Nghiên cứu giải pháp giảm áp suất chân không trong ống hút của nhà máy thuỷ điện ngầm bằng kết cấu khe hẹp tại tháp van - TS. Nguyễn Văn Sơn

Chia sẻ: Huynh Thi Thuy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

0
38
lượt xem
1
download

Nghiên cứu giải pháp giảm áp suất chân không trong ống hút của nhà máy thuỷ điện ngầm bằng kết cấu khe hẹp tại tháp van - TS. Nguyễn Văn Sơn

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dạng nhà máy thuỷ điện ngầm, có đường dẫn thoát nước hạ lưu kéo dài. Khi cắt tải đột ngột áp lực nước va âm rất lớn gây ra áp suất chân không ở hạ lưu tổ máy, do đó phải bố trí tháp van hạ lưu để giảm áp lực nước va âm, nhưng do mực nước trong tháp dao động mạnh cũng làm giảm áp lực và gây ra áp suất chân không trong ống hút ở hạ lưu tổ máy. Tham khảo bài viết "Nghiên cứu giải pháp giảm áp suất chân không trong ống hút của nhà máy thuỷ điện ngầm bằng kết cấu khe hẹp tại Tháp Van" để hiểu hơn về vấn đề này.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu giải pháp giảm áp suất chân không trong ống hút của nhà máy thuỷ điện ngầm bằng kết cấu khe hẹp tại tháp van - TS. Nguyễn Văn Sơn

