bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n
viÖn khoa häc thñy lîi
b¸o c¸o tæng kÕt chuyªn ®Ò
nghiªn cøu tua bin nghiªng phôc vô ph¸t
triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam
thuéc ®Ò tµi kc 07.04:
“nghiªn cøu, lùa chän c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®Ó khai th¸c vµ
sö dông c¸c lo¹i n¨ng l−îng t¸i t¹o trong chÕ biÕn n«ng,
l©m, thñy s¶n, sinh ho¹t n«ng th«n vµ b¶o vÖ m«i tr−êng”
Chñ nhiÖm ®Ò tµi: TS Hoµng V¨n th¾ng
5817-1
16/5/2006
hµ néi – 5/2006
Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04
ViÖn Khoa häc Thñy lîi
Lêi nãi ®Çu
Ch−¬ng I. Më ®Çu 2
1.1. §Æt vÊn ®Ò. 2
1.2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu. 2
Ch−¬ng II. Tæng quan vÒ tua bin tia nghiªng 3
2.1. TBTN cña h·ng GILKES. 4
2.2. TBTN do Trung Quèc s¶n xuÊt. 6
2.3. Mét sè th«ng tin kh¸c. 8
2.4. T×nh h×nh nghiªn cøu vµ øng dông TBTN ë ViÖt Nam. 8
Ch−¬ng III. C¬ së lý thuyÕt vµ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu tBTN 9
3.1. C¬ së lý thuyÕt TBTN. 9
3.1.1. T¸c ®éng t−¬ng hç gi÷a dßng tia vµ tÊm b¶n. 9
3.1.2. Lý thuyÕt ®¬n gi¶n cña TBTN. 14
3.2. ThiÕt kÕ TBTN. 17
3.2.1. Biªn d¹ng phÇn dÉn dßng cña TBTN. 18
3.2.2. ThiÕt kÕ bé phËn h−íng dßng (vßi phun). 22
3.2.3. Bé phËn l¸i, c¾t dßng. 27
3.2.4. Dßng tia tù do trong kh«ng khÝ. 28
3.2.5. Nghiªn cøu, thiÕt kÕ b¸nh xe c«ng t¸c. 29
3.2.6. Vá tua bin. 33
3.2.7. Bè trÝ c¸c bé phËn c¬ b¶n cña TBTN. 33
3.3. Chän kÕt cÊu tæ m¸y, sè vßi phun. 34
3.4. Ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ TBTN. 36
3.4.1. Chän c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n. 36
3.4.2. X©y dùng ch−¬ng tr×nh tÝnh c¸c th«ng sè chÝnh cña TBTN. 38
Ch−¬ng IV. Nghiªn cøu thùc nghiÖm tBTN 43
4.1. H−íng nghiªn cøu TBTN. 43
Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04
ViÖn Khoa häc Thñy lîi
4.1.1. Vßi phun. 43
4.1.2. B¸nh xe c«ng t¸c. 43
4.1.3. T−¬ng quan gi÷a vßi phun vµ b¸nh c«ng t¸c. 43
4.2. ThiÕt kÕ TBTN m« h×nh. 44
4.2.1. Lùa chän kÕt cÊu. 44
4.2.2. Lùa chän kÝch th−íc, th«ng sè c¬ së TBTN m« h×nh. 44
4.2.3. TÝnh to¸n c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña TBTN m« h×nh. 44
4.2.4. ThiÕt kÕ b¸nh xe c«ng t¸c. 45
4.2.5. Lùa chän vßi phun. 46
4.3. M« h×nh ho¸ tua bin. 47
4.4. Thùc nghiÖm tua bin m« h×nh. 49
4.4.1. HÖ thèng thÝ nghiÖm. 49
4.4.2. ThÝ nghiÖm tua bin m« h×nh 53
4.5. X©y dùng ®Æc tÝnh tæng hîp chÝnh cña tua bin m« h×nh. 60
4.6. C¸c kÕt luËn rót ra tõ thùc nghiÖm. 63
KÕt luËn 65
Tµi liÖu tham kh¶o 67
Phô lôc 68
Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04
ViÖn Khoa häc Thñy lîi 1
Lêi nãi ®Çu
MÆc dï nguån vµ l−íi ®iÖn quèc gia ph¸t triÓn m¹nh, nh−ng theo ®¸nh gi¸
cña ngµnh n¨ng l−îng, tíi n¨m 2010 vÉn cßn kháang 400 x· ch−a ®−îc sö dông ®iÖn
tõ l−íi quèc gia v× chi phÝ qu¸ cao cho ph¸t triÓn l−íi ®iÖn. H¬n n÷a, víi ®iÒu kiÖn tù
nhiªn cã nhiÒu thuËn lîi cho ph¸t triÓn thñy ®iÖn võa vµ nhá th× viÖc ph¸t triÓn thñy
®iÖn nhá vµ c¸c nguån n¨ng l−îng t¸i t¹o kh¸c ®Ó cÊp ®iÖn lµ mét gi¶i ph¸p kinh tÕ
bÒn v÷ng, gãp phÇn b¶o vÖ m«i tr−êng.
