Tính Toán Buồng Xoắn Theo Phương Pháp Vtb = K

Ri Ri

Qi 

dQ Vu. b.dr ; vì Vu.r = K nên Vu = K/r, vậy ta có:

ra ra

Ri K

Ri b

Qtt 

Qi 

ra

b dr K 

r ra

dr 

r 360 i

( 2-1 )

Hình 2.8. Sơ đồ lập công thức tính toán buồng xoắn.

Sau đây ta áp dụng những công thức trên để tính toán cụ thể cho hai loại buồng xoắn: mặt cắt tròn ( hoặc ellipsse) và buồng xoắn mặt cắt đa giác.

a. Tính toán buồng xoắn mặt cắt tròn (hoặc ellipsse):

Nội dung của việc tính toán buồng xoắn là vẽ ra được đường bao xoắn và xác định mặt cắt ngang của buồng xoắn (hình 2-9,b), nghĩa là phải xác định ra được quan hệ giữa góc i , bán kính Ri và diện tích mặt cắt ngang tương ứng Fi.

Ri b



Q max

Từ (2-1) đặt Si

dr , vậy Qi = K.Si và K = Qi/Si, vì K = hằng số nên K =

Qtt .max

V u. .360

ra r

Smax

Gọi bán kính măt cắt cửa vào (ứng với 

max

) là ρmax = ,

ra ra 2

Coi là tiết diện tròn nên ρi2 = ( bi/2 )2 + ( ri - a)2, rút ra bi và thay vào Si ta có Si và thay vào (3-1) ta có góc :

720. K.

i Qtt

ra 

rara2cra

Trong công thức c = ( 720.K.π) / Qtt = hằng số. Giải phương trình i

ta có được :



i 



2 ra

i

c

i c

(2-2)

Từ (2-2) nếu biết c mà định ra i ta sẽ tìm ra i . Dựa vào điều kiện biên ở cửa vào, có:

ra max 

rara2 max

c = max

= hằng số (2-3)

Đã có hằng số c ta định ra các góc i và lập bảng tính ( bảng 2-2 ) sau:

Bảng 2-2. Bảng tính toán xác định kích thước buồng xoắn tròn ( hoặc ellipsse)

i

i c	 2 ra i c	i 2 ra c	i	2 i	Ri 2 i ra

Có thể bạn quan tâm!

• Tuabin thủy lực - 1
• Tuabin thủy lực - 2
• 1. Vòng Bệ, Cơ Cấu Hướng Dòng, Trục Của Tb. Phản Kích
• 3. Điều Kiện Xảy Ra Khí Thực Và Hệ Số Khí Thực
• Điều Kiện Tương Tự Về Động Lực Học
• Tuabin thủy lực - 7

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

Các bước tính toán lập bảng 2-2 như sau:

- Chọn góc bao max

như đã trình bày trên;

- Từ bảng 3 tra ra kích thước đường kính trong và ngoài của vòng bệ CCHD;

- Xác định mặt cắt buồng xoắn cửa vào Fmax định ra ρmax tính ra hằng số c theo (2-3)

- Định ra các góc ϕi từ 0 đến ϕmax và tương ứng tính ra ρi theo (2-2) và xác định Ri.

Từ quan hệ ϕi ~ Ri vẽ ra đường xoắn và từ quan hệ ρi ~ Ri vẽ mặt cắt ngang tương ứng xem (hình 2-9,b).

Hình 2-9. Tính toán buồng xoắn mặt cắt tròn hoặc ellipse.

b. Tính toán buồng xoắn mặt cắt đa giác

Từ lưu lượng lớn nhất ở cửa vào buồng xoắn Qmax và kinh nghiệm chọn được chi tiết kích thước ( m, n, bo , tỷ số b/a, các góc δ ,γ ) tính ra diện tích mặt cắt cửa vào Fmax và dựa vào tốc độ trung bình Vu định ra mặt cắt lớn nhất. Các mặt cắt khác coi như xếp chồng tỳ lên trên các đường AC và EH ứng với các Ri khác nhau từ Rmax đến ra

(hình 2-10). AC và EH có thể quan niệm theo đường thẳng hoặc đường cong bậc hai hoặc ba.Thực tế quan niệm đường cong hợp lý hơn. Sau đây là cách tiến hành tính toán:

Hình 2-9a

Hình 2-10. Sơ đồ tính buồng xoắn đa giác.

