Bài giảng Thủy lực máy nén - Chương 3: Giới thiệu chung về tua bin - Đặng Quốc Dũng
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
PHAÀN II:
Chöông 3:
GIÔÙI THIEÄU CHUNG VEÀ TUA BIN
I. PHAÂN LOAÏI :
1. Caùc daïng taùc ñoäng cuûa doøng nöôùc :
Theo ñònh luaät cô baûn cuûa cô hoïc chaát loûng: Naêng löôïng cuûa moät ñôn vò
troïng löôïng doøng chaûy E taïi moät maët caét naøo ñoù ñöôïc bieåu thò bôûi phöông
trình Bernoully coù daïng sau:
v2
p
E Z
(1-1)
2.g
Töø pht. (1.1) ta thaáy naêng löôïng cuûa moät ñôn vò chaát loûng goàm coù 3 thaønh
phaàn khaùc nhau: vò naêng z, aùp naêng p/ , ñoäng naêng v2/2g (tính baèng m coät
nöôùc), trong ñoù vò naêng vaø aùp naêng laø hai daïng theá naêng. Do ñoù naêng löôïng
cuûa doøng nöôùc goàm coù 2 daïng: theánaêng vaø ñoäng naêng.
Tuøy thuoäc vaøo daïng naêng löôïng naøo cuûa doøng chaûy taùc duïng vaøo BXCT cuûa
tua bin laø chuû yeáu maø coù theå chia taùc ñoäng cuûa doøng nöôùc ra thønh 2 daïng :
. Taùc ñoäng phaûn kích ( do thaønh phaàn theá naêng taùc ñoäng laø chuû yeáu )
BXCT cuûa turbin hoaøn toaøn naèm trong doøng chaûy coù aùp löïc khaùc vôùi aùp
löïc khoâng khí.
. Taùc ñoäng xung kích ( do thaønh phaàn ñoäng naêng taùc ñoäng laø chuû yeáu )
BXCT cuûa turbin khoâng naèm trong doøng chaûy
Naêng löïong E1-2 do doøng nöôùc trao cho turbin coù theå xaùc ñònh baèng
hieäu soá naêng löôïng cuûa doøng tröôùc khi vaøo vaø sau khi ra BXCT:
p
p
v1 v2
2g
E12 (z1 1 ) (z2 2 )
(1.2)
Trong tröôøng hôïp:
-
Neáu BXCT chæ söû duïng phaàn theá naêng ( phaàn naêng löôïng phaûn kích ),
v12 v22
töùc laø khi
thì turbin ñoù laø phaûn kích hoaøn toaøn.
2g 2g
-
Neáu BXCT chæ söû duïng phaàn ñoäng naêng ( phaàn naêng löôïng xung kích ),
p1
p2
töùc laø khi z1
z2
thì turbin ñoù laø xung kích hoaøn toaøn.
2g
2g
1
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
2. Phaân loaïi Turbin vaø phaïm vi söû duïng:
Do ñieàu kieän thieân nhieân ( ñòa hình vaø ñòa chaát ) neân vieäc xaây döïng caùc
TTÑ coù söï khaùc nhau nhieàu : Coät nöôùc TTÑ coù theå thay ñoåi trong phaïm vi töø
vaøi meùt ñeán haøng traêm, haøng ngaøn meùt. Löu löôïng cuõng thay ñoåi raát lôùn töø
vaøi l/s ñeán haøng traêm m3/s . Vaäy ñeå taän duïng toái ña naêng löôïng doøng nöôùc
caàn coù nhieàu loaïi turbin thích hôïp ( nhieàu kieåu, nhieàu kích thöôùc khaùc nhau )
Döïa vaøo kieåu taùc ñoäng cuûa doøng nöôùc vaøo BXCT maø turbin nöôùc
ñöôïc chia thaønh 2 loaïi : Turbin phaûn kích vaø Turbin xung kích. Trong moãi loaïi
turbin laïi chia thaønh nhieàu heä khaùc nhau:
Turbin phaûn kích : söû duïng phaàn coät nöôùc thaáp hôn H 700 m
Döïa vaøo höôùng doøng chaûy trong bxct chia ra:
-
Turbin taâm truïc (Francis) coù:
H = 5 - 200 m cho loaïi nhoû
H = 30 - 700 m cho loaïi lôùn
-
-
Turbin cheùo truïc (Deriaz) coù H = 50 - 150 m
Turbin höôùng truïc (axiale) coù H = 2 - 90 m.