Trªn thÕ giíi, thñy ®iÖn võa vµ nhá ngµy cµng ®−îc quan t©m sö dông kh«ng
chØ ë c¸c n−íc ®ang ph¸t triÓn mµ cßn ë ngay c¸c n−íc ph¸t triÓn nh− Anh, Ph¸p,
§øc …
Nghiªn cøu, chÕ t¹o tua bin thñy ®iÖn võa ®ßi hái cã ®éi nò c¸n bé cã n¨ng
lùc nghiªn cøu triÓn khai cña nhiÒu nghµnh khoa häc kh¸c nhau (C¬ khÝ, Thñy lùc,
§iÖn, §iÒu khiÓn tù ®éng …) võa mang tÝnh ®¬n chiÕc, tèn nhiÒu nh©n c«ng. Do
vËy, kh¶ n¨ng c¹nh tranh cña ViÖt Nam lµ rÊt cao trong lÜnh vùc nµy. Do vËy, ®Èy
m¹nh nghiªn cøu ph¸t triÓn thñy ®iÖn võa vµ nhá võa cung cÊp cho thÞ tr−êng trong
n−íc l¹i võa cã kh¶ n¨ng xuÊt khÈu.
Tua bin tia nghiªng lµ lo¹i tua bin cã ®Æc tÝnh n¨ng l−îng tèt: hiÖu suÊt kh¸
cao vµ ®−êng hiÖu suÊt ph¼ng, vïng lµm viÖc t−¬ng ®èi réng. Tuy nhiªn c«ng nghÖ
chÕ t¹o chóng cßn kh¸ phøc t¹p (nhÊt lµ b¸nh c«ng t¸c). HiÖn nay, cã rÊt Ýt tµi liÖu
nãi vÒ lo¹i tua bin nµy. §Ó nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn lo¹i tua bin nµy ë ViÖt Nam,
chóng t«i lùa chän nghiªn cøu mét tua bin tia nghiªng m« h×nh dùa trªn c¬ së mét
sè lý thuyÕt tÝnh to¸n cña tua bin xung kÝch, c¸c tua bin thùc vµ dùa trªn thùc
nghiÖm ®Ó hoµn thiÖn. Tõ m« h×nh ®· ®−îc nghiªn cøu, dùa trªn nguyªn t¾c vÒ c¸c
tiªu chuÈn t−¬ng tù, chóng ta sÏ cã ®−îc gam tua bin nµy.
Nghiªn cøu tua bin tia nghiªng phôc vô ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá ë viÖt nam ®Ò tµi kc07 - 04
ViÖn Khoa häc Thñy lîi 2
Ch−¬ng I. Më ®Çu
1.1. §Æt vÊn ®Ò.
Tua bin tia nghiªng (TBTN) thuéc nhãm tua bin cã tû tèc thÊp, n»m gi÷a tua
bin g¸o vµ tua bin XK2L. Trong thùc tÕ chÕ t¹o tua bin, nhiÒu tr−êng hîp ph¶I lùa
chän TBTN hoÆc tua bin g¸o nhiÒu vßi phun, v× nÕu sö dông c¸c läai tua bin kh¸c lµ
kh«ng kinh tÕ hoÆc hiÖu suÊt thÊp. ë ViÖt Nam, mét sè tr¹m thñy ®iÖn ®· nhËp thiÕt
bÞ TBTN cña n−íc ngoµi nh− Tr¹m thuû ®iÖn Kú S¬n - Hµ TÜnh víi hai tæ m¸y
250kW, Tr¹m thuû ®iÖn Nµ Ch¸ - Méc Ch©u - S¬n La mét tæ m¸y 130kW cña h·ng
GILKES (Anh) vµ ®· nhËp hµng ngµn tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá (T§SN) cã c«ng
suÊt 200 ÷ 300W cña Trung Quèc. Thùc tÕ cho thÊy r»ng c¸c tæ m¸y nµy cã kÕt cÊu
®¬n gi¶n, ®é bÒn cao vµ hiÖu qu¶ n¨ng l−îng tèt. Do vËy ®Ò tµi ®· ®Æt vÊn ®Ò nghiªn
cøu TBTN cho thñy ®iÖn nhá trong giíi h¹n b−íc ®Çu lµ c¸c tua bin cã c«ng suÊt
d−íi 200kW víi c¸c néi dung:
- Nghiªn cøu lý thuyÕt vµ m« h×nh ®Ó x©y dùng biªn d¹ng c¸nh, phÇn dÉn
dßng.
- X©y dùng gam tua bin
- øng dông ®Ó thiÕt kÕ mét sè tæ m¸y: 200W, 500W, 1000W, 5kW vµ 10kW.
- Lµm c¬ së cho thiÕt kÕ c¸c tæ m¸y cã c«ng suÊt tíi 200kW.
1.2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu.
Khi b¾t ®Çu b−íc vµo nghiªn cøu TBTN, ®Ò tµi gÆp ph¶i c¸c khã kh¨n lín lµ:
- C¬ së lý thuyÕt vÒ TBTNT lµ kh«ng hßan chØnh, dùa trªn lý thuyÕt ®¬n gi¶n
víi rÊt nhiÒu gi¶ thiÕt lµm ®¬n gi¶n hãa bµi tãan.
- Tµi liÖu n−íc ngßai còng rÊt thiÕu.
Do vËy ®Ò tµi sö dông c¸c ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu sau:
- Nghiªn cøu lý thuyÕt: Dùa vµo lý thuyÕt ®¬n gi¶n cña TBTN, c¸c nghiªn cøu
vÒ tua bin g¸o cã thÓ øng dông cho TBTN.
- Nghiªn cøu theo mÉu: Lùa chän c¸c mÉu cã chÊt l−îng tèt, ®o ®¹c vµ ph©n
tÝch c¸c sè liÖu mÉu.
- ThiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ thö nghiÖm trªn m« h×nh, xö lý sè liÖu.
- Thö nghiÖm hiÖn tr−êng.
- X©y dùng c¸c chØ tiªu thiÕt kÕ chung ®Ó nh©n réng tõ m« h×nh ra tua bin thùc.