Chương VI. CHỌN KIỂU LOẠI VÀ CÁC THÔNG SỐ
CỦA TURBINE THUỶ LỰC
Lựa chọn tổ máy thuỷ lực (turbine, máy phát điện) là phần việc tiến hành khi đã tính ra các thông số Thuỷ năng (Nlm, các cột nước). Lựa chọn turbine đúng, hợp lý chẳng những về mặt kinh tế có lợi mà còn tạo điều kiện tốt cho tổ máy có chỉ tiêu vận hành cao, an toàn. Sau đây là những nội dung cơ bản trong việc chọn turbine thuỷ lực.
VI. 1. VẤN ĐỀ CHUẨN HOÁ TURBINE VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỘT NƯỚC CỦA CÁC LOẠI TURBINE
VI. 1. 1. Vấn đề tiêu chuẩn hoá turbine
Để khai thác sông suối phục vụ cho việc phát điện một cách chủ động và có hiệu quả, ngoài việc lập quy hoạch Thuỷ năng để có dự kiến xây dựng trạm thuỷ điện, việc tiến hành chế tạo thiết bị đáp ứng nhu cầu khai thác thuỷ điện là việc phải tiến hành đồng bộ. Vì nguồn thuỷ năng có tính đa dạng; các vị trí xây dựng trạm thuỷ điện có cột nước, lưu lượng và công suất không giống nhau, do vậy đòi hỏi cần có những kiểu, những hệ loại turbine khác nhau. Nếu thiết kế và chế tạo thiết bị đơn chiếc cho từng trạm sẽ dẫn tới giá thành cao, thời gian chế tạo lâu ... Để giảm nhẹ công việc này, các đơn vị thiết kế chế tạo turbine đã tính toán, thử nghiệm và đưa ra những tài liệu thống nhất về các kiểu turbine đã được quy cách và tiêu chuẩn hoá. Đó là danh mục turbine (còn gọi là gam turbine). Dựa vào những số liệu quy chuẩn này, nhà thiết kế chế tạo turbine sẽ thiết kế chế tạo ra những turbine mới; người chọn turbine sẽ lựa chọn được turbine mà họ cần với thông số thích hợp.
Ngành chế tạo turbine của ta hiện còn chưa thể có điều kiện lập ra danh mục turbine cho mình, chúng ta đang dùng turbine của nước ngoài, phần lớn là turbine Liên xô cũ và Trung quốc, mà chủ yếu dựa vào danh mục turbine của Liên xô.
Danh mục turbine được lập ở các dạng:
- Bảng tra phạm vi sử dụng và các số liệu tính toán cơ bản của BXCT, lập được cho turbine phản kích (bảng 6-1);
- Biểu đồ phạm vi sử dụng của các kiểu turbine (hình 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 cho turbine phản kích và các biểu đồ 6-5, 6-6 cho turbine xung kích).
Trên biểu đồ phạm vi sử dụng của mỗi kiểu BXCT là một hình bình hành giới hạn bởi cột nước Hmin, Hmax và công suất giới hạn Nmax, Nmin. Giới hạn công suất của một kiểu BXCT được xác định bởi đường kính BXCT D1max và D1min thích hợp. Dùng các biểu đồ này chọn kiểu BXCT thích hợp với cột nước và công suất đã cho. Ngày nay đối với turbine vừa và lớn thường dựa vào tính năng khí thực cho phép theo quan điểm kinh tế và độ bền cơ học của cánh BXCT để chọn phạm vi sử dụng của BXCT turbine.
Đi kèm mỗi kiểu BXCT còn có biểu đồ riêng của nó (hình 6- ) có thể tra ra
đường kính D1, vòng quay n và chiều cao hút hS ( ở độ cao = 0 ) của turbine kiểu đó.