Trong tua bin höôùng truïc döïa vaøo keát caáu maø chia ra:
+ Turbin chong choùng (propeller) coù caùnh bxct coá ñònh
+ Turbin caùnh quay (Kaplan) coù caùnh bxct quay ñöôïc chung quanh
truïc caùnh
+ Turbin caùnh keùp coù hai caùnh gaén chung vaøo moät ñuoâi
+ Turbin capxun (bulbe) coù truïc toå maùy naèm ngang theo doøng
chaûy.
2
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
Turbin xung kích :
Thöôøng söû duïng vôùi nöôùc cao, coù theå leân ñeán haøng ngaøn meùt .
Trong tua bin xung kích, döïa vaøo ñaëc ñieåm keát caáu vaø doøng chaûy
trong BXCT maø chia ra:
-
Turbin gaùo (Pelton) ñöôïc söû duïng ôû phaïm vi coät nöôùc :
H = 40 - 250 m cho loaïi coù coâng suaát nhoû
H = 300 2.000 m cho loaïi coù coâng suaát lôùn.
Turbin xung kích hai laàn (Balki - Michel) coù H = 6 - 60 m (coù khi leân
ñeán H = 100 m )
-
-
Turbin tia nghieâng (Tugo) söû duïng coät nöôùc H = 300 - 400 m.
3
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
Toùm taét caùch phaân loaïi vaø phaïm vi söû duïng tua bin caùc loaïi sô ñoà sau :
TUA BIN
Theo caùch söû duïng caùc thaønh phaàn naêng löôïng doøng nöôùc
Phaûn kích
Xung kích
p/g +v2/2g
v2/2g
Theo höôùng doøng chaûy trong bxct
Theo hình daïng vaø doøng chaûy vaøo bxct
Taâm truïc
(Francis)
Loaïi nhoû
H = 5 200m
Loaïi lôùn
Gaùo (Pelton)
Loaïi nhoû
H = 40 250m
Loaïi lôùn
Xung kích hai
laàn
(Balki - Michel)
Tia nghieâng
(Tugo)
H = 30 400m
Höôùng truïc
(Axiale)
H = 2 90 m
Cheùo truïc
(Deriaz)
H = 40 - 200 m
H = 6 60m
H =300
H = 30 700m
2000m
Theo keát caáu tua bin vaø bxct
Caùnh quay
Caùnh bxct quay truïc
(Kaplan)
Caùnh keùp hai caùnh
cuøng coù moät ñuoâi
Toå caùp xun,
Truïc naèm ngang
(Bulbe) 20 m
Chong choùng
caùnh bxct coá ñònh
(Propeller)
4
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
Ngoaøi ra cuõng coù theå phaân loaïi theo heä soá tyû toác:
II. CAÙC THOÂNG SOÁ CÔ BAÛN CUÛA TUA BIN
Caùc thoâng soá cô baûn cuûa tua bin goàm coù: coät nöôùc coù ích H(m), löu löôïng
Q(m3/s) coâng suaát treân truïc tua bin Pt (kW), hieäu suaát t , soá voøng quay n, ñöôøng
kính danh nghóa tua bin (taïi meùp vaøo BXCT D1 hoaëc taïi meùp ra BXCT D2), soá
voøng quay rieâng ns, vaø heä soá xaâm thöïc .
1. Coät nöôùc coù ích turbin (H):
Coät nöôùc coù ích hay coøn goïi laø coät nöôùc laøm vieäc cuûa tua bin H laø hieäu soá
naêng löôïng cuûa moät ñôn vò troïng löôïng doøng nöôùc taïi tieát dieän vaøo vaø ra cuûa
tua bin. Ñôn vò tính cuûa coät nöôùc laø m.
