Tính toán và thiết kế hệ thống truyền động thủy lực cho tuốc bin gáo

1. Mục đích và ý nghĩa kinh tế, xã hội của đề tài.Nền kinh tế nước ta hiện nay nói chung các ngành công nghiệp nói riêng đang từng bước phát triển mạnh mẽ và có những bước tiến vững chắc, đồng thời với sự phát triển kinh tế, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao. Tuốc bin nước là thiết bị trực tiếp biến đổi năng lượng dòng nước thành cơ năng làm quay máy phát điện tạo ra điện năng. Với yêu cầu đóng nhanh và điều chỉnh lưu lượng tới giá trị bằng không bằng kim phun thì sẽ gây ra va đập trong đường ống rất lớn. Vì thế trong quá trình tắt máy thì cần điều chỉnh kim phun đến một giá trị nào đó, tương ứng với lưu lượng cho phép mà đường ống có thể chịu được áp suất, tính với áp suất do hiện tượng nước va. Sau đó cần phải hướng dòng tia đi ra khái bánh công tác. Trong chế độ ổn định với việc điều chỉnh lưu lượng phù hợp với phụ tải thì cơ cấu hướng tia nước luôn luôn ở xa dòng dòng tia phun. Trong trường hợp bình thường, bộ điều tốc làm việc điều chỉnh vị trí kim phun. Trong trường hợp sợ cố, phụ tải mất đột ngột, quả lăng xếp lại. Pittong cản xilanh lực chuyển động nhanh sang phải, đóng vòi phun nhờ hệ thống thanh truyền, cam, con trượt và xilanh lực. Đồng thời, tín hiệu được truyền đến cơ cấu hướng tia nước để hướng dòng tia ra khái bánh công tác. Vì vậy bộ điều tốc sẽ có ảnh hưởng rất lớn và có tầm quan trọng trong việc điều chỉnh tuốc bin làm việc một cách ổn định tạo ra nguồn điện cho máy phát phát ra là hợp lý nhất để phục vụ cho công nghiệp, nông nghiệp cho người sử dụng. Đứng trước tình hình này thì vấn đề tính toán và điều chỉnh hệ thống truyền lực cho tuốc bin là vấn đề hết sức quan trọng nhằm mục đích trên. Và mục đích ý nghĩa của đề tài tính toán thiết kế hệ thống thủy lực trong tuốc bin gáo. Cụ thể hơn là tính toán và thiết kế bộ điều tốc. 2.Giới thiệu tuốc bin gáo sẽ lắp bộ điều tốc.2.1. Giới thiệu. Tuốc bin gáo gọi là tuốc bin Pelton được một nhà khoa học mỹ sang chế vào năm 1884. Nguyên lý làm việc của tuốc bi gáo là:dòng chảy có thế năng lớn được dẫn qua đường ống và vòi phun. Tại miệng ra của vòi phun vận tốc của dòng chảy lớn, tại đó thế nẵng đã biến thành động năng. Với vận tốc lưu lượng nhất định này dòng chảy đập vào các cánh gáo được sắp xếp trên một vành đĩa tròn còn gọi là bánh công tác) và làm quay tuốc bin và máy phát. Bánh công tác quay truyền chuyển động cho trục tuốc bin và trục máy phát. Như vậy trong quá trình này thế năng của dòng chảy đã biến thành cơ năng quay trục của tuốc bin. Cấu tạo chung của tuốc bin gáo:5 Theo bản vẽ tổng thể của tuốc bin gáo (hình 2.2.1) thì tuốc bin này gồm các bộ phận chính sau: bánh công tác, vòi phun điều chỉnh lưu lượng, cơ cấu cắt dòng, vỏ và trục tuốc bin. Hình 2.1. Bản vẽ tổng quan về tuốc bin gáo.1Cơ cấu cắt dòng; 2Vòi phun; 3Van kim; 4Gáo tuốc bin;5Trục tuốc bin; 6Vỏ che ngoài; 7Thân vòi phun; 8Lò xo nén.2.2. Mô tả một số chi tiết cơ bản liên quan đến bộ điều tốc. 2.2.1. Bánh xe công tác.Bánh công tác của tuốc bin gáo gồm có đĩa, trên đĩa (theo chu vi) có gắn các cánh có dạng gáo nên gọi là gáo (hình 2.2). Hình 2.2. Sơ đồ kết cấu của gáo và kích thước.Bánh xe công tác là một khối liền. Sau đó gắn lên đĩa bằng bu lông hoặc bằng cách ghép hay hàn.Chính giữa gáo có “dao” chia gáo ra thành hai phần bằng nhau để chia tia nước tác động vào gáo thành hai phần theo hai hướng khác nhau. Mép ngoài gáo có khoét lõm vào để cho gáo đến tiếp theo không vào ngay khu vực tác dụng của tia nước, làm cản trở lực tác dụng của tia nước vào gáo nằm ngay phía trước, cũng như để khi gáo ra khỏi khu vực tác dung, nước sau khi tác dung vào các gáo không rơi lên lưng các gáo phía trước.2.2.2. Vòi phun, kim phun.Vòi phun có nhiệm vụ biến toàn bộ năng lượng nước thành động trước khi đưa vào bánh công tác, ngoài ra còn điều chỉnh lưu lượng đi vào tuốc bin. Như vậy ở tuốc bin gáo (cũng như ở các tuốc bin xung lực khác), vòi phun làm nhiệm vụ của bộ phận hướng dòng.

