Một Số Quy Định Về Trị Số Giới Hạn Max Trong Tính Bảo Đảm Đc Tổ Máy

3 3

Điểm D'''3( v D ''' , D ''' )

sau 3sec là giao điểm của phương trình đường thẳng:

2 3

C D''' 

2CD '''

( vC vD''') đi qua điểm C 2. Nhưng

D'''3

chưa xác định.

2 3

Trên đoạn BD'': Các điểm có cùng toạ độ (1, 0): B0 B1 B 2 B3 .

3 3

Sau 3sec điểm D''3( v D'' , D'') nằm trên đường thẳng đi qua điểm B1 sau:

B D'' 2( v B vD'') . Điểm D'' cũng chưa được xác định.

1 3 BD '' 1 3 3

Hình 14-15. Đồ giải nước va ống rẽ nhánh.

Cần tìm ba điểm trên:

D'3 ,

D''3 và

D'''3 . Ta đã có ba phương trình chứa ba

điểm trên, cần tìm thêm một điều kiên nữa để xác định chúng. Ở đây ta dựa vào điều

kiện tại điểm giao D của ba ống:

D' D'' D''' và

v D '' v D ' v D '''

để giải

3 3 3 3 3 3

theo các bước sau: - Giả thiết

D' D'' D'''

= a ( là một giá trị nào đó);

3 3 3

- Thay số a vào các phương trình trên để tìm ra các v D ' , v D '' , v D ''' , nếu số a thoả mãn điều kiện v D '' v D ' v D ''' thì giả thiết đúng.

Vậy các điểm D'3 , D''3 , D'''3 được xác định và ta đồ giải tiếp.

Trên đoạn AD':

4 4

+ Tìm điểm A 4 ( v A , A ) , nó là giao điểm của phương trình sau:

3 4

D' A

2

AD '

( vD' v A ) và biên 4 .

5 5

+ Tìm điểm D'5( v D', D') nó là giao điểm của phương trình sau:

4 5

A D' 

2AD '

( vA vD' ) đi qua điểm

A 4 và cần một điều kiện nữa mới

4 5

tìm được điểm D'5 , ta phải xét đoạn ống sau.

Trên đoạn CD''':

+ Tìm điểm C 4 ( vC , C ) , nó là giao giữa phương trình đi qua điểm D''' :

D''' C

2

4 4

( v D ''' vC )

với trục tung (vì vC 0 ).

3 4 CD ''' 3 4

+ Tìm điểm D5''' ( v D''' , D''' ) , nó nằm trên đường thẳng đi qua điểm

C 4 và

5 5

còn một điều kiện nữa sẽ xét sau.

Trên đoạn BD'':

5 5

+ Tìm diểm D5'' ( v D'' , D'' ) , nó nằm trên đường thẳng đi qua điểm B3 sau:

B D'' 2( v B v D '' ) . Còn một điều kiện nữa đẻ tìm điểm D''

3 5 BD '' 3 5 5

Cần tìm ba điểm trên:

D'5 ,

D''5 và

D'''5 . Ta đã có ba phương trình chứa ba

điểm trên, cần tìm thêm một điều kiên nữa để xác định chúng. Ở đây ta dựa vào điều

kiện tại điểm giao D của ba ống:

D' D'' D''' và

v D '' v D ' v D '''

để giải

5 5 5 5 5 5

theo các bước sau: - Giả thiết

D' D'' D'''

= b ( là một giá trị nào đó);

5 5 5

- Thay số b vào các phương trình trên để tìm ra các v D ' , v D '' , v D ''' , nếu số b thoả mãn điều kiện v D '' v D ' v D ''' thì giả thiết đúng.

Vậy các điểm D'5 , D''5 , D'''5 được xác định và ta đồ giải tiếp.

Và cách tiến hành tương tự như trên ta lần lượt xác định các điểm tiếp theo như hình (14-15,b). Nối các điểm A với nhau, nối các điểm D lại ta được các đường biểu diễn quá trình áp lực nước va tương đôi của các mặt cắt.