5
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
Sô ñoà duøng ñeå xaùc ñònh coät nöôùc tua bin
Ñoái vôùi tua bin phaûn kích coät nöôùc coù ích laø hieäu soá naêng löôïng cuûa moät ñôn
vò troïng löôïng doøng nöôùc taïi tieát dieän vaøo cuûa buoàng tua bin vaø ra cuûa oáng huùt.
Chuùng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau ñaây:
2
H = ztl - zhl - vk / 2g - hw
(1-3)
trong ñoù
ztl vaø zhl - möïc nöôùc thöôïng löu vaø haï löu (m)
vk
hw
- vaän toác doøng chaûy taïi cöûa ra cuûa oáng huùt (m/s)
- toån thaát coät nöôùc trong ñöôøng oáng tua bin (m)
- heä soá coriolic taïi tieát dieän ra cuûa oáng huùt.
Ñoái vôùi tua bin gaùo ( Pelton) coät nöôùc coù ích baèng hieuä soá naêng löôïng ñôn
vò troïng löôïng doøng nöôùc taïi tieát dieän vaøo voøi phun (hoaëc cuûa ñoaïn oáng phaân
nhaùnh daãn ñeán voøi phun) vaø taïi tieát dieän ra cuûa bxct. Coù theå xaùc ñònh coät nöôùc
coù ích cuûa tua bin giaùo theo coâng thöùc:
H = ztl - zv - hw
(m)
(1-4)
trong ñoù:
6
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
ztl vaø zv - cao trình möïc nöôùc thöôïng löu vaø ñöôøng truïc voøi phun (m)
hw - toån thaát coät nöôùc trong ñoaïn ñöôøng daãn coù aùp (bao goàm caû
ñöôøng oáng tua bin ) cho ñeán tieát dieän vaøo tính toaùn noùi treân
Neáu coù nhieàu voøi phun ôû caùc cao trình khaùc nhau thì zv ñöôïc laáy theo
trò soá trung bình.
2. Löu löôïng Q
Löu löôïng Q cuûa tua bin laø löôïng nöôùc ñi qua tieát dieän vaøo tua bin
trong moät ñôn vò thôøi gian. Ñôn vò tính cuûa löu löôïng laø m3/s. Ñoái vôùi tua bin
gaùo coù nhieàu voøi phun thì ñoù laø toång löu löôïng ñi qua taát caû caùc voøi phun.
3. Coâng suaát treân truïc tua bin Pt vaø hieäu suaát tua bin t
-
Coâng suaát treân truïc tua bin hay coâng suaát tua bin laø coâng suaát coù ích
maø tua bin taïo ra ñöôïc ôû treân truïc ñeå quay maùy phaùt ñieän vaø ñöôïc xaùc
ñònh theo coâng thöùc:
Pt = g QHt = 9,81 QHt (kW)
trong ñoù:
t laø hieäu suaát toaøn phaàn hieäu suaát tua bin
(1-5)
-
Hieäu suaát toaøn phaàn cuûa tua bin laø tyû soá giöõa coâng suaát coù ích treân truïc
tua bin Pt vaø coâng suaát doøng chaûy Pd ñi qua tua bin:
t = Pt / Pd = tl ck q
(1-6)
trong ñoù:
Pd = gQH - coâng suaát cuûa doøng chaûy ñi qua tua bin
tl, ck, q - hieäu suaát thuûy löïc, cô khí vaø löu löôïng
Hieäu suaát tua bin lôùn nhaát hieän nay coù theå ñaït vaøo khoaûng 95 - 96%. Giaù trò
hieäu suaát phuï thuoäc vaøo kieåu tua bin, vaøo trình ñoä coâng ngheä thieát keá vaø cheá taïo,
vaøo kích côõ tua bin vaø phuï thuoäc khaù nhieàu vaøo cheá ñoä laøm vieäc cuûa tua bin.
