệ hướng trục ra hai dạng: turbine có cánh gắn cố định với bầu là turbine cánh quạt, còn turbine cánh có thể quay quanh trục của nó trên bầu là turbine cánh quay.

1. Turbine cánh quạt

BXCT của turbine cánh quạt (hình 1-9) gồm có bầu, có gắn từ 3 đến 9 cánh, thông thường là 4 đến 8 cánh. Cánh có thể chế tạo liền với bầu tạo thành một khối thống nhất hoặc chế tạo riêng biệt sau đó gắn chặt vào bầu bằng bulông. Khi đi qua các mặt cong của cánh, dòng nước buộc phải đổi hướng chuyển động do đó tạo ra một áp lực tác

Hình 1-9. BXCT của turbine cánh quạt

dụng lên cánh làm quay BXCT. Nhược điểm của loại BXCT này là có đường đặc tính công tác dốc, do vậy khi lưu lượng, cột nước hoặc công suất thay đổi lệch với chế độ thiết kế thì hiệu suất turbine sẽ giảm đi rất nhanh. Đối turbine tỷ tốc cao chỉ cần lưu lượng giảm đến còn 45% lưu lượng tính toán thì hiệu suất và công suất có thể giảm đến không. Do vậy nên cho turbine cánh quạt đảm nhận công suất và cột nước ít thay đổi. Turbine cánh quạt được sử dụng ở Trạm thuỷ điện có cột nước H = 1,5÷40m, hiện nay thường dùng ở TTĐ nhỏ, tuy rằng đã có turbine dạng này đường kính đạt đến 9 m.

2. Turbine cánh quay ( Kaplan )

Turbine cánh quay (hình 1-10) là loại ra đời sau cánh quạt. Năm 1924 giáo sư người Tiệp tên là Kaplan đã cải tiến thành công turbine cánh cố định thành cánh quay được, nên turbine này còn được gọi là turbine Kaplan. Nhờ cánh có thể quay được xung quanh bầu, do vậy thích ứng được các chế độ làm việc khác chế độ thiết kế dẫn đến vùng làm việc của turbine với hiệu suất cao được mở rộng. Do vậy TB cánh quay có khả năng làm việc với công suất và cột nước thay đổi nhiều. BXCT của TB cánh quay gồm có: bầu, cánh, chóp thoát nước và bộ phận quay cánh xung quanh BXCT. Bầu phải có hình cầu để giảm bớt khe hở giữa cánh với bầu khi quay cánh. Chóp thoát nước có tác dụng làm cho nước chảy khỏi BXCT thuận dòng hơn và giảm được tác dụng mạch động. Khi làm việc, các cánh BXCT hướng trục chịu tác dụng áp lực nước ở dạng sơ đồ chịu lực kiểu dầm côngxôn do không có vành dưới, tại nơi tiếp giáp cánh với bầu chịu mômen uốn lớn nhất. Người ta đã đo được áp lực nước tác dụng lên một cánh có thể đạt tới 240 tấn. Do vậy phải sử dụng động cơ tiếp lực dầu cao áp mới quay được cánh .

Bộ phận quay cánh gồm trục cánh 6 (hình 1-10,b), động cơ tiếp lực 4, hệ thống thanh truyền 7. Tay quay 8 được nối với trục cánh 6, còn thanh truyền có chốt nối liền

píttông 5 của động cơ tiếp lực với tay quay. Pittông 5 chia xi lanh của động cơ tiếp lực làm hai ngăn: trên và dưới. Dầu có áp từ thiết bị dầu áp lực qua hai ống dẫn đồng tâm lồng vào nhau nằm bên trong trục tổ máy. Khi dầu có áp vào một ngăn nào đó của xi lanh còn ở ngăn kia dầu thông với lỗ dầu xả thì pittông lẫn thanh truyền 7 sẽ dịch lên

Hình 1-10. Turbine Kaplan

hoặc xuống, do đó làm xoay các cánh theo các góc quay như nhau. So với turbine cánh quạt thì turbine cánh quay được dùng với cột nước thấp hơn do khả năng chịu lực của nó có yếu hơn. Cùng với turbine tâm trục, turbine cánh quay được sử dụng rất rộng rãi. Ngày nay thế giới đã có những turbine cánh quay cực lớn, như ở TTĐ Xaratôp ở Nga có đường kính tiêu chuẩn D1 = 10,3m, cột nước thiết kế H = 9,7m, với công suất N = 59,3MW, vòng quay định mức n = 50 vòng/phút, trọng lượng 1229tấn. Turbine ở trạm TĐ Porto Primavera ở Brasil có D1 = 8,6m, N = 105MW, cột nước H = 22m.

I. 3. 3. Turbine cánh chéo

Hình 1-11. Turbine cánh chéo

Turbine cánh chéo (hình 1-11) được ra đời chậm hơn các loại turbine trên, nó là loại trung gian giữa tâm trục và hướng trục. Nó kết hợp được các ưu điểm của hai hệ turbine trên. Turbine cánh chéo được sử dụng ở các TTĐ có cột nước H = 30÷150m. Nó thuộc loại turbine cánh quay. BXCT gồm 10 đến 14 cánh được gắn vào bầu 3 hình chóp nhờ các trục cánh 2. Trục cánh làm với trục turbine một góc 300,450,600 nên dòng chảy trong

BXCT

chéo góc với

trục. Cũng như turbine cánh quay, các cánh BXCT quay được

quanh trục của nó, nhờ cơ cấu quay cánh gồm vành sao 5 và thanh truyền 4 nằm trong bầu nên hiệu suất bình quân của nó cao hơn turbine tâm trục ở hầu hết các chế độ làm việc. Mặt khác số cánh BXCT của turbine này nhiều hơn so với turbine cánh quay nên có thể làm việc với cột nước cao hơn mà vẫn không bị khí thực. Loại turbine này đã được chế tạo ở Nga dùng cho TTĐ Buctamin có công suất N = 77MW, cột nước H = 61m, đường kính D1 = 4,35m, n =150 vòng/phút.