XIV. 3. BIỆN PHÁP GIẢM ÁP LỰC NƯỚC VA TRONG ỐNG

XIV. 3. 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số áp lực nước va trong đường ống

Qua các công thức tính toán nước va chúng ta có thể nhận thấy những yếu tố có

ảnh hưởng đến trị số của áp lực nước va sau đây:

- Áp lực nước tăng khi vận tốc dòng chảy trong đường ống tăng;

- Chiều dài đường ống càng lớn thì áp lực nước va càng lớn;

- Đường kính ống càng nhỏ thì vận tốc càng lớn và áp lực nước va sẽ lớn;

- Thời gian đóng mở turbine Ts càng ngắn thì áp lực nước va càng lớn;

- Áp lực nướcva phụ thuộc vào quy trình đóng mở turbine;

- Vận tốc truyền sóng nước va có ảnh hưởng lớn đến trị số nước va.

Dựa vào những yếu tố trên ta sẽ tìm biện pháp làm giảm áp lực nước đường ống.

XIV. 3. 2. Các biện pháp giảm áp lực nước va đường ống

Đối với lĩnh vực thiêt kế công trình thuỷ điện ta chú trọng giảm áp lực nước va theo hướng phương hướng: giảm chiều dài đường ống, tăng thời gian đóng mở turbine Ts , tăng đường kính ống. Còn quy trình điều chỉnh turbine do nhà chế tạo máy thuỷ lực đảm nhận. Ta đề cập đến phương hướng công trình sau:

1. Biện pháp giảm chiều dài đường ống: khi đường ống dài có thể rút ngắn chiều dài ống chịu nước va bằng cách tạo mặt thoáng trên đường ống có áp khi xây buồng điều áp (BĐA) trên đường ống. Lúc này chỉ đoạn ống có áp từ BĐA đến turbine mới chịu áp lực nước va. Vấn đề này sẽ được nghiên cứu ở chương XV sau.

2. Biện pháp tăng thời gian đóng mở Ts turbine:

Trong việc nghiên cứu quy trình đóng mở turbine từ từ ta đã thấy cùng với việc kéo dài thời gian đóng mở, phản sóng nước va sẽ xoá bớt áp lực nước va làm giảm trị số nước va gián tiếp và loại trừ hiện tượng nước va trực tiếp trong ống. Tuy nhiên cũng cần

thấy rằng việc tăng Ts

cũng có giới hạn ví nếu tăng thời gian

Ts nhiều vì sẽ làm thay

đổi vòng quay của turbine quá trị số quy định của điều kiện ổn định hệ thống điện và độ bền tổ máy. Vấn đề này sẽ được đề cập rõ ở phần " Tính toán bảo đảm điều chỉnh tổ máy thuỷ lực".

3. Biện pháp giảm tốc độ thay đổi vận tốc dòng nước : Ngoài việc tăng Tsở

trên để giảm tốc độ thay đổi vận tốc dòng nước còn có thể: lắp đặt van tháo không ở buồng xoắn turbine để khi đóng turbine một phần lưu lượng sẽ được tháo bỏ xuống hạ lưu mà không qua BXCT, do vậy mà dù CCHD đóng nhành nhưng vận tốc dòng nước trong ống vẫn thay đổi chậm. Ở turbine gáo người ta dùng thiết bị tách dòng để cắt phần nước thừa khỏi vào BXCT để van kim đóng từ từ giảm áp lực nước va trong vòi phun.

4. Tăng đường kính hay kích thước ngang đường ống: Việc tăng đường kính ống cũng tức là giảm vận tốc dòng nước trong ống, làm giảm lực quán tính dòng nước. Tuy nhiên biện pháp này làm tăng giá thành xây dựng, do vậy phải thông qua so sánh kinh tế dể chọn đường kính ống, như đã được trình bày ở chương đường ống áp lực.