4. Ñöôøng kính danh nghóa cuûa tua bin
Ñöôøng kính danh nghóa cuûa tua bin, coøn goïi laø ñöôøng kính tua bin,
thöïc chaát laø ñöôøng kính BXCT vaø ñöôïc qui ñònh nhö sau :
- Ñoái vôùi tua bin höôùng truïc laø ñöôøng kính lôùn nhaát cuûa buoàng bxct D1
-
Ñoái vôùi tua bin taâm truïc (Francis) theo qui ñònh cuûa Lieân Xoâ cuõ ñoù laø
ñöôøng kính lôùn nhaát cuûa bxct taïi meùp vaøo D1. Coøn theo IEC (Hieäp hoäi
ñieän Quoác teá) thì ñoù laø ñöôøng kính lôùn nhaát cuûa bxct taïi meùp ra D2.
Ñoái vôùi tua bin cheùo truïc laø ñöôøng kính buoàng bxct taïi maët giao nhau vôùi
maëït noùn chöùa caùc truïc caùnh bxct D1.
-
7
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
-
Ñoái vôùi tua bin gaùo laø ñöôøng kính vonø g troøn coù taâm naèm treân truïc tua bin
vaø tieáp tuyeán vôùi truïc tia nöôùc cuûa voøi phun D1.
Duøng ñeå xaùc ñònh kích thöôùc tua bin.
5. Soá voøng quay ñoàng boä n vaø soá voøng quay rieâng ns
Soá voøng quay ñoàng boä cuûa tua bin n (vg/ph) laø soá voøng quay trong
moät phuùt cuûa tua bin öùng vôùi taàn soá f = 50 Hz ( ñoái vôùi moät soá nöôùc nhö Anh
Myõ... f = 60 Hz )
Soá voøng quay rieâng ns (Specific speed) hay coøn goïi laø soá voøng quay
ñaëc tröng, ñaëc tröng toång hôïp cho chaát löôïng thuûy löïc cuûa tua bin
6. Heä soá xaâm thöïc
Heä soá xaâm thöïc ñöôïc tính toaùn khi baét ñaàu xuaát hieän hieän töôïng
xaâm thöïc trong tua bin. Ñaây laø moät ñaïi löôïng khoâng thöù nguyeân raát quan
troïng.
III. PHÖÔNG TRÌNH CÔ BAÛN CUÛA TUA BIN
Keát quaû vieäc taùc ñoäng töông hoå giöõa caùnh bxct vaø doøng chaûy laø doøng chaûy
ñaõ trao naêng löôïng cuûa mình cho bxct tua bin.
8
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
Trong tua bin phaûn kích, vaän toác tuyeät ñoái v 1 cuûa doøng chaûy vaøo tua bin
döôùi moät goùc 1 naøo ñoù ñöôïc xaùc ñònh bôõi caùnh höôùng doøng (hình 7-9) trong ñoù 1
laø goùc taïo bôõi v 1 vaø u 1. Taïi meùp vaøo bxct ñang quay, doøng chaûy chuyeån ñoäng doïc
caùnh vôùi vaän toác töông ñoái w 1 vaø vaän toác quay (theo) u 1. Khi ñi qua giöõa caùc khe
caùnh bxct, doøng chaûy bò bieân daïng caùnh laøm thay ñoåi höôùng vaø khi ra khoûi bxct vôùi
vaän toác tuyeät ñoái v 2 vaø goùc ra 2 (goùc taïo bôûi v 2 vaø u 2) khaùc xa goùc 1. Vaän toác
v 2 cuõng laø toång cuûa hai thaønh phaàn vaän toác töông ñoái w 2 vaø vaän toác quay u 2. Do
bò caùnh laøm thay ñoåi höôùng neân doøng chaûy taùc duïng leân caùnh moät aùp löïc gaây ra
momen xoaén treân truïc tua bin maø ta caàn phaûi xaùc ñònh.