  1. NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG TRONG ỐNG HÚT CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN NGẦM BẰNG KẾT CẤU KHE HẸP TẠI THÁP VAN TS. NGUYỄN VĂN SƠN, BỘ MÔN THUỶ ĐIÊN VÀ NLTT - TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI Tóm tắt: Dạng nhà máy thuỷ điện ngầm, có đường dẫn thoát nước hạ lưu kéo dài. Khi cắt tải đột ngột áp lực nước va âm rất lớn gây ra áp suất chân không ở hạ lưu tổ máy, do đó phải bố trí tháp van hạ lưu để giảm áp lực nước va âm, nhưng do mực nước trong tháp dao động mạnh cũng làm giảm áp lực và gây ra áp suất chân không trong ống hút ở hạ lưu tổ máy. Để giải quyết vấn đề đó, nội dung của nghiên cứu là thông qua sử dụng phần mềm Transients V7.0 phân tích đưa ra giải pháp kết cấu khe hẹp và tính toán tìm ra kích thước kết cấu khe hẹp hợp lý. Kết quả nghiên cứu áp dụng cho trạm thuỷ điện Huội Quảng đáp ứng được yêu cầu hạn chế độ chân không trong phạm vi cho phép và phù hợp với kết cấu khe van va cửa van. Từ khoá: Áp suất chân không;Cao trình lắp máy tuốc bin Chế độ chuyển tiếp; Áp lực nước va; Tổn thất thuỷ lực. 1/ Đặt vấn đề. Hiện nay ở nước ta, cùng với sự phát triển kinh tế, số lượng các trạm thuỷ điện tham gia cung cấp điện cho hệ thống điện ngày càng nhiều, trong đó có một số trạm thuỷ điện có kết cấu dạng đường dẫn áp lực dài, nhà máy ngầm, đường dẫn thoát nước hạ lưu chảy có áp và có chiều dài lớn. Do đặc điểm của các trạm thuỷ điện dạng này có đường dẫn thoát nước hạ lưu chảy có áp có chiều dài lớn, nên quán tính của dòng chảy rất lớn. Do quán tính của dòng chảy lớn, nên khi cắt tải các tổ máy thuỷ điện sẽ phát sinh áp lực nước va âm rất lớn, gây ra áp suất chân không ở vị trí cửa ra của bánh xe công tác tuốc bin. Khi áp suất chân không vượt qua 10m (Hck- 8m). 2/ Các biện pháp hạn chế áp suất chân không phía sau bánh xe công tác tuốc bin nước. Để hạn chế áp suất chân không phía sau bánh xe công tác của tuốc bin nước chúng ta có thể sử dụng các giải pháp công trình sau. a/ Hạ thấp cao trình đặt máy tuốc bin.
  2. Giải pháp hạ thấp cao trình lắp đặt tuốc bin nhằm làm tăng áp lực tĩnh ban đầu ở phía sau bánh xe công tác của tuốc bin, khi xẩy ra chế độ chuyển tiếp áp suất phía sau bánh se công tác sẽ giảm đi một giá tri nhất định, nhưng do áp suất ban đầu đủ lớn nên độ chân không vẫn nằm trong phạm vi cho phép. Giải pháp này có ưu điểm vừa hạn chế được áp lực chân không khi xẩy ra chế độ chuyển tiếp, vừa hạn chế hiện tượng khí thực ở chế độ vận hành ổn định. Nhưng giải pháp công trình này cũng có nhiều nhược điểm làm tăng chiều dài đường dẫn áp lực thượng lưu; làm tăng độ dốc ngược của đường dẫn nước có áp hạ lưu; làm tăng chiều dài đường hầm giao thông vào nhà máy và gây khó khăn cho việc tiêu thoát nước nhà máy. b/ Xây dựng tháp van, tháp điều áp ngay sau nhà máy thuỷ điện. Giải pháp này hạn chế được áp lực nước va khi xẩy ra chế độ chuyển tiếp, nhưng do mực nước trong tháp dao động nên áp suất phía sau bánh se công tác cũng sẽ giảm đi một giá tri đủ nhỏ, nên độ chân không vẫn nằm trong phạm vi cho phép. Giải pháp này có ưu điểm vừa hạn chế được áp lực chân không khi xẩy ra chế độ chuyển tiếp, Nhưng không làm tăng độ dốc ngược của đường dẫn nước có áp hạ lưu; không làm tăng chiều dài đường hầm giao thông vào nhà máy và không tăng khó khăn cho việc tiêu thoát nước nhà máy. Nhưng giải pháp này phải xây dựng tháp điều áp có tiết diện đủ lớn để biên độ dao động của tháp đủ nhỏ nên cũng làm tăng giá thành xây dựng. c/ Xây dựng tháp van, tháp điều áp kết hợp với kết cấu khe hẹp. Giải pháp xây dựng tháp điều áp phía hạ lưu các tổ máy thuỷ điện hạn chế được áp lực nước va nhưng lại sinh ra dao động mực nước trong tháp điều áp nên cũng gây nên áp suất chân không phía sau bánh xe công tác tuốc bin. Để hạn chế được áp lực chân không khi xẩy ra chế độ chuyển tiếp, thì biên độ dao động của tháp đủ nhỏ nên tiết diện của tháp phải đủ lớn dẫn đến làm tăng giá thành xây dựng. Để giảm giá thành xây dựng tháp điều áp hạ lưu, qua nghiên cứu chúng tôi thấy nếu ta tạo kết cấu khe hẹp thông giữa tháp điều áp và đường hầm dẫn nước, do khe hẹp gây cản trở dòng chảy chảy ra, chảy vào tháp, nên sẽ hạn chế được biên đọ dao động của mực nước trong tháp điều áp và làm dao đông này tắt đi rất nhanh. Nhưng cũng chính do khe hẹp này sinh ra chênh lệnh áp lực giữa tháp điều áp và đường hầm (Khi cắt tải nước sẽ chảy từ trong tháp điều áp hạ lưu ra, nên áp lực trong tháp điều áp sẽ lớn hơn áp lực trong đường hầm) do đó cũng gây ra áp suất chân không phía sau bánh xe công tác. Qua nghiên cứu, tính toán chúng tôi thấy nếu kết cấu khe hẹp có kích thước hợp lý sẽ giảm được dao động mực nước trong tháp điều áp, nhưng độ chênh lệch áp suất không vượt qua biên độ dao động của tháp điều áp thi sẽ không làm tăng áp suất chân không phía sau bánh xe công tác tuốc bin.
