Đồ Giải Đối Với Bđa Hình Trụ Có Cản Phụ

Biểu diễn hai phương trình trên lên hệ trục toạ độ v0z như hình (15-12,a) và biểu

Hình 15-12. Biểu diễn các đường lên hệ trục voz.

1- đường

V = (Z - htt); 2- đường Z = -f t /F; 2' - đường 3- dường htt = V2; 4- đường Z = f(v).

Z = Q t/F - fV t/F

diễn các đường lên hệ toạ độ:

- Phương trình (15-29) là một đường thẳng: khi cắt toàn bộ phụ tải ( QTC = 0) thì nó là

đường thẳng 2 qua gốc toạ độ ( Z 

Có thể bạn quan tâm!

• Một Số Quy Định Về Trị Số Giới Hạn Max Trong Tính Bảo Đảm Đc Tổ Máy
• Tuabin thủy lực - 29
• Trường Hợp Không Xét Tới Sức Cản Thuỷ Lực
• Phân Loại Theo Điều Kiện Nhà Máy Chịu Áp Lực Nước Thượng Lưu
• Phân Loại Và Các Bộ Phận Của Máy Phát Điện Thuỷ Lực
• Bố Trí Và Và Kết Cấu Phần Trên Nhà Máy Thuỷ Điện

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

f Vt ) ; khi Q

> 0 thì là đường thẳng 2' song

F TC

song với với đường thẳng trên và đi qua hai điểm (0, QT .C t ) và (

F

QT .C

F

;0)

- Đường tổn thất cột nước

htt

V 2

là đường cong 3 đi qua gốc toạ độ;

- V = ( Z - htt ) là đường thẳng 1 qua gốc toạ độ, làm với trục z một góc .

a- Tính toán khi cắt tải: Lấy trường hợp đột ngột cắt toàn bộ phụ tải, nghĩa là lưu lượng qua turbine cuối cùng bằng không (QT.C = 0). Trường hợp này đường Z qua gốc toạ độ - đường 2 (hình 15-13).

Hình 15-13. Đồ giải BĐA trụ khi đột ngột cắt hết tải.

1- đường V = (Z - htt); 2- đường Z = -f t /F; 3- dường htt = V2; 4- đường Z = f(v); 5- Z = f(t)

Cách tiến hành đồ giải như sau:

- Khi chưa thay đổi phụ tải, vận tốc trong đường dẫn V0, mực nước trong BĐA thấp hơn thượng lưu một đoạn bằng tổn thất cột nước, từ trục v xác định vận tốc V0 và dóng xuống gặp đường 3 được điểm 0, là mực nước trong buồng đầu thời đoạn t1;

- Tìm mực nước trong BĐA và vận tốc đường dẫn ở cuối thời đoạn t1 như

sau:

đoạn;

+ Từ đường 2 đo được Z1 là độ tăng mực nước ở trong buồng cuối thời

+ Từ điểm 0 đặt lên một đoạn bằng Z1 và xác định mực nước cuối thời

đoạn t1 là Z1 = Z0 + Z1, đồng thời vận tốc trong đường dẫn cũng thay đổi một lượng

V1, do vậy từ điểm 0 kẻ đường thẳng song song với đường 1. Giao điểm I của đường này và mực nước Z1 xác định vị trí mực nước và vận tốc đường dẫn cuối thời đoạn t1;

- Tìm mực nước trong BĐA và vận tốc đường dẫn ở cuối thời đoạn t2 như

sau:

Từ điểm I cuối thời đoạn t1, cũng là đầu thời đoạn t2, kẻ đường thẳng đứng

qua điểm I cắt đường 3 tại điểm I'. Tìm mực nước cuối thời đoạn t2 bằng cách từ điểm I lấy lên một đoạn Z2, giao điểm giữa đường ngang kẻ qua Z2 = Z1 + Z2 với đường kẻ từ điểm I' và song với đường 1 là điểm II - biểu thị mực nước trong BĐA và vận tốc trong đường dẫn cuối thời đoạn t2.

- Các thời đoạn tiếp theo cũng xác định theo cách như trên, ta xác địnhđược các điểm III, IV, V, ... nối chúng lại ta được đường biểu thị mực nước 4 trong BĐA, cuối cùng mực nước sẽ giao động và tắt dần ở gốc toạ độ (ứng với VC = 0. Đường 5 là đường biểu thị sự biến thiên mực nước trong buông điều áp Z = f(t).

