Bài giảng Thủy lực máy nén - Chương 5: Turbin xung kích

Phaàn II : TURBIN NÖÔÙC

Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG

Chöông 5 :

TURBIN XUNG KÍCH

Trong turbin xung kích doøng chaûy chæ taùc duïng vaøo moät phaàn cuûa BXCT.

Döôùi taùc duïng cuûa ñoäng naêng v²/ 2g cuûa tia chaûy töï do, BXCT quay trong moâi

tröôøng khoâng khí coù aùp löïc khoâng ñoåi vaø baèng aùp löïc khoâng khí ôû taïi tieát dieän

vaøo vaø tieát dieän ra cuûa BXCT.

I. Caáu taïo turbin xung kích:

So vôùi turbin phaûn löïc, turbin xung löïc coù kích thöôùc lôùn hôn vaø soá

voøng quay nhoû hôn (Khi coâng suaát vaø coät aùp laøm vieäc cuûa chuùng nhö

nhau). Vì vaäy turbin xung löïc aùp duïng khi coù coät aùp lôùn vaø löu löôïng nhoû

thì môùi kinh teá

1. Tua bin gaùo (Pelton)

Trong thöïc teá, ôû caùc traïm thuûy ñieän (TTÑ) trung bình vaø lôùn coù coät nöôùc

cao thöôøng duøng tua bin xung kích loaïi gaùo

Tua bin gaùo goàm coù caùc boä phaän chính sau ñaây: voøi phun cuøng cô caáu caét

doøng, BXCT, buoàng thoaùt, voû bao che ... Tua bin coù theå coù truïc ngang hoaëc truïc

ñöùng. Loaïi trung bình vaø lôùn thöôøng coù truïc ñöùng.

-

Voøi phun coù nhieäm vuï:

+ Bieán toaøn boä naêng löôïng nöôùc thaønh ñoäng naêng cuûa tia chaûy tieát

dieän troøn taùc duïng vaøo caùc caùnh BXCT

- 1 -

Phaàn II : TURBIN NÖÔÙC

Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG

+ Ñieàu chænh löu löôïng vaøo tua bin ñeå thay ñoåi coâng suaát theo yeâu caàu.

Vieäc ñieàu chænh löu löôïng do van kim ñaët trong voøi ñaûm nhieäm thoâng

qua heä thoáng ñieàu chænh do maùy ñieuà toác ñieàu khieån. Loaïi nhoû ñöôïc

ñieàu khieån baèng thuû coâng.

Soá löôïng voøi phun z_V= 1 - 6 voøi

*loaïi truïc ngang thöôøng coù z = 1 - 3 voøi

*loaïi truïc ñöùng thöôøng coù z_v= 2 -6 voøi.

- 2 -

Phaàn II : TURBIN NÖÔÙC

Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG

-

Cô caáu caét doøng duøng ñeå höôùng moät phaàn hoaëc toaøn boä tia chaûy sau

khi ñi ra khoûi voøi phun, khoâng cho taùc duïng vaøo caùnh BXCT khi caàn

giaûm taûi ñoät ngoät hoaëc caét taûi ñeå traùnh ñoä gia taêng aùp löïc quaù lôùn gaây

nöôùc va trong heä thoáng ñöôøng oáng coù aùp.

-

Baùnh xe coâng taùc laø boä phaän chuû yeáu cuûa tua bin, goàm coù caùc caùnh

daïng gaùo gaén treân ñóa BXCT baèng caùch ñuùc lieàn khoái, baèng caùch gheùp

hoaëc baèng caùch haøn. ÔÛ giöõa caùc caùnh coù dao phaân ñoâi tia chaûy vaøo

caùnh thaønh hai phaàn baèng nhau ñi ra hai phía cuûa gaùo ñeå thoaùt khoûi

BXCT. Soá löôïng gaùo coù töø 14 - 60 caùi phuï thuoäc vaøo kích thöôùc ñöôøng

kính BXCT.

-

Buoàng thoaùt laø boä phaän thu nöôùc sau khi ñi ra khoûi BXCT ñeå ñöa

xuoáng haï löu ñaûm baûo möïc nöôùc cao nhaát trong buoàng thoaùt luoân luoân

thaáp hôn BXCT moät trò soá baèng khoaûng moät ñöôøng kính BXCT D₁.

- 3 -

Phaàn II : TURBIN NÖÔÙC

Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG

-

Voû bao che ñeå chaén khoâng cho nöôùc töø bxct baén ra ngoaøi vaø khoâng rôi

ngöôïc vaøo löng gaùo haõm toác ñoä quay cuûa BXCT.

Voøi haõm ñöôïc gaén treân voû, khi caàn seõ phun tia nöôùc ngöôïc vaøo löng

caùnh BXCT, ngöôïc vôùi chieàu quay neân coù taùc duïng döøng nhanh tua

bin.

Turbin gaùo coù coâng suaát lôùn nhaát theá giôùi hieän nay laø ôû TTÑ Si Sima (Na

Uy) coù P_t= 350 MW, H = 885 m, D₁= 5,1 m vaø n = 333,3 vg/ph. Coøn tua bin gaùo

coù coät nöôùc cao nhaát hieän nay laø ôû TTÑ Cleuson Dixence (Thuïy Só) coù H =

1.845 m.

Turbin gaùo lôùn hieän nay ôû VN nhö TTÑ. Ña Nhim coù P_t=42 MW,

H_tt=739m (H_{t max}= 799 m) truïc ngang. Turbin ôû TTÑ Vónh Sôn P_t= 35 MW vaø

Ñaïi Ninh P_t= 150 MW, H=600m cuõng laø tua bin gaùo, loaïi truïc ñöùng.

