Đồ án tốt nghiệp - Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện Hòa Bình

Chia sẻ: Tan Lang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:94

Thêm vào BST

Báo xấu

753
lượt xem 411
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Năng lượng điện hay còn gọi là điện năng, là dạng năng lượng thứ cấp được tạo ra từ nhiều nguồn năng lượng thứ cấp khác nhau như nhiệt năng (dầu, khí đốt, than, năng lượng phóng xạ, năng lượng mặt trời…), thủy năng (sông, suối, sóng biển, thủy chiều…), năng lượng gió… Đây là loại năng lượng đóng vai trò quan trọng và được sử dụng trên khắp thế giới trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống ngày nay như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, sinh hoạt … Việc sử dụng dạng năng lượng khác để biến thành điện năng của mỗi nước là tùy vào...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp - Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện Hòa Bình

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện Hòa Bình
“Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện Hòa Bình ”. CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT CHUNG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN. 1.1. Tổng quan về năng lượng điện và vai trò của nhà máy thủy điện. Năng lượng điện hay còn gọi là điện năng, là dạng năng lượng thứ cấp được tạo ra từ nhiều nguồn năng lượng thứ cấp khác nhau như nhiệt năng (dầu, khí đốt, than, năng lượng phóng xạ, năng lượng mặt trời…), thủy năng (sông, suối, sóng biển, thủy chiều…), năng lượng gió… Đây là loại năng lượng đóng vai trò quan trọng và được sử dụng trên khắp thế giới trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống ngày nay như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, sinh hoạt … Việc sử dụng dạng năng lượng khác để biến thành điện năng của mỗi nước là tùy vào tình hình tài nguyên và đường nối phát triển của nước đó. Thuỷ năng là một dạng năng lượng tái tạo được. Đây là đặc tính ưu việt nhất của nguồn năng lượng này, các nguồn năng lượng khác như : Nguyên tử, than, dầu … không thể tái tạo được. Trong quá trình biến đổi năng lượng, chỉ có thuỷ năng sau khi biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng lại được tái tạo thành dạng thủy năng, còn các dạng năng lượng khác trong quá trình biến đổi không tự tái tạo trong tự nhiên. Con người sử dụng nguồn thuỷ năng để phục vụ cho đời sống và sản xuất, đặc biệt là để phát điện. Tuỳ theo điều kiện từng nước mà tỷ lệ phát triển các loại nhà máy điện có khác nhau. Theo số liệu năm 1978 thì nhìn chung trên toàn thế giới năng lượng của thuỷ điện chiếm khoảng 1/3 tổng sản lượng điện năng. Trong khi các nguồn khai thác than đã hơn 40 % thì các nguồn thuỷ năng