Trường hợp giảm tải từ lưu lượng ban đầu (QT.0) đến cuối khác không (QT.C > 0) cách tiến hành đồ giải cũng tương tự, chỉ khác là dùng đường 2' (hình 15-12) có

phương trình ( Z QTC t 

F

f Vt ) thay cho đường 2 và giao động cuối cùng nằm

F

trên đường 3 ứng với vận tốc cuối đường dẫn VC.

b- Tính toán khi tăng tải: Xét trường hợp tăng tải đột ngột từ ban đầu (QT.0) đến lưu lượng cuối nào đó (QT.C). Việc thay đổi lưu lượng (QT.C - QT.0) tương ứng với việc nhận tải của một hoặc một số tổ máy. Khi đó việc tính toán vẫn giữ nguyên đường 1 và

3 còn đường 2 vẽ từ phương trình: Z QTC t 

F

f Vt F

đi qua điểm có VC = QT.C/f.

Việc đồ giải xuất phát từ diểm 0 nằm trên đường 3, ứng với VO = QT.0 /f (hình 15-12,b) . Sau thời đoạn t1, mực nước hạ xuống đoạn Z1 (đo được trên đường 2), từ điểm 0 hạ xuống một đoạn Z1 ta được mực nước cuối thời đoạn t1 là Z1 = Z0 + Z1, đồng thời sau t1 vận tốc thay đôỉ một lượng V1, do vậy giao của đường ngang Z1 và đoạn thẳng kẻ từ 0 song song với đường 1 là điểm I của đường Z = f(V). Sau đó xác định các điểm II, III, ..., VIII, ... bằng cách tương tự. Nối các điểm 0, I, ..., VIII ... ta được đường 4 là đường Z = f(V) và xác định được điểm V có mực nước hạ thấp nhất trong BĐA.

2 . Đồ giải đối với BĐA hình trụ có cản phụ

a- Tính toán khi giảm tải:

Khi đột ngột giảm tải từ lưu lượng ban đầu (QT.0) xuống lưu lượng cuối bằng không (QT.C = 0). Đầu thời đoạn mực nước trong BĐA là (hình 15-14,a):

L V 2 V 2

Z h  (  1)00

0 tt.0 d cb 2g 2g

Sau khi ngắt tải, tất cả lượng nuớc trong đường dẫn sẽ đổ vào BĐA, ở nút cản

V 2

phụ sẽ có tổn thất ban đầu là h.0(tương ứng với QT.0), tổn thất này được xác

0 2g

V 2

định từ công thức: h. 2g . Tổng tổn thất cột nươc trong đường dẫn và nút cản sẽ là:

V 2

htt

 ().

2g

(15-30)

Từ (15-30) vẽ được đường htt = f(V) (đường 6). Cũng bằng cách đồ giải tương tự như đã làm với BĐA hình trụ, xuất phát từ điểm 0 ứng với VO ta xác định được đường mực nước Z = f(V) trong BĐA (đường 4) trong trường hợp cắt tải (hình 15-14,a). Để có được đường cong biểu thị sự thay đổi mực nước ở mặt cắt cuối đường dẫn Zđd = f(V) - đường 7 (hình 15-14,a), từ đường 4 ta cộng thêm tung độ cột nước tổn thất hcủa nút cản.

Hình 15-14. Tính toán đồ giải BĐA có cản phụ.

a)- trường hợp cắt tải QT.0 đến QT.C = 0; b)- trường hợp tăng tải từ QT.0 đến QT.C

b- Tính toán khi tăng tải:

Khi đột ngột tăng tải từ lưu lượng ban đầu QT.0 đến QT.C , độ chênh áp lực ở nút cản phụ khi nước từ buồng điều áp vào ống turbine được xác định theo công thức:

(V V )2

h.TC

2g

(15-31)

Trong đó VT.C = QT.C / f - là vận tốc trong đường dẫn ứng với lưu lượng cuối, còn hệ số tổn thất nút cản lấy khác với khi giảm tải. Độ chênh lệch áp lực làm tăng gia tốc dòng chảy trong đường dẫn, bởi vậy cần cộng thêm hiệu Z - htt, ta được đường xiên nét đứt (hình 15-14,b). Sự thay đổi mực nước trong BĐA với thời đoạn t được xác định từ công thức: Z QTC fV t , với QT.C là hằng số.

