máy thủy lực – tua bin nước và máy bơm: phần 1

G ĐẠI HỌC XÂY DỰNG<br /> H DŨNG - HOÀNG VĂN TẦN<br /> I - NGUYỄN THƯỢNG BANG<br /> <br /> Tua bin nước<br /> và máy bơm<br /> <br /> 3000003868<br /> <br /> NHA XUÂT BAN XÂY DỰNG<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI<br /> HOÀNG ĐÌNH DŨNG - HOÀNG VĂN TẦN<br /> VŨ HỮU HẢI - NGUYỄN THƯỢNG BANG<br /> <br /> Náy thnỷlực<br /> TUA BIN NƯỚC VÀ MÁY BƠM<br /> <br /> NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG<br /> HÀ NỘI - 2001<br /> <br /> LỜI NÓI ĐẦU<br /> Máy thuỷ lực là môn học quan trọng đối với sinh viên ngành thuỷ lợi Ví) năng<br /> lượng, nhằm trưng hi những kiến thức cần thiết vê thiết hi d ế sử dụng trong thiết k ế<br /> vù vụn hành nhủ máy thirị diện,trạm bơm Ví) trong thi công công trình tlìiíỷ (hạ<br /> mực nước ngầm, hút nước h ố móng...).<br /> Về nội dưng giáo trình hao gồm hai phần: tuưhin nước và máy bơm, trình bày<br /> nguyên lý lủm việc, kết díu thiết bị, đặc tính thiết bị, cách lựa chọn sử dụng, lắj)<br /> đặt, vận hành thiết bị. Đê thuận tiện cho sinh viên, trong giáo trình có các ví dụ<br /> tính toán, có các câu hỏi Ví) bài tập ở cuối mỗi chương.<br /> Giáo trình dược biên soạn trên co' sở tài liệu giảng dạy nhiêu nủm ở trường Đại<br /> học Xây dựng Hà nôi. Những người tham gia biên soạn giáo trình gồm : TS Hoàng<br /> Văn Tần (chương 3 phần tuabin), TS Vũ Hữu Hải (chương 2 phần máy bom và phụ<br /> lục máy bơm), Thạc sĩ Nguyễn Thượng Bằng (chương 3 phần máy bơm), PGS, TS<br /> Hoìmg ĐỉnÌ! Dũng (chủ biên, viết các chương còn lụi Ví ) phụ lục tuabin). GS, TSKH<br /> Trịnh Trọng Hàn dã đọc kỹ toàn bộ bản thào và dóng góp nhiều V kiến quan<br /> trọng.<br /> Nhóm tác giả chân thành cảm ơn sự giúp dỡ Ví) góp ý của TS Huỳnh Bí) K ỹ<br /> Thuật (Trưởng hộ môn XDCTTL), GS, TSKH Trịnh Trọng Hùn, K ỹ sư cao cấp Trcí/I<br /> Xuân Tuý (Công ty Tư vấn Xúy dựng Điện ì) và các dồng nghiệp.<br /> Tin liệu này nhằm phục vụ cho việc học tập cùa sinh viên, song cũng có th ể<br /> dùng làm tài liệu tham khảo cho cán bộ kỹ thuật trong ngành thuỷ lợi, thuỷ diện.<br /> Đây lừ lần xuất bản đàu tiên giáo trình ‘M áy thuỷ 'íực"nên không thê tránh khỏi<br /> sai sót, mong nhận được sự góp ỷ chân thành của các bạn dọc đê’lần tái bàn được<br /> tốt hơn.<br /> Các tác giả<br /> <br /> 3<br /> <br /> Phần I<br /> T U A B IN N Ư Ớ C<br /> <br /> Chương 1<br /> <br /> KHÁI NIỆM CHƯNG<br /> <br /> 1.1. MÁY THỦY LỤC<br /> Máy thuỷ lực là danh từ chung chí các thiết bị dùng đê chuyển hoá năng lượng chất lỏng<br /> thành cơ năng cơ cấu làm việc cúa máy (bánh xe công tác, pittông...) hay ngược lại.<br /> Tuabiìì nước là một loại máy thuỷ lực, biến năng lượng của chất lỏng (ở đây là nước)<br /> thành cơ năng trên trục quay của tuabin để quay máy phát điện hay các máy công cụ khác.<br /> Máy bơm cũng là một loại máy thuỷ lực, nó chuyển hoá cơ năng trên trục quay thành cơ<br /> năng của chất lỏng (ở dạng thế năng, động năng...) dể di chuyển chất lỏng từ chỗ thấp lên<br /> chỗ cao hay từ nơi này đến nơi khác.<br /> Nguyên tắc làm việc của tuabin nước và máy bơm hoàn toàn trái ngược nhau (hình 1-1).