Từ Qi = K.Si ta cần tìm

Ri

Si 

ra

b dr . Ta có thể dùng phương pháp đồ giải để

r

xác định Si là diện tích của b/r và r. Do vậy trước tiên ta cần phải vẽ các đường quan hệ r ~ b/r ( là các đường mnab của mặt c cửa vào, đường miniab của mặt cắt thứ i, ..v.v... ) dựa theo tính toán ở bảng tính 2-3. Cách tính toán như sau:

- Ứng với mặt cắt cửa vào ABCHDE ta định các ri ( từ Rv đến rb ) và tương ứng đo được bi rồi tính ra bi/ri, dùng cột r ~ b/r vẽ ra các đường mnab (hình 2-10);

- Ứng với mặt cắt khác ta cũng làm tương tự và dùng cột r ~ b/r vẽ các đường khác. Đo diện tích giới hạn giữa các đường vừa vẽ và trục r ta sẽ có được Si tương ứng. Với Smax ta tính ra được hằng số K = Qmax/Smax và tính ra i theo công thức:

i 

max

. Si

Smax

(2-4)

Bảng 2-3. Bảng tính toán buồng xoắn đa giác

Mặt cắt ABCHDE

r	Rv	R4 ...	......	ra	rb
b	bv			b0	b0
b/r
M. cắt A'B'CHD'E'	r	R4	R3		ra	rb
	b	bi			b0	b0
	b/r	bi/ri
Mặt cắt ......	r
	b
	b/r

Để tiện tính toán xác định các mặt cắt bất kỳ nào đó ta tiến hành vẽ đồ thị quan hệ  ~ r, Q ~ r và V ~ r . Cách vẽ các đường này như sau:

- Với mỗi r ta có S và dựa vào (3-4) ta tính được  và vẽ được quan hệ  ~ r.

- Với mỗi  có r và tính ra Q = Qtt. / 360 và vẽ được quan hệ r ~ Q.

- Với từng r có Q và đo được diện tích F, tính ra được V = Q/F và vẽ được r ~ V. Từ các đường này ta dễ dàng tra và vẽ đường xoắn và mặt cắt buồng xoắn.

2. Tính toán buồng xoắn theo phương pháp Vtb = K

Trong tính toán buồng xoắn theo quy luật Vu.r = K cho ta vận tốc trung bình tại các tiết diện sẽ khác nhau, điều này dẫn đến tổn thất thuỷ lực dọc chiều dài buồng xoắn khác nhau như vậy trị số cột nước khác nhau, gây nên tải trọng lên BXCT không đều làm mòn ổ trục và gây rung động máy. Cột nước càng thấp thì càng ảnh hưởng xấu này càng lớn, do vậy A.A Berêrơnôi đưa ra phương pháp tính này. Phương pháp sử dụng được áp dụng với H < 40 m. Phương pháp Vtb = K coi tốc độ dòng nước qua các mặt cắt buồng xoắn không đổi và bằng Vtb có thể lấy theo biểu đồ (hình 2-9,a).

a. Tính toán với buồng xoắn mặt cắt tròn ( hoặc ellipsse)

Nội dung và các bước tính toán:

- Chọn góc bao của buồng xoắn, thường với mặt cắt tròn và ellipsse lấy lớn;

- Sơ bộ xác định các kích thước vòng bệ và CCHD, có thể lấy theo các bảng 2-1 và các bảng 6-5, 6-6 ở chương VI.

- Lập bảng tính các quan hệ  ~ ρ ~ R ( bảng 2-4 ):

Bảng 2-4. Bảng tính toán buồng xoắn mặt cắt tròn theo V = hằng số

Mặt cắt

	ρ	a = ra + ρ	R = 2ρ + ra
1	2	3	4	5
Cửa ra	0	0	ra	ra
.
.
Cửa vào	max	ρ max	ra + ρmax	R = 2ρmax + ra

Nội dung và các bước tính toán:

Cột 1: ghi tên mặt cắt tương ứng với góc  , từ mặt cắt cửa ra đến mặt cắt cửa vào;

Cột 2: định góc , lấy từ mặt cắt cửa ra  = 0 đến mặt cắt cửa vào max, lấy cách nhau giưã các mặt cắt chừng 450;

Qtt max

360 Vu

Cột 3: Bán kính mặt cắt tròn ( hoặc bán kính nhỏ của ellipsse ) tính theo công thức:

max 

i

max



Qtt i . max .