mới khai thác hơn 1,5 % (Điều đó không nói lên rằng sau này thuỷ điện sẽ phát triển mạnh). Theo thống kê năm 1978: Ở Châu âu tỷ lệ thuỷ điện chiếm khoảng 34% tổng sản lượng điện năng. Ở Liên Xô 19,8 %, Mỹ 18,6 %, Canada 95 %, Phần Lan 91,6 %, Triều Tiên 95-98 %, Na Uy 99 %, Thụy sỹ 99,5 % trái lại ở nhiều nước châu Á và Châu Phi tuy nguồn thuỷ năng rất phong phú nhưng tỷ lệ chưa đáng kể chính vì sự kìm hãm của chủ nghĩa đế quốc. Ví dụ ở nước ta: Thời kỳ Pháp thuộc hầu như không để lại một thuỷ điện nào đáng kể, trong thời gian chiến tranh ta chủ trương phát triển các thủy điện nhỏ ở các vùng miền núi như : Lạng Sơn, Quảng Ninh, Sơn La, Lai Châu, giải quyết được ánh sáng, cơ sở xay xát, chế biến nhỏ, ở Thanh Hoá có thuỷ điện Bàn Thạch gồm 3x320 KW=960 KW, lợi dụng bậc núi Nông Giang. Thuỷ điện Thác Bà bị bom đạn tàn phá nặng nề, sau này đã khôi phục được xong cả 3 tổ máy 3x36=108 MW, ở miền Nam có thuỷ điện Đa Nhim, kiểu kênh dẫn, lợi dụng độ chênh mực nước giữa hai con sông, công suất 160 MW. Hiện nay, trữ năng lý thuyết của thuỷ điện trên cả nước ước tính 270- 300 tỷ KWh/năm, với công suất khoảng 32.106 KW. Nhưng trữ năng thuỷ điện kỹ thuật (tiềm năng kinh tế) chỉ có khoảng 80 tỷ KWh, Với công suất lắp máy 17.438 MW. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật thuỷ điện nhỏ khoảng 60 tỷ KWh/năm, với công suất lý thuyết 10.000 MW. Miền bắc nước ta có 1069 con sông lớn nhỏ, công suất thuỷ năng ước lượng 13, 68.10 6 KW với trữ lượng điện hàng năm trên 120 tỷ KWh, khả năng xây dựng thuỷ điện ở các con sông chính sau : - Sông Cả khoảng 34 vạn KW - Sông Đà khoảng 254 vạn KW - Sông Mã khoảng 25 vạn KW
- Sông Thao khoảng 52 vạn KW - Sông Thái Bình khoảng 3,2 vạn KW - Các hệ thống Nông Giang khoảng 3 vạn KW Theo tính toán nếu xây dựng thuỷ điện được 4,8 triệu KW thuỷ điện 9 thì hàng năm sẽ thu được độ 20.10 KWh , tiết kiệm được khoảng 20.10 6 tấn than đá. Thấy được lợi thế này cùng với sự giúp đỡ của Liên Xô và các điều kiện kỹ thuật cho phép, nước ta đã tiến hành điều tra khảo sát và xây dựng thành công nhà máy Thuỷ điện Sông Đà với công suất đợt đầu khoảng 1,6 triệu KW gồm 8x200 MW, sau đó công suất có thể lên tới 3,2 triệu KW (Hiện nay công suất nhà máy đạt 1.92 triệu KW). Xây dựng công trình này nhằm sử dụng tổng hợp trong đó chống lũ là vấn đề cấp bách. Công trình này có thể làm hạ mực nước ở Hà Nội trong mùa lũ xuống 1,4 m. Đầu tư về thuỷ điện của nước ta không quá lớn như các nước khác. Ta có thể tự lực xây dựng thuỷ điện: Đầu tư cho thiết bị khoảng 30%, còn lại các công trình khác có thể tự lực được. Ngành thuỷ điện nước ta mở ra một triển vọng vô cùng to lớn, đòi hỏi một số lượng rất lớn các cán bộ thiết kế, thi công, vận hành rất giỏi, đủ sức thăm dò giải quyết những vấn đề kỹ thuật do hoàn cảnh đất nước ta đề ra, phải biết áp dụng những kỹ thuật tiến triển nhất vào trong lĩnh vực này. Ngành ta đào tạo kỹ sư điện thiết kế, vận hành mạng hệ thống điện, nhà máy điện và thuỷ điện, ta phải tự thiết kế thi công các nhà máy điện. Người kỹ sư vận hành điện ở nhà máy thuỷ điện ngoài những kiến thức tổng quát cần biết (công trình và thiết bị thuỷ lực) mà cần hiểu sâu về điều tiết hồ chứa để vận hành được tốt. Đây là một lĩnh vực nhiều lý thuyết khác nhau. 1.2. Vấn đề tự động hóa trong nhà máy thủy điện
Hình 1.1 Sơ đồ điều khiển của nhà máy thuỷ điên