Bảng 6-1. Phạm vi sử dụng và các thông số của turbine phản kích
Loại turbine | Vòng quay qdẫn | Lưu lượng qdẫn | Hệ số mô hình | ||||
n'1 tối ưu | n'1 tính toán | Q'1min | Q'1max | với Q'1min | với Q'1max | ||
Turbine hướng trục cánh quay | |||||||
3 – 10 | CQ10/592 | 165 | 180 | 2010 | 2250 | 1,14 | 1,4 |
5 – 15 | CQ15/510 | 150 | 160 | 1850 | 2130 | 0,84 | 1,0 |
10 – 20 | CQ20/661 | 138 | 152 | 1710 | 2040 | 0,68 | 0,835 |
15 – 30 | CQ30/587 | 125 | 140 | 1430 | 1940 | 0,505 | 0,745 |
20 - 40 | CQ40 | 115 | 130 | 1240 | 1700 | 0,4 | 0,68 |
30 - 50 | CQ50/642 | 110 | 120 | 1100 | 1400 | 0,325 | 0,505 |
40 - 60 | CQ60/642 | 106 | 112 | 1040 | 1240 | 0,27 | 0,40 |
45 - 70 | CQ70/5A | 103 | 107 | 940 | 1150 | 0,23 | 0,36 |
Turbine tâm trục | |||||||
30 - 40 | TT45/123 | 75 | 78 | 1370 | 1400 | 0,23 | 0,27 |
40 - 75 | TT75/128 | 73 | 74 | 1250 | 1370 | 0,16 | 0,243 |
70 - 115 | TT115/697 | 68 | 72 | 1030 | 1250 | 0,097 | 0,168 |
110 - 170 | TT170/741 | 67 | 69 | 650 | 1030 | 0,06 | 0,10 |
160 - 230 | TT230 | 62 | 67 | 420 | 650 | 0,047 | 0,065 |
220 - 310 | TT310 | 60 | 65 | 280 | 420 | 0,04 | 0,048 |
290 - 400 | TT400 | 58 | 62 | 200 | 280 | 0,035 | 0,042 |
380 - 500 | TT500 | 57 | 60 | 150 | 200 | 0,03 | 0,036 |
Turbine hướng chéo cánh điều chỉnh | |||||||
30 - 40 | HC60 -1 | 120 | 120 | 1100 | 13500 | ||
40 - 60 | HC60-1 | 100 | 110 | 900 | 1100 | 0,2 | |
60 - 90 | HC45-1 | 90 | 95 | 850 | 1000 | 0,16 | |
90 - 120 | HC45-2 | 85 | 90 | 725 | 750 | 0,14 | |
120 - 160 | HC30-1 | 80 | 85 | 600 | 750 | 0,1 | |
160 - 200 | HC30-2 | 75 | 80 | 500 | 600 | 0,07 | |
Có thể bạn quan tâm!
-
Điều Kiện Tương Tự Về Động Lực Học -
Tuabin thủy lực - 7 -
Đường Đặc Tính Tổng Hợp Vận Hành Của Nhóm Tổ Máy -
Phương Pháp Tính Toán Chọn Các Thông Số Turbine -
Điều Tốc Kiểu Cơ Cấu Hướng Nước Điều Chỉnh Tay -
Máy Điều Tốc Tác Động Gián Tiếp Không Có Cơ Cấu Phản Hồi
Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.
Danh mục turbine phản kích trục đứng cở lớn của Liên xô dùng được hiện nay gồm có 8 đến 9 kiểu BXCT turbine cánh quay và 8 kiểu BXCT turbine tâm trục. Các thông số thuỷ lực và thông số kết cấu của các kiểu đều được ghi trong danh mục turbine (bảng 6-1) ở trên.
Đặc trưng cuả turbine turbine được ký hiệu bởi các chữ và số sắp xếp theo thứ tự nhất định, gọi là nhãn hiệu turbine. Cách ký hiệu của Liên xô như sau:
- Hai chữ đầu biểu thị hệ turbine (PO - tâm trục; p - cánh quạt; - cánh quay ... )
- Phân số viết tiếp theo: tử số là cột nước lớn nhất (Hmax) / mẫu số là số hiệu của kiểu turbine mô hình (turbine cũ không ghi phân số mà chỉ ghi số hiệu của kiểu TB mô hình)
- Hai chữ tiếp theo là: phương thức lắp trục ( B - trục đứng, - trục ngang) và loại buồng turbine ( M - buồng xoắn kim loại, ƃ - buồng xoắn bê tông, - buồng hình ống, O - buồng hở);
- Phần con số cuối cùng biểu thị đường kính tiêu chuẩn D1 (cm) của BXCT.
Ví dụ 1: Cách ghi nhãn hiệu turbine loại mới: 30/587 - B - 500 là turbine cánh quay, cột nước lớn nhất Hmax = 30m, số hiệu BXCT mô hình là 587, lắp trục đứng, buồng xoắn bằng bê tông, có đường kính tiêu chuẩn BXCT D1 = 500 cm. ( có trường hợp nhãn không ghi loại buồng turbine thì nhãn hiệu ghi là 30/587 - B - 500 );
Ví dụ 2: Cách ghi nhãn hiệu của của turbine loại cũ: PO123 - M 100 (loại cũ không ghi cột nước lớn nhất). Đây là nhãn hiệu turbine tâm trục, số hiệu BXCT mô hình là 123, lắp trục ngang, buồng xoắn bằng kim loại, đường kính BXCT D1 = 100 cm.
Nhãn hiệu turbine gáo được ký hiệu gồm hai phần:
- Phần đầu ghi theo thứ tự sau: chỉ hệ turbine gáo (KB), phương thức lắp trục (B - trục đứng, - trục ngang), đường kính BXCT (cm), số lượng BXCT lắp trên một trục;
- Phần thứ hai sau dấu gạch ngang ghi theo thứ tự: đường kính tia dòng nước (mm), số vòi phun lắp trên BXCT.