(2-5)

(2-6)

i 360 Vu.max max

Hình 2-11. Tính toán buồng xoắn mắt cắt tròn (ellipsse) và đa giác.

Cột 4: Tính ai i ra

Cột 5: Tính ra bán kính Ri 2 i ra

Từ số liệu hai cột 2 và 5 vẽ được đường xoắn. Từ số liẹu cột 4 và 5 vẽ được kích thước các mặt cắt ngang của từng tiết diện (hình 2-11,a).

b. Tính toán buồng xoắn đa giác

Việc tính toán buồng xoắn mặt cắt đa giác theo phương pháp Vtb = K tiến hành các bước (xem hình 2-11,b) dưới đây:

- Chọn góc bao max và hình thức mặt cắt như đã trình bày ở các phần trước;

- Tra các bảng 2-1, 6-5 và 6-6 để xác định các kích thước b0, Da, Db;

- Dựa vào Qtt

và Vtb tra ra tiết diện mặt cắt cửa vào buồng TB:

Fmax

Q .

tt max ,

360. V

tb

có Fmax dựa kính nghiệm chọn các kích thước: b/a, ,  sao cho diện tích mặt cắt cửa vào

đúng bằng diện tích Fmax;

- Lập bảng tính toán (bảng 2-5) xác định quan hệ R ~ F ~ :

Cột 1: Đặt tên cho các mặt cắt buồng xoắn: từ mặt cắt cửa vào đến mặt cắt cửa ra; Cột 2: Chọn quy luật thay đổi đường tỳ của các mặt cắt là đường thẳng hoặc parboll,

Định các bán kính R từ bán kính cửa vào Rmax đến bán kính cửa ra rb;

Tên mặt cắt	Ri	Fi	i
1	2	3	4
Cửa vào	Rmax	Fmax	max
.	.	.	.
.	.	.	.
Cửa ra	rb	0	0

Cột 3: Đo diện tích mặt cắt Fi tương ứng với Ri ( phần gạch chéo ) và ghi vào cột 3; Bảng 2-5. Bảng tính buồng xoắn đa giác theo V = hằng số

Cột 4: Từ công thức tính diện tích mặt cắt cưả vào

Fmax

và mặt cắt thứ i Fi :

Fmax

F 

Qtt .max



360. V tb

Qtt .i

lập tỷ lệ Fi/Fmax ta có 



max F

f R 

(2-7),

i 360. Vtb

i Fmax i i

là quan hệ đường thẳng, do vậy có Fi tính ra tương ứng i , ghi vào cột 4.

Để tiện sử dụng ta dựa vào bảng 7 vẽ ra các đường quan hệ F ~  ~ R (hình 2- 11,b) và dựa vào quan hệ  ~ R để vẽ đường xoắn của buồng, dựa vào quan hệ F ~  ~ R vẽ mặt cắt ngang của buồng xoắn.

II. 3. THIẾT BỊ THÁO NƯỚC CỦA TURBINE THUỶ LỰC

Thiết bị tháo nươc (ống xả hay còn gọi là ống hút) là bộ phận không thể thiếu ở turbine phản kích. Nó có nhiệm vụ tháo nước từ BXCT xuống hạ lưu với tổn thất năng lượng nhỏ nhất. Ngoài ra ống xả trong turbine phản kích có những tác dụng sau đây:

- Sử dụng thêm phần lớn động năng còn lại của dòng chảy sau khi ra khỏi BXCT;

- Tận dụng thêm cột nước tĩnh Hs (gọi là độ chân không tĩnh) tính từ mặt cắt cửa ra BXCT đến mực nước hạ lưu ở hầm xả nước.

Để xác định giá trị và ý nghĩa của ống xả ta viết phương trình năng lượng cho 3 trường hợp: không có ống xả, ống xả trụ tròn và ống xả hình nón cụt (hình 2-12) rồi so sánh .