XIV. 4. TÍNH TOÁN BẢO ĐẢM ĐIỀU CHỈNH TỔ MÁY THUỶ LỰC

XIV. 4. 1. Ýnghĩa và nhiệm vụ tính toán bảo đảm điều chỉnh tổ máy thuỷ lực

Công suất của trạm luôn thay đổi theo biểu đồ phụ tải, do vậy cơ cấu hướng dòng hoặc van kim luôn phải điều chỉnh nhanh chóng để đảm bảo công suất phát ra cân bằng với phụ tải. Do đóng mở nhanh sinh ra hiện tường nước va uy hiếp đến an toàn của đường ống và thiết bị turbine. Mặt khác, khi thay đổi phụ tải do khả năng nhạy cảm của CCHD hoặc van kim không thể tức thời do vậy làm phá vỡ sự cân bằng giữa mô men quay và mô men cản, phần năng lượng thừa (hoặc thiếu) sẽ sẽ làm cho vòng quay tổ máy tăng lên (hoặc giảm) so với vòng quay định mức làm thay đổi tần số và điện áp của

lưới điện (tần số lưới điện chỉ cho phép thay đổi không vượt quá

0,1 0,2

Hz so với

trị số định mức), không đam bảo chất lượng cấp điện. Khi vòng quay quá lớn còn làm mất độ bền của máy, đặc biệt nguy hiểm là quá trình cắt tải từ đầy tải sang dừng đột ngột khi có sự côt (lưu lượng turbine từ Qmax xuống Q = 0). Để hệ thống điện làm việc

an toàn và ổn định thì thời gian đóng mở

Ts lấy nhỏ sẽ có lợi, tuy nhiên

Ts nhỏ sẽ làm

cho áp lực nước va tăng lên làm cho độ an toàn của đường ống và turbine sẽ giảm. Vậy, nhiệm vụ của tính toán bảo đảm điều chỉnh tổ máy thuỷ lực là khi thiết kế TTĐ cần xác

định thời gian đóng mở turbine

Ts hoặc các biện pháp khác sao cho vòng quay của tổ

máy và trị số áp lực nước va lớn nhất do điều chỉnh turbine phải nằm trong giới hạn cho

phép. Phần trên ta đã biết cách xác định trị số áp lực nước va tương đối lớn nhất

, nếu gọi độ tăng số vòng quay tương đối lớn nhất là n max n 0

(trong

max

max n 0

đó n max

là vòng quay lớn nhất,

n 0 là vòng quay định mức) thì tiêu chuẩn tính toán bảo

đảm điều chỉnh tổ máy là:

max <maxvà max max

(14-15)

H (m)	> 100	100 - 40	< 40
max	0,15 - 0,3	0,3 - 0,5	0,5 - 0,7

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

Các giá trị cho phép lấy sơ bộ theo tiêu chuẩn ở bảng (14-2) sau đây: Bảng (14-2). Trị số áp lực nước va lớn nhất cho phép

Các trị số cho phép maxkhi cắt toàn bộ phụ tải nằm trong phạm vi: 0,3 - 0,4. Khi đường ống ngắn hay TTĐ có vị trí quan trọng trong hệ thống thì có thể lấy nhỏ hơn.

Trường hợp đặc biệt có thể lấy max 0,5 song phải có luận chứng xác đáng. Trị số

maxsẽ được trình bày cụ thể hơn ở phần tiếp sau đây.

Khi thiết kế TTĐ, các cơ quan thiết kế công trình và nhà máy chế tạo turbine, máy phát điện phải phối hợp tính toán để định ra thời gian đóng mở turbine, mô men đà của máy phát, số vòng quay lớn nhất có thể xảy ra trong vận hành, trị số áp lực nước va trong ống ... sao cho đầu tư vào đường ống kinh tế và đảm bảo an toàn vận hành tổ máy.

XIV. 3. 2. Tính toán xác định độ thay đổi vòng quay tổ máy

1. Thành lập công thức tính

Giả sử ở một thời điểm nào đó công suất turbine là N0 bằng phụ tải lức đó là P0. Sau đó phụ tải giảm xuống P1 còn công suất turbine phải qua một thời gian TS mới giảm

đến trị số N1 , vì vậy công sản ra sẽ thừa một lượng là ( N 0 N1) dt , lấy gần đúng

quy luật giảm công suất theo đường thẳng thì:

( N 0 N1) dt 

N 0 N1 2

2 2

T = J1 0

(14-16)

Hình 14-16. Quá trình thay đổi công suất khi đóng mở turbine.