Ngoài ra, TB cánh quay làm việc với cột nước thấp, muốn chịu được cột nước cao hơn thì phải tăng số lượng cánh BXCT của nó lên từ 6 đến 10 cánh. Như vậy bầu BXCT phải có đường kính lớn. Để có thể tăng số cánh mà không phải tăng đường kính thì tốt hơn hết là trên mỗi trục cánh lắp hai cánh kép (hình1-12). Loại này đã được lắp đặt ở nhà máy thủy điện Thác Bà với đường kính D1 = 4,5m, H = 32m.

Hình 1-12. Bánh xe công tác của turbine cánh kép

I. 3. 4. Turbine dòng

Turbine dòng gồm hai loại: dòng chảy thẳng và nửa thẳng. Turbine dòng thực chất là turbine cánh quay trục ngang, nên BXCT của nó hoàn toàn giống turbine cánh quay. Loại này dùng với cột nước rất thấp và lưu lượng rất lớn.

1. Turbine dòng nửa thẳng (hình 1-13), turbine này còn gọi là turbine Capxun. Tổ máy có turbine trục ngang nối liền trục với trục máy phát điện đặt trong bọc kín bằng kim loại 1 (gọi là cáp xun) có dạng thuận dòng. Cáp xun chứa máy phát điện có thể nằm trước BXCT hoặc nằm sau BXCT trong ống hút thẳng 2. Các cánh hướng dòng 3 thuộc loại hướng tâm hoặc hình chóp. Stator thuộc loại và cùng với các trụ tựa sẽ truyền tải trọng tổ máy lên móng máy. Liên hệ giữa các thiết bị đặt trong cáp xun với gian máy bằng các tháp 4. Turbine cap xun có hiệu suất cao hơn so với turbine phản kích khác đến 30% do khả năng tháo nước của nó. Turbine cap xun được sử dụng rộng rãi ở Nga, Nhật, Mỹ... ở các sông vùng đồng bằng hoặc ở các TTĐ thủy triều. Trạm TĐ Trereparec có công suất mỗi turbine N = 20MW, H = 14,9m. Trạm thuỷ điện có turbine cáp xun lớn nhất là Kiev có N = 320MW.

Hình 1-13. Tổ máy cáp xun

2. Turbine dòng thẳng

Ở turbine dòng thẳng (hình 1-14), dòng nước theo buồng turbine hình trụ thẳng đi qua Stator trước 1 vào bộ phận hướng dòng 2 và tác động vào BXCT 3 về hạ lưu theo dòng thẳng. Rôtor máy phát điện 4 được gắn vào mút cánh TB, do vậy khi BXCT quay

Hình 1-14. Turbine dòng thẳng

thì cũng chính là rotor quay. Turbine dòng thẳng có cấu tạo phức tạp, đặc biệt là ở các vòng đệm chống thấm vòng quanh mà hiệu suất không cao hơn turbine hướng trục bình thường mấy, nên ít được sử dụng. Trạm thuỷ điện Ortatran ở Liên Xô cũ sử dụng turbine này với công suất turbine N = 6,3MW, cột nước H = 10,5m.

I. 3. 5. Turbine thuận nghịch

Turbine thuận nghịch được dùng trong " tổ máy hai máy" ở các TTĐ tích năng, có khả năng làm việc ở hai chế độ: bơm nước và phát điện. Tổ máy gồm có hai máy: turbine thuận nghịch và máy điện ( "máy phát điện - động cơ điện") làm việc ở 2 chế độ máy phát và động cơ. Tổ máy loại này thay cho các loại tổ máy làm việc ở các chế độ riêng biệt không kinh tế hoặc " tổ máy ba máy ". Nguyên lý làm việc của turbine và máy bơm trái ngược nhau, do vậy để làm việc ở một chế độ cụ thể phải chỉnh chiều quay cánh thích hợp với từng chế độ làm việc. Sau đây là một ví dụ về turbine Capxun thuận nghịch (hình 1-15). Turbine này gồm có các bộ phận chính sau: BXCT 1 là TB thuận nghịch có khả năng thay đổi góc nghiêng cánh theo hai chế độ bơm hoặc turbine; cơ cấu

Hình 1-15. Turbine Capxun thuận nghịch

hướng dòng (CCHD) 2 dạng hình côn thay đổi phù hợp với chế độ bơm hay turnine; "bóng đèn" (capxun) 4 kín nước, được gắn cố định vào bêtông nhà máy nhờ các cột 3. Bên trong cápxun 4 bố trí trục tổ máy trên ổ tựa 6 và ổ chặn 7 và "máy phát - động cơ"

8. Giếng thông 5 được dùng để đặt cáp điện, đường ống dẫn dầu ..v.v...đến động cơ trợ động của BXCT và lên xuống gian máy phía trên. BXCT thuận nghịch có đường kính 5,35m, bốn cánh quay xung quanh bầu với các góc từ -50 đến +350 so với vị trí tính toán. Với công suất 10 MW lưu lựơng bơm được là 105 m3/s khi H = 6m và 225 m3/s khi H = 1m; lưu lượng lớn nhất ở chế độ turnie là 230 m3/s . Vòng quay n = 97,75 v/p, máy phát - động cơ đồng bộ, có điện áp 3,5 kV.