1 Mục đích và ý nghĩa kinh tế, xã hội của đề tài.

Nền kinh tế nước ta hiện nay nói chung các ngành công nghiệp nói riêng đang từng bước phát triển mạnh mẽ và có những bước tiến vững chắc, đồng thời với sự phát triển kinh tế, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao Tuốc bin nước là thiết bị trực tiếp biến đổi năng lượng dòng nước thành

cơ năng làm quay máy phát điện tạo ra điện năng

Với yêu cầu đóng nhanh và điều chỉnh lưu lượng tới giá trị bằng không bằng kim phun thì sẽ gây ra va đập trong đường ống rất lớn Vì thế trong quá trình tắt máy thì cần điều chỉnh kim phun đến một giá trị nào đó, tương ứng với lưu lượng cho phép mà đường ống có thể chịu được áp suất, tính với áp suất do hiện tượng nước va Sau đó cần phải hướng dòng tia đi ra khái bánh công tác

Trong chế độ ổn định với việc điều chỉnh lưu lượng phù hợp với phụ tải thì cơ cấu hướng tia nước luôn luôn ở xa dòng dòng tia phun

Trong trường hợp bình thường, bộ điều tốc làm việc điều chỉnh vị trí kim phun

Trong trường hợp sợ cố, phụ tải mất đột ngột, quả lăng xếp lại Pittong cản xilanh lực chuyển động nhanh sang phải, đóng vòi phun nhờ hệ thống thanh truyền, cam, con trượt và xilanh lực Đồng thời, tín hiệu được truyền đến cơ cấu hướng tia nước để hướng dòng tia ra khái bánh công tác

Vì vậy bộ điều tốc sẽ có ảnh hưởng rất lớn và có tầm quan trọng trong việc điều chỉnh tuốc bin làm việc một cách ổn định tạo ra nguồn điện cho máy phát phát ra là hợp lý nhất để phục vụ cho công nghiệp, nông nghiệp cho người

2.Giới thiệu tuốc bin gáo sẽ lắp bộ điều tốc.

quay truyền chuyển động cho trục tuốc bin và trục máy phát Như vậy trong quá trình này thế năng của dòng chảy đã biến thành cơ năng quay trục của tuốc bin -Cấu tạo chung của tuốc bin gáo:[5]

Theo bản vẽ tổng thể của tuốc bin gáo (hình 2.2.1) thì tuốc bin này gồm các bộ phận chính sau: bánh công tác, vòi phun điều chỉnh lưu lượng, cơ cấu cắt dòng, vỏ và trục tuốc bin

3 2 1

Hình 2.1 Bản vẽ tổng quan về tuốc bin gáo

1-Cơ cấu cắt dòng; 2-Vòi phun; 3-Van kim; 4-Gáo tuốc bin;

5-Trục tuốc bin; 6-Vỏ che ngoài; 7-Thân vòi phun; 8-Lò xo nén

2.2 Mô tả một số chi tiết cơ bản liên quan đến bộ điều tốc

2.2.1 Bánh xe công tác

Bánh công tác của tuốc bin gáo gồm có đĩa, trên đĩa (theo chu vi) có gắn các cánh có dạng gáo nên gọi là gáo (hình 2.2)

Hình 2.2 Sơ đồ kết cấu của gáo và kích thước

Bánh xe công tác là một khối liền Sau đó gắn lên đĩa bằng bu lông hoặc

nhau Mép ngoài gáo có khoét lõm vào để cho gáo đến tiếp theo không vào ngay khu vực tác dụng của tia nước, làm cản trở lực tác dụng của tia nước vào gáo nằm ngay phía trước, cũng như để khi gáo ra khỏi khu vực tác dung, nước sau khi tác dung vào các gáo không rơi lên lưng các gáo phía trước.