Trong đó: 0

. n 0

- tốc độ góc ứng với vòng quay định mức n0

(ứng với N0)

. n1 1 30

là tốc độ góc ứng với vòng quay n1

(khi công suất là N1).

G . D2

J = 

G D2

là mô men quán tính của vật quay (trong đó G

là tổng trọng lượng của các bộ phận quay (kG), D - đường kính quán tính khi tất cả các

bộ phận quay được coi là một khối (m)).

GD2 gọi là mômen đà của các bộ phận quay,

khi tính toán vì mô men đà của BXCT turbine nhỏ nên chỉ tính với rô to máy phát.

Thay các trị số trên vào công thức (14-16) và rút gọn ta có:

G D2 2 2 2

G D2 2

( N 0 N1) TS 

3600g

( n1 n 0 ) 

N TS 

3600g

( 2 n 0 n ) n

(trong đó đặt: N N 0 N1 và n n1 n 0 ). Biến đổi vế phải, sẽ có dạng:

G D2 2 2

n n

N TS 

3600g n 0 ( 2 

)

n 0 n 0

(14-17)

Đặt n

n 0

17) viết lại là:

gọi là trị số tương đối của độ chênh tạm thời vòng quay, vậy (14-

G D2 2 2

N TS 3600g n 0 ( 2 ) 

(14-18)

Do công suất N tính bằng kW (1kW = 102 kGm/s) còn mô men đà máy phát

điện GD2 tính theo T.m2 (1T.m2 = 1000 kGm2), g = 9,81 m/s2.Vậy công thức (14-18)là:

1000.G D2 2 2

102 N TS 3600g n 0 ( 2 ) (14-19)

Giải phương trình (14-19) và biện luận chọn nghiệm ta  ta có :

- Trường hợp giảm tải:

1364 N TS

G D2n 2

1

(14-20)

1364 N TS

G D2n 2

- Trường hợp tăng tải:

1 

2. Hiệu chỉnh kết quả tính 

(14-21)

Các công thức tính (14-20) và (14-21) đều là gần đúng do khi thành lập công thức đã không xét đến một số nhân tố ảnh hưởng đến , vì vậy chúng có sai số trong

khoảng (20 - 30) %, nên chúng chỉ được dùng trong tính toán sơ bộ. Để trị số 

hơn cần đưa thêm vào các công thức trên các hệ số sau:

* kkdt kk pt (14-22)

Các hệ số trên có ý nghĩa và cách xác định như sau:

đúng

- Hệ số xét đến sự phụ thuộc thực tế của công suất turbine vào độ mở cánh hướng dòng và vòng quay turbine. Sự phụ thuốc này biểu thị qua đường đặc tính tổng hợp chính của turbine. Được xác định theo công thức sau:



m

k 1

(a)

1 

Ở đây : ( n max 1) ; trong đó

n là vòng quay cực hạn của turbine khi

m n 0

max

cắt toàn bộ phụ tải máy phát mà độ mở turbine chưa thay đổi.

Nếu không biết số vòng quay cực hạn này thì m có thể lấy gần đúng như sau:

+ Đối với turbine phản kích: m 0,0016 ( ns 350 ) ;

+ Đối với turbine xung kích: m = 0,8.

= 0,55 dùng cho turbine xung kích hoặc phản kích có tỷ tốc

ns <150

= 0,45 dùng cho turbine phản kích thông thường ( ns = 200 - 300 );

= 0,35 dùng cho turbine phản kích có tỷ tốc lớn.