F

Việc tính bằng đồ giải bắt đầu từ điểm I trên đường htt = f(V) - đường 3 tương ứng với chế độ ổn định với turbine bằng lưu lượng ban đầu trong đường dẫn. Tiến hành đồ giải tương tự như đã làm đối với BĐA hình trụ khi tăng tải và xác định được đường mực nước trong BĐA theo V, đường 4 (hình 15-14,b).

3. Đồ giải đối với BĐA hai buồng

Hình 15-15. Đồ giải BĐA hai buồng.

a- Tính toán ngăn trên khi ngắt tải:

Tính toán đồ giải BĐA với buồng trên có đập tràn hình vòng khi cắt tải từ lưu lượng ban đầu QT.O xuống lưu lượng cuối bằng không (QT.C = 0). Khi đồ giải ta vẫn sử dụng phương trình động lượng (15-26), trong đó tổn thất cột nước htt tính đến tổn thất ở nút cản (hình 15-15,a), phương trình liên tục được biểu thị bằng thể tích nước, dạng:

W = f.V.t' (15-31)

Để xác định chiều cao nước dâng trong phạm vi giếng đứng ZG trong thời đoạn

t ta dùng biểu thức:

ZG

f .t ''

V

F

(15-32)

2ghT

Trong (15-32) ta chọn thời đoạn t" < t' trong (15-31) vì mực nước trong giếng dâng lên nhanh hơn trong buồng trên. Khi vượt khỏi ngưỡng tràn, nước sẽ tràn qua đập

f 2V 2

3

2g2 D 2 2

tràn vòng vào buồng trên với lớp nước tràn hT, xác định từ: fV = DhT

hT (15-33)

, và:

Trong đó: D là đường kính đập tràn vòng, thường lấy bằng đường kính giếng;

 - hệ số lưu lượng của tràn vòng.

Từ các công thức trên ta vẽ trên hệ toạ độ (hình 15-15,a) các đường:

- Đường 1' và 1" biểu thị quan hệ V = f[Z - (htt + h)] với t' và t" ;

- Đường ZG = f(V) theo công thức (15-32);

- Đường W = f(V) theo công thức (15-31) với t' ;

- Đường hT = f(V) theo công thức (15-33);

Tiến hành đồ giải bắt đầu từ việc vẽ đường cong tổn thất 6 từ cửa lấy nước đến BĐA bao gồm cột nước tổn thất ở nút h: htt + h= kV2 = f(V) . Trước khi cắt tải, mực nước trong BĐA ở cao trình Z0, sau thời đoạn đầu t" < t' mực nước trong BĐA nhanh chóng tăng lên một đoạn Z1. Việc đồ giải tiến hành tiếp theo tương tự như đối với BĐA hình trụ cho đến khi đạt ngưỡng tràn (điểm IV) (hình 15-15,a). Điểm IV được xác định là giao điểm giữa đường hT = f(V) với đoạn mực nước 4 kéo dài III - IV'. Bắt đầu từ điểm IV mực nước trong BĐA theo đường hT = f(V) và các điểm V, VI, ..., IX được xác định theo phương trình động lực 1' với t' > t". Ta xác định được mực nước lớn nhất là Zm tương ứng với điểm IV.

Tương ứng với các thời đoạn ta đo được trên đường W = f(V) các giá trị dung tích WIV, WV, ..., WIX và tính được thể tích trữ nước buồng trên là:

WB.T = WIV + WV + ... + WIX

b- Tính toán trường hợp tăng tải :

Tính toán buồng dưới của BĐA hai buồng với ta dùng trường hợp tăng tải đột ngột từ lưu lượng ban đầu QT.O lên lưu lượng cuối QT.C. Trước hết cần xác định sơ bộ kích thước và cao trình trần buồng dưới (hình 15-15,b). Có diện tích buồng dưới và giếng đứng ta xây dựng đường quan hệ giữa thể tích của chúng theo mực nước Z theo các công thức sau đây tương ứng với giếng đứng và buồng dưới:

WG = FG. Z ( với Z  Z') WBD = FBD ( Z - Z')

Ở đây : Z' là cao trình trần buồng dưới.

Sau đó ta xây dựng đường gia số thể tích nước từ BĐA cần bổ sung cho cho ống turbine sau mỗi thời đoạn t là: W = ( QT.C - f V )t. Các đường V = f(Z - htt) và đường htt = f(V) cũng được xây dựng như đối với BĐA hình trụ.