Cấu trúc toàn bộ hệ thống có các bộ điều khiển vận hành trực tiếp trên các bộ phận riêng rẽ. Trong mỗi tổ máy phát gồm các bộ phận điều khiển động lực đầu tiên và các bộ điều khiển kích từ. Phần động lực đầu tiên bao gồm tuabin và hệ thống thủy lực, do vậy các bộ điều khiển động lực đầu tiên liên quan tới việc điều chỉnh tốc độ và điều khiển các biến số của hệ thống cung cấp năng lượng. Chức năng của điều khiển kích từ là điều chỉnh điện áp máy phát và công suất phản kháng. Công suất phát mong muốn của các tổ máy phát đơn lẻ được xác định bởi các quá trình điều khiển phát điện của hệ thống. Mục đích đầu tiên của điều khiển phát điện hệ thống là cân bằng tổng công suất phát của hệ thống với phụ tải hệ thống và các tổn thất, vì vậy tần số và công suất trao đổi với các hệ xung quanh được duy trì. Điều khiển truyền tải bao gồm các thiết bị điều khiển điện áp và công suất, như các bộ bù phản kháng tĩnh, các bộ bù đồng bộ, các cuộn cảm và điện dung chuyển mạch. Điều khiển các máy biến áp dịch pha và truyền tải dòng một chiều điện áp cao (HVDC) Các quá trình điều khiển đã mô tả ở trên góp phần cho sự thỏa mãn vận hành của hệ thống bằng cách duy trì điện áp và tần số hệ thống và các biến hệ thống khác trong giới hạn cho phép của chúng. Các đối tượng điều khiển phụ thuộc vào trạng thái vận hành của hệ thống. Với các trạng thái bình thường, đối tượng điều khiển vận hành có hiệu quả khi tần số và điện áp điều khiển gần với giá trị danh định. 1.3. Sơ đồ tổng quan về nhà máy thủy điện:. 1.3.1. Nguyên lý chung: Nước trên sông, suối chảy từ nguồn ra biển, đi từ cao đến thấp mang theo nó một năng lượng, năng lượng này gọi là thuỷ năng. Để xác định năng lượng đó ta chia dòng chảy trên sông thành đoạn ngắn có chiều dài là l, được giới hạn bởi các tiết diện I-I và II-II:
Hình 1.2 Sơ đồ xác định năng lượng dòng chảy trên đoạn sông Theo phương trình Becnuli ta có năng lượng riêng tại từng mặt cắt: P α V2 E =Z + I + I I I −I I γ 2g P α V2 E =Z + II + II II II − II II γ 2g P Trong đó: , Z , V , α - áp năng, vị năng, vận tốc trung bình tại mặt cắt và hệ γ số điều chỉnh động năng. Hiệu năng lượng riêng của hai mặt cắt là năng lượng đơn vị của dòng chảy trên đoạn sông có chiều dài l và được gọi là cột áp của đoạn sông, ký hiệu là H. P -P a V2 -a V2 H = E - E = Z I − Z II + 1 2 + 1 1 2 2 I II g 2g Nếu một đoạn sông có cột áp H, lưu lượng Q thì năng lượng dòng chảy trên đoạn sông đó là: ∋= ∫ γ QHdt Hay ∋= γ HW t Trong đó: W – thể tích nước đoạn sông.
Công suất nước của dòng chảy trên đoạn sông là: N =γ QH Để sử dụng năng lượng của đoạn sông thì phải tập trung năng lượng dòng nước phân bố trên đoạn sông đó tại một chỗ, tạo độ chênh mực nước thượng và hạ lưu, nghĩa là phải tạo nên cột áp. 1.3.2. Sơ đồ nhà máy thủy điện: Nhà máy thủy điện là một tổ hợp phức tạp, sử dụng năng lượng của sông suối, để sản xuất điện năng bao gồm 3 tuyến : - Tuyến áp lực (tuyến đầu mối) - Tuyến năng lượng. - Tuyến hạ lưu. Tuyến năng lượng. +Kênh vào +Cửa van Tuyến áp +Đường hầm (gồm Tháp và van) lực +Đường ống Nhà máy : Hạ lưu 1.Hồ chứa + Thiết bị cơ khí : + Bể áp lực Chính : Tuabin cho từng tổ máy 1. Kênh xả + Bể lắng Phụ : (các thiết bị khác) 2. Các cửa cát + Thiết bị điện kỹ thuật van hạ lưu 2. Đập tràn Tổ máy 3. Các van Tuabin xả + Tuabin, cánh hướng … + Bộ điều tốc Máy phát + Máy phát + Hệ thống kích từ. Hình 1.3 Sơ đồ các tuyến của nhà máy thủy điện • Các thiết bị chính trong nhà máy thủy điện.