- Hệ số xét đến độ nhạy của thiết bị điều tốc, trong thực tế điều tốc khởi động chậm trễ so với sự thay đổi phụ tải, thời gian chậm trễ T = 0,15 - 0,3 sec:

T

k dt 1 2

(b)

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của nước va làm thay đổi cột nước, ảnh hưởng công suất của turbine:

k 1 m 0,5 ⎡1( t f

) 2 t f

1)⎤

(c)

⎣

m

⎢Ts

⎥

Ts ⎦

max

- Hệ số xét đến ảnh hưởng của sự thay đổi phụ tải trong quá trình điều chỉnh. Hệ số này phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố, như tính chất của các nguồn điện, công suất và

loại TTĐ khác cùng làm việc trong hệ thống điện ... Trị số

k pt

bao giờ cũng nhỏ hơn 1

vì có hiện tượng tự điều chỉnh phụ tải, nghĩa là phụ tải tự nó hơi tăng lên một chút khi giảm tải (vì số vòng quay và tần số tăng khi giảm tải) hoặc giảm đi một chút khi tăng tải. Ngoài ra còn vì khi bỏ phụ tải hiện tăng số vòng quay không những bị mô men đà của tổ máy ấy cản trở mà còn bị cản trở bởi mô men đà của những máy điện khác trong

hệ thống điện nữa. Trong t toán để an toàn lấy

khi có sự cố.

k pt = 1 ứng với trường hợp c tải toàn bộ

3. Một số quy định về trị số giới hạn max trong tính bảo đảm đc tổ máy

Trị số max thường lấy ứng với chế độ cắt tàon bộ phụ tải, do nhà máy chế tạo cho trước. Nếu không có số liệu thì có thể lấy như sau:

- Đối với TTĐ sau đập có đường ống dẫn thì max = 0,4;

- Đối với TTĐ ngang đập:

max = 0,25 - 0,3;

- Đối với TTĐ có máy phát nhỏ, vòng quay lớn: max  0,50;

- Đối với TTĐ có turbine cánh quay: max  0,3;

- Đối với TTĐ đường dẫn, công suất nhỏ: max  0,70

- Trường hợp nhậ tải đột ngột từ 0 đến đầy tải thì max = 0,50. Tuy nhiên điều này hiếm có vì chỉ có thể tăng trong thời gain từ 15 - 30 sec chứ không thể trong 2, 3 sec, nhất là đối với turbine cánh quay có công suất lớn. Do đó để tránh phức tạp cho công trình và giá thành xây dựng cao, nên thường chấp nhận max > 0,5.

- Trường hợp cắt giảm phụ tải khi máy ph không chạy hết công suất thì:

+ Giảm từ 75 % công suất đến 0 thì:  = 0,65 max

+ Giảm từ 50 % công suất đến 0 thì:  = 0,45 max

+ Giảm từ 25 % công suất đến 0 thì:  = 0,25 max

Chương XV: BUỒNG ĐIỀU ÁP

XV. 1. CÔNG DỤNG VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BUỒNG ĐIỀU ÁP

Như đã trình bày ở chương XIV, một trong những biện pháp giảm áp lực nước va trong đường ống áp lực có chiều dài lớn là xây dựng buồng điều áp (BĐA). Khi có mặt BĐA sẽ tạo thành hệ thống dẫn nước áp lực: đường dẫn - BĐA - ống turbine. Buồng điều áp dùng để bảo vệ đường dẫn nước áp lực khỏi nước va, làm giảm trị số áp lực nước va trong ống turbine và cải thiện việc điều chỉnh công suất của turbine thủy lực.

Hình 15-1. Sơ đồ bố trí BĐA và sơ đồ làm viêc của BĐA.

1- cửa lấy nước; 2- BĐA thượng lưu; 3- đường dẫn áp lực; 4- vị trí đặt BĐA có lợi về nước va; 5- ống turbine; 6- nhà máy ; 7- BĐA hạ lưu; 8- đường tháo áp lực; 9- giếng thông khí.