Ví dụ: KB 125 x 1 - 140 x 2, có nghĩa là: turbine gáo trục ngang, đường kính tiêu chuẩn BXCT D1 = 125 cm, chỉ có một BXCT, đường kính tia dòng là 140mm, có hai vòi phun trên một BXCT.
Ghi nhãn hiệu của các nước tương tự nhưng khác chữ cái, tương ứng sau:
Ký hiệu bằng tiếng | ||||
Hệ turbine: Turbine Cánh quạt Cánh quay Tâm trục Chéo trục Gáo Tia nghiêng XK hai lần | Việt nam | Liên Xô | T.Quốc | Nước khác |
CC | p | ZD | Pr | |
CQ | | ZZ | K | |
TT | PO | HL | F | |
CT | ||||
G | KB | QJ | P | |
N | H | T | ||
X2 | B | |||
Cách lắp trục: Trục đứng Trục ngang | ||||
D | B | L | V | |
N | | W | H | |
Kiểu buồng turbine: Buồng hở Ống Xoắn kim loại Xoắn bê tông | ||||
H | O | M | ||
T | | Z | ||
K | M | J | ||
B | H | |||
Ghi chú: Ký hiệu tiếng Việt như trên là mới dự kiến, chưa chính thức.
Hình 6-1. Biểu đồ phạm vi sử dụng của turbine phản kích lớn.
Hình 6-2. Miền sử dụng các turbine phản kích
Hình 6-3. Miền sử dụng các kết cấu của turbine phản kích
Hình 6-4. Biểu đồ tổng hợp hệ loại turbine trung bình và nhỏ
Hình 6-5. Biểu đồ tổng hợp hệ loại turbine xung kích vừa và nhỏ
Hình 6-6. Biểu đồ hệ loại riêng của turbine xung kích hai lần
VI. 1. 2. Phạm vi sử dụng cột nước của các loại turbine
Ngày nay việc sử dụng turbine lớn và trung bình, một cách gần đúng thường dựa vào tính năng khí thực (xác định cột nước lớn nhất của mỗi kiểu turbine theo điều kiện gần đúng: H = (10 - HS) / ) và độ bền cơ học của thiết bị qua nước turbine. Người ta chọn turbine dựa vào phạm vi sử dụng cột nước như sau:
- Turbine hướng trục thường được dùng với cột nước H = 1,5÷2 đến 80 m, riêng turbine hướng trục cánh kép H = 30÷100 mét;
- Turbine tâm trục : H = 30÷550 m , phổ biến H = 30÷350 m;
- Turbine cánh chéo : H = 30÷150 m;
- Turbine gáo: H = 200÷2000 m;
Ngày nay, phạm vi sử dụng cột nước được mở rộng là nhờ những thành tựu đạt được trong lĩnh vực chế tạo turbine:
Trước kia turbine hướng trục, mà đặc biệt là turbine cánh quay thường được sử dụng với cột nước H =15÷50m; với cột nước nầy kích thước và trọng lượng máy lớn, giá thành tăng. Việc tăng cột nước sử dụng của turbine cánh quay lên H = 50÷80 m nhằm mục đích tăng hiệu suất bình quân của tổ máy trong trường hợp phụ tải và cột nước thay đổi nhiều. Cột nước H = 3÷15 m được thay thế bằng việc sử dụng turbine capxun có tỷ tốc cao và rẻ hơn. Nhược điểm của turbine hướng trục trục đứng là có đặc tính khí thực kém hơn turbune tâm trục, do vậy turbine cánh quay cũng bị hạn chế không nên làm việc ở cột nước cao. Kinh nghiệm thấy rằng khi chiều cao hút HS không nhỏ hơn - 6 đến 8 m thì hệ cánh quay có lợi về kinh tế.
Hệ turbine cánh chéo quay ra đời nhằm kết hợp những ưu điểm của hệ cánh quay như hiệu suất bình quân tương đối cao khi cột nước và phụ tải giao động lớn và đặc điểm của turbine tâm trục là có đặc tính khí thực và độ sâu lắp turbine tương đối nho. Hiện nay phạm vi sử dụng của turbine cánh chéo được nâng lên H = 50÷200 m.
Turbine tâm trục ngày nay có cột nước sử dụng mở rộng lên H = 30÷700 m, có thể thay thế phạm vi cột nước H = 300÷700 m mà turbine gáo thường đảm nhận. Trong phạm vi này nên dùng turbine gáo chỉ khi phụ tải thay đổi nhiều, nước có nhiều tạp chất và điều kiện xây dựng không cho phép đặt turbine ở độ sâu quá lớn. Ở các điều kiện kiện khác nên sử dụng turbine tâm trục vì nó có hiệu suất lớn hơn của turbine gáo từ 2 đến 3%.