2. Tua bin xung kích hai laàn :

Tua bin xung kích hai laàn (XK2) coøn coù teân laø Balki - Michel coù caáu taïo raát

ñôn giaûn. Doøng chaûy taùc duïng vaøo BXCT hai laàn. Khi vaøo trao khoaûng 83%

naêng löôïng vaø tröôùc khi ra laïi trao khoaûng 17% naêng löôïng doøng chaûy coøn laïi

cho BXCT. Voøi phun coù tieát dieän chöû nhaät vaø BXCT coù daïng truï troøn. Tua bin

XK2 ñöôïc duøng cho caùc TTÑ nhoû.

- 4 -

Phaàn II : TURBIN NÖÔÙC

Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG

3. Tua bin tia nghieâng :

Tua bin tia nghieâng (Tugo) chæ khaùc vôùi tua bin gaùo ôû choå tia nöôùc vaøo

BXCT laøm vôùi maët phaúng quay moät goùc  vaø baùnh xe coâng taùc goàm coù hai vaønh

(trong vaø ngoaøi) gaén giöõ caùc caùnh. Tua bin tia nghieâng ñöôïc duøng ôû caùc TTÑ

nhoû.8

`

- 5 -

Phaàn II : TURBIN NÖÔÙC

Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG

II. Tính caùc thoâng soá turbin xung löïc :

Ñeå tính caùc thoâng soá turbin xung löïc, ta xeùt sô ñoà laøm vieäc cuûa moät turbin

gaùo sau:

Goïi :

Z_T, Z_H: möïc nöôùc thöôïng löu vaø haïlöu

H : khoaûng caùch töø maët nöôùc haï löu ñeán maët caùch daãn laøm vieäc

1-1, 2-2 : maët caét ôû loái vaøo vaø loái racuûa turbin

1. Coät aùp vaø coâng suaát :

Ta coù:

H = Z_T- Z_H

H₀= H - h - H : coät nöôùc laøm vieäc

( vôùi h toån thaát coät nöôùc ôû oáng daãn )

Maët khaùc:

H₀= e₁– e₂

vôùi e₁, e₂laø naêng löôïng ñôn vò cuûa doøng chaûy ôû loái vaøo vaø loái ra cuûa turbin:

p₁c₁²

e₁ z₁





2g

p₂c₂²

e₂ z₂





2g

- 6 -

Phaàn II : TURBIN NÖÔÙC

Giaûng vieân ÑAËNG QUOÁC DUÕNG

p₁ p₂c₁² c₂²

Do ñoù:

H₀ z₁ z₂





2g

Ta thaáy trong bieåu thöùc treân:

-

Vaän toác cuûa doøng chaûy ôû loái ra caùnh daãn xem nhö baèng khoâng ( c₂= 0 )

AÙp suaát cuûa doøng chaûy ôû loái ra caùnh daãn baèng aùp suaát cuûa khí trôøi (p₂₌p_a)

AÙp suaát ôû loái vaøo muõi phun p₁= p_M1+p_a+_a

( p_M1aùp suaát chæ cuûa aùp keá ôû maët caét 1-1 )

p_M1c₁²

Vaäy :

H₀ z₁ z₂ a 





2g

Khi ñaõ xaùc ñònh coät aùp laøm vieäc cuûa turbin, ta coù theå xaùc ñònh coâng suaát laøm vieäc

cuûa turbin theo coâng thöùc sau:

N  9,81..Q.H₀(KW)

2. Vaän toác doøng tia vaø soá voøng quay cuûa turbin:

Vì turbin xung löïc chæ nhaän ñoäng naêng cuûa doøng chaûy neân nhieäm vuï cuûa

muõi phun laø bieán ñoåi theá naêng doøng chaûy thaønh ñoäng naêng doøng tia vaø höôùng

doøng tia ñaäp vaøo caùnh BXCT.

Coät aùp laøm vieäc cuûa muõi phun H_m:

H_m= H₀- H_K

vôùi H_K: toån thaát coät aùp ôû boä phaän coå goùp ( tröôùc muõi phun )

c²

Coät aùp H_mtaïo neân ñoäng naêng doøng tiia ôû muõi phun laø

:

2.g

c²

 H_m._m

2.g

Trong ñoù:

c : vaän toác doøng tia

_m: hieäu suaát muõi phun ( = 0.95 – 0.98 )

Vaäy vaän toác cuûa doøng tia laø:

c  2.g.H_m._m . 2.g.H_m

  _m: heä soá vaän toác cuûa muõi phun.

ta thaáy _mphuï thuoäc vaøo  , töùc laø phuï thuoäc vaøo hình daïng maët caét vaø keát

caáu muûi phun:

_m= ²thöôøng laáy:  = 0.95 – 0.98

Vaän toác doøng tia c coù lieân quan ñeán vaän toác quay cuûa BXCT.

u  .c  . 2gH_m

 : heä soá vaän toác quay cuûa BXCT. ÖÙng vôùi tröôøng hôïp toån thaát doøng chaûy

nhoø nhaát ôû loái ra cuûa caùnh daãn thì _{toái öu} 0.5

Khi bieát vaän toác u, ta coù theå tính soá voøng quay n cuûa turbin:

60.u

n 

.D

- 7 -

Bài giảng Thủy lực máy nén - Chương 5: Turbin xung kích - Đặng Quốc Dũng