2.2.2 Vòi phun, kim phun

Vòi phun có nhiệm vụ biến toàn bộ năng lượng nước thành động trước khi đưa vào bánh công tác, ngoài ra còn điều chỉnh lưu lượng đi vào tuốc bin Như vậy ở tuốc bin gáo (cũng như ở các tuốc bin xung lực khác), vòi phun làm nhiệm vụ của bộ phận hướng dòng

Hình 2.3 Vòi phun của tuốc bin gáo

1- Thân vòi phun; 2- Miệng vòi; 3- Van kim; 4- Trục điều chỉnh

Vòi phun gồm có thân vòi 1 là đoạn tiếp giáp với khuỷu chuyển tiếp miệng vòi 2 và van kim điều chỉnh 3 Hình dáng của miệng vòi và van kim phải thuận dòng để có tổn thất thuỷ lực bé nhất đồng thời tạo được tia phun tròn sau khi dòng nước ra khỏi vòi Điều chỉnh lưu lượng đi qua vòi (cũng đồng thời là lưu lượng đi qua tuốc bin) được tiến hành bằng cách tịnh tiến van kim về phía trước hoặc phía sau tức là gián tiếp giảm nhỏ hoặc tăng tiết diện ra của vòi phun Ở các tua bin nhỏ việc tịnh tiến van kim do một cơ cấu điều khiển bằng tay đảm nhiệm;

4

còn ở các tuốc bin trung bình và lớn được tiến hành tự động nhờ động cơ tiếp lực bằng dầu

2.2.3 Cơ cấu cắt dòng

Ở các trạm thuỷ điện cột nước cao có đường ống dẫn nước dài; nếu đóng nhanh van kim sẽ làm tăng áp lực cuối đường ống (hiện tượng va đập thủy lực) Khi cần ngưng tuốc bin người ta dùng cơ cấu cắt dòng để hướng toàn bộ hay một phần tia nước về phía khác không cho tác dụng vào gáo bánh xe công tác, do đó tuốc bin sẽ ngừng làm việc hoặc giảm bớt công suất

Khi cắt dòng nếu cắt toàn bộ tia nước không cho tác dụng vào bánh xe công tác (hình a) thì đó gọi là cắt dòng trên và cắt dòng dưới thì chỉ hướng một phần tia nước không cho tác dụng vào bánh công tác (hình b)

Hình 2.4 Sơ đồ kết cấu vòi phun thiết kế

1- Đệm; 2- Vít cấy; 3- Vòi phun; 4- Van kim; 5- Cơ cấu cắt dòng

3 Vấn đề điều chỉnh tuốc bin.

3.1 Nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh tuốc bin

Trong nhiều trường hợp, tuốc bin nước được dùng làm động cơ cho máy phát điện Chỉ có đối với các tuốc bin loại nhỏ và trong một vài trường hợp cá biệt, thì dùng nó để kéo trực tiếp các máy công cụ Thông thường, đối với các tuốc bin loại vừa và lớn thì trục tuốc bin được nối trực tiếp với trục máy phát điện

mà không qua một khâu truyền động trung gian nào khác ( kiểu đai truyền hay bánh răng)

Tổ máy thủy lực có thể làm việc trong một lưới điện độc lập hoặc làm việc song song trong một lưới điện chung do nhiều tổ máy (tuốc bin nước và tuốc bin khí…) cấp điện Phần lớn các tổ máy thủy lực đều làm việc song song trong lưới điện, các hộ dùng điện như các động cơ điện, thiết bị thắp sáng sẽ tiêu thụ điện năng của lưới điện đó

Trong quá trình làm việc của trạm thủy điện, nhu cầu điện năng (phụ tải của các máy phát điện) luôn luôn thay đổi trong phạm vi rất rộng Nếu không có biện pháp chuyên môn để điều chỉnh công suất do các động cơ tuốc bin phát ra cho lưới điện thì sẽ xảy ra sự thay đổi tần số điện quá giới hạn cho phép

Quy trình kĩ thuật vận hành điện hiện nay quy định tần số điện không đổi, độ sai lệch tạm thời của tần số điện xoay chiều với giá trị định mức (50Hez) không quá 0,2%

Tần số hoặc số dòng điện xoay chiều trong một giây phụ thuộc tốc độ quay hoặc số vòng quay của rôto máy phát

p: số đôi cự từ của máy phát

n: số vòng quay của rôto máy phát điện (v/