Hình 1.4 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong nhà máy thủy điện 1. Cửa nhận nước 3. Bình tạo áp lực 2. Hầm dẫn 4. Nhà van 5. Ống áp lực 9. Hệ thống dầu áp lực và bộ điều tốc 6. Tuabin 10. Hệ thống nước làm mát 7. Máy phát 11. Ống xả 8. Hệ thống kích thích máy phát 12. Cửa hạ lưu Trong thực tế có 3 phương pháp tập trung năng lượng của dòng nước tương ứng với ba sơ đồ nhà máy thủy điện: Nhà máy thủy điện kiểu lòng sông, nhà máy thuỷ điện đường dẫn và nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hơp. 1.3.2.1. Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông (hay sau đập). Để tập trung năng lượng người ta dùng đập cột áp H là độ chênh mực nước trước và sau đập (tương ứng thượng lưu và hạ lưu). Đập có hồ chứa nước lớn để điều tiết lưu lượng dòng sông. Nhà máy thường đặt sau đập đối với cột nước lớn, hoặc là một bộ phận của đập đối với cột nước nhỏ. Các trạm thuỷ điện với phương pháp tập trung năng lượng bằng đập gọi là nhà máy kiểu lòng sông hay sau đập. Nó áp dụng cho các con sông ở đồng bằng, trung du nơi có độ dốc lòng sông nhỏ, lưu lượng sông lớn. Trong thực tế, chiều cao của đập bị hạn chế bởi kỹ thuật đắp đập và diện tích bị ngập. Cột áp ở các trạm thủy điện này không lớn, thông thường không lớn hơn 30 – 40m. Tuy nhiên, nhà máy
thủy điện kiểu này đã đạt cột áp cao nhất H = 300m là nhà máy thủy điện Nurec ở Liên Xô. Nhà máy thủy điện Thác Bà trên sông Chảy là nhà máy thủy điện lòng sông có cột áp H = 37m, N = 40MW, ba tổ máy. Hình 1.5 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông 1.3.2.2. Nhà máy thủy điện đường dẫn: Nước được ngăn bởi một đập thấp rồi chảy theo đường dẫn (Kênh, máng, tuy – nen, ống dẫn) đến nhà máy thủy điện. Ở đây cột áp cơ bản là do đường dẫn tạo nên, còn đập chỉ để ngăn nước lại để đưa vào đường dẫn. Đường dẫn có độ dốc nhỏ hơn độ dốc lòng sông. Kiểu trạm này thường dùng ở các sông suối có độ dốc lòng sông lớn và lưu lượng nhỏ. Trạm thủy điện Đa Nhim (Ninh Thuận) có cột nước H = 800m, N = 160MW ( bốn tổ máy 40 MW/ tổ máy). Trạm thủy điện có cột nước lớn nhất thế giới hiện nay là trạm Bogota (Colombia) có H = 2000m, N = 500MW.
Hình 1.6 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn. 1.3.2.3. Nhà máy thủy điện tổng hợp: Hình 1.7 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp. Năng lượng nước được tập trung là nhờ đập và cả đường dẫn. Cột áp của trạm gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên, phần còn lại do đường dẫn tạo nên. Nhà máy kiểu này được dùng cho các đoạn sông mà ở trên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nước và hồ chứa, còn ở phía dưới có độ dốc lớn thì xây dựng đường dẫn. Nhà máy thủy điện Hoà Bình (H = 88m, N = 220MW, 8 tổ máy) và Trị An (H = 50 m, N = 100MW, 3 tổ máy) là trạm kiểu tổng hợp.