  3. 3/ Cơ sở lý thuyết tính toán dao động mực nước và áp lực trong tháp van và khe hẹp. Phương trình tổn thất chảy qua khe hẹp của tháp van: Zp  H p  Q TP Q TP Phương trình liên tục n m Q i 1 Pi  Q TP  Q j 1 Mj Hình 1a: Sơ đồ tháp van Z P  Z0 Q TP  Q T 0 F  Các phương trình sóng thuận nghịch: t 2 c C+: Q Pi  C Pi  H P  Trong đó:   Là hệ số sức B Li 2 gFc2 C-: Q Mj  H P  C Mj  kháng, F ——Tiết diện tháp van hạ lưu, B Rj t ——Bước thời gian. t Đặt w  , thông qua biến đổi giải hệ các phương trình trên ta tìm được công thức 2F tính lưu lượng tức thời chảy vào tháp van và áp lực tức thời trong đường hầm tại vị trí chân tháp van như sau: n C Pi  Z0  wQ T 0 m C Mj H  Z 0  wQT 0     QTP  P ; i 1 B Li w   QT0 j  1 B Rj w   QT 0 H P  n m 1 1 1  i  1 B Li  w   QT0   j  1 B Rj Tiến hành tính toán trên toàn hệ thống đường dẫn theo các bước thời gian ta tìm được cả quá trình diễn biến và tìm được thời điểm và giá trị xuất hiện áp xuất chân không nguy hiểm nhất. Xem kết quả áp dụng tính toán cho trạm thuỷ điện Huội Quảng dưới đây. 4/ Kết quả tính toán áp dụng cho trạm thuỷ điện Huội Quảng. a/ Các thông số chính của thuỷ điện Huội Quảng. Mực nước dâng bình thường MND=370.0 m; MNC=368m; Mực hạ lưu (ứng với MND Sơn La) Zhl=215.0 m; Mực hạ lưu nhỏ nhất Zhl min=186.11m; Công suất lắp máy Nlm=2x250MW = 500MW; Cột nước Htt = 151,0m; Lưu lượng lớn nhất một tổ máy Qmax 1t =191,55 m3/s; Chiều dài đường hầm trước tháp L=4030m; Đường kính trong D=7,5m; Tháp kiểu viên trụ D=18m (Fth=254,34m2); Ống hút hạ lưu : L=70 m; D=7.7m; Tiết diện ngang của tháp van:=146,0 m2; Hầm tháo nước sau tháp van: L=310m; F=108 m2; b/ Các tổ hợp tính toán.  Tổ hợp cơ bản 11: Cắt tải toàn bộ từ công suất tối đa ở MNC =368,0 mét, mực nước hạ lưu Zhl = 187,13m.
  4.  Tổ hợp cộng tác dụng 12: Tổ máy thứ nhất đang phát công suất tối đa, tăng tải tổ máy thứ 2 đến công suất tối đa sau đó gặp sự cố cắt tải toàn bộ ở MNC =368,0 mét, mực nước hạ lưu Zhl = 187,13m. c/ Kết quả tính toán kết cấu khe hẹp hợp lý của tháp van hạ lưu của thuỷ điện Huội Quảng. Kết quả tính toán cho 2 trường hợp: Trường hợp 1 không tạo khe hẹp; trường hợp 2 tạo 2 khe hẹp cùng vị trí khe van có kích thước là 2x8x2,75= 44(m2). Kích thước này phù hợp với kích thước bố trí khe van hạ lưu tổ máy. Cao trình nắp tuốc bin là 179,0m. Ztv max (m) Hck (m) TT Tổ hợp Không có khe Không có khe Khe hẹp 44m2 Khe hẹp 44m2 hẹp hẹp 1 11 170.9 172.3 170.9(-8.1) 172.2(-6.8) 2 12 170.5 172.0 170.5(-8.5) 171.9(-7.1) Từ kết quả tính toán ta thấy phương án có kết cấu khe hẹp đã nâng được mực nước thấp nhất trong tháp van là Ztv min=170,5 mét lên 172,0 mét và giảm áp suất chân không từ -8,5mét xuống còn -7,1mét. Hình 1: Đao động mực nước trong tháp van khi không có khe hẹp (Tổ hợp 11) Hình 2: Dao động mực nước trong tháp van khi có khe hẹp (Tổ hợp 11)
  5. Hình 3: Phân bố áp lực dọc theo đường hầm tháo nước phía hạ lưu nhà máy khi không có khe hẹp (Tổ hợp 11) Hình 4: Phân bố áp lực dọc theo đường hầm tháo nước phía hạ lưu nhà máy khi có khe hẹp 2x8x2,75m2 (Tổ hợp 11) 5/ Kết luận Qua kết quả tính toán áp dụng tính toán cho trạm thuỷ điện Huội Quảng, kết quả xác định hình thức kết cấu phù hợp với các kết cấu khe van, giảm nhỏ được kích thước tháp van và giảm được áp lực chân không phía sau bánh xe công tác tuốc bin rất có ý nghĩa thực tiễn và đem lại hiệu quả kinh tế rõ ràng.. Kết quả trên đây mới chỉ nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của kết cấu khe hẹp đến áp suất chân không sau bánh xe công tác trong chế độ chuyển tiếp, để có các giải pháp công trình hợp lý cần phải nghiên cứu tổng thể các giải pháp và các vấn đề khác như khí thực tuốc bin, tổn thất thuỷ lực, điều kiện thi công và các kết cấu liên quan khác.
  6. 6/ Tài liệu tham khảo. 1. E. Benjamin Wylie and Victor L. Streeter, Fluid transient, McGraw-Hill Book Company, 1967. 2. Azoury, P. H. Baasiri, M & Najm, H. , Effect of Valve-Closure Schedule on Water Hammer, ASCE, j. Hyd. Eng. , Voll 12, No 10, Oct, 1986 PP890-903. 3. Contractor. D. N. , Valve Stroking to Control Waterhammer Transients Using Dynamic Programming, Numerical Methods for Fluid Transients Analysis, New York, N. Y. , 1983, PP 77-81. 4. Martin, C. S., Transformation of Pump Turbine Characteristics for Hydraulic Transients Annalysis, 5th Int. Conf. on Pressure Surges, 1986. 5. 吴荣樵、陈鉴治,水电站水力过渡过程,北京:中国水利水电出版社,1997 6. 赖旭、杨建东、陈鉴治,调压室断面积对调节系统稳定域的影响,水利学报,19 97.8, No4。 7. 赖旭、杨建东、陈鉴治,调速器对上下游双调压井水电站稳定域的影响,武汉水 利电力大学学报,1997.10, No5。 8. 李进平、李修树,管道非恒定流摩阻损失研究,水利水电学报,2003.3, Vol 21, No 6. 9. 常兆堂、姜之琦、陈仲华,水轮机调节系统原理、试验与故障处理,中国电力出 版社,1995。 10. 蔡维由,水轮机调速器,武汉水利电力大学出版社,2000。 11. 陈嘉谋,水轮机调节系统计算机仿真,北京:水利电力出版社,1993.6。

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản