đề tài: " nghiên cứu lựa chọn công nghệ thiết bị khai thác và sử dụng các loại năng lượng tái tạo, cho chế biến nông sản thủy sản sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi trường"

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, thiÕt kÕ, chÕ t¹o tæ m¸y

thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao

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 chuyªn ®Ò: ThS nguyÔn vò viÖt

5817-7

16/5/2006

hµ néi – 5/2006

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng I. Më ®Çu 1

1.1. §Æt vÊn ®Ò. 1

1.2. Tæng quan vÒ T§SN. 1

1.3. Néi dung b¸o c¸o. 7

Ch−¬ng II. Ph¹m vi sö dông vµ c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña tæ m¸y 8

2.1. T×nh h×nh nghiªn cøu chÕ t¹o T§CN. 8

9 2.2. Ph¹m vi sö dông.

2.3. C¸c th«ng sè c¬ b¶n. 9

D d

2.3.1. Tû sè 9

d d

2.3.2. Tû sè . 10

11 2.3.3. HiÖu suÊt tæ m¸y.

2.3.4. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña tæ m¸y. 13

2.4. Lùa chän kÕt cÊu cho tæ m¸y. 14

Ch−¬ng III. tÝnh to¸n, thiÕt kÕ c¸c bé phËn chÝnh 16

3.1. Tiªu chuÈn hãa c¸c bé phËn chÝnh. 16

3.2. Vá tua bin. 16

3.3. Kho¶ng c¸ch tõ vßi phun ®Õn b¸nh c«ng t¸c. 16

3.4. ThiÕt kÕ b¸nh c«ng t¸c. 17

3.4.1. Ph−¬ng h−íng thiÕt kÕ b¸nh c«ng t¸c. 17

3.4.2. X¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña c¸nh BCT. 18

3.4.3. X¸c ®Þnh c¸c gãc vµo cña c¸nh g¸o. 18

3.4.4. X¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña BCT. 19

3.4.5. X¸c ®Þnh sè c¸nh Z. 20

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

3.5. TÝnh to¸n, thiÕt kÕ vßi phun. 21

3.5.1. Lý thuyÕt tÝnh to¸n. 21

3.5.2. TÝnh to¸n vßi phun cho tæ m¸y T§SN. 22

3.5.3. VÞ trÝ vßi phun. 24

3.6. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trôc. 24

3.6.1. C¸c th«ng sè ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ. 25

3.6.2. BiÓu ®å néi lùc. 25

3.6.3. TÝnh s¬ bé ®−êng kÝnh c¸c ®o¹n trôc. 26

3.6.4. ThiÕt kÕ kÕt cÊu trôc. 27

3.6.5. TÝnh to¸n ®é bÒn mái cña trôc. 27

3.6.6. TÝnh to¸n trôc tua bin vÒ dao ®éng. 29

3.6.7. KiÓm nghiÖm ®é bÒn dËp cña then. 30

3.7. TÝnh to¸n lùa chän æ l¨n. 31

3.8. TÝnh to¸n tæn thÊt thñy lùc vµ lùa chän ®−êng èng. 33

3.8.1. Tæn thÊt cét ¸p qua l−íi ch¾n r¸c. 33

3.8.2. Tæn thÊt cét ¸p ë cöa vµo cña èng dÉn. 33

3.8.3. Tæn thÊt ¸p lùc ®−êng èng. 34

Ch−¬ng IV. ThÝ nghiÖm vµ x©y dùng ®Æc tÝnh vËn hµnh 35

4.1. HÖ thèng thÝ nghiÖm. 35

4.2. Qui tr×nh thÝ nghiÖm vµ ®Æc tÝnh vËn hµnh. 36

4.3. C¸c kÕt luËn rót ra tõ thùc nghiÖm. 42

Ch−¬ng V. HÖ thèng ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn 43

5.1. Ph©n lo¹i ®iÒu tèc t¶i gi¶ vµ nguyªn lý lµm viÖc. 43

5.1.1. HÖ thèng phô t¶i cè ®Þnh. 43

5.1.2. HÖ thèng phô t¶i thay ®æi. 44

5.2. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y c«ng suÊt nhá h¬n 1kW. 48

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

5.2.1. Nguyªn lý. 48

5.2.2. Khèi t¶i gi¶. 49

5.3. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá. 50

Ch−¬ng VI. C«ng tr×nh tr¹m vµ qu¶n lý vËn hµnh 53

6.1. Lùa chän vÞ trÝ l¾p ®Æt tæ m¸y. 53

6.1.1. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh cét n−íc. 53

6.1.2. X¸c ®Þnh l−u l−îng cña nguån n−íc. 54

6.1.3. Chän vÞ trÝ l¾p ®Æt m¸y. 55

6.2. C«ng tr×nh tr¹m tæ m¸y T§SN. 56

57 6.2.1. BÓ ¸p lùc.

59 6.2.2. §−êng èng ¸p lùc.

59 6.2.3. Van tr−íc tua bin.

59 6.2.4. Tæ m¸y T§SN.

59 6.2.5. Mãng m¸y.

61 6.3. C«ng t¸c qu¶n lý vËn hµnh.

6.3.1. L¾p ®Æt vµ vËn hµnh. 61

62 6.3.2. Qu¶n lý vµ b¶o d−ìng söa ch÷a.

64 Ch−¬ng VII. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

64 7.1. C¸c kÕt qu¶ mµ ®Ò tµi ®· ®¹t ®−îc.

7.2. KiÕn nghÞ. 64

Tµi liÖu tham kh¶o 65

Phô lôc 66

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng I. Më ®Çu

1.1. §Æt vÊn ®Ò.

MÆc dï l−íi vµ nguån ®iÖn quèc gia ph¸t triÓn m¹nh, nh−ng ë n−íc ta, mét bé

phËn rÊt lín ng−êi d©n ë vïng s©u, vïng xa do sèng qu¸ ph©n t¸n, sÏ kh«ng cã c¬ héi

®−îc sö dông nguån ®iÖn nµy. Ch−¬ng tr×nh ph¸t triÓn nguån n¨ng l−îng t¸i t¹o

(REAP) cña chÝnh phñ víi sù tµi trî cña c¸c tæ chøc quèc tÕ nh− UB, ADB, JICA …

®ang nç lùc hç trî kü thuËt, tµI chÝnh nh»m ph¸t triÓn c¸c d¹ng n¨ng l−îng t¸I t¹o

(NLTT) nh−: thñy ®iÖn nhá, n¨ng l−îng giã, n¨ng l−îng mÆt trêi,.. víi môc tiªu cung

cÊp ®iÖn cho h¬n 400 x· ë vïng s©u [1], [2].

ThiÕt bÞ thñy ®iÖn siªu nhá (T§SN) ®· ®−îc sö dông réng r·i ë ViÖt nam tõ

nhiÒu n¨m nay, theo sè liÖu cña ViÖn N¨ng l−îng, tíi n¨m 2002, c¶ n−íc ®· l¾p ®Æt

kháang 120.000 tæ m¸y T§SN, phÇn lín c¸c thiÕt bÞ nhËp khÈu tõ Trung Quèc. ë

trong n−íc, mét sè c¬ quan còng ®· chÕ t¹o thiÕt bÞ T§SN nh−: ViÖn VËt liÖu thuéc

Trung t©m Khoa häc Tù nhiªn Quèc gia, Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ néi.

Trong ®Ò tµi KC07 - 04, víi môc tiªu nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ

thñy ®iÖn nhá vµ siªu nhá phôc vô cho sinh häat vµ s¶n xuÊt, chÕ biÕn n«ng, l©m,

thñy s¶n ®· nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o vµ hßan thiÖn nh»m n©ng cao hiÖu qu¶ vµ

gi¶m gi¸ thµnh chÕ t¹o thiÕt bÞ T§SN. §ång thêi ph¸t triÓn thñy ®iÖn nhá vµ siªu nhá

thµnh mét hÖ thèng hßan chØnh ®¸p øng réng r·i nhu cÇu thùc tiÔn s¶n xuÊt.

1.2. Tæng quan vÒ T§SN.

NhiÒu n−íc trªn thÕ giíi ®· nghiªn cøu vµ chÕ t¹o thiÕt bÞ T§SN, sö dông 4

lo¹i tua bin chñ yÕu: tua bin h−íng trôc (TBHT), tua bin g¸o (TBG), tua bin tia

nghiªng (TBTN), tua bin xung kÝch hai lÇn TBXK2L. C¸c tæ m¸y T§SN ®−îc chia

thµnh hai lo¹i c¬ b¶n lµ: tæ m¸y T§SN cét n−íc cao vµ tæ m¸y T§SN cét n−íc thÊp.

Víi c¸c tæ m¸y T§SN cét n−íc cao (H>10m), ng−êi ta th−êng sö dông mét

trong hai lo¹i tua bin: Tua bin tia nghiªng vµ tua bin g¸o. Ngoµi yªu cÇu vÒ kü thuËt,

viÖc lùa chän lo¹i tua bin nµo cßn phô thuéc vµo chØ tiªu gi¸ thµnh thiÕt bÞ. Mét sè

n−íc cã ®iÒu kiÖn tù nhiªn cho phÐp x©y dùng c¸c tr¹m T§SN cét n−íc rÊt cao th×

th−êng thiªn vÒ h−íng chän tua bin g¸o. H·ng IREM (Italia) ®· ®−a ra ý t−ëng kÕt

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

1

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

cÊu rÊt ®éc ®¸o vÒ tua bin g¸o cã buång xo¾n víi tæ hîp 2 ®Õn 6 mòi phun ®¬n gi¶n

(h×nh 1). §ång thêi viÖc chÕ t¹o c¸nh g¸o b»ng c«ng nghÖ gia c«ng ¸p lùc cã thÓ s¶n

xuÊt hµng läat c¸nh g¸o víi ®é chÝnh x¸c cao th× gi¶i ph¸p chän tua bin g¸o lµ phï

hîp.

Theo h−íng nµy cßn cã c¸c n−íc ven nói Himalaya nh−: Ên ®é, Nª pan,...

nh−ng nh×n chung, cét n−íc cho T§SN kh«ng dÔ dµng cã ®−îc trÞ sè qu¸ cao.

H×nh 1. Tæ m¸y T§SN cña h·ng IREM

Kh¶o s¸t thùc tÕ ë ViÖt Nam, t¹i c¸c tØnh nh− Hßa B×nh, NghÖ An, Hµ Giang

cho thÊy, cét n−íc phæ biÕn ë trong kho¶ng 5 ÷ 50 m (trõ c¸c tr¹m cét n−íc thÊp).

Do vËy ¸p dông tua bin tia nghiªng cho T§SN lµ phï hîp v× c¸c −u ®iÓm sau:

- KÕt cÊu ®¬n gi¶n, dÔ chÕ t¹o, ®é bÒn cao, gi¸ thµnh h¹.

- §Æc tÝnh n¨ng l−îng tèt.

Vµ tua bin tia nghiªng hoµn toµn c¹nh tranh tua bin xung kÝch 2 lÇn ë d¶i c«ng

suÊt siªu nhá.

Tõ n¨m 1993, c¸c thiÕt bÞ T§SN cña Trung Quèc ®· b¸n réng r·i trªn thÞ

tr−êng ViÖt Nam víi qui m« c«ng suÊt thùc tõ 100W ®Õn 1000W, ph¹m vi cét n−íc

10 ÷ 25m. ë trong n−íc còng ®· nghiªn cøu chÕ t¹o läai 200W vµ 500W. Mét sè kÕt

qu¶ kh¶o s¸t nh− sau:

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

2

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

* T§SN do Trung Quèc chÕ t¹o:

Kh¶o s¸t c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt T§SN ë tØnh Qu¶ng T©y-Trung Quèc chóng t«i

nhËn thÊy ®©y lµ c¸c c¬ së s¶n xuÊt nhá, ph©n bè ë vïng n«ng th«n. S¶n phÈm ®−îc

sao chÐp l¹i tõ c¸c mÉu nghiªn cøu tr−íc ®©y, viÖc sao chÐp ®· biÕn d¹ng do vËy

hiÖu suÊt rÊt thÊp. Bï l¹i víi nguyªn liÖu tù s¶n xuÊt ®−îc trong n−íc (nh− nam ch©m

cho m¸y ph¸t) vµ chi phÝ nh©n c«ng rÎ, tæ chøc s¶n xuÊt tèt lµm cho gi¸ thµnh cuat

thiÕt bÞ rÊt rÎ (250.000®ång/tæ). Trong ch−¬ng tr×nh hîp t¸c cung cÊp thiÕt bÞ thñy

®iÖn (ODA) giai ®äan 1995 ÷ 2000, phÝa ®èi t¸c Trung Quèc ®Æt hµng c¸c c¬ së s¶n

xuÊt nµy s¶n xuÊt lo¹i thiÕt bÞ cã chÊt l−îng cao h¬n (®ñ c«ng suÊt) th× gi¸ thµnh

thiÕt bÞ còng t¨ng rÊt cao (720.000VN§ cho tæ m¸y 300W).

§Æc ®iÓm cña thiÕt bÞ do Trung Quèc s¶n xuÊt lµ sö dông nam ch©m Baki

Ferit läai chÊt l−îng thÊp ®Ó chÕ t¹o m¸y ph¸t nªn kÝch th−íc m¸y kh¸ lín. Tiªu hao

c¸c nguyªn liÖu kh¸c còng v× thÕ t¨ng theo. B¸nh c«ng t¸c chÕ t¹o tõng l¸ c¸nh cã

biªn d¹ng h×nh cÇu nªn hiÖu suÊt thÊp.

H×nh 2. L¸ c¸nh BCT cã biªn d¹ng chám cÇu

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

3

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

HS=f(n)

HS

0.30

0.25 H=7m

0.20

0.15

H=7m Poly. (H=7m)

0.10

0.05

0.00

700

800

900

1000

1200

1300

1400

n(v/ph)

1100

H×nh .3. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm T§SN cét n−íc cao do Trung Quèc chÕ t¹o.

* S¶n xuÊt T§SN ë ViÖn Nam:

ViÖn VËt liÖu (thuéc Trung t©m Khoa häc Tù Nhiªn vµ C«ng NghÖ quèc gia)

®· nghiªn cøu chÕ t¹o T§SN vµ ®¹t ®−îc nh÷ng kÕt qu¶ rÊt tèt. ViÖn ®· sö dông nam

ch©m ®Êt hiÕm ®Ó chÕ t¹o r« to m¸y ph¸t ®iÖn lµm thu nhá kÝch th−íc, t¨ng tuæi thä

m¸y ph¸t. §ång thêi viÖn nµy còng ®· nghiªn cøu c«ng nghÖ dËp l¸ c¸nh BCT tèt

h¬n, l¸ c¸nh kh«ng bÞ cong vªnh, n©ng cao chÊt l−îng gia c«ng, chÊt l−îng kim läai

vµ tiªu chuÈn hãa ®−îc hai läai tua bin tia nghiªng lµ MHG-200HH vµ MHG-

500HH.

H×nh 5. Tæ m¸y MHG500, 200 do ViÖn VËt liÖu chÕ t¹o.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

4

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

§i kÌm víi c¸c tæ m¸y, viªn VËt liÖu còng ®· nghiªn cøu, s¶n xuÊt thiÕt ph©n

t¶i, t¶i gi¶ ®Ó ®iÒu chØnh, æn ®Þnh ®iÖn ¸p cho tæ m¸y.

Tuy nhiªn c¸c thiÕt bÞ nµy cßn mét sè h¹n chÕ sau:

- Ph¹m vi lµm viÖc cét n−íc kh¸ cao, trong khi nhu cÇu thùc tÕ cã cét n−íc thÊp

h¬n.

- HiÖu suÊt tua bin cßn thÊp.

KÕt qu¶ thÝ nghiÖm c¸c tæ m¸y MHG-200HH vµ MHG-500HH nh− h×nh 6 vµ h×nh7

HS=f(n)

HS

0.33

0.32

0.31 H=5m

0.30

0.29 H=7m

0.28

H=5m H=6.2m H=8m Poly. (H=5m) Poly. (H=6.2m) Poly. (H=8m)

0.27

0.26 H=6.2m

0.25

900

700

800

1200

1300

1000

1100

140 0 n(v/ph) H×nh 6. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm T§SN cét n−íc cao MHG - 200HH

do ViÖn vËt liÖu chÕ t¹o.

HS=f(n)

HS

0.55

0.50 H=8m

H=10m

0.45

0.40 H=9m

H=10m H=9m H=8m Poly. (H=10m) Poly. (H=9m) Poly. (H=8m)

0.35

0.30

700

800

900 0.25 1000

1100

1200

1300

1400

n(v/ph)

H×nh 7. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm T§SN cét n−íc cao MHG - 500HH

do ViÖn vËt liÖu chÕ t¹o.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

5

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

§èi víi c¸c tæ m¸y T§SN cã cét n−íc thÊp ( H ≤ 2÷5 m ) ng−êi ta th−êng sö

dông TBHT buång hë hoÆc buång kÝn d¹ng èng, mét sè n−íc tiªn tiÕn chÕ t¹o TBHT

cã m¸y ph¸t ng©m trong n−íc (lo¹i tua bin ch×m).

1.3. Néi dung b¸o c¸o.

Trong b¸o c¸o nµy tr×nh bµy c¸c nghiªn cøu tßan diÖn vÒ tæ m¸y T§SN cét

n−íc cao sö dông TBTN nh»m hßan thiÖn c¸c s¶n phÈm T§SN vµ x©y dùng gam tua

bin T§SN mét c¸ch cã hÖ thèng, ®¸p øng réng r·i nhu cÇu cña nh©n d©n miÒn nói

mµ ®Ò tµi KC07 ®· ®−a ra.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

6

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng II. Ph¹m vi sö dông vµ c¸c th«ng sè c¬

b¶n cña tæ m¸y

2.1. T×nh h×nh nghiªn cøu chÕ t¹o T§CN.

Mét ®Æc ®iÓm c¬ b¶n cña thñy ®iÖn lµ c¸c th«ng sè c¬ b¶n nh− cét ¸p H, c«ng

suÊt P lu«n kh¸c nhau, phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn tù nhiªn vµ nhu cÇu sö dông tõng

tr¹m. Thùc tiÔn cho thÊy T§SN ®−îc sö dông réng r·i trong ph¹m vi H = 0,5 ÷20 m.

Víi tËp qu¸n sö dông, c¸c tr¹m thñy ®iÖn cã H = 1 ÷ 2 m th−êng sö dông

TBHT. ë vïng cét n−íc thÊp H ≤ 1 m cã thÓ sö dông TBHT, guång n−íc (Water

Well), tua bin kiÓu XK2L hoÆc nh©n d©n miÒn nói s¸ng t¹o läai guång h−íng trôc

(¶nh), cã hiÖu suÊt thÊp. Nh×n chung, cho tíi nay, vïng H < 1 m vµ H = 2 ÷5 m, vÉn

ch−a cã gi¶i ph¸p c«ng nghÖ nµo phï hîp (hiÖu suÊt chÊp nhËn, gi¸ rÎ). PhÇn lín c¸c

tæ m¸y ®ang sö dông cã H = 1 ÷ 2 m.

ë vïng cét n−íc cao, c¸c tæ m¸y do Trung Quèc s¶n xuÊt ®−îc sö dông trong

ph¹m vi H = 10 ÷ 20 m, ViÖn vËt liÖu cã s¶n xuÊt lo¹i 200 W, H = 6 m, c¸c th«ng sè

c¬ b¶n nh− b¶ng 1.

B¶ng 1

Ph¹m vi sö dông STT Lo¹i TB Ghi chó H (m) Q (l/s) P(W)

TBTN do Trung Quèc 1 10 ÷ 20 100 ÷ 500 HiÖu suÊt thÊp s¶n xuÊt

5 6,3 100 MHG - 200HH 2 6 6,4 200

7 7,4 275

8 7,9 325

3 MHG - 500HH 9 8,4 390

10 8,9 460

11 9,1 520

Nguån: Cataloge cña Asian Phoenex Resources Ltd.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

7

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Mét sè nhËn xÐt:

1. C¸c thiÕt bÞ T§SN do Trung Quèc s¶n xuÊt ®ang b¸n t¹i thÞ tr−êng ViÖt

Nam, cã hiÖu suÊt rÊt thÊp ηmax = 25% (h×nh 1.3), nguyªn nh©n chÝnh lµ chÊt

l−îng cña c¶ tua bin vµ m¸y ph¸t ®Òu thÊp.

2. ThiÕt bÞ T§SN do ViÖn vËt liÖu s¶n xuÊt ®· cã nh÷ng c¶i tiÕn ®¸ng kÓ, ®Æc

biÖt lµ m¸y ph¸t ®· sö dông nam ch©m ®Êt hiÕm cã chÊt l−îng cao, nªn gi¶m

kÝch th−íc vµ t¨ng c«ng suÊt tæ m¸y, hiÖu suÊt ®· t¨ng lªn (ηmax= 45%).

3. Vïng lµm viÖc cña tæ m¸y hÑp vµ ch−a ®¸p øng nhu cÇu ®a d¹ng cña thùc

tiÔn.

Tõ nhËn xÐt trªn, h−íng gi¶i quyÕt cña ®Ò tµi bao gåm:

1. N©ng cao hiÖu suÊt cña tæ m¸y.

2. Ph©n tÝch hÖ thèng ®Ó x¸c ®Þnh ph¹m vi lµm viÖc cña tõng thiÕt bÞ.

3. Gi¶m gi¸ thµnh cña s¶n phÈm.

2.2. Ph¹m vi sö dông.

KÕt qu¶ nghiªn cøu trong phÇn gam thñy ®iÖn nhá vµ cùc nhá ®· gam hãa mét

sè lo¹i TBTN cì nhá víi D1 = 10 cm vµ D1 = 15 cm. Ph¹m vi vµ th«ng sè lµm viÖc c¬ b¶n cña TBTN cã D1 = 10 cm cho T§SN nh− b¶ng 2.

B¶ng 2

Cét n−íc H (m) 6,5 6,5 ÷ 7 10 ÷ 12 10 ÷ 15 18 ÷ 25

L−u l−îng Q (l/s) 12 6 7 ÷ 8

Sè vßng quay (v/ph) 1000 1000 1000 1000 1500

Sè mòi phun Z 2 1 1 1 1

C«ng suÊt P(W) 200 500 200 500 500 ÷ 1000

2.3. C¸c th«ng sè c¬ b¶n.

D d

. 2.3.1. Tû sè

D1: §−êng kÝnh b¸nh c«ng t¸c (BCT) d0: §−êng kÝnh dßng tia t¹i chç co hÑp nhÊt.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

8

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

D d

Tû sè rÊt quan träng v× nã quyÕt ®Þnh kÝch th−íc vµ hiÖu suÊt cña tæ m¸y.

(**41,3

)

Trong TBTN, l−u l−îng qui dÉn x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

' Q = 1

d 0 D 1

’ , t¨ng c«ng suÊt tæ m¸y.

(2.1)

D 1 d

ViÖc t¨ng , sÏ lµm t¨ng Q1

D =3.5 ÷ 9.5 d

KÕt qu¶ nghiªn cøu [8] cho thÊy

D = 3.5 vµ 4 ®Ó thö nghiÖm. d

Trong ®Ò tµi, ®Ó t¨ng c«ng suÊt tæ m¸y ®· chän

d d

2.3.2. Tû sè .

dm: §−êng kÝnh miÖng ra cña mòi phun

d d

ViÖc lùa chän cã ¶nh h−ëng quan träng tíi kh¶ n¨ng lµm viÖc vµ hiÖu suÊt

d d

= 1,1 ÷ 1,25. Nh−ng trong thiÕt cña tua bin, víi c¸c mòi phun tiªu chuÈn, tû sè

kÕ T§SN, ®Ó gi¶m kÝch th−íc cho tæ m¸y trong ®iÒu kiÖn ®é gi¶m hiÖu suÊt trong

giíi h¹n cho phÐp, nªn c¸c chi tiÕt ®−îc lùa chän cã mét sè thay ®æi, cÇn ph¶i kiÓm

tra l¹i c¸c hÖ sè tÝnh to¸n. §Ò tµi ®· tiÕn hµnh thÝ nghiÖm thuû lùc dßng phun, ®Ó x¸c

®Þnh l¹i hÖ sè Km nh− h×nh 8.

KÕt qu¶ thö nghiÖm cho mét sè nhËn xÐt sau:

1. Thö nghiÖm c¸c mòi phun cña TBTN ®· s¶n xuÊt cho thÊy: do lùa chän kÕt

cÊu ®¬n gi¶n, nªn kim phun th−êng bÞ lÖch, dßng tia kh«ng ®èi xøng trôc. Mét

sè dßng tia bÞ ph¸ vì cÊu tróc, g©y tæn thÊt cho tua bin víi hai nguyªn nh©n:

- XuÊt hiÖn dßng ngang, tiªu hao mét phÇn n¨ng l−îng

- Dßng tia bÞ lÖch, mét phÇn dßng kh«ng ch¶y qua c¸nh BCT, mµ phun lªn bÇu

vµ vµnh BCT g©y tæn thÊt thÓ tÝch.

2. ë kho¶ng c¸ch nhá L ≤ 4 do ®é loe cña dßng tia b»ng 1,17 ÷ 1,2 d0.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

9

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 8. Thö nghiÖm vßi phun tæ m¸y T§SN

2.3.3. HiÖu suÊt tæ m¸y.

§Ó phôc vô cho giai ®o¹n tÝnh to¸n s¬ bé, cÇn x¸c ®Þnh hiÖu suÊt s¬ bé cña

tua bin vµ m¸y ph¸t. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm cho m¸y ph¸t T§SN do phßng thÝ nghiÖm

800

Pc¬

600

P f

400

200

0 980

990

1000

1010

1020

1030

thiÕt bÞ ®iÖn, Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi thùc hiÖn nh− h×nh 9 vµ h×nh 10.

H×nh 9. §Æc tÝnh m¸y ph¸t 200W do ViÖn Khoa häc Thñy lîi chÕ t¹o

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

10

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Pc¬

350 300 250 200 150 100 50 0 1150

1200

1250

1300

1350

1400

H×nh 10. §Æc tÝnh m¸y ph¸t 500W do ViÖn Khoa häc Thñy lîi chÕ t¹o

HiÖu suÊt cña tua bin phô thuéc vµo hiÖu suÊt cña dßng ch¶y qua vßi phun vµ

qua BCT. KÕt qu¶ nghiªn cøu cña I.N.XMIRNOP [7] cho thÊy, khi d0 < 55mm trÞ sè hiÖu suÊt tua bin gi¶m kh¸ nhanh (víi TB g¸o). KÕt qu¶ nµy cã thÓ sö dông cho

TBTN:

H×nh 11. §é suy gi¶m hiÖu suÊt khi ®−êng kÝnh dßng tia < 55mm

Theo kÕt qu¶ trªn, ∆η1 = 2 ÷ 3%.

HiÖu suÊt cßn bÞ ¶nh h−ëng cña c«ng nghÖ do TBTN T§SN cã kÝch cì nhá.

Tuy nhiªn trªn thùc tÕ, ¶nh h−ëng c«ng nghÖ tíi hiÖu suÊt TBTN cì nhá cã kh¶ n¨ng

lín v×:

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

11

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

- ChÊt l−îng mòi phun kh«ng tèt, cã kh¶ n¨ng xÈy ra hiÖn t−îng lÖch hoÆc

khuyÕch t¸n dßng tia.

- Biªn d¹ng c¸nh kh«ng ®¶m b¶o.

- §é chÝnh x¸c gia c«ng kh«ng cao, g©y lÖch dßng phun vµo c¸nh.

Dùa vµo kÕt qu¶ nghiªn cøu tua bin t©m trôc, cã thÓ lÊy ®é suy gi¶m hiÖu suÊt

do c«ng nghÖ ∆η2 = 3 ÷ 4%.

Do vËy hiÖu suÊt thuû lùc cña BCT η = ηtb - ∆η1 - ∆η2

ë chÕ ®é tèi −u: ηtu = 84% - 4% – 3% = 77%

ë chÕ ®é Qi max: η = 81% - 4% – 3% = 74%

C«ng suÊt tua bin ®−îc x¸c ®Þnh:

P = 9,81. Q.H. ηtb . ηmf= 9,81.Q.H.0,77.0,7 ≈ 5,3 .Q.H

2.3.4. X¸c ®Þnh c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña tæ m¸y.

C¸c c«ng thøc tÝnh to¸n:

gH2

d 0π 4

(2.2) Q = v.F = ϕ .

ϕ: HÖ sè vËn tèc mòi phun ϕ = 0,96 ÷ 0,98, chän ϕ = 0,96.

g: gia tèc träng tr−êng, g = 9,81 m/s2

KÕt qu¶ tÝnh to¸n s¬ bé nh− b¶ng 3.

B¶ng 3

H d0 Q 6,5 2,5 5,3 12 2,5 7,2 20 2,5 9,3

P 183 458 985

2,6 2,6 2,6

d0 Q 5,75 7,8 10

P d0 Q 198 496 1,8 3,8 1060 1,8 4,8

237 512

P KÕt luËn: Tæ hîp c¸c th«ng sè c¬ b¶n:

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

12

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

D1 = 10cm d0 = 2,6 vµ 1,8 cm n = 1000 vµ 1500 v/ph

P = 200, 500, 1000 W

Tõ ®ã tiªu chuÈn hãa ®−îc 05 läai thiÕt bÞ T§SN sö dông TBTN nh− b¶ng 4.

B¶ng 4

STT Lo¹i thiÕt bÞ T§SN C«ng suÊt (W) Cét ¸p (m) L−u l−îng (l/s)

1 TN200 - 10/1x2,6 200W 6,5 5,8

2 TN500 - 10/1x2,6 500W 12 7,8

3 TN200 - 10/1x1,8 200W 12 3,8

4 TN1000 - 10/1x2,6 1000W 20 10

5 TN500 - 10/1x1,8 500W 20 4,8

2.4. Lùa chän kÕt cÊu cho tæ m¸y.

Víi TBTN cã 2 kÕt cÊu:

+ KÕt cÊu trôc ngang, th−êng sö dông cho c¸c tæ m¸y cã sè mòi phun 1 vµ 2,

cã m¸y ph¸t ®iÖn s¶n xuÊt ®éc lËp. KÕt cÊu nµy dÔ l¾p ®Æt, söa ch÷a, nh−ng cã

kÝch cì lín h¬n kÕt cÊu trôc ®øng.

+ KÕt cÊu trôc ®øng: Th−êng sö dông cho c¸c tæ m¸y cã m¸y ph¸t ®−îc thiÕt

kÕ, chÕ t¹o riªng theo ý ®å cña nhµ thiÕt kÕ, cã thÓ dïng cho tæ m¸y siªu nhá

vµ mét sè h·ng (nh− Newmill - Anh) dïng cho tæ m¸y c«ng suÊt lín vµ cã sè

mòi phun Z > 2.

+ Víi thuû ®iÖn siªu nhá: Do tÝnh chÊt s¶n xuÊt hµng lo¹t, ®Ó gi¶m nhÑ kÝch

th−íc tæ m¸y vµ h¹ gi¸ thµnh th× ®Òu dïng kÕt cÊu trôc ®øng (h×nh 12).

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

13

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 12. KÕt cÊu tæ m¸y T§SN dïng TBTN

KÕt cÊu nh− vËy cã mét sè −u ®iÓm nh− sau:

- Th©n æ kÐo dµi xuèng phÝa d−íi nh»m lµm gi¶m ®é c«ng son cña c¸nh. T¨ng

æn ®Þnh cho BCT vµ rotor cña m¸y ph¸t.

- Tæ m¸y gän nhÑ, dÔ l¾p ®Æt vµ sö dông.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

14

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng III. tÝnh to¸n, thiÕt kÕ c¸c bé phËn chÝnh

3.1. Tiªu chuÈn hãa c¸c bé phËn chÝnh.

Tæ m¸y T§SN sö dông TBTN gåm 3 bé phËn chÝnh: th©n tua bin, côm mòi

phun vµ c¬ cÊu kim phun, m¸y ph¸t vµ trôc, ®Ó tæ hîp thµnh 4 lo¹i tua bin víi ph¹m

vi sö dông kh¸c nhau nh− d· tr×nh bµy trong ch−¬ng II, cã mét sè chi tiÕt dïng

chung vµ cã mét sè chi tiÕt ph¶i thay ®æi.

3.2. Vá tua bin.

Víi chøc n¨ng b¶o ®¶m tho¸t n−íc sau khi ra khái BCT víi D1 = 10 cm vµ lµ gi¸ ®ì cho c¸c côm chi tiÕt kh¸c nh− m¸y ph¸t, mòi phun. KÕt qu¶ thùc tÕ vá tua bin

nh− sau:

- Tæ m¸y TN200 - 10/1x2,6 vµ TN200-10/1x1,8 lo¹i vá nhá

- Tæ m¸y TN500 - 10/1x2,6 vµ TN1000-10/1x2,6 vµ TN500-10/1x1,8 cã kÝch

th−íc vá lín h¬n.

3.3. Kho¶ng c¸ch tõ vßi phun ®Õn b¸nh c«ng t¸c.

Kho¶ng c¸ch L phô thuéc vµo kÕt cÊu cña vá tuabin vµ cÊu tróc dßng ch¶y

sau khi ra khái mòi phun. Kho¶ng c¸ch L cµng lín, dßng ch¶y cµng bÞ loe, dÉn tíi

kh¶ n¨ng gi¶m hiÖu suÊt thñy lùc cña tæ m¸y. Theo kÕt qu¶ nghiªn cøu [8], L ≤ 5d0

(h×nh 13).

H×nh 13. VÞ trÝ cña vßi phun so víi BCT

Theo kÕt qu¶ thö nghiÖm c¸c mòi phun t¹i phßng thÝ nghiÖm HPC, do kÕt cÊu

vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o vßi phun ®¬n gi¶n nªn cho thÊy chän L ≤3,5 d0 t−¬ng øng c¸c

yÕu tè ®Æt ra (h×nh 14).

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

15

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 14. ThÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®−êng kÝnh dßng tia t¹i c¸c mÆt c¾t

ngang kh¸c nhau t¹i HPC

3.4. ThiÕt kÕ b¸nh c«ng t¸c.

3.4.1. Ph−¬ng h−íng thiÕt kÕ b¸nh c«ng t¸c.

HiÖn nµy cã 2 xu h−íng thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o BCT cho TBTN cì nhá:

+ L¸ c¸nh BCT cã d¹ng mÆt cÇu. D¹ng c¸nh nµy dÔ chÕ t¹o, gi¸ thµnh thÊp.

Th−êng chÕ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp nguéi. Nh−îc ®iÓm c¬ b¶n cña ph−¬ng

ph¸p nµy lµ hiÖu suÊt thñy lùc nhá do n¨ng l−îng kh«ng truyÒn ®−îc hÕt cho

BCT.

+ L¸ c¸nh cã biªn d¹ng theo ®óng thiÕt kÕ cña TBTN cì lín. D¹ng c¸nh nµy

cã −u ®iÓm lµ hiÖu suÊt cao nh−ng khã chÕ t¹o. §Ó n©ng cao hiÖu suÊt tæ m¸y,

®Ò tµi ®i theo h−íng thiÕt kÕ, chÕ t¹o c¸nh BCT cã biªn d¹ng theo ®óng tÝnh

to¸n, thiÕt kÕ nh−ng trªn gi¶i ph¸p c«ng nghÖ ®Ó h¹ gi¸ thµnh chÕ t¹o.

Biªn d¹ng ®−îc thiÕt kÕ theo mÉu BCT cña TBTN (®−îc tr×nh bµy trong phÇn

b¸o c¸o kÕt qu¶ nghiªn cøu TBTN) nh−ng ®−îc ®¬n gi¶n hãa ë mét sè chi tiÕt:

- Thay thÕ vµnh ngoµi b»ng vµnh thÐp ®ai cã mÆt c¾t trßn hoÆc vu«ng. Nhê

D tõ 4 xuèng 3,5 d

gi¶i ph¸p nµy, cã thÓ gi¶m

- L¸ c¸nh cã ®é dµy biÕn ®æi ®−îc thay thÕ bëi l¸ c¸nh cã ®é dµy kh«ng ®æi

(®−îc chÐ t¹o b»ng ph−¬ng ph¸p Ðp nguéi)

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

16

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

- Mét sè mÆt c¾t s¸t vµnh vµ bÇu ®−îc söa theo ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ.

3.4.2. X¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña c¸nh BCT.

Dùa vµo kÝch th−íc c¬ b¶n BCT mÉu, x¸c ®Þnh ®−îc c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n

cña BCT víi D1 = 10 cm nh− sau:

H×nh 15. C¸c th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n cña BCT TBTN

- §−êng kÝnh bÇu ë lèi vµo:

- §−êng kÝnh bÇu ë lèi ra:

- B¸n kÝnh cong cña bÇu:

- ChiÒu cao cña bÇu:

- §−êng kÝnh vµnh ë lèi vµo: dbV = 0,734D1 = 73,3mm dbR = 0,507D1 = 50,7mm Rb = 0,487D1 = 48,7mm H = 0,330D1 = 33mm

- §−êng kÝnh lèi ra lín nhÊt:

- §−êng kÝnh lèi ra nhá nhÊt:

- ChiÒu réng cña c¸nh:

- ChiÒu réng c¸nh ë lèi ra nhá nhÊt:

- ChiÒu réng c¸nh ë lèi ra lín nhÊt:

- §−êng kÝnh ngoµi cña vµnh:

- ChiÒu cao cña vµnh: Dv = 1,440D1 = 14,4mm D3 = 1,750D1 = 17,5mm D2 = 0,283D1 = 28,3mm B1 = 0,373D1 = 37,3mm B2 = 0,303D1 = 30,3mm B3 = 0,174D1 = 17,4mm DN = 1,824D1 = 18,2mm h= 0,113D1 = 11,3mm

3.4.3. X¸c ®Þnh c¸c gãc vµo cña c¸nh g¸o.

C¸c gãc vµo ë mÐp vµo cña c¸nh g¸o x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

17

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

2sin

α 1

arctg

β 1 i

cos

−

α 1

R i R 0

(3.1)

Trong ®ã:

β1i lµ gãc t¹i cöa vµo cña c¸nh g¸o ë vÞ trÝ cã b¸n kÝnh lµ Ri

R0 lµ b¸n kÝnh danh nghÜa cña b¸nh xe c«ng t¸c (R0 = D1/2).

C¸c gãc β1i ®−îc x¸c ®Þnh t¹i mÆt c¾t trô cã b¸n kÝnh Ri vµ trÞ sè cña nã ®−îc

ghi trong b¶ng 5.

B¶ng 5

MÆt c¾t MÆt c¾t Ri Ri βi βi

32 37,34866 11 54 53,67687 0

34 38,48008 12 56 55,66982 1

36 39,67056 13 58 57,76202 2

38 40,92373 14 60 59,95506 3

40 42,24339 15 62 62,24953 4

42 43,63344 16 64 64,64476 5

44 45,09792 17 66 67,13864 6

46 46,64088 18 68 69,72737 7

48 48,26638 19 70 72,40532 8

50 49,97841 20 72 75,16493 9

52 51,78074 10

3.4.4. X¸c ®Þnh c¸c kÝch th−íc c¬ b¶n cña BCT.

Biªn d¹ng profin c¸nh bao gåm: gãc vµo, ra, thay ®æi ®é cong cña profin

c¸nh, chiÒu dµi l¸ c¸nh, ®−îc x¸c ®Þnh theo mÉu. KÕt qu¶ tÝnh to¸n biªn d¹ng l¸ c¸nh

BCT vµ mÆt c¾t ngang BCT nh− h×nh 16.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

18

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 16. Biªn d¹ng c¸c mÆt c¾t l¸ c¸nh

KÕt qu¶ x©u c¸nh, mÆt b»ng ë mÐp vµo vµ mÐp ra nh− h×nh 17.

H×nh 17. MÆt b»ng ë mÐp vµo vµ mÐp ra cña l¸ c¸nh BCT

3.4.5. X¸c ®Þnh sè c¸nh Z.

- Sè l¸ c¸nh Z phô thuéc vµo ®−êng kÝnh BCT D1 , ®é dµy c¸nh. Theo ®iÒu

kiÖn c«ng nghÖ vµ ®iÒu kiÖn bÒn, ®é dµy c¸nh ®−îc chän δ = 3 mm.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

19

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

const

S L

- Sè c¸nh ®−îc chän theo mÉu, sao cho tû lÖ

H×nh 18. S¬ ®å dßng ch¶y vµo BCT TBTN

KÕt qu¶: sè l¸ c¸nh ®−îc x¸c ®Þnh Z = 20.

3.5. TÝnh to¸n, thiÕt kÕ vßi phun.

3.5.1. Lý thuyÕt tÝnh to¸n.

Vßi phun trong tua bin tia nghiªng còng gièng nh− vßi phun trong c¸c tua bin

xung kÝch nãi chung, lµ bé ph©n trong ®ã x¶y ra qu¸ tr×nh biÕn ®æi ¸p n¨ng cña dßng

ch¶y thµnh cét n−íc vËn tèc. Nã cßn cã t¸c dông ®iÒu chØnh l−u l−îng cña tua bin.

H×nh 19. Vßi phun tiÕt diÖn trßn cho kh¶ n¨ng lµm viÖc tèt nhÊt

Vßi phun cã thÓ cã c¸c kÕt cÊu, h×nh d¹ng tiÕt diÖn dßng tia kh¸c nhau, nh−ng

cho ®Õn nay, lo¹i vßi phun h×nh c«n cã tiÕt diÖn trßn víi van kim ®ång trôc dÞch

chuyÓn theo h−íng trôc cña vßi phun (kÕt cÊu nh− h×nh 19) cho kh¶ n¨ng lµm viÖc

tèt nhÊt.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

20

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

ë vÞ trÝ kim phun s¸t vµo miÖng vßi, l−u l−îng qua vßi b»ng kh«ng. khi kim

dÞch chuyÓn ra, diÖn tÝch h×nh vµnh khuyªn cöa ra t¨ng lªn, l−u l−îng sÏ t¨ng. VÊn

®Ò lµ cÇn x¸c ®Þnh biªn d¹ngvßi phun sao cho l−u l−îng thay ®æi ®Òu theo hµnh tr×nh

cña kim vµ ë mçi vÞ trÝ cña kim vËn tèc sÏ t¨ng dÇn däc theo ®−êng dßng vµ ®¹t gi¸

trÞ lín nhÊt t¹i cöa ra. §Ó lµm ®−îc ®iÒu nµy, cÇn ph¶i xÐt mét sè ph−¬ng ¸n biªn

d¹ng vßi phun. Cho tõng ph−¬ng ¸n, x©y dùng h×nh chiÕu kinh tuyÕn cña èng dÉn

(gi÷a miÖng vßi vµ van kim) khi ®é më cña vßi kh¸c nhau. Sau ®ã ®−a lªn h×nh chiÕu

kinh tuyÕn cña èng dÉn c¸c ®−êng dßng vµ c¸c ®−êng ®¼ng thÕ xuÊt ph¸t tõ gi¶ thiÕt

dßng ch¶y thÕ ®èi xøng. Dßng ch¶y thÕ theo kinh tuyÕn ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng

ph¸p ®å gi¶i kÕt hîp víi gi¶i tÝch gÇn ®óng.

ViÖc x©y dùng dßng ch¶y thÕ cña vßi phun lµ rÊt khã kh¨n vµ phøc t¹p. §Ó

®¬n gi¶n, khi ®¸nh gi¸ chÊt l−îng mét biªn d¹ng vßi phun, ng−êi ta tÝnh to¸n x©y

dùng c¸c ®−êng cong cña sù thay ®æi diÖn tÝch tiÕt diÖn èng dÉn däc theo trôc cña

vßi phun khi c¸c ®é më kh¸c nhau. Do tr−êng vËn tèc däc theo ®−êng dßng lín h¬n

nhiÒu so víi ®−êng ®¼ng thÕ nªn sù thay ®æi diÖn tÝch tiÕt diÖn ph¶n ¸nh sù thay ®æi

vËn tèc trung b×nh cña dßng ch¶y sÏ cho ta ®−îc ®Æc tÝnh vßi phun ®ñ tin cËy trong

tÝnh to¸n gÇn ®óng. §iÒu nµy cã nghÜa lµ mét ph−¬ng ¸n biªn d¹ng ®−îc coi lµ tèt

khi ë mäi ®é më cña vßi phun, ®−êng biÓu diÔn quan hÖ gi÷a diÖn tÝch tiÕt diÖn vµ

chiÒu dµi däc theo chiÒu trôc vßi phun thay ®æi ®Òu.

Qua nghiªn cøu ng−êi ta ®i ®Õn kh¼ng ®Þnh r»ng khi dßng ch¶y ë cöa ra bÞ

nÐn sÏ cho dßng tia gän vµ Ýt bÞ toÐ. Gãc c«n cµng lín, dßng ch¶y cµng bÞ nÐn nhiÒu.

Nh−ng khi t¨ng gãc c«n cña miÖng vßi sÏ lµm cong m¹nh ®−êng dßng do ®ã g©y

thªm tæn thÊt thuû lùc vµ nh− vËy kÝch th−íc ®−êng kÝnh cña vßi phun ph¶i t¨ng lªn.

3.5.2. TÝnh to¸n vßi phun cho tæ m¸y T§SN.

HiÖn nay, c¸c vßi phun ®· ®−îc nghiªn cøu t−¬ng ®èi kü l−ìng c¶ vÒ lý thuyÕt

vµ thùc nghiÖm. Cã 3 lo¹i vßi phun c¬ b¶n cã hiÖu suÊt kh¸ cao ®Ó tÝnh ®æi cho c¸c

lo¹i tua bin kh¸c nhau ®ã lµ: lo¹i vßi phun ng¾n(850/600), lo¹i vßi phun trung

b×nh(800/550), vµ lo¹i vßi phun dµi(620/450).

Lo¹i vßi phun ng¾n cã −u ®iÓm lµ lùc ma s¸t nhá, hµnh tr×nh S vµ kÝch th−íc

tæ m¸y nhá, ®Æc biÖt víi tæ m¸y nhiÒu vßi phun cho kÝch th−íc kÕt cÊu cµng nhá.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

21

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Nh−ng do hµnh tr×nh cña kim phun biÕn ®æi kh«ng lín, l−u l−îng biÕn ®æi nhiÒu,

viÖc ®iÒu tiÕt ®ßi hái ph¶i nh¹y. Còng v× vßi phun ng¾n, dßng ch¶y quÆt gÊp, cã thªm

tæn thÊt do dßng rèi. §èi víi lo¹i vßi phun dµi th× kh¾c phôc ®−îc c¸c nh−îc ®iÓm

cña vßi phun ng¾n nh−ng vÒ mÆt kÝch th−íc kÕt cÊu sÏ rÊt lín nÕu tæ m¸y cã Ýt vßi

phun. Nh− vËy ta thÊy r»ng lo¹i vßi trung b×nh dung hoµ ®−îc c¸c −u nh−îc ®iÓm

trªn cña hai lo¹i vßi phun ng¾n vµ dµi, do ®ã víi tæ m¸y T§SN chóng t«i chän lo¹i

vßi phun trung b×nh. Thùc nghiÖm ®· x¸c ®Þnh biªn d¹ng vßi phun trung b×nh cã

kÝch th−íc nh− h×nh 20.

H×nh 20. Vßi phun 800/540

Theo c«ng thøc thùc nghiÖm:

(3.2) d = (1,15 ÷ 1,25)d0.

3,83

doM

d 2,1

100 2,1

Chän d = 1,2d0 ta x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng kÝnh dßng tia cña vßi phun m« h×nh:

* TÝnh to¸n vßi phun cho tæ m¸y TN200 - 10/1x2,6.

§−êng kÝnh dßng tia cña tæ m¸y lµ d0=26mm

32,0

≈

d d

26 3,83

VËy hÖ sè ®ång d¹ng cña vßi phun m« h×nh so víi vßi phun thùc cÇn thiÕt kÕ lµ:

C¨n cø vµo hÖ sè λ, ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c kÝch th−íc cña vßi phun thùc.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

22

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

+ TÝnh to¸n hµnh tr×nh cña kim phun:

Hµnh tr×nh kim phun S cÇn ph¶i ®¶m b¶o ®−êng kÝnh dßng phun d0 vµ cÇn

®¶m b¶o sè d− lµ 5%.

S = 40mm.

* TÝnh tãan vßi phun cho c¸c tæ m¸y kh¸c.

22,0

≈

d d

18 3,83

§−êng kÝnh dßng tia cña tæ m¸y lµ d0= 18mm

3.5.3 VÞ trÝ vßi phun:

MÆt dßng tia trô trßn c¾t mÆt ph¼ng cöa nhËn n−íc cã d¹ng h×nh « van (gäi lµ

h×nh « van dßng tia). Thùc nghiÖm cho thÊy vÞ trÝ « van dßng tia cã h−íng ng−îc víi

chiÒu chuyÓn ®éng. NÕu sù dÞch chuyÓn nµy (T) kh«ng g©y cho dßng tia vÊp ph¶i

vµnh bao ngoµi cã thÓ n©ng cao tèc ®é ®¬n

vÞ cña tua bin. §ång thêi gi¶m bít sù va ®Ëp

vµo vµnh bao ngoµi cña tua bin hoÆc cã thÓ

gi¶m bít sè c¸nh.

Thùc nghiÖm cho thÊy kho¶ng dÞch

chuyÓn hîp lý cña c¸c tæ m¸y T§SN lµ (4,5

x cotgα1) ≈ 10mm.

H×nh 21. Thùc nghiÖm vÒ giao diÖn (« van) gi÷a dßng tia vµ BXCT

3.6. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trôc:

C¸c tæ m¸y TBTN siªu nhá lµ c¸c tæ m¸y cã sè vßng quay cao (ë chÕ ®é tÝnh

to¸n n = 1000v/ph vµ 1500v/ph) do vËy d¹ng háng chñ yÕu lµ do mái, do t¸c ®éng

l©u dµi cña øng suÊt thay ®æi cã chu kú. Ngoµi ra trong tr−êng hîp mÊt t¶i ®ét ngét,

sè vßng quay t¨ng rÊt nhanh, trôc cßn cã thÓ bÞ háng do dao ®éng.

Nh− vËy, víi tæ m¸y TBTN siªu nhá cÇn tÝnh to¸n trôc vÒ ®é bÒn, ®é cøng vµ

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

23

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

dao ®éng. D−íi ®©y, ta tÝnh to¸n trôc cho tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6 cßn c¸c tæ m¸y

kh¸c viÖc tÝnh to¸n t−¬ng tù.

3.6.1. C¸c th«ng sè ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ.

S¬ ®å chÞu lùc cña trôc nh− trªn h×nh 3.10.

- C«ng suÊt N = 1,15kW

- Vßng quay n = 1500v/ph

- Lùc däc trôc P x¸c ®Þnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm, ®èi víi TBTN:

(3.3) P = (20 ÷ 22).Q.H0,5.(sinβ1-sinγ2)

= 22x0,0105x140,5x(sin500 - sin150) =

0,44kG

Nh− vËy lùc h−íng trôc cña TBTN siªu

nhá cã gi¸ trÞ siªu nhá so víi träng l−îng b¶n

th©n cña b¸nh c«ng t¸c cã thÓ bá qua.

- Träng l−îng b¸nh c«ng t¸c G = 3,5kg;

R« to R = 5kg

- VËt liÖu chÕ t¹o trôc lµ thÐp 45 cã σb =

600MPa.

Q

H×nh 22. S¬ ®å chÞu lùc cña trôc tæ m¸y T§SN

3.6.2. BiÓu ®å néi lùc.

Tõ c«ng suÊt N = 1,15kW vµ sè vßng quay n = 1500v/ph, ta x¸c ®Þnh ®−îc

0073

3,7

KNm

N w

N .30 n . π

m« men xo¾n trªn trôc:

- Lùc däc trôc trªn ®o¹n l1: Nd1 = +3,5kg = 35N

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

24

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

- Lùc däc trôc trªn ®o¹n l1: Nd2 = -5kg = -50N

146

3,7 05,0

M R 1

- Lùc ngang

BiÓu ®å néi lùc ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 23.

3.6.3. TÝnh s¬ bé ®−êng kÝnh c¸c ®o¹n trôc.

C¨n cø vµo biÓu ®å néi lùc, ta x¸c ®Þnh ®−îc s¬ bé ®−êng kÝnh c¸c ®o¹n trôc

d =

theo c«ng thøc:

tdM [1,0 σ ]

(3.4)

75,0

2 u

2 x

7,3Nm

14,6Nm

(3.5) Trong ®ã:

H×nh 23. BiÓu ®å néi lùc trªn trôc tua bin TN1000 - 10/1x2,6

Trong ®ã:

Mtd- m« men t−¬ng ®−¬ng t¹i mÆt c¾t tÝnh to¸n.

2 ux

2 uy

Mu- m« men uèn

Mux - M« men uèn theo trôc Ox

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

25

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Muy - M« men uèn theo trôc Oy Trôc z trïng víi t©m trôc

Mx - m« men xo¾n t¹i mÆt c¾t tÝnh to¸n.

Nh− vËy, trong ®o¹n l1 vµ l2 mÆt c¾t chÞu lùc nguy hiÓm nhÊt t¹i gèi ®ì trôc

*75,0

14600

7,14

7300 + 50.1,0

M td [1,0 ] σ

d−íi vµ ®−êng kÝnh mÆt c¾t x¸c ®Þnh s¬ bé theo c«ng thøc:

§Ó ®¶m b¶o an toµn ta chän ®−êng kÝnh trôc t¹i mÆt c¾t nµy lµ d = 20mm.

3.6.4. ThiÕt kÕ kÕt cÊu trôc.

Do ®Æc ®iÓm kÕt cÊu cña tæ m¸y TBTN siªu nhá nh− ®· tr×nh bµy trong môc

(2.4). §Ó t¨ng c−êng ®é cøng v÷ng cho trôc vµ ®¬n gi¶n cho viÖc th¸o l¾p, ta thiÕt kÕ

kÕt cÊu trôc cña tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6 nh− h×nh 24.

H×nh 24. C¸c kÝch th−íc trôc tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6

T¹i vÞ trÝ l¾p b¸nh c«ng t¸c vµ t¹i vÞ trÝ l¾p r« to m¸y ph¸t chän kiÓu l¾p láng

k6.

3.6.5. TÝnh to¸n ®é bÒn mái cña trôc.

V× c¸c tiÕt diÖn trôc ®Òu ®· lÊy t¨ng ®−êng kÝnh (®Ó ®¶m b¶o l¾p ghÐp) nªn

trong tr−êng hîp ®ang xÐt chØ cÇn kiÓm nghiÖm hÖ sè an toµn ë tiÕt diÖn nguy hiÓm

nhÊt (tiÕt diÖn l¾p vßng bi d−íi).

KÕt qu¶ tÝnh to¸n nh− sau:

- Trôc ®−îc gia c«ng trªn m¸y tiÖn cã ®é nh¸m Ra = 2,5 ÷ 0,63; víi σb =

600MPa hÖ sè tËp trung øng suÊt do tr¹ng th¸i bÒ mÆt nªn Kx = 1,06 kh«ng dïng ph−¬ng ph¸p t¨ng bÒn bÒ mÆt nªn Ky = 1.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

26

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

- HÖ sè kÝch th−íc phô thuéc vµo sù thay ®æi tiÕt diÖn trôc (tËp trung øng

suÊt), chÕ ®é l¾p vßng trong cña æ bi vµ σb tra ®−îc:

Kσ/εσ = 2,75; Kτ/ετ = 2,05

/)1

75,2(

06,1

−

81,21/)1 =

k d σ

k σ ( ε σ

/)1

05,2(

06,1

−

11,21/)1 =

k d τ

k τ ( ε τ

Nh− vËy c¸c hÖ sè kσd vµ kτd x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

- §èi víi trôc quay 1 chiÒu, øng suÊt xo¾n thay ®æi theo chu kú m¹ch ®éng

3,2

MPa

=ττ a

7300 1571 .2

M x 2 0 w

nªn ta cã:

- Trôc quay vµ chÞu m« men uèn nªn:

32* 302,0*

14600 π

M W u

=18,6MPa σm =0; σa =

- Víi σb = 600MPa, ψσ = 0,05; ψτ = 0

6,1

S σ

.436 600 0.05,06,18.81,2 +

σ 1 − . σψσ + m

. σ

dk σ

1,32

S τ

436 ,0*58,0 600 3,2.03,2.05,2 +

τ 1 − . σψτ + m

. τ

dk τ

VËy ta cã:

Trong ®ã: σ-1 = 0,436σb = 261,6Mpa

τ-1 = 0,58σ-1 = 151,7MPa

S S * σ τ 2 2 S S + σ τ

Nh− vËy hÖ sè an toµn mái S = ≈1,6 > [S] =1,5 vµ trôc ®¶m b¶o ®iÒu

kiÖn bÒn mái.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

27

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

3.6.6. TÝnh to¸n trôc tua bin vÒ dao ®éng.

V× mét nguyªn nh©n nµo ®ã, trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña tæ m¸y, t¶i bÞ mÊt

®ét ngét lµm cho sè vßng quay tua bin t¨ng rÊt cao. §Ó ®¶m b¶o an toµn cho trôc ta

cÇn tÝnh to¸n kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc cña trôc trong tr−êng hîp nµy.

NÕu toµn bé r« to cña tæ m¸y hoµn toµn ®ång t©m sÏ kh«ng cã dao ®éng x¶y

ra. Trong thùc tÕ, ®iÒu nµy kh«ng thÓ ®¹t ®−îc. ë ®©y, ta gi¶ thiÕt ®é lÖch t©m cña r«

to lµ e, khèi l−îng lÖch t©m lµ w, sè vßng quay ®ét biÕn lµ nl. Lùc qu¸n tÝnh ly t©m lµ:

Fqt = mw2(y + e)

y lµ ®é vâng t¹i vÞ trÝ cña träng l−îng lÖch t©m(r« to m¸y ph¸t hoÆc b¸nh c«ng

t¸c tua bin)

- §èi víi ®o¹n trôc l1 ta cã ®é vâng:

y 1

3 lF 11 qt JE .12 11

(3.6)

)

≈

- §èi víi ®o¹n trôc l2 + l3(l¾p r« to m¸y ph¸t) ta cã:

lF ( 1 qt .48

2 JE 2

(3.7)

Do ®o¹n trôc l1 cã l¾p ccong s«n b¸nh c«ng t¸c vµ do tiÕt diÖn nhá nªn ®é

c =

vâng t¹i ®ã lín h¬n, v× vËy ta chän ®o¹n nµy ®Ó kiÓm tra(Fqt1 = Fqt2)

JE 11 3 l 1

Gäi lµ ®é cøng cña ®o¹n trôc 1, ta cã:

Fqt = c.y

2 −

c mw

.30

/30(

/ mc

π =

) π

ww =

Suy ra: m(y + e)w2 = cy hay trôc sÏ bÞ ph¸ háng khi

w th

th =

c m

hay

591,1

10.

JE 11 3 l 1

Trong lý thuyÕt tÝnh to¸n trôc vÒ dao ®éng, cho phÐp chän n ≤ 0,7nth ta cã:

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

28

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

e = 0,05mm

m = 3,5kg

Thay vµo ta tÝnh ®−îc nth = 10730v/ph.

Nh− vËy víi sè vßng quay lång cña tua bin nl ≈ 3000v/ph, trôc vÉn ®¶m b¶o

an toµn vÒ dao ®éng.

3.6.7. KiÓm nghiÖm ®é bÒn dËp cña then.

§é bÒn dËp cña then x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

d =

M 2 x . zAd ..

(3.8)

Trong ®ã:

Z, ψ ®èi víi then l¾p láng z = 1, ψ = 1

dth ≈ d

A = h.l (then b»ng)

[σd] øng suÊt dËp cho phÐp = 100MPa

5,11

MPa

]

100

MPa

σ d

[ σ d

11000 1.1.2,19.5.20

Thay sè vµo ta cã:

VËy ®é bÒn dËp cña then ®¶m b¶o an toµn.

3.7. TÝnh to¸n lùa chän æ l¨n.

Lo¹i æ l¨n cho æ ®ì vµ ®ì chÆn cña tæ m¸y TBTN siªu nhá ®−îc tÝnh chän

theo tuæi thä cña æ. §Ó chän ®óng vµ chÝnh x¸c cÇn x¸c ®Þnh râ c¸c lùc t¸c dông lªn

æ , c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña æ khi vËn hµnh.

Qua ph©n tÝch lùc ®Ó tÝnh to¸n trôc ë môc 3 cho thÊy c¸c æ cña tæ m¸y tua bin

tia nghiªng siªu nhá chñ yÕu lµ chÞu lùc däc trôc do träng l−îng cña toµn bé r« to

g©y nªn, lùc h−íng t©m rÊt nhá do lùc qu¸n tÝnh ly t©m g©y ra (nguyªn nh©n lµ do sai

sè trong chÕ t¹o).

V× t¶i träng tÜnh t¸c dông lªn c¸c æ rÊt nhá nªn trong tÝnh chän æ chØ cÇn tÝnh

tÝnh to¸n chän kÝch th−íc æ theo kh¶ n¨ng t¶i ®éng.

Kh¶ n¨ng t¶i ®éng tÝnh to¸n cña æ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

29

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

(3.9) C® = Q.L1/m

Trong ®ã:

Q lµ t¶i träng lµm viÖc quy −íc (KN)

L lµ tuæi thä cÇn thiÕt (triÖu vßng)

m = 3 ®èi víi bi cÇu, m = 10/3 ®èi víi bi ®òa.

(3.10) NÕu tuæi thä tÝnh b»ng giê Lh th× L = 60.10-6.n.Lh

Nh− vËy muèn x¸c ®Þnh ®−îc kh¶ n¨ng t¶i ®éng tÝnh to¸n C® cÇn x¸c ®Þnh Q. - TÝnh to¸n chän æ bi cho tæ m¸y TN1000-10/1x26:

X¸c ®Þnh t¶i träng quy −íc:

Q = (x.v.Fr + y.Fa)k®.kt

Trong ®ã:

v: hÖ sè ¶nh h−ëng cña vßng nµo quay, khi vßng trong

quay v =1, khi vßng ngoµi quay v = 1,2.

x,y: hÖ sè t¶i träng h−íng t©m vµ däc trôc: tra theo lo¹i æ vµ

®Æc tÝnh cña lùc.

k®: hÖ sè kÓ ®Õn ®Æc tÝnh t¶i träng, t¶i träng tÜnh k® = 1 kt: hÖ sè ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é, t ≤ 1050 kt = 1

Fr : lùc h−íng t©m KN Fa: lùc däc trôc tïy thuéc vµo tõng lo¹i æ KN

§èi víi æ chän cho T§SN, chän 2 lo¹i æ: æ bi ®ì phÝa trªn vµ æ bi ®ì lßng cÇu

2 d·y phÝa d−íi, lùc däc trôc Fa ®èi víi 2 lo¹i æ nµy ®Òu x¸c ®Þnh b»ng tæng c¸c lùc däc trôc ngoµi t¸c dông lªn trôc truyÒn lªn æ.

. ewm

F r

roto

qtroto 2

VËy: Q = (x.Fr + y.Fa) §èi víi æ trªn:

mroto = 5kg e = 0,05mm

w = πn/30 = 105rad/s

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

30

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

2 . ew .

8,13

3,19

1,33

F r

F qt

BCT

F r 1 2

Fr1 = 5.1052.0,5.10-3/2 = 13,8N §èi víi æ d−íi:

Lùc däc trôc ®èi víi 2 æ lµ nh− nhau:

Fa1 = Fa2 = Fa = Groto + GBCT + Gtrôc ≈10kg = 100N

HÖ sè x vµ y tra b¶ng theo Fr vµ Fa vµ lo¹i æ ta cã: x = 0,56

y = 2,3

VËy:

Qæ trªn = (x.Fr + y.Fa) = (0,56.13,8 +2,3.100) = 237,7N Qæ d−íi = (x.Fr + y.Fa) = (0,56.33,1 +2,3.100) = 248,5N

C¨n cø vµo kÕt cÊu cña tæ m¸y, chän lo¹i æ bi ®ì N06004 cho æ trªn vµ æ bi

lßng cÇu 2 d·y cho æ d−íi sè hiÖu N01204 cña h·ng SKF cã c¸c th«ng sè sau:

- æ N06004: C® = 9,63KN - æ N01204: C® = 12,7KN Tuæi thä cña c¸c æ lµ:

(

3 .)

(

L h

−

C d Q

1 10.60

6 . n

- æ trªn: hay (3.11)

Trong ®ã:

C® = 9,63KN Q = 0,2377KN

n = 1500v/ph

(

3 .)

10.7,0

≈

63,9 2377

1 6 − . 1500

10.60

(giê) thay vµo (3.11) ta cã:

(

3 .)

10.5,1

≈

7,12 2485 ,0

1 6 − . 1500

10.60

- æ d−íi: (giê)

Trong ®ã: C® = 12,7KN Q = 0,2485KN

n = 1500v/ph

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

31

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Víi tuæi thä cña æ nh− tÝnh to¸n ë trªn, trong suèt qu¸ tr×nh lµm viÖc, nÕu

®−îc kiÓm tra b¶o d−ìng ®Þnh kú, kh«ng cÇn ph¶i thay æ.

Trªn ®©y, trong môc 3 vµ môc 4 ®· tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ

vµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n thiÕt kª trôc vµ æ ®ì cho tæ m¸y siªu nhá TBTN1000 - 10/1x2,6.

§èi víi c¸c tæ m¸y kh¸c, viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ còng hoµn toµn t−¬ng tù, kÕt qu¶ thÓ

hiÖn trong tËp b¶n vÏ c¸c tæ m¸y T§SN.

3.8. TÝnh to¸n tæn thÊt thñy lùc vµ lùa chän ®−êng èng.

Nh÷ng tæn thÊt ¸p lùc cã trªn ®−êng dÉn n−íc tõ bÓ ¸p tíi van ë cöa vµo cña

tuabin mµ chóng g©y ra sù kh¸c biÖt gi÷a cét ¸p tæng víi cét ¸p lµm viÖc bao gåm

c¸c läai tæn thÊt vµ ®−îc tÝnh tãan nh− sau:

4 3

3.8.1. Tæn thÊt cét ¸p qua l−íi ch¾n r¸c.

t b

V 2 g2

⎛ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

(3.12) . Htt1 = B. sinθ.

Htt1 : Tæn thÊt cét ¸p qua l−íi ch¾n r¸c (m); B: Thµnh phÇn tæn thÊt l−íi ch¾n r¸c (m)

θ: Gãc nghiªng cña l−íi ch¾n r¸c so víi ph−¬ng n»m ngang;

t: ChiÒu dµy cña c¸c thanh l−íi ch¾n r¸c (mm);

V: VËn tèc trung b×nh cña dßng ch¶y qua l−íi ch¾n r¸c (m/s).

3.8.2. Tæn thÊt cét ¸p ë cöa vµo cña èng dÉn.

V 2 g2

(3.13) Htt2 = k.

Htt2 : Tæn thÊt cét ¸p ë cöa vµo cña èng; V: VËn tèc trung b×nh trong èng dÉn (m);

k: HÖ sè ma s¸t;

g: Gia tèc träng tr−êng (m/s2).

HÖ sè ma s¸t ®èi víi c¸c cöa vµo kh¸c nhau cña èng dÉn ®−îc chän nh− sau:

Cöa vµo s¾c mÐp k = 0,5; Cöa vµo gèc l−în nhá k = 0,23; Cöa vµo miÖng loe

(elip) k = 0,04

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

32

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

3.8.3. Tæn thÊt ¸p lùc ®−êng èng.

Tæn thÊt ¸p lùc ®èi víi 1 mÐt ®−êng èng (Htt/1m) cã thÓ ®−îc tra trong b¶ng

gäi lµ “tæn thÊt ®−êng èng” hoÆc cã thÓ tÝnh c«ng thøc tÝnh nh− sau:

(3.14) Htt3 = Htt/1m. L

Htt3 : Tæn thÊt trªn ®−êng èng (m) Htt/1m: Tæn thÊt cét ¸p ®èi víi 1 m ®−êng èng (m/m) L: Tæng chiÒu dµi cña ®−êng èng tõ bÓ ¸p lùc tíi lèi vµo cña cña tuabin (m).

Do vËy tæng tæn thÊt cét ¸p trong hÖ thèng èng dÉn lµ:

(3.15) Htt = Htt1 + Htt2 + Htt3

Ghi chó:

1. Sau khi xem xÐt tæn thÊt ¸p lùc do ma s¸t vµ tÝnh æn ®Þnh cña sù vËn hµnh

tuabin, th× ®é dµi cña hÖ thèng èng dÉn cµng ng¾n cµng tèt nÕu nh− ®iÒu kiÖn

®Þa lý cña tr¹m thuû ®iÖn thiÕt kÕ cho phÐp .

2. Bëi v× nhiÒu kÝch th−íc cña hÖ thèng èng dÉn cã thÓ thay ®æi tr−íc khi tæ

m¸y ®−îc l¾p ®Æt thùc sù, ng−êi mua m¸y ph¶i chÞu tr¸ch nhiÖm ®èi víi c¸c

th«ng sè: Cét ¸p thùc tÕ vµ l−u l−îng, c¸c th«ng sè nµy sÏ gióp cho viÖc lùa

chän cuèi cïng ®èi víi tæ m¸y.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

33

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng IV. ThÝ nghiÖm vµ x©y dùng ®Æc

tÝnh vËn hµnh

4.1. HÖ thèng thÝ nghiÖm.

HÖ thèng thÝ nghiÖm c¸c tæ m¸y T§SN gåm c¸c bé phËn chÝnh nh− trong s¬

®å h×nh 25.

H×nh 25. HÖ thèng thÝ nghiÖm c¸c tæ m¸y T§SN cét n−íc cao

HÖ thèng thÝ nghiÖm gåm:

- B¬m cÊp: H = 30m, Q = 30l/s

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

34

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

- B×nh tÝch ¸p: V = 2m3

- ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng: Thïng ®ong b»ng tay cã l−ìi g¹t chuyÓn cho n−íc

ch¶y vµo thïng hoÆc xuèng bÓ.

- ThiÕt bÞ ®o cét ¸p: 0 ÷ 2,5 atm

- Tñ thiÕt bÞ ®iÖn bao gåm:

+ T¶i tiªu thô lµ c¸c bãng ®Ìn sîi ®èt: 220Vx100w

+ §ång hå ®o ®iÖn ¸p: 250V

+ §ång hå ®o tÇn sè: 45 ÷ 55Hz

+ C¸c thiÕt bÞ ®ãng c¾t

4.2. Qui tr×nh thÝ nghiÖm vµ ®Æc tÝnh vËn hµnh.

Quy tr×nh thÝ nghiÖm

C«ng t¸c chuÈn bÞ.

a. HiÖu chuÈn thiÕt bÞ: Ghi l¹i c¸c hÖ sè hiÖu chuÈn Ku, Ki cña c¸c thiÕt bÞ ®o

®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn.

b. Cho ch¹y m¸y æn ®Þnh víi cét ¸p vµ c«ng suÊt thiÕt kÕ víi thêi gian 30’, tËp

bÊm gi©y ®o c¸c sè liÖu mùc n−íc, ®äc c¸c ®ång hå volt, Ampe, ¸p suÊt.

TiÕn hµnh thÝ nghiÖm.

a. §iÒu chØnh van sao cho ®ång hå ¸p suÊt chØ giíi h¹n cét ¸p d−íi cÇn ®o

(kh«ng t¶i - vßi phun më hÕt). §ãng tÊm g¹t n−íc cho n−íc vµo bÓ ®îi ®Õn

khi m¸y æn ®Þnh.

- §äc c¸c trÞ sè U1, I1, H1, n1 - Më g¹t n−íc cho n−íc vµo thïng ®o, ®îi khi n−íc d©ng lªn ch¹m v¹ch 0,

bÊm ®ång hå bÊm gi©y.

- Mçi lÇn møc n−íc ch¹m 1 v¹ch (1, 2, 3, 4, 5, 6), chèt thêi gian trªn ®ång hå

vµ ®äc ®Ó ghi vµo b¶ng .t1..t6

- §ãng g¹t n−íc, ®−a n−íc vµo bÓ

- Th¸o n−ëc ra khái thïng ®o

- §äc c¸c chØ sè U2, I2, H2, n2

- Gi÷ nguyªn van kim phun ,t¨ng t¶i víi ∆=50W(kho¶ng nµy cã thÓ thay ®æi

tïy theo chÕ ®é)

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

35

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

- §îi m¸y ch¹y æn ®Þnh, thùc hiÖn l¹i c¸c thao t¸c i… ®Õn vii. Thùc hiÖn cho

®Õn khi t¶i N = Nmax sau ®ã gi¶m t¶i víi ∆N = 50W vµ thùc hiÖn cho ®Õn khi

t¶i N = 0

- Thùc hiÖn tiÕp 1 lÇn t¨ng vµ 1 lÇn gi¶m t¶i nh− trªn

b. VÉn ®Æt van t¹i møc cét ¸p cò ,®iÒu chØnh vßi phun ®ãng 25%, thùc hiÖn

c¸c déng t¸c i… cho ®Õn ix

c. TiÕp tôc ®iÒu chØnh vßi phun 25% vµ thùc hiÖn nh− ®iÓm b.

d. §iÒu chØnh van ®Ó t¨ng cét ¸p mét l−îng ∆H = 0,5m, thùc hiÖn l¹i a,b,c

sau ®ã tiÕp tôc thay ®æi H víi ∆H cho ®Õn khi ®¹t Hmax.

Xö lý sè liÖu vµ x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh.

Sè liÖu sau khi ®o ®−îc cÇn xö lý b»ng c¸ch lo¹i bá c¸c gi¸ trÞ sai kh¸c qu¸

nhiÒu so víi c¸c gi¸ trÞ trung b×nh. Sau ®ã lÊy c¸c gi¸ trÞ trung b×nh t¹i mçi ®iÓm ®o

®Ó x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh.

KÕt qu¶ x©y dùng ®Æc tÝnh vËn hµnh cña c¸c tæ m¸y ph¸t ®iÖn T§SN nh− c¸c

h×nh sau:

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

36

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

§Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN200-10/1x26

300

N=f(H) - R2 = 0.9991

250

Q=f(H) - R2 = 0.9909

200

)

W

(

N

150

) s / l (

Q

100

H (m)

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

37

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

§Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN500-10/2x30

700

650

Q=f(H) - R2 = 0.9909

600

550

)

W

(

) s

N

500

/ l (

Q

N=f(H) - R2 = 0.9991

450

400

350

300

H (m)

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

38

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

§Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN1000-10/2x30

1500

1300

Q=f(H) - R2 = 0.9909

1100

)

W

(

) s

N

900

/ l (

N=f(H) - R2 = 0.9991

Q

700

500

300

H (m)

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

39

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

§Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN500-10/2x30

700

600

Q=f(H)

500

R2 = 0,9993

)

W

N=f(H)

400

(

) s

N

/ l (

Q

R2 = 0,9991

300

200

100

H (m)

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

40

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

4.3. C¸c kÕt luËn rót ra tõ thùc nghiÖm.

- C¸c sè liÖu ®o ®¹c ®−îc trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm phï hîp víi c¸c kÕt qu¶

tÝnh to¸n.

- ChÊt l−îng lµm viÖc cña c¸c tæ m¸y cao h¬n h¼n so víi c¸c tæ m¸y cung lo¹i

do Trung quèc vµ mét sè h·ng kh¸c s¶n xuÊt.

- §−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh c¸c tæ m¸y cho thÊy vïng lµm viÖc cña c¸c tæ m¸y

kh¸ réng, cho phÐp phñ kÝn d¶i cét n−íc tõ 4 - 14m vµ hiÖu suÊt lµm viÖc Ýt thay ®æi.

- Víi chÊt l−îng c¸c tæ m¸y thu ®−îc, cã thÓ ®−a vµo s¶n xuÊt hµng läat ®Ó

phôc vô nhu cÇu cña ng−êi sö dông.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

41

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng V. HÖ thèng ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn

§Ó ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ chÊt l−îng ®iÖn n¨ng kh«ng chØ lµ yªu cÇu ®èi víi c¸c

tr¹m lín hoÆc l−íi lín. §èi víi c¸c m¸y Pico (m¸y ph¸t c«ng suÊt thÊp < 2kW) th×

chÊt l−îng ®iÖn còng lµ vÊn ®Ò ®−îc quan t©m hµng ®Çu, kh«ng chØ ®¶m b¶o an toµn

cho thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn mµ cßn b¶o ®¶m an toµn vËn hµnh m¸y ph¸t. C¸c tæ m¸y

nhá th× viÖc ®¶m b¶o chÊt l−îng ®iÖn ®¬n gi¶n h¬n nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng lín hay

l−íi lín, nh−ng vÉn ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ gi¸ thµnh (gi¸ thµnh h¹)

V× hÖ thèng nhá kh«ng chó träng tíi viÖc tiÕt kiÖm nguån thuû n¨ng, do vËy

®Ó ®¹t ®−îc yªu cÇu vÒ chÊt l−îng ®iÖn (æn ®Þnh ®iÖn ¸p vµ tÇn sè) ng−êi ta sö dông

mét thiÕt bÞ ®−îc gäi lµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶.

HiÖn nay, do sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ ®iÖn tö, th× cµng ngµy cã c¸c lo¹i

®iÒu tèc kh¸c nhau ra ®êi, nh−ng ®Òu dùa trªn mét nguyªn t¾c chung lµ ®¶m b¶o c©n

b»ng c«ng suÊt ph¸t vµ c«ng suÊt tiªu thô.

5.1. Ph©n lo¹i ®iÒu tèc t¶i gi¶ vµ nguyªn lý lµm viÖc.

5.1.1. HÖ thèng phô t¶i cè ®Þnh.

HÖ thèng ®¬n gi¶n nhÊt lµ hÖ thèng cã c«ng suÊt ra cña tuabin kh«ng thay ®æi

vµ phô t¶i còng kh«ng thay ®æi. Kh«ng cÇn thiÕt ph¶i dïng thiÕt bÞ hiÖu chØnh phô

t¶i, do ®ã chi phÝ cña hÖ thèng lµ nhá nhÊt.

HÖ thèng vËn hµnh b»ng c¸ch ®−a tuabin ®¹t tèc ®é råi ®ãng ®iÖn vµo phô t¶i

®iÖn. Sau ®ã n©ng c«ng suÊt cña tuabin lªn cho tíi khi ®iÖn ¸p ®¹t yªu cÇu.

Ph−¬ng ph¸p phô t¶i cè ®Þnh cã mét sè nh−îc ®iÓm sau:

- Th−êng rÊt khã kh¨n ®Ó ®¶m b¶o phô t¶i ®iÖn kh«ng thay ®æi. Ch¼ng h¹n,

trong hÖ thèng thuû ®iÖn phô t¶i chØ gåm nh÷ng bãng ®Ìn th¾p s¸ng, kh«ng

cã c¸c c«ng t¾c, ®−îc coi nh− phô t¶i cè ®Þnh lý t−ëng.

- ViÖc ng¾t hÖ thèng do qu¸ t¶i rÊt bÊt tiÖn, ®Æc biÖt nÕu nh− m¸y ph¸t ®Æt xa

cã hiÖu qu¶, ®Æc biÖt lµ c¸c bãng ®iÖn.

Kh¾c phôc:

- Tr¸nh kh«ng nªn ®ãng ng¾t hÖ thèng th−êng xuyªn ®Ó ®¶m b¶o tuæi thä.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

42

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

- CÇn tr¸nh thay ®æi vµ ®ãng ng¾t phô t¶i ®ét ngét. NÕu cã thay ®æi th× nªn

thay ®æi l−îng phô t¶i víi dung l−îng rÊt nhá so víi tæng phô t¶i.

5.1.2. HÖ thèng phô t¶i thay ®æi.

§èi víi phô t¶i thay ®æi, cã mét sè ph−¬ng ¸n lùa chän ®Ó thay ®æi t¶i gi¶,

a. §iÒu chØnh gãc pha.

Ph−¬ng ph¸p nµy ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ nh− lµ chØnh ¸nh s¸ng th«ng th−êng: B»ng

c¸ch ®iÒu khiÓn gãc pha. T¹i thêi ®iÓm bÊt kú trong mét nöa chu kú xung sin ®iÖn ¸p

m¸y ph¸t, sau khi nhËn ®−îc xung kÝch thÝch hîp t¹i cùc cöa triac sÏ më cho tíi hÕt

mét nöa chu kú cßn l¹i cña chu kú ®ã. Thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung kÝch më triac ®−îc

coi lµ mét gãc pha. Quy −íc vÒ gãc pha nh− sau: T¹i ®iÓm b¾t ®Çu cña nöa chu kú,

gãc pha lµ 00 vµ ®iÓm kÕt thóc cho mét nöa chu kú th× gãc pha lµ 180 (nh− vËy khi

b¾t ®Çu mét nöa chu kú míi gãc pha l¹i tiÕp tôc lµ 0 do vËy kh«ng tån t¹i mét gãc

pha trong kho¶ng 180 vµ 3600).

Thyristor hoÆc triac ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng mét dßng kÝch rÊt ng¾n ë cùc cöa,

chóng sÏ më th«ng cho tíi hÕt mét nöa chu kú tõ thêi ®iÓm ®−îc më trong mét nöa

chu kú ®ã. Nh− vËy, khi ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®i qua ®iÓm 0, kh«ng cã dßng kÝch tíi cùc

cöa lµm triac ng−ng dÉn. Triac cã thÓ dÉn ®iÖn trong c¶ hai nöa chu kú dßng ®iÖn

m¸y ph¸t. Cßn thyristor chØ cã thÓ dÉn ®iÖn mét chiÒu nªn nã chØ cã thÓ më trong

mét nöa chu kú cña dßng ®iÖn nªn ph¶i dïng hai thyristor ®Ó ®iÒu khiÓn mét t¶i gi¶.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

43

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

1,5

1,0

®iÖn ¸p m¸y ph¸t =T¶i tiªu thô ®iÖn ¸p t¶i gi¶

0,5

120 150 0

0,0

120 150 180

30 6 0

9 0

30 6 0

9 0

-0,5

Gãc pha : ®é

-1,0

-1,5

H×nh 26. TÝn hiÖu trong ph−¬ng thøc ®iÒu khiÓn gãc pha

¦u ®iÓm chÝnh cña viÖc ®iÒu khiÓn gãc pha lµ cã thÓ chän ®−îc lo¹i thyristor

vµ triac phï hîp. C¶ hai lo¹i nµy cã tuæi thä vµ ®é bÒn rÊt cao. Cã nhiÒu lo¹i thyristor

cã kh¶ n¨ng chÞu ®−îc hµng ngµn Ampe t¹i møc ®iÖn ¸p tíi cÊp kV vµ tÇn sè cùc

cao.

Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ c«ng suÊt hao phÝ trªn t¶i gi¶ ph¶i lín

h¬n c«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y ph¸t mét chót vµ nh− vËy nhiÔu sÏ lµ ®¸ng kÓ. §iÒu

®ã còng ®ång nghÜa víi viÖc khi ®iÒu khiÓn gãc pha th× m¸y ph¸t sÏ ph¶i ho¹t ®éng

trong t×nh tr¹ng qu¸ t¶i.

b. §iÒu chÕ ®é réng xung.

Mét c¸ch kh¸c ®Ó ®iÒu khiÓn t¶i lµ ®iÒu chÕ ®é réng xung hay cßn gäi lµ

ph−¬ng ph¸p ®¸nh dÊu kho¶ng c¸ch. Ph−¬ng ph¸p nµy b¾t nguån tõ vÞªc ®iÒu khiÓn

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

44

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

nguån dßng æn ®Þnh. §ãng ng¾t nhanh ®iÖn ¸p thø nhÊt ®Ó nhËn ®−îc ®iÖn ¸p thø

hai. Tõ ®ã thÊy r»ng ®iÖn ¸p thø hai cã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng viÖc ®iÒu chØnh chu

kú thùc cña dßng ®iÖn sö dông: HÖ sè thêi gian ®Ó ®ãng mét t¶i th−êng ®−îc thùc

hiÖn b»ng c¸ch thay ®æi ®é réng cña mçi xung trong khi ®ã kho¶ng thêi gian gi÷a

c¸c xung lµ h»ng sè.

H×nh 27. S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®é réng xung cho m¹ch mét pha

§èi víi hÖ thèng nµy, nÕu dïng trong c¸c tr¹m ph¸t c«ng suÊt lín yªu cÇu

thµnh phÇn c«ng suÊt ph¶i lµ thyristor. Khi cã dßng kÝch ®ñ lín, thyristor sÏ më vµ

tù ®éng ng−ng dÉn t¹i ®iÓm cuèi cña mét nöa chu kú. ChÝnh v× vËy cÇn ph¶i cã mét

phøc t¹p vµ cÇn ph¶i sö dông c¸c lo¹i transistor c«ng suÊt hiÖn ®¹i nh− lµ IGBT hay

lµ c¸c hä MOSFET. C¸c thµnh phÇn c«ng suÊt nµy cã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn trùc tiÕp

bëi mét IC: Chóng chØ dÉn ®iÖn khi mµ ®iÖn ¸p ë cùc cöa hoÆc ë ®iÓm nèi c¬ b¶n lµ

ë møc cao.

¦u ®iÓm chÝnh cña viÖc ®iÒu chÕ ®é réng xung lµ yªu cÇu mét m¹ch ®iÖn ®¬n

gi¶n ®Ó ®iÒu khiÓn mét transistor c«ng suÊt.

Nh−îc ®iÓm lµ víi m¹ch ®iÖn nh− vËy nã sÏ ®Èy gi¸ thµnh cña bé ®iÒu khiÓn

lªn rÊt cao, ®é tin cËy kh«ng ®¶m b¶o, h¬n n÷a ®é nh¹y cña c¸c transistor lín. Ngoµi

ra ®é tiªu t¸n trong bé ®iÒu khiÓn sÏ t¨ng lªn tr−íc khi ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®−îc ®−a

vµo bé chØnh l−u ®Ó t¹o nguån nu«i cho c¸c transistor c«ng suÊt. Vµ nh− vËy bé t¶n

nhiÖt cho thyristor cña bé ®iÒu khiÓn cßn lín h¬n c¶ bé ®iÒu khiÓn ®ã.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

45

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

song song nhau víi dung l−îng c¸c t¶i nh− ®−îc m« t¶ ë h×nh sau. Theo h×nh vÏ, nÕu

nh− cã n t¶i gi¶ th× tæng c«ng suÊt lín nhÊt cña t¶i gi¶ lµ 2n. ViÖc ®ãng bao nhiªu

chiÕc sÏ quyÕt ®Þnh c«ng suÊt d− thõa tõ m¸y ph¸t ra t¶i gi¶ vµ víi mçi sè l−îng t¶i

kh¸c nhau ®−îc ®ãng sÏ cã l−îng c«ng suÊt kh¸c nhau t−¬ng øng víi nã.

§Ó ®ãng ng¾t c¸c t¶i gi¶ nµy cÇn ph¶i cã mét dÉy r¬le m¾c song song nhau

ngay t¹i ®iÓm b¾t ®Çu cña mét nöa chu kú, hoÆc duy tr× ng¾t hoµn toµn. T−¬ng tù nh−

thyistor vµ triac, nã còng cÇn cã mét m¹ch ®iÒu khiÓn riªng cho m×nh.

Nh−îc ®iÓm cña biÖn ph¸p nµy lµ:

- Gi¸ thµnh cña lo¹i r¬le nµy ®¾t h¬n nhiÒu so víi gi¸ thµnh cña triac ë bªn

trong chóng v× mçi mét r¬le cÇn mét m¹ch ®iÒu khiÓn riªng cña m×nh.

- Sè l−îng cña t¶i gi¶ vµ viÖc ®Êu nèi phøc t¹p, h¬n n÷a muèn ®iÒu khiÓn mÞn

th× ®iÖn trë cña c¸c t¶i gi¶ nµy ph¶i tuyÖt ®èi chÝnh x¸c.

- NÕu muèn ®iÒu chØnh mÞn th× c¸c t¶i gi¶ ph¶i cã ®iÖn trë kh«ng qu¸ lín ®Ó

¦u ®iÓm chÝnh c¸c ph−¬ng ph¸p nµy lµ kh«ng bÞ biÕn d¹ng sãng ®iÖn ¸p nÕu

t¶i gØa lµ lo¹i thuÇn trë.

thiÕt bÞ ®ãng c¾t. T¶i gi¶ ph¶i cã mét trÞ sè ®iÖn trë chÝnh x¸c, ®iÒu nµy khã cã thÓ

®¹t ®−îc víi thiÕt bÞ ®èt nãng, ®Æc biÖt lµ ®èi víi c«ng suÊt nhá. H¬n n÷a v× t¶i gi¶

chØ thay ®æi tõng møc cè ®Þnh mét (t¶i gi¶ thay ®æi d¹ng On/off), nªn ®iÖn ¸p chØ cã

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

46

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn trong mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh. §Ó vËn hµnh æn ®Þnh theo c¸c ®iÒu

chØnh kÐm.

5.2. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y c«ng suÊt nhá h¬n 1kW.

®iÖn ®· nghiªn cøu chÕ t¹o mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ ®i kÌm víi tæ m¸y do trung

t©m chÕ t¹o.

5.2.1. Nguyªn lý.

ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ (ELC) thùc chÊt lµ mét m¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p.

M¹ch nµy cïng víi hÖ thèng t¶i gi¶ nèi víi nã ho¹t ®éng nh− mét cÇu dao ®iÖn ®iÒu

khiÓn ®iÖn ¸p ph¸t ra cña tæ m¸y. ViÖc ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p thùc chÊt lµ ®iÒu khiÓn t¶i

gi¶ dùa trªn nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn gãc pha nh− ®· tr×nh bµy ë trªn.

V× phô t¶i ®−îc nèi víi m¸y ph¸t th«ng qua mét sè thiÕt bÞ b¶o vÖ nh− lµ

ELCB, MCB ... do vËy khi l−îng phô t¶i nèi vµo m¸y ph¸t kh«ng thay ®æi th× ®iÖn ¸p

m¸y ph¸t còng kh«ng thay ®æi nh−ng khi cã sù thay ®æi ë phÝa phô t¶i cã thÓ lµ t¨ng

hay gi¶m phô t¶i lµm cho ®iÖn ¸p thay ®æi theo. Cô thÓ khi ta gi¶m phô t¶i, tèc ®é

m¸y ph¸t sÏ t¨ng lªn theo ®ã lµm t¨ng ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ng−îc l¹i khi ta t¨ng l−îng

phô t¶i, tèc ®é m¸y ph¸t bÞ gi¶m xuèng, ®iÖn ¸p m¸y ph¸t còng bÞ tôt xuèng theo.

NhiÖm vô cña bé ®iÒu ¸p lµ ph¶i æn ®Þnh l¹i ®−îc ®iÖn ¸p còng nh− tÇn sè cña m¸y

ph¸t mçi khi cã sù thay ®æi phô t¶i, tr¸nh kh«ng ®Ó m¸y ho¹t ®éng trong t×nh tr¹ng

mÊt hoÆc sôt t¶i ®ét ngét, ¶nh h−ëng tíi tuæi thä cña tæ m¸y.

Nguyªn lý ho¹t ®éng cña bé ®iÒu ¸p lµ dùa vµo ®é sai lÖch gi÷a ®iÖn ¸p ph¸t

ra thùc tÕ víi gi¸ trÞ ®Þnh møc cña m¸y ph¸t ®Ó ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p ra t¶i gi¶ thÝch

hîp. T¶i gi¶ lµ mét thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn n¨ng cã ®iÖn trë ph¶i ®−îc tÝnh to¸n phï hîp

víi dung l−îng cña hÖ thèng. Yªu cÇu ®èi víi t¶i gi¶ lµ c«ng suÊt tiªu thô lín nhÊt

trªn t¶i gi¶ ph¶i lín h¬n tõ 12 tíi 15 % c«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y ph¸t.

(5.1) PGen = Pt¶i + P tiªu thô

C«ng suÊt ®æ ra t¶i :

V2 Rt

(5.2) Pt¶i =

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

47

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Trong ®ã:

Pt¶i: C«ng suÊt tiªu thô trªn t¶i Rt : §iÖn trë t¶i. V: §iÖn ¸p m¸y ph¸t.

Ptiªu thô: C«ng suÊt tiªu hao trªn t¶i tiªu thô. Pgen: C«ng suÊt ph¸t ra thùc tÕ

Khi phô t¶i thÊp, toµn bé c«ng suÊt d− thõa cña m¸y ph¸t sÏ ®−îc chuyÓn hÕt

ra t¶i gi¶ vµ ng−îc l¹i khi c«ng suÊt tiªu thô lín, dùa vµo l−îng ®iÖn tiªu thô, m¹ch

sÏ ®iÒu chØnh l−îng c«ng suÊt ®æ ra t¶i gi¶ hîp lý ®Ó ®¶m b¶o ®−îc c«ng suÊt ®Þnh

møc m¸y ph¸t lµ mét h»ng sè.

C«ng suÊt trªn t¶i tiªu thô

C«ng suÊt ph¸t ra C«ng suÊt c¬ khÝ tõ tuabin T¶i gi¶

HiÖu suÊt m¸y ph¸t η

C«ng suÊt trªn t¶i gi¶

C«ng suÊt kh«ng sö dông tíi

Bé ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p

H×nh 29. S¬ ®å hÖ thèng thuû ®iÖn nhá khi nèi víi bé ®iÒu khiÓn

5.2.2. Khèi t¶i gi¶.

T¶i gi¶ th«ng th−êng lµ phÇn tö ph¸t nãng vµ chØ lµ phÇn thuÇn trë. §Ó c«ng

suÊt ®Çu ra nhá ta th−êng sö dông t¶i lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ do c«ng suÊt tiªu hao

trªn t¶i gi¶ cña c¸c tr¹m thuû ®iÖn siªu nhá kh«ng lín. (lo¹i t¶i gi¶ nµy th−êng ®−îc

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

48

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

lùa chän cho c¸c tr¹m c«ng suÊt nhá h¬n 10kw). §èi víi c¸c tr¹m c«ng suÊt lín h¬n

nªn sö dông lo¹i t¶i gi¶ lµm m¸t b»ng n−íc v× c«ng suÊt tr¹m lín h¬n, yªu cÇu tiªu

hao c«ng suÊt trªn t¶i gi¶ còng ph¶i lín h¬n do vËy nhiÖt l−îng cÇn tiªu hao lµ kh¸

lín.

L−u ý c«ng suÊt trªn t¶i gi¶ ph¶i lín h¬n c«ng suÊt ph¸t ®Þnh møc tõ 10 tíi

15%. §iÖn trë t¶i ®−îc tÝnh theo c«ng thøc:

U P

it¶

(5.3) Rt¶i =

víi c¸c cÊp c«ng suÊt kh¸c nhau.

5.3. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá.

gi¶ chØ ®−a ra c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña thiÕt bÞ

C¸c th«ng sè cña thiÕt bÞ.

§Æc ®iÓm:

- Toµn bé thiÕt bÞ ®−îc l¾p trong mét hép bao gåm m¹ch ®iÒu khiÓn, triac vµ

t¶n nhiÖt.

- D¶i tÇn sè lµm viÖc: 50Hz ± 2%.

- D¶i ®iÖn ¸p lµm viÖc : 220VAC ± 1%.

Khi n»m ngoµi d¶i ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ tù ®éng ngõng ho¹t ®éng ®iÒu khiÓn ®Ó

b¶o vÖ c¸c thiÕt bÞ tiªu thô vµ b¶o vÖ ®éng c¬.

ChØ tiªu kü thuËt.

- ThiÕt kÕ cho hÖ thèng ®iÖn 1 pha

- B¶o vÖ c¸c thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn

- TÇn sè 50hz hoÆc 60Hz tuú theo yªu cÇu cña ng−êi sö dông.

- §iÖn ¸p lµm viÖc: 220V

- §iÒu khiÓn tøc thêi khi ®iÖn ¸p sai lÖch 1%.

- Mét khèi ®iÒu khiÓn c«ng suÊt øng víi mét khèi t¶i gi¶. Mét khèi ®iÒu khiÓn

®−îc c«ng suÊt lín nhÊt lµ 500W

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

49

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

- T¶i lµ lo¹i thuÇn trë, lµm m¸t b»ng n−íc, kh«ng khÝ...

- NhiÖt ®é lµm viÖc: 450C.

- NhiÖt ®é cao nhÊt cña t¶n nhiÖt: 750C

C¸ch l¾p ®Æt vµ hiÖu chØnh.

KiÓm tra vµ thay thÕ, Tr−íc khi vËn hµnh

cho viÖc cÊp nguån cho thiÕt bÞ, tõ thiÕt bÞ ra t¶i gi¶, tõ m¸y ph¸t tíi t¶i tiªu

thô.

hoÆc hë m¹ch khi quan s¸t b»ng m¾t th−êng.

- SiÕt l¹i èc vÝt ë nh÷ng c¸c mèi nèi ra t¶i, ra triac...

- CÊp ®iÖn cho thiÕt bÞ ho¹t ®éng.

- ChØnh biÕn trë l¹i cho tíi khi cã ®iÖn ¸p ra t¶i gi¶ (nÕu cÇn thiÕt) theo chØ

dÉn chi tiÕt cña nhµ s¶n xuÊt (chØ nh÷ng ng−êi cã chuyªn m«n míi ®−îc thùc

Phase to village load

` Neutral to village load

hiÖn b−íc nµy).

V

ELC

Gen. AC

H×nh 30. S¬ ®å ®Êu nèi cho tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

50

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

S¬ ®å kÕt cÊu vµ ph−¬ng ph¸p sö dông bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y thñy

®iÖn siªu nhá nh− h×nh vÏ trang sau (trªn h×nh vÏ lµ bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y

500W).

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

51

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

52

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng VI. C«ng tr×nh tr¹m vµ qu¶n lý vËn hµnh

6.1. Lùa chän vÞ trÝ l¾p ®Æt tæ m¸y.

§Ó sö dông c¸c tæ m¸y T§SN mét c¸ch hiÖu qu¶ nhÊt, cÇn ph¶i ®¸nh gi¸ mét

c¸ch chÝnh x¸c nguån n−íc cung cÊp cho tæ m¸y. Do c¸c tæ m¸y T§SN cã quy m«

sö dông cho c¸c hé gia ®×nh nªn chóng t«i ®−a ra ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt ®Ó tù

c¸c hé gia ®×nh cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc lo¹i tæ m¸y cã thÓ dïng cho chÝnh m×nh.

6.1.1. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh cét n−íc.

Cét n−íc ®Ó tæ m¸y ho¹t ®éng chÝnh lµ chªnh lÖch n−íc tõ ®iÓm ®Çu cña

®−êng èng(nÕu cã bÓ thu n−íc t¹i ®Çu ®−êng èng th× tÝnh tõ møc mÆt n−íc cña bÓ)

®Õn vÞ trÝ cuèi cïng cña ®−êng èng(t¹i vÞ trÝ ®−êng èng nèi vµo vßi phun cña tua bin).

Ph−¬ng ph¸p ®o chiÒu cao ®Ó x¸c ®Þnh cét n−íc ®−îc tiÕn hµnh nh− h×nh 31.

H×nh 31. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh cét n−íc cho tæ m¸y T§SN

Trong tr−êng hîp cã ®ång hå ®o ¸p th× viÖc x¸c ®Þnh ®¬n gi¶n h¬n, dïng mét

d©y dÉn nhá, dÉn n−íc tõ phÝa trªn xuèng vÞ trÝ l¾p m¸y vµ nèi víi ®ång hå. §¬n vÞ trªn ®ång hå cã thÓ lµ mÐt cét n−íc(mH2O), kg/cm2hoÆc bar. Mçi ®¬n vÞ mH2O t−¬ng ®−¬ng b»ng 1 mÐt chiÒu cao cét n−íc vµ mçi ®¬n vÞ kg/cm2 hoÆc bar x¸c ®Þnh

b»ng 10 mÐt chiÒu cao cét n−íc.

Sau khi x¸c ®Þnh ®−îc chiÒu cao cét n−íc , cã thÓ s¬ bé chän lo¹i tæ m¸y theo

cét n−íc (kÕt hîp víi l−u l−îng cã thÓ cã) nh− sau:

H = 5 ÷ 9 m chän tæ m¸y TN200 - 10/1x26

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

53

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

H = 10 ÷ 16 m chän tæ m¸y TN200 - 10/1x18 hoÆc TN500 - 10/1x26

H = 17 ÷ 22 chän tæ m¸y TN500 - 10/1x18 hoÆc TN1000 - 10/1x26

Chó ý: NÕu ®−êng èng ¸p lùc (dÉn n−íc tõ nguån vÒ tæ m¸y) qu¸ dµi (>100m)

th× mçi 100m chiÒu dµi ph¶i trõ ®i 0,5m cét n−íc ®o ®−îc.

6.1.2. X¸c ®Þnh l−u l−îng cña nguån n−íc.

L−u l−îng cña nguån n−íc tÝnh b»ng ®¬n vÞ l/s(sè lÝt n−íc ch¶y qua ®−êng

ph¸t ra ®−îc cña tæ m¸y. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh l−u l−îng nh− h×nh 32.

H×nh 32. Ph−¬ng ph¸p ®o l−u l−îng nguån n−íc

Dïng mét èng dÉn n−íc tõ nguån n−íc (®o¹n èng ng¾n 1 ÷ 2m, tèt nhÊt lµ

®o¹n èng cã ®−êng kÝnh b»ng ®−êng kÝnh èng ¸p lùc ®Ó dÉn n−íc khi l¾p m¸y) ®Õn

gian b¾t ®Çu h−íng n−íc tíi khi ®Çy thïng. L−u l−îng cña nguån n−íc x¸c ®Þnh theo

Q =

c«ng thøc:

V t

(6.1)

Trong ®ã:

Q: lµ l−u l−îng cña nguån n−íc(l/s)

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

54

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

V: ThÓ tÝch cña thïng ®ong (l)

t : Thêi gian b¾t ®Çu ®o ®Õn lóc ®Çy thïng.

§Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o, tiÕn hµnh cµng nhiÒu lÇn cµng tèt sau ®ã

lÊy gi¶tÞ trung b×nh cña c¸c lÇn ®o.

CÇn chó ý r»ng, l−u l−îng cña nguån n−íc ph¶i ®o trong mïa kh« (kiÖt) ®Ó

®¶m b¶o r»ng ®Ó ®¶m b¶o r»ng tæ m¸y thñy ®iÖn cã thÓ cung cÊp ®iÖn trong suèt c¶

n¨m.

Khi ®· x¸c ®Þnh ®−îc l−u l−îng nguån n−íc th× kÕt hîp víi cét n−íc ®o ®−îc

®Ó chän ®−îc chÝnh x¸c lo¹i tæ m¸y ph¸t ®iÖn.

6.1.3. Chän vÞ trÝ l¾p ®Æt m¸y.

VÞ trÝ ®Æt m¸y ®¶m b¶o mét sè yªu cÇu sau:

- §¶m b¶o an toµn cho ng−êi, sóc vËt. CÇn cã rµo b¶o vÖ tr¸nh cho trÎ nhá vµ

®éng vËt vµo khu ®Æt m¸y.

- Tïy theo ®Þa h×nh mµ ®Æt m¸y sao cho cã lîi nhÊt vÒ mÆt kinh tÕ: ®−êng èng

Tham kh¶o trªn h×nh 33.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

55

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

H×nh 33. C¸c c¸ch dÉn n−íc vÒ tæ m¸y

- VÞ trÝ ®Æt m¸y còng cÇn ®¶m b¶o sao cho khi cã n−íc lò hoÆc m−a lín bÊt

6.2. C«ng tr×nh tr¹m tæ m¸y T§SN.

S¬ ®å tæng thÓ c¸c bé phËn cña mét tr¹m thñy ®iÖn siªu nhá sö dông TBTN

nh− h×nh 34.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

56

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

6.2.1. BÓ ¸p lùc.

BÓ ¸p lùc lµ bé phËn thu nguån n−íc tõ s«ng suèi ®Ó cÊp cho tæ m¸y ho¹t

®éng qua ®−êng èng ¸p lùc. §èi víi c¸c tr¹m thñy ®iÖn siªu nhá hé gia ®×nh cét

t−êng(®Ëp)ng¨n dßng trªn s«ng suèi. Trong tr−êng hîp ®ã, ®Çu ®−êng èng ph¶i cã

bé phËn ch¾n r¸c vµ ®Êt c¸t kh«ng cho ch¶y vµo ®−êng èng.

th−íc tèi thiÓu cña bÓ ®−îc ghi trªn b¶n vÏ vµ bÒ réng cña bÓ ≥ 0,5m. N−íc tr−íc khi

vµo bÓ ®−îc läc r¸c qua l−íi ch¾n r¸c cã c¸c nan läc, khe hë gi÷a c¸c nan ch¾n tõ 0,5

÷ 1cm. Trªn ®Ønh bÓ ®−îc ®Ëy n¾p ®Ó ®¶m b¶o kh«ng cã c¸c vËt r¾n r¬i vµo trong bÓ

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

57

n g h ª n c ø u

t h Õ t k Õ v µ

H×nh 34. S¬ s®å c«ng tr×nh tr¹m tæ m¸y T§SN

V i Ö n K h o a h ä c T h ñ y l

î

i

c h Õ t ¹ o t æ m ¸ y t h ñ y ® Ö n c ù c

n h á c é t n − í c c a o

§ Ò t µ

5 8

K C 0 7 - 0 4

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

6.2.2. §−êng èng ¸p lùc.

§−êng èng ¸p lùc cã nhiÖm vô dÉn n−íc tõ bÓ ¸p lùc cung cÊp cho tæ m¸y

ho¹t ®éng. Víi c¸c tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá do cét n−íc kh«ng lín nªn cã thÓ sö

dông èng PVC hoÆc èng kim lo¹i.