1.4. Tuabin nước trong nhà máy thủy điện . Tuabin nước là một trong các thiết bị quan trọng nhất của nhà máy thủy điện, nhiệm vụ chính là chuyển đổi thủy năng thành cơ năng làm quay rôto máy phát và sinh ra điện năng. 1.4.1 Sự ra đời của tuabin thủy lực. Tuabin nước là loại máy thuỷ lực đầu tiên loài người dùng để sử dụng nguồn năng lượng thiên nhiên để phục vụ đời sống và sản xuất, trước tiên là trong công việc lấy nước và chế biến lương thực. Tuabin nước đầu tiên là những bánh xe nước đơn giản sử dụng động năng của dòng chảy. Cho tới nay lịch sử chưa xác định được ai là người đầu tiên phát minh ra bánh xe nước. Người ta biết rằng hàng nghìn năm trước công nguyên ở Ai Cập, Ấn Độ và Trung Quốc đã sử dụng bánh xe nước dưới dạng thiết bị biến đổi năng lượng. Đến nay ở nước ta bánh xe nước vẫn còn được sử dụng trên các suối vùng núi và trung du. Hình 1.8 Bánh xe nước Tại Pháp từ thế kỷ IV đã có máy xay xát chạy bằng năng lượng của nước. Tuy nhiên mãi đến thế kỷ thứ XVI với sự phát triển của chủ nghĩa tư bản thì việc sử dụng năng lượng nước mới có những cải tiến lớn. Nhưng từ bánh xe nước tới tuabin nước loài người phải trải qua tìm kiếm nghiên cứu lâu dài. Năm 1934 kỹ sư người Pháp là Fuaray đã chế tạo thành công tuabin nước đầu tiên.
Hình 1.9 Tuabin nước Sau đó ít năm, năm 1937 người thợ mộc Nga- Xaphon cũng chế tạo tuabin nước kiểu li tâm. Năm 1838 Hopd (Mỹ) đã cải tạo tuabin li tâm trên thành tuabin hướng tâm. Năm 1847-1849 một kỹ sư mỹ là Dran Franxic đã cải tiến tuabin Hopd thành tuabin tâm trục có hiêu suất cao hơn. Ngày nay người ta gọi tuabin tâm trục là tuabin Franxic Năm 1837-1841 Ghensen (Đức) và Jonvan (Pháp) đã chế tạo tuabin hướng trục cánh cố định. Sau đó năm 1912-1924 một giáo sư người Tiệp Khắc cũ là Kaplan cải tiến tuabin hướng trục cánh cố định thành tuabin hướng trục cánh điều chỉnh gọi là tuabin Kaplan. Do điều chỉnh cánh làm tăng hiệu suất trong một phạm vi điều chỉnh công suất rộng. 1880 Penton (Mỹ) đã cải tiến bãnh xe nước và phát minh ra tuabin gáo. Vì thế tuabin gáo còn gọi là tuabin Penton. Ngày nay các loại tuabin nước kể trên đã được cải tiến và hoàn thiện ở mức độ cao. Nhiều kiểu tuabin đã được ra đời như: Tuabin hướng chéo, tuabin dòng thẳng (Capsun), tuabin bơm.
Hiện nay ở nước ta đã có nhiều cơ sở đầu tư tiến bộ khoa học kỹ thuật cho việc chế tạo tuabin nước. Chúng ta đã chế tạo tuabin nhỏ (đến hàng ngàn KW). Trong tương lai chúng ta sẽ chế tạo loại tuabin lớn hơn, góp phần cho việc điện khí hoá và phục vụ sản xuất ở các địa phương xa lưới điện quốc gia. 1.4.2. Phân loại và phạm vi sử dụng của tuabin: * Phân loại theo dạng năng lượng của dòng chảy qua tuabin: Hình 1.10 Sơ đồ nhà máy thủy điện Ta khảo sát các thành phần năng lượng của dòng chảy. Năng lượng đợn vị của dòng chảy truyền cho bánh xe công tác tuabin bằng độ chênh năng lượng riêng giữa hai tiết diện trước và sau đó: 2 2 P − P α V −α V ( ) H = Z1 − Z1 + 1 2+ 11 γ 2g 2 2 Thế năng Động năng Vậy năng lượng riêng gồm hai phần : động năng và thế năng. Tùy thuộc vào dạng năng lượng này mà chia tuabin nước thành hai hệ khác nhau: tuabin xung lực và tuabin phản lực.