Tiến hành tính toán đồ giải bắt đầu từ vận tốc ban đầu V0 = QT.0/f, có điểm I. Sau thời đoạn t1, BĐA có thể bổ sung cho ống turbine một lượng nước W1, đặt nó từ điểm A trên đường WG = f(Z) và dóng tìm được vị trí mực nước ở cuối thời đoạn t1 là Z1. Kết hợp (Z1 - Z0) với đường V = f(Z - htt) ta được điểm II đầu thời đoạn t2, và đo được W2. Đặt W2 lên đường WBD = f (Z) tìm được mực nước Z2 cuối thời đoạn t2. Sau đó tiến hành đồ giải lặp lại và nối các điểm I, II, ..., VIII được đường mực nước 4 trong BĐA, mực nước cuối cùng giao động quanh điểm B ứng với VT.C = QT.C/f. Ta tìm được mực nước thấp nhất trong BĐA là Zn (điểm VIII) và xác định được thể tích nước lớn nhất của buồng dưới là WBD trên đường WBD = f (Z) WBD = f (Z) hình (15-15,b).

XV. 6. VẤN ĐỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG BUỒNG ĐIỀU ÁP

Trong vận hành TTĐ thường xảy ra hiện tượng mực nước giao động nhỏ gây nên do phụ tải thay đổi nhỏ, làm thay đổi cột nước dẫn đến công suất phát ra không ổn định. Do vậy vấn đề ổn định mực nước trong BĐA đã được nhiều nhà khoa học nghiên cưu, kết quả đáng chú ý là của nhà khoa học Tôma công bố năm 1910. Với công trình nghiên cứu của mình Tôma đã đưa ra một số điều kiện của BĐA để Trạm thuỷ điện làm việc ổn định, đó là: diện tích giới hạn mặt cắt ngang của buồng điều áp và trị số tổng tổn thất cột nước của hệ thống đường áp lực cần đạt được để bảo đảm TTĐ làm việc ổn định.

1. Trị số diện tích giới hạn

Tôma đã xét trường hợp vì một lý do nào đó mực nước trong BĐA thay đổi một lượng nhỏ Z, thiết bị điều tốc phải thao tác điều chỉnh để tăng hoặc giảm lưu lượng một lượng Q để đảm bảo giữ cho công suất phát ra là hằng số. Tôma đã dựa vào những điều kiện này để giải bài toán và đưa ra công thức xác định diện tích phân giới sau:

a- Khi TTĐ làm việc độc lập:

F 

Lf (1 )



0

(15-34)

pg 2ga H '

 2htt.0

(1 )

b- Khi TTĐ làm việc trong hệ thống:

F Lf (1 )

(15-35)

0

pg 2gaH '

 2htt.0

(1 )

Trong các công thức:

a là hệ số tổn thất: trong công thức htt = aV2; H0' = H0 - httd - htt.0 , (khi Q0 = Qmax)

( httd, htt.0 - tương ứng là tổn thất trong đường dẫn và trong ống turbine)

H 0 

0 H

0

Trong đó: 0 là hiệu suất turbine ứng với H ’ và vòng quay định mức;

/ H tìm trên đường đặc tính toongr hợp chính của turbine.

1 Nlm , (trong đó: Nht là tổng công suất lắp máy của hệ thống).

Nht

2. Trị số tổn thất cột nước

Tổng tổn thất cột nước trên đường dẫn (httd) và tổn thất trong đường ống turbine (htt.0 ) phải nhỏ hơn một phần ba cột nước tỉnh (H0) là điều kiện ổn định thứ hai trong BĐA là: httd + htt.0 < H0 / 3 (15-36)

Có tiết diện giới hạn (Fpg), ta chọn tiết diện ngang của BĐA (F) theo điều kiện: F  (1,1÷1,15) Fpg và đảm bảo điều kiện (15-36) thì bảo đảm làm việc ổn định .

XV. 7. KHÁI QUÁT VỀ THIẾT KẾ BUỒNG ĐIỀU ÁP

Nội dung và các bước lựa chọn và thiết kế BĐA gồm những phần sau:

1. Dựa vào hằng số quán tính T1 của hệ thống dẫn nước áp lực để xét có cần đưa phương án xây buồng điều áp vào thành phần hệ thống dẫn nước hay không;

2. Theo điều kiện địa hình, địa chất, vật liệu xây dựng, điều kiện làm việc của TTĐ tiến hành bố trí vị trí và chọn loại BĐA thích hợp;

3. Định kích thước tiết diện ngang (F) của BĐA tối thiểu dựa vào điều kiện ổn định mực nước của Tôma ( theo các công thức15-34, 15-35 và 15-36), từ đó đưa ra một số phương án về kích thước BĐA;

4. Tính toán thuỷ lực xác định các mực nước lớn nhất và nhỏ nhất để xác định đỉnh buồng và cao trình đặt đường dẫn và ống turbine;

5. Tính toán kết cấu BĐA và tính toán kinh tế - năng lượng để chọn phương án

BĐA.