Việc cần thiết phải xây dựng BĐA hay không tùy thuộc vào chiều dài đường dẫn hoặc đường tháo nước có áp (đối với TTĐ ngầm) và tốc độ dòng chảy trong ống. Chỉ tiêu chung để đặt vấn đề xây dựng BĐA là hằng số quán tính của đường ống Tl xác định

theo công thức:

T Qmax

n Li

. Nếu T

> 3÷6 s thì cần thiết xây dựng Buồng điều

l g.H F l

áp.

0 i1 i

(trong đó Li, Fi là chiều dài, diện tích đoạn ống thứ i. H0 là cột nước tỉnh của trạm).

Tuy nhiên quyết định cuối cùng của việc xây BĐA hay không phải qua tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật giữa BĐA và các biện pháp chống nước va khác thay thế BĐA.

Vị trí BĐA càng gần turbine thì đường ống turbine càng ngắn, do vậy càng giảm được áp lực nước va trong ống. Bởi vậy người ta mong muốn đặt BĐA càng gần nhà máy càng tốt (vị trí 4 trong hình 15-1,a). Tuy nhiên điều đó sẽ có thể dẫn đến làm tăng chiều cao BĐA. Để giảm chiều cao BĐA, thường đặt nó ở phía trên chỗ gập của tuyến (vị trí 2) ống áp lực. Trên đường tháo nước có áp quá dài của TTĐ ngầm, BĐA hạ lưu được đặt gần trực tiếp ở cửa ra của ống xả.

Hình (15-1,b) trình bày sơ đồ nguyên lý làm việc của buồng điều áp thượng lưu. BĐA sẽ làm việc khi lưu lượng của đường ống áp lực thay đổi, có liên quan đến thay đổi công suất turbine. Khi phụ tải giảm, cơ cấu hướng dòng đóng bớt, lưu lượng trong ống dẫn turbine đột ngột giảm từ lưu lượng đầu (Qđ) đến lưu lượng cuối (Qc). Lúc nầy do quán tính, nước phía đường dẫn vẫn chảy về và làm dâng mực nước trong BĐA. Ở chế độ ổn định khi lưu lượng trong đường dẫn ( Qđd ) cân bằng với lưu lượng trong đường ống turbine ( Qtb ) thì mực nước trong BĐA nằm thấp hơn mực nước hồ một đoạn bằng tổng của tổn thất cột nước và cột nước lưu tốc: Zđ . Từ mực nước này, sau khi giảm tải mực nước sẽ dâng lên và đạt đến mực nước cao nhất nào đó Zm1 rồi bắt đầu hạ đến mực nước Zn1. Quá trình giao động tiếp theo sẽ tắt dần và ổn định ở vị trí Zc thấp hơn mực nước ở hồ tương ứng với chế độ ổn định mới của Qtb.Nếu đóng hoàn toàn độ mở turbine với Qtb = 0 thì mực nước cuối cùng trong BĐA sẽ ổn định bằng cao trình mực nước hồ.

Khi tăng tải, lưu lượng tăng từ Qđ đến Qc > Qđ, lúc này do đường dẫn ở xa chưa kịp tăng lưu lượng cho kịp với yêu cầu do vậy ống dẫn turbine sẽ lấy nước từ BĐA, làm cho mực nước trong BĐA hạ xuống và hạ xuống đến trị số cực tiểu nào đó Zn1 rồi sau đó ổn định ở cao trình đáp ứng phụ tải mới, thấp hơn mực nước hồ một đoạn Zc.

XV. 2. CÁC LOẠI BUỒNG ĐIỀU ÁP

Việc hình thành các loại buồng điều áp trong thực tế phải thoả mãn ba yêu cầu căn bản sau đây: bảo đảm trạm thuỷ điện làm việc ổn định, nhanh chóng tắt giao động mực nước trong BĐA, bảo đảm khối lượng xây dựng nhỏ. Những yêu cầu này có liên quan đến sự làm việc của hệ thống đường dẫn - ống turbine và các thiết bị liên quan.

XV. 2. 1. Các loại buồng điều áp

BĐA có thể chia làm bốn loại cơ bản sau (hình 15-2) sau đây:

Xem toàn bộ nội dung bài viết ᛨ