Khi l¾p ®¹t ®−êng èng ¸p lùc cÇn chó ý nh÷ng ®iÓm ®· tr×nh bµy ë môc 6.1.3

vµ ph¶i cÇn gi¶m tèi thiÓu c¸c gãc ngoÆt trªn ®−êng èng ®Ó tr¸nh c¸c tæn thÊt thñy

lùc lµm gi¶m kh¶ n¨ng ph¸t ®iÖn cña tæ m¸y.

Däc theo ®−êng èng ¸p lùc tèt nhÊt nªn cã c¸c mè nÐo ®Ó gi÷ cho ®−êng èng

®−îc v÷ng ch¾c trong suèt thêi gian sö dông.

KÝch th−íc cña ®−êng èng phô thuéc vµo c¸c tæ m¸y, ®−êng kÝnh tèi thiÓu

cña c¸c tæ m¸y cô thÓ nh− sau:

- Tæ m¸y TN200 - 10/1x2,6: D0 = 80mm - Tæ m¸y TN200 - 10/1x1,8: D0 = 60mm - Tæ m¸y TN500 - 10/1x2,6: D0 = 80mm - Tæ m¸y TN500 - 10/1x1,8: D0 = 60mm - Tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6: D0 = 80mm

§−êng kÝnh èng ¸p lùc còng cßn phô thuéc vµo chiÒu dµi. Khi chiÒu dµi dÉn

n−íc lín cÇn ph¶i t¨ng ®−êng kÝnh èng.

6.2.3. Van tr−íc tua bin.

Van tr−íc tæ m¸y cã nhiÖm vô ®Ó ®ãng kh«ng cho n−íc ch¶y xuèng khi dõng

tæ m¸y vµ khi cã yªu cÇu söa ch÷a, b¶o d−ìng.

KÝch th−íc cña van chän theo kÝch th−íc cña ®−êng èng. Van còng cã thÓ

chän lo¹i van PVC hoÆc van kim lo¹i. Van tr−íc tua bin còng cã thÓ kh«ng cÇn, khi

®ã t¹i ®Çu ®−êng èng ph¶I cöa van chÆn n−íc trong tr−êng cÇn söa ch÷a tæ m¸y.

6.2.4. Tæ m¸y T§SN.

Lùa chän theo nhu cÇu dïng ®iÖn vµ kh¶ n¨ng cña nguån n−íc cung cÊp nh−

®· tr×nh bµy trong h×nh 31.

6.2.5. Mãng m¸y.

Mãng m¸y cÇn ®−îc ®æ b»ng bª t«ng ®Ó cho tæ m¸y ho¹t ®éng ch¾c ch¾n vµ

an toµn. Ngoµi ra phÝa d−íi cña mãng m¸y lµ kªnh tho¸t ®Ó tho¸t hÕt n−íc sau sö

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

59

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

dông.

Chän vÞ trÝ ®Æt mãng m¸y nh− ®· tr×nh bµy trong môc 5.1.3 kÝch th−íc mãng

m¸y thÓ hiÖn trªn h×nh 35.

KÝch th−íc mãng c¸c tæ m¸y thÓ hiÖn trong b¶ng 6.

H×nh 35. KÝch th−íc mãng m¸y

B¶ng 6

Tªn tæ m¸y A B C H

TN200 - 10/1x26 200x200 260 350x350 300

TN200 - 10/1x18 200x200 260 350x350 350

TN500 - 10/1x26 200x200 260 350x350 350

TN500 - 10/1x18 208,5x208,5 260 400x400 400

TN1000 - 10/1x26 208,5x208,5 260 400x400 450

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

60

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

6.3. C«ng t¸c qu¶n lý vËn hµnh.

6.3.1. L¾p ®Æt vµ vËn hµnh.

TiÕn hµnh l¾p m¸y sau khi c¸c c«ng viÖc kh¸c ®· chuÈn bÞ s½n sµng ®¸p øng:

- BÓ ¸p lùc ®· thi c«ng xong ®¹t ®é cøng yªu cÇu.

- §−êng èng ¸p lùc vµ van tr−íc tua bin ®· l¾p ®Æt xong.

- Mãng m¸y ®· ®æ bª t«ng xong vµ ®¹t ®é cøng cÇn thiÕt, phÇn kªnh dÉn ra h¹

l−u ®· th«ng thãat tèt.

TiÕn hµnh l¾p m¸y vµo bÖ, xiÕt chÆt c¸c bu l«ng mãng vµ mÆt bÝch nèi gi÷a

van vµ vßi phun.

chËp víi nhau.

Thïng t¶I gi¶ ®−îc ®Æt t¹i n¬I sö dông ®iÖn vµ cÇn ph¶I ®−îc b¶o vÖ an tßan

tr¸nh nh÷ng nguy hiÓm cã thÓ x¶y ra do ®iÖn ro rØ hoÆc bÞ ch¸y chËp do thïng t¶I gi¶

kh«ng cã, hoÆc bÞ c¹n hÕt n−íc.

VËn hµnh tæ m¸y:

- KiÓm tra xem bÓ ¸p lùc vµ ®−êng èng ¸p lùc ®· ch¾c ch¾n ch−a, nguån n−íc

®· s½n sµng ch−a.

c¸c t¶i tiªu thô ®· ®−îc t¾t hÕt, thïng t¶i gi¶ ®· ®−îc ®æ n−íc ®óng theo qui ®Þnh.

- Khi mäi viÖc ®· chuÈn bÞ xong, më hÕt van tr−íc tua bin.

- Më van vßi phun tõ tõ, kiÓm tra xem ®iÖn ¸p trªn ®ång hå v«n ë bé ®iÒu

khiÓn t¶i gi¶ xem cã v−ît qu¸ trÞ sè 230V kh«ng, ®iÒu chØnh nót chØnh ®iÖn ¸p trªn

bé ®iÒu khiÓn t¶I gi¶ ®−a ®iÖn ¸p vÒ trÞ sè trong kháang 190V - 230V, tiÕp tôc më

vßi phun ®Õn hÕt. NÕu tÊt c¶ hÖ thèng æn ®Þnh, ®iÖn ¸p n»m trong kháang 190V-

230V, cã nghÜa lµ hÖ thèng ®· vËn hµnh b×nh th−êng. Nèi c¸c phô t¶I vµo l−íi ®iÖn

®Ó sö dông.

- Trong lÇn ®Çu tiªn vËn hµnh tæ m¸y cÇn theo dâi kiÓm tra xem tæ m¸y co häat

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

61

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

thïng t¶i gi¶ cã qu¸ nãng kh«ng.

m¸y ngay vµ b¸o cho ng−êi cung cÊp m¸y ®Ó t×m ph−¬ng ph¸p xö lý.

6.3.2. Qu¶n lý vµ b¶o d−ìng söa ch÷a.

1. C«ng t¸c qu¶n lý:

§Ó t¨ng tuæi thä vµ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña tæ m¸y th× c«ng t¸c qu¶n lý vµ b¶o

tr×nh sö dông tæ m¸y:

Tèt nhÊt lµ l¾p ®Æt tæ m¸y ë n¬i kh«ng x¶y ra ngËp lôt, cã m¸i che tr¸nh m−a

hay trong mét khoang kÝn cã khãa an tßan.

NÕu ph¸t hiÖn thÊy bªn trong m¸y bÞ −ít th× ph¶i th¸o ngay ra kiÓm tra vµ

®em ph¬i kh«. Tr¸nh sÊy gÇn löa v× r« to bäc nhùa epoxy dÔ bÞ ph¸ hñy do nhiÖt.

- Tr−íc khi dïng trë l¹i cÇn ph¶i b¶o ®¶m r»ng tßan bé tæ m¸y kh« r¸o, cÇn

chän n¬i cã ®é Èm thÊp ®Ó ®Æt m¸y ph¸t tr¸nh ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh vËn hµnh cña

m¸y.

- Do tèc ®é quay cña tæ m¸y kh¸ cao, nªn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc c¸c æ bi

cÇn ph¶I ®−îc b¬m bæ xung mì ®Þnh kú kháang 3 th¸ng mét lÇn.

- Trong qu¸ tr×nh sö dông, nªn dù phßng cho tæ m¸y mét bé bi vµ phít lµm

kÝn ®Ó cã thÓ thay thÕ khi cÇn thiÕt. Th«ng sè kü thuËt cña c¸c chi tiÕt nµy ®−îc ghi

trong c¸c s¸ch h−íng dÉn sö dông göi kÌm khi b¸n hµng.

2. Thay thÕ c¸c chi tiÕt tiªu chuÈn.

C¸c tæ m¸y T§SN sÏ hÇu nh− rÊt Ýt sù cè nÕu ®−îc b¶o d−ìng vµ ch¨m sãc

tèt. Tuy nhiªn mét sè chi tiÕt tiªu chuÈn nªn thay thÕ ®Þnh kú ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng lµm

viÖc cña tæ m¸y, ®ã lµ c¸c vßng bi vµ phít lµm kÝn, chóng nªn ®−îc thay thÕ ®Þnh kú

kháang 3 n¨m mét lÇn.

t¸c:

- Ng¨n hÕt n−íc kh«ng cho ch¶y vµo bÓ ¸p lùc hoÆc nÕu cã van tr−íc tua bin

th× ®ãng hÕt van nµy l¹i ®Ó ngõng tæ m¸y.

- Th¸o hÕt c¸c thiÕt bÞ ®iÖn vµ th¸o c¸p ra khái tæ m¸y.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

62

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

- Chê ®Õn khi kh«ng cßn n−íc ch¶y trong tæ m¸y n÷a.

- Th¸o bu l«ng l¾p ®−êng èng víi tua bin vµ bu l«ng nÒn ®−a m¸y ph¸t ra khái

bÖ ®Ó ®Õn chç kh« r¸o s¹ch sÏ, ®Æt ®øng ®Ó gi÷ cho m¸y ph¸t ®−îc kh«.

- Th¸o n¾p bÝch trªn cña m¸y ph¸t.

- Më n¾p m¸y ph¸t ra th¸o ªcu kÑp ro to m¸y ph¸t, dïng hai bu l«ng M8 b¾t

vµo 2 lç ë ®Ønh roto ®Ó th¸o ro to ra, c«ng viÖc nµy cÇn tiÕn hµnh cÈn thËn ®Ó

- §Æt n»m tæ m¸y xuèng.

- Th¸o ªcu kÑp vµ rót b¸nh c«ng t¸c tua bin ra.

- Th¸o côm æ d−íi vµ trôc tæ m¸y ra khái vá m¸y.

- §ãng nhÑ vµo ®Çu d−íi cña trôc (®Öm mét miÕng kim läai trªn ®Çu trôc hoÆc

dïng bóa gç ®Ó ®ãng) ®Ó th¸o trôc vµ vßng bi d−íi ra khái æ.

- Th¸o vßng bi vµ phít ra khái n¾p m¸y ph¸t vµ æ trôc b»ng c¸ch dïng hai

®äan thÐp D = 5mm ®ãng ®Òu hai bªn.

- L¾p c¸c vßng bi vµ phít míi theo tr×nh tù ng−îc l¹i víi qu¸ tr×nh th¸o.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

63

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Ch−¬ng VII. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ

7.1. C¸c kÕt qu¶ mµ ®Ò tµi ®· ®¹t ®−îc.

- Tõ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ tua bin tia nghiªng, ®· ®−a ra ®−îc c¸c tÝnh

tãan thiÕt kÕ cho lo¹i tæ m¸y T§SN cét n−íc cao phï hîp víi nhu cÇu sö dông cña

- ChÊt l−îng c¸c tæ m¸y cao h¬n h¼n so víi s¶n phÈm do Trung quèc vµ mét

sè h·ng kh¸c s¶n xuÊt.

- C¸c ®−êng ®Æc tÝnh thùc nghiÖm cho thÊy chØ víi 4 läai tæ m¸y T§SN cã thÓ

sö dông ®−îc cho mäi nhu cÇu vÒ ®iÖn ®Õn 1000W trong ph¹m vi d¶i cét n−íc lµm

viÖc réng (tõ 4m ®Õn 14m).

ng−êi sö dông dÔ dµng lùa chän ®−îc lo¹i phï hîp v¬Ý nhu cÇu dïng ®iÖn vµ kh¶

n¨ng ®¸p øng cña nguån n−íc s½n cã trong tù nhiªn.

- Cung cÊp tµi liÖu h−íng dÉn thiÕt kÕ c«ng tr×nh tr¹m, c¸c kiÕn thøc qu¶n lý

sö dông vµ söa ch÷a gióp cho ng−êi sö dông cã thÓ sö dông c¸c tæ m¸y mét c¸ch an

tßan vµ cã hiÖu qu¶ cao nhÊt.

- B−íc ®Çu ®· xuÊt khÈu ®−îc mét sè tæ m¸y vµo thÞ tr−êng EU vµ ®−îc ®¸nh

gi¸ cao më ra c¬ héi cho viÖc h−íng tíi c¸c thÞ tr−êng khã tÝnh ®Ó thu nguån ngäai tÖ

m¹nh vÒ cho ®Êt n−íc.

7.2. KiÕn nghÞ.

§Ò nghÞ Bé N«ng NghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n vµ c¸c c¬ quan h÷u quan t¹o

®iÒu kiÖn ®Çu t− trang thiÕt bÞ ®Ó tiÕp tôc nghiªn cøu, hßan thiÖn c«ng nghÖ chÕ t¹o

c¸c tæ m¸y siªu nhá theo h−íng tiªu chuÈn hãa vµ sö dông c¸c c«ng nghÖ gia c«ng

thµnh ®Ó phôc vô tèt h¬n nhu cÇu sö dông trong n−íc vµ xuÊt khÈu.

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

64

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04

Tµi liÖu tham kh¶o

[1] Ch−¬ng tr×nh hµnh ®éng n¨ng l−îng t¸i t¹o ViÖt nam

[2] Qui häach tæng thÓ ph¸t triÓn ®iÖn ViÖt nam (Tæng s¬ ®å 5)

[3] TrÞnh chÊt (1994), C¬ së thiÕt kÕ m¸y vµ chi tiÕt m¸y, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ

kü thuËt.

Gi¸o Dôc, Hµ néi.

[5] Vò Duy Quang (1996), Thñy khÝ ®éng lùc häc øng dông, Tr−êng §¹i häc

B¸ch khoa, Hµ néi.

[6] NguyÔn Tµi – L−u C«ng §µo (1984), Sæ tay tÝnh tãan thñy lùc, Nhµ xuÊt

b¶n N«ng nghiÖp, Hµ néi.

[7] ViÖn nghiªn cøu thñy ®iÖn Trung Quèc (1968), TÝnh to¸n, thiÕt kÕ tua bin thuû

®iÖn – Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt B¾c Kinh, b¶n dÞch tiÕng ViÖt.

[8] ю.Y. Эдель (1963), Kовшовыe гидpoтуpбины, гocyдapcтвeннoe

нayчнo - тexничecкoе издaтельc вo мaшинocтpoитeльнoй

литepaтypы мocква.

[9] Gilkes Brochuers

[10] Helmut Scheurer – Reinold Metzler – Bob Yoder (1980), Federal

Republic of Germany.

[11] SKF (1997), Popular bearing range

ViÖn Khoa häc Thñy lîi

65

nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04