<br /> Tuabin nước được lắp đặt tại nhà máy thủy điện để chuyển hoá năng lượng nước thành cơ<br /> năng và cơ năng được chuyển hoá thành điện năng nhờ máy phát điện, khi nước từ thượng<br /> lưu chảy theo đường dẫn tới tuabin, rồi chảy ra hạ lưu. Máy bơm được lắp đặt ở trạm bơm.<br /> Ở trạm bơm điện, động cơ điện lấy điện từ lưới điện để quay máy bơm đưa nước từ bể hút<br /> qua máy bơm đi lên ống đẩy.<br /> Hệ thống điện<br /> <br /> Hình 1-1: Sơ đồ lìiỊỉivèn lý ( lia tiiabin nước và máy bơm .<br /> Máy thủy lực thuận m>hịclì cũng là một loại máy thuỷ lực vừa làm nhiệm vụ của tuabin<br /> nước vừa làm nhiệm vụ của máy bơm nước. Máy thủy lực thuận nghịch được lắp đặt ở nhà<br /> máy thuỷ điện tích năng.<br /> <br /> 5<br /> <br /> Thiết hị truyền động thuỷ lực là thiết bị lấy chất lỏng làm môi giới để truyền cơ năng từ<br /> bộ phận này sang bộ phận khác, như xilanh thuỷ lực trong máy nâng thuỷ lực, khớp nối trục<br /> thuỷ lực...<br /> Chán vịt của tàu thuỷ, ca nô...thì biến mô men quay của trục chân vịt thành lực tác dụng<br /> lên nước, tạo ra một phản lực của nước tác dụng ngược lại lên chân vịt làm cho tàu thuỷ, ca<br /> nô chuyển động.<br /> Trong phạm vi giáo trình này chỉ đi sâu vào hai loại máy thuỷ lực được sử dụng ở nhà<br /> máy thuỷ điện và trạm bơm, đó là tuabin nước và máy bơm.<br /> 1.2. CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA TU AB IN NƯỚC<br /> Các thông số chính của tuabin nước là lưu lượng nước qua tuabin, cột nước làm việc,<br /> công suất và hiệu suất của tuabin.<br /> ỉ . C ột nước làm việc của tuahin.<br /> Hình 1-2 là sơ đồ lắp đặt tuabin ở nhà máy thuỷ điện (NMTĐ).<br /> Đ ộ chênh mực nước giữa thượng lưu và hạ lưu gọi là cột nước tình của trạm thuỷ điện<br /> (TTĐ), ký hiệu H r<br /> C ột nước làm việc của tuahin H là hiệu năng lượng đơn vị của dòng nước đi qua tuabin<br /> tại mặt cắt vào (E,) và tại mặt cắt ra (E t) của tuabin:<br /> H = E,-E t = (Z i + ^ + ^ ỉ ) - ( Z 2 + ^ + ^ ỉ )<br /> Y<br /> 2g<br /> y<br /> 2g<br /> = (Z 1 + B r + ^ i ) - ( z H<br /> l +, i^ i + ^ i - A h 2)<br /> Y<br /> 2g<br /> Y<br /> 2g<br /> . H , - h 11+^<br /> <br /> -<br /> <br /> a^<br /> <br /> + Ah2<br /> <br /> 2g<br /> <br /> ( 1- 1)<br /> <br /> Với : hIt - tổn thất cột nước trên đường dẫn;<br /> Àh2 - chênh lệch áp suất giữa mặt cắt ra của tuabin với hạ lưu;<br /> Ht - cột nước tĩnh của TTĐ, đó là độ chênh mực nước giữa thượng và hạ lưu<br /> Do V, Ä v 2 nên<br /> H « Ht - h„<br /> <br /> (1-2)<br /> <br /> V í dụ: Ht =18m, v0= 0,2 m/s, V, = 1,6 m/s,v2= 2,8 m/s, htl = 0,6 m, Ah2 = 0,16 m, a , * a 2<br /> ~ 1> nếu tính gần đúng theo (1-2) thì ta được H « 18m - 0,6m = 17,4m, còn tính toán chính<br /> xác theo (1-1) thì ta được H = 18 - 0,6 + 0,22/19,6 - 2,82/19,6 + 0,16 = 17,16m. Như vậy ở<br /> đây sai số là (17,4-17,16)/17,16 « 1,5%.<br /> 2. Lưu lượng tuahin là chỉ lưu lượng dòng chảy đi qua tuabin , kỷhiệu là ọ , đơn vị mVs.<br /> 3. Nếu gọi N ilr lù công suất của dòng nước, tính bằng ỵ ỌH, còn N r là công suất trên<br /> N<br /> trục tuabin, thì tý sô —— goi là hiên suất tuahin, ký hiên riT<br /> N dc<br /> Như vậy, nếu H lấy đơn vị là m, Q lấy đơn vị là m 3/s, g = 9,81 m /s2, p = 1000kg/m3, NT<br /> lấy đơn vị là kW , ta có cồng thức tính công suất làm việc của tuabin:<br /> <br /> 6<br /> <br />