Trong tuabin xung lực, chỉ có phần động năng của dòng chảy tác dụng lên bánh xe công tác còn phần thế năng bằng không. Hệ tuabin này phát ra công suất nhờ động năng của dòng chất lỏng, còn áp suất ở cửa vào và cửa ra của tuabin là áp suất khí trời. Tuabin phản lực là loại tuabin làm việc nhờ cả hai phần thế năng và động năng, mà chủ yếu là thế năng của dòng chảy. Trong hệ tuabin này, áp suất ở cửa vào luôn lớn hơn ở cửa ra. Dòng chảy qua tuabin là dòng liên tục điền đầy toàn bộ máng dẫn cánh. Trong vùng bánh xe công tác tuabin, dòng chảy biến đổi cả động năng và thế năng. Trong đó vận tốc dòng chảy qua tuabin tăng dần, áp suất giảm dần. Máng dẫn của cánh hình côn nên gây ra độ chênh áp mặt cánh, từ đó tạo ra momen quay. Tuabin phản lực và xung lực có tính năng và phạm vi sử dụng khác nhau. Tuabin phản lực dùng cho trạm có cột nước thấp, lưu lượng lớn còn tuabin xung lực dùng cho trạm có cột nước cao, lưu lượng nhỏ. 1.4.2.1 Tuabin phản lực: Tuabin phản lực là hệ tuabin được sử dụng rộng rãi nhất, bao gồm phạm vi cột nước từ 1,5m đến 600m. Tùy thuộc vào hướng dòng chảy của dòng nước đi qua cánh bánh xe công tác mà chia tuabin phản lực thành nhiều loại: tuabin hướng trục, tuabin tâm trục, tuabin hướng chéo. a. Tuabin hướng trục: Tuabin hướng trục là loại tuabin trong đó hướng chuyển động của dòng chảy trong phạm vi bánh xe công tác song song với trục quay tuabin (hình 1.8a,b ) Tuabin hướng trục có thể là loại cánh cố định hoặc là loại cánh điều chỉnh bánh công tác gồm nhiều cánh được gắn với bầu. Nếu cánh được gắn chặt với bầu thì gọi là tuabin hướng trục cánh cố định ( tuabin chong chóng ). Nếu cánh có thể quay quanh trục cánh cố định thường dùng cho các trạm
cỡ nhỏ và trung bình. Tuabin hướng trục cánh điều chỉnh được sử dụng cho cỡ trung bình và lớn. Tuabin hướng trục cánh điều chỉnh phức tạp vì cơ cấu điều chỉnh cánh nằm trong bầu bánh công tác. Hình 1.11 Tuabin hướng trục b. Tuabin tâm trục (Hay còn gọi là tuabin Francis). Trong tuabin tâm trục, hướng của dòng chảy ở vùng bánh công tác ban đầu theo phương hướng tâm, sau đó chuyển sang phương song song với trục. Tuabin này còn gọi là tuabin Francis. Nó được sử dụng rộng rãi trong các trạm có cột nước cao : H = 30-600m. Đối với các trạm nhỏ tuabin này có thể làm việc với cột nước H > 4m. Bánh công tác gồm hệ thống cánh gắn chặt với hai vành đĩa trên và dưới thành một khối cứng. Cánh có dạng cong không gian và số cánh có từ 12 đến 22. Tuabin tâm trục có hiệu suất cao nhưng cánh cố định nên chỉ thích hợp với trạm có cột nước ít thay đổi (hình 1.8 d). Tuabin tâm trục có cột nước cao nhất thế giới H = 620m ở Khot-xen- van (Đức). Ở nước ta các nhà máy thuỷ điện: Trị An, Hoà Bình, YaLy, Thác Mơ dùng tuabin tâm trục cỡ lớn và trung bình, còn trạm Ta Sa, Na Ngần, Suối Cùn…dùng tuabin tâm trục cỡ nhỏ.