Khi thiết kế BĐA nên chú ý một số vấn đề sau:

- BĐA nên chọn hình thức đào một phần trong đá đủ để lợi dụng đá núi tham gia chịu lực cùng với vỏ BĐA sẽ kinh tế hơn. Đối với TTĐ sau đập nên chọn BĐA lộ thiên, đối với TTĐ đường hầm dẫn nước dài qua đá chắc nên dùng loại BĐA hai buồng;

- Vị trí đặt BĐA để dung hoà giữa khối lượng BĐA và trị số áp lực nước va nên đặt trước nơi giao gữa tim đường dẫn và ống turbine hoặc nơi rẻ nhánh các đường ống. Đáy BĐA cao hơn đỉnh đường hầm từ 2 đến 3m bằng đoạn nối;

- Tính toán kết cấu BĐA theo ba trường hợp sau:

+ Mực nước trong BĐA cao nhất, do đó áp lực và trọng lượng nước lớn nhất;

+ Mực nước trong BĐA thấp nhất, trường hợp này áp lực nước bên ngoài cao nhất hoặc áp lực vữa phun cùng áp lực chủ động của nham thạch quanh BĐA và lực đẩy từ dưới đáy lên là cao nhất;

+ Những trường hợp trên cộng thêm ứng lực nhiệt độ và co ngót trong tương

ứng

Tính toán kết cấu BĐA chủ yếu là tính phần thân bể và tấm đáy của BĐA.

Phần II.b

NHÀ MÁY CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN

Chương XVI. NHÀ MÁY T.Đ VÀ CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

Nhà máy của trạm thủy điện là nơi chứa các thiết bị động lực chính (turbine, máy phát điện) ngoài ra còn bố trí các thiết bị phụ để đảm bảo vận hành an toàn cho các thiết bị chính như: hệ thống các thiết bị điện: tủ điều khiển, thiết bị tự động, thiết bị bảo vệ, thiết bị phân phối điện, máy biến áp; các hệ thống phụ thuỷ lực; các xưởng sửa chữa và thử nghiệm ... Tất cả các thiết bị trên cần phải bố trí một cách hợp lý và thuận tiện, yêu cầu quá trình vận hành tốn kém ít nhất, an toàn, có hệ số lợi dụng các thiết bị cao nhất.

XVI. 1. KHÁI QUÁT VỀ THÀNH PHẦN NHÀ MÁY TĐ

XVI. 1. 1. Nhà máy TĐ và bố trí thiết bị trong nhà máy

Nhà máy thủy điện được chia làm hai phần, lấy cao trình sàn máy phát làm ranh giới phân chia: phần dưới nước và phần trên khô. Phần trên là kết cấu nhà công nghiệp thông thường chứa hệ thống cầu trục, các phần trên của máy phát điện, tủ điều khiển tổ máy và thiết bị điều tốc... Phần dưới nước chủ yếu chứa các bộ phận dưới của máy phát, ống áp lực, buồng turbine, BXCT, ống xả và bố trí hệ thống thiết bị thiết bị phụ cơ điện.

Hình 16-1. Các bộ phận công trình và thiết bị của nhà máy thuỷ điện.

1- Gian máy. 2- Cầu trục gian máy. 3- Nhà đặt van. 4- Lưới chắn rác. 5- Rãnh van. 6- Buồng xoắn.

7- Giếng turbine. 8- BXCT của turbine. 9- Ống xả. 10- Phòng phân phối. 11- Máy phát điện kiểu ô 12- Cắt ngang dàm đỡ cầu trục. 13- Cột đỡ dầm cầu trục. 14-MBA; 15- động cơ tiếp lực.

Hình (16-1) là mặt cắt ngang nhà máy thủy điện ngang đập, mô tả các bộ phận chính và vị trí đặt các thiết bị của một nhà máy thuỷ điện.Trong nhà máy, ngoài các tổ máy phát điện còn có cầu trục dùng để lắp ráp và vận chuyển các cụm lớn của turbine,