Hình 2-12. Các sơ đồ tính toán so sánh vai trò ống xả.

Viết phương trình Becnuly cho trường hợp a) không có ống xả cho hai mặt cắt ở mặt thoáng 1-1 và mặt cắt cửa ra BXCT 3-3, lấy mực nước ở kênh tháo 0-0 làm chuẩn nếu bỏ qua tôn thất cột nước trong buồng hở và vì áp lực ở mặt thoáng 1-1 và 3-3 đều bằng áp suất khí trời p1 = p3 = pat , vận tốc nước chảy trên mặt thoáng 1-1 coi như bằng không V1= 0, vậy cột nước có thể sử dụng được là Ha:

p

1 

p3 3 V 2 3 V 2

Ha E1 E3

Zo(

3 Z3 )

Zo Z3 3

2g 2g

Viết phương trình Becnuli cho trường hợp c) có ống hút cho hai mặt cắt 1-1 và mặt cắt cửa ra ống xả 5-5, có tính đến tổn thất cột nước h3-5 của ống xả, ta có cột nước mà turbine có thể sử dụng được là Hc:

p1 ⎛

pat Z5

5 V 2 ⎞

5 V 2

Hc E1 E5 Zo ⎜⎜Z5 

5h35⎟⎟Zo

5 h35

⎝⎠2g

Lấy Hc trừ cho Ha ta có được cột nước tăng thêm H do có lắp thêm ống xả so với trường hợp không lắp ống xả:

3 V 2 5 V 2

H Hc Ha Z3 

3 5 h35 2g

(2-8)

Trong đó chỉ số 3 tương ứng với cửa vào ống xả (hay lấy gần đúng là cửa ra BXCT), chỉ số 5 tương ứng cửa ra của ống xả. Từ công thức H ta thấy: năng lượng thu

hồi do ống xả gồm: thành thứ nhất là thêm cột nước tĩnh Z3 ký hiệu là Hs gọi là ” độ

chân không tĩnh ”, thành phần thứ hai bao gồm hai phần còn lại, gọi là “độ chân không

động”. Thành phần thứ nhất có liên quan đến thiết kế công trình, cụ thể là việc chọn cao trình đặt turbine, thành phần thứ hai gắn liền với cấu tạo của ống xả. Hiệu suất ống xả được biểu thị qua hiệu quả thu hồi động năng ở cửa ra BXCT sau:

3V 2 5V 2

3 5 h 35

2g1

ox V 2

3 3

2g

Từ công thức trên ta thấy khi động năng ở cửa ra BXCT là đã biết , muốn hiệu suất ống xả tăng thì phải tìm cách tăng “độ chân không động” bằng những khả năng :

- Giảm vận tốc ở cửa ra ống xả V5 nghĩa là tiết diện cửa ra D5 phải lớn hơn tiết diện ở

cửa vào D3. Nếu tiết diện cửa vào bằng hoặc lớn cửa ra thì dẫn tới hiệu suất âm.

- Giảm tổn thất thủy lực h3-5 trong ống xả.

Hai khả năng trên có liên quan trực tiếp lẫn nhau, mở rộng tiết diện cửa ra càng lớn với mong muốn thu hồi động năng càng nhiều thì lại làm tăng tổn thất thủy lực trong ống xả và ngược lại. Do vậy cần lựa chọn hợp lý về tiết diện và chiều dài, góc côn của ống xả, đồng thời xét đến điều kiện kết cấu, khối lượng phần dưới nước ..v..v. Trong thực tế phát sinh những loại ống xả khác nhau (hình 2-13) :

Hình 2-13. Các loại ống xả

- Ống xả trục thẳng: ống xả hình nón cụt (hình 1 trong hình 2-13) và ống xả trục thẳng có tiết diện thay đổi ( hình 12 va13 trong hình 2-13);

- Ống xả loe: ống xả loe thẳng ( hình 2 ), ống xả loe kín ( hình 3 trong hình 2-13);

- Ống xả loe lỏi giữa ( hình 4 trong hình 2-13);

- Ống xả cong ( hình 5,6,7 trong hình 2-13);

- Ống xả khuỷu dùng cho turbine nhỏ trục ngang (hình 8,9,10,11 trong hình 2-13).