Hình 1.12 Tuabin tâm trục c. Tuabin hướng chéo: Tuabin hướng chéo kết hợp ưu điểm của cả hai loại tuabin tâm trục và hướng trục cánh điều chỉnh Dòng chảy qua vùng bánh xe công tác của tuabin này có hướng tạo với trục quay một góc nào đó (thường 45-60 độ). Bầu cánh là hình nón. Bầu cánh chứa toàn bộ cơ cấu điều chỉnh cánh như bầu cánh của tuabin hướng trục cánh điều chỉnh. Loại tuabin này làm việc trong phạm vi cột nước H = 30-150m. Nó có thể điều chỉnh cánh nên phạm vi điều chỉnh công suất có hiệu suất cao tương đối rộng so với tuabin tâm trục. Hình 1.13 Tuabin hướng chéo 1.4.2.2 Tuabin xung lực (xung kích): a. Tuabin gáo ( còn gọi là tuabin Pelton) HÌNH VẼ 1.5/7 THANH 1.9: Trong đó : 1- Ống dẫn 2- Mũi phun 3- Hướng tia nước 4- Cánh gáo 5- Trục 6- Vở tuabin
Tuabin gáo là loại tuabin xung lực được sử dụng nhiều nhất. Phần dẫn dòng của nó gồm bánh công tác và vòi phun. Bánh công tác gồm nhiều cánh hình gáo được gắn chặt lên bánh công tác. Bánh công tác gắn liền trên trục tuabin, trục này nối với trục máy phát. Thông thường tuabin gáo đặt ngang, chỉ có một số tuabin cỡ lớn có tổ máy đặt đứng. Vòi phun gồm có ống hình côn nối với ống dẫn, trong ống hình côn có kim điều chỉnh lưu lượng ra của vòi phun. Ở đây dòng chảy theo ống dẫn vào vòi phun, từ đó dòng chảy ra khỏi vòi phun với vận tốc đủ lớn tác dụng vào các cánh gáo và tạo thành momen quay. Ngoài ra vòi phun làm nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng qua bánh công tác. Tuabin gáo làm việc với cột nước H = 40-300m và lớn hơn nữa. Ở nước ta trạm thuỷ điện Đa Nhim dùng tuabin gáo có công suất một tổ máy N = 40MW. b. Tuabin tia nghiêng: Tuabin này khác với tuabin gáo là dòng chảy vào vòi phun hướng vào bánh công tác dưới một góc nghiêng. Bánh công tác gồm các cánh cong gắn chặt lên hai đĩa bên bánh công tác có hình dạng đơn giản hơn dạng gáo nên dễ chế tạo. Vòi phun của loại này tương tự như vòi phun của tuabin gáo. Tuabin tia nghiêng được lắp cho những trạm thuỷ điện nhỏ. Hiệu suất của tuabin này thường nhỏ hơn hiệu suất của tuabin gáo. c. Tuabin tác dụng kép (Tuabin xung kích hai lần ) (HÌNH VẼ 2.6): Dòng chảy từ vòi phun tác dụng lên bánh công tác hai lần : dòng chảy đi từ ngoài vào tâm sau đó lại hướng từ tâm ra ngoài, nên gọi loại này là tuabin tác dụng kép. Vòi phun của tuabin này có tiết diện chữ nhật chứ không phải tiết diện tròn. Ở đây thay đổi lưu lượng bằng cách thay đổi một thành trong để thay đổi tiết diện vòi phun.
Tuabin tác dụng kép còn có tên gọi là tuabin xung kích hai lần, hay tuabin Banki. Nó được dùng cho các trạm thuỷ điện cỡ nhỏ N = 5-100KW. 1.4.3. Các bộ phận chính của tuabin nước: Trong tuabin nước, bộ phận ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tuabin đó là phần dẫn dòng. Phần dẫn dòng gồm có ba bộ phận chính: - Buồng dẫn tuabin. - Bánh công tác. - Buồng hút tuabin. Trong đó bánh công tác là bộ phận chính làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng. Hai bộ phận buồng dẫn và buồng hút không trực tiếp biến đổi năng lượng nhưng vai trò của chúng rất quan trọng giúp bánh công tác làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng có hiệu quả tốt. Các bộ phận phụ của phần dẫn dòng gồm có: các van điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, van đóng nhanh khi có sự cố, lưới chắn rác… Nếu tuabin làm việc đồng bộ với máy phát điện thì một bộ phận quan trọng giúp cho sự đồng bộ này là máy điều tốc. Trong các trạm thuỷ điện còn có các thiết bị phụ trợ khác như: các tổ máy bơm, các tổ máy nén khí, thiết bị nâng hạ, hệ thống điện…Ở đây ta chỉ xét bộ phận chính của phần dẫn dòng tuabin.