a. Sô ñoà doøng chaûy ñi qua caùnh höôùng doøng vaø bxct tuabin phaûn kích
b. Tam giaùc vaän toác
Trong thôøi gian t coù moät khoái löôïng nöôùc m ñi vaøo vôùi vaän toác v 1 vaø ñi ra
khoûi bxct vôùi vaän toác v 2 taïo ra ñoäng löôïng töông öùng laø mv1 vaøø mv2. Theo ñònh luaät
bieán thieân momen ñoäng löôïng ta coù “bieán thieân momen ñoäng löôïng trong thôøi gian
t seõ baèng tích momen ngoaïi löïc taùc duïng vôùi thôøi gian t maø noù taùc duïng”, neân ta
coù:
Mt = (mvr)2 - (mvr)1 = m [r2v2 cos2 - r1v1 cos1]
(1-7)
hay:
trong ñoù:
M = m(r2v2 cos2 - r1v1 cos1) / t = Q(r2v2u - r1v1u)
(1-8)
. v1u = v1.cos1 vaø v2u = v2cos2 : thaønh phaàn vaän toác tuyeät ñoái treân
phöông quay taïi meùp vaøo vaø ra cuûa bxct.
. m = .Q.t : khoái löôïng nöôùc ñi qua bxct trong thôøi gian t.
9
Phaàn II Chöông 2
Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG
Momen cuûa doøng chaûy M taùc duïng leân caùc caùnh bxct coù giaù trò seõ baèng
momen phaûn löïc Mt cuûa caùc caùnh tua bin taùc duïng leân doøng chaûy nhöng coù höôùng
ngöôïc laïi (theo ñònh luaät Newton thöù 3) neân ta coù:
Mt = M = m (r1 v1u - r2 v2u) / t
Mt = Q (r1v1cos1 - r2v2 cos2) = Q (r1 v1u - r2 v2u)
(1-9)
Löu yù :
r1 = u1 vaø r2 = u2
Vôùi laø vaän toác goùc thì coâng suaát treân truïc tua bin ñöôïc xaùc ñònh theo coâng
thöùc:
vaø
Pt = Mt = Q (u1v1 cos1 - u2v2 cos2)
Pt = Q(u1v1u - u2v2u)
(1-10)
(1-11)
Theo (3-4) thì Pt = gQHt neân caân baèng vôùi (3-9) hoaëc (3-10) ta coù:
tH = (u1v1 cos1 - u2v2 cos2) / g
(1-12)
(1-13)
hoaëc
tH = (u1v1u - u2v2u) / g
Ñaây laø phöông trình cô baûn cuûa tua bin do Euler laäp ra vaøo naêm 1751 neân
coøn goïi laø phöông trình Euler cho doøng chaát loûng thöïc.
Theo caùc tam giaùc vaän toác ta coù :
2
2
2
w1 = v1 + u1 - 2u1v1 cos1
2
2
2
do ñoù:
u1v1 cos1 = (v1 + u1 - w1 )/ 2
2
2
2
w2 = v2 + u2 - 2u2v2 cos2
2
2
2
do ñoù:
u2v2 cos2 = (v2 + u2 - w2 )/ 2
Theá caùc trò soá coù ñöôïc vaøo (7-11) ta ñöôïc:
2
2
2
2
2
2
tH = ( v1 - v2 + u1 - u2 + w2 - w1 ) / 2g
(1-14)
Phöông trình (1-14) cho ta söï lieân heä giöõa caùc thaønh phaàn vaän toác taïi meùp
vaøo vaø meùp ra bxct vôùi coät nöôùc H (hay tH) laø phaàn naêng löôïng ñöôïc trao ñoåi giöõa
bxct tua bin vaø doøng chaûy. Ñoù cuõng laø söï lieân heä giöõa hình daùng caùc caùnh bxct vaø
coäït nöôùc tua bin.
10
10 trang
25220
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Thủy lực máy nén - Chương 3: Giới thiệu chung về tua bin - Đặng Quốc Dũng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_thuy_luc_may_nen_chuong_3_gioi_thieu_chung_ve_tua.pdf