Riêng đối với turbine nhỏ, do điều kiện xây dựng cũng như khả năng chế tạo mà pạm vi sử dụng cột nước cũng có khác, ví như turbine gáo có thể sử dụng với cột nước chứng H = 100m; turbine tâm trục có thể sử dụng cột nước H = 3÷80 m; turbine cánh quạt H = 2÷16m ...
VI. 2. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG KHI CHỌN TURBINE
Đối với người thiết kế trạm thuỷ điện, việc chọn thiết bị cơ điện nói chung và chọn turbine nói riêng, là dựa vào các tài liệu turbine do nhà máy chế tạo cung cấp để chọn turrbine thích hợp với các thông số thực tế của trạm. Trong trường hợp không có turbine thích hợp thì có thể tính toán ra các thông số cơ bản turbine của trạm để đặt
hàng nhà chế tạo turbine thiết kế và chế tạo turbine mong muốn. Trong phần này chỉ đề
cập đến cách chọn turbine đã sản xuất hoặc đã thiết kế đã có trong hệ loại turbine.
VI. 2. 1. Tài liệu gốc để chọn turbine
Khi lựa chọn turbine cần biết các số liệu gốc sau:
- Các cột nước của trạm: lớn nhất Hmax, nhỏ nhất Hmin, cột nước thiết kế Htk;
- Công suất lắp máy của trạm hoặc công suất của tổ máy;
- Cao trình mực nước thượng, hạ lưu nhà máy ứng với các cột nước;
- Mực nước hạ lưu ứng với các lưu lượng tháo qua nhà máy.
Các tài liệu này do cơ quan khảo sát thiết kế thuỷ điện cung cấp.
Cùng với những tài liệu trên để chọn turbine còn phải có những tài liệu về turbine sau:
- Bảng tổng hợp hệ loại hoặc biểu đồ tổng hợp hệ loại turbine;
- Đường đặc tính tổng hợp chính của kiểu turbine;
- Hệ số khí thực cuả turbine ở các chế độ làm việc của kiểu turbine;
- Đường đặc tính quay lồng ... .
VI. 2. 2. Nội dung và vấn đề chung khi chọn turbine
1. Nội dung chọn turbine
Nội dung chọn turbine theo yêu cầu thiết kế trạm bao gồm những việc sau:
a. Xác định số lượng tổ máy;
b. Chọn hệ, kiểu turbine và kiểu tổ máy;
c. Xác định đường kính tiêu chuẩn BXCT D1;
d. Xác định số vòng quay đồng bộ của turbine;
e. Tính độ cao hút cho phép [HS] và cao trình đặt turbine
2. Những vấn đề chung khi chọn turbine
Kết quả để lựa chọn turbine và các thông số của turbine phải dựa trên cơ sở tính toán so sánh kinh tế năng lượng và tính khả thi của các phương án số tổ máy và phải xét đến hiệu suất của turbine ở các chế độ làm việc, xét tới điều kiện khí thực của turbine... Sau đây chúng ta xét về những vấn đề chung khi chọn turbine:
a. Về mặt số lượng tổ máy:
Khi công suất lắp máy đã xác định thì số lượng tổ máy sẽ quyết định công suất định mức của turbine và các thông số của nó. Số lượng tổ máy ít thì công suất định mức turbine lớn, dẫn đến cấp điện sẽ kém an toàn khi một tổ máy bị sự cố ngừng hoạt động, tuy sác suất xảy ra sự cố ít hơn khi nhiều tổ máy. Mặt khác, số máy ít thì tuy hiệu suất lớn nhất của tổ máy lớn nhưng hiệu suất trung bình của nhà máy sẽ thấp hơn so với nhiều tổ máy, nhược điểm này được khắc phục nếu dùng turbine có đường đặc tính thoải như turbine cánh quay hay turbine gáo. Theo nhà máy chế tạo turbine lớn nhất ở Liên xô cũ - Nhà máy kim khí Lêningrat thì không cho phép turbine làm việc với phụ tải nhỏ hơn 40% công suất định mức trong thời gian dài. Đối với trạm có công suất lắp máy lớn thì khi số tổ máy ít còn dẫn đến kích thước turbine quá lớn có khó khăn cho vấn đề chế tạo cũng như khả năng vận chuyển máy, trường hợp này phải tăng số lượng tổ máy, ví dụ Trạm TĐ Bratscơ (Liên xô) phải lắp 22 tổ máy. Tuy có những nhược điểm trên nhưng khi số tổ máy ít lại giảm tổng khối lượng nhà máy nên tiền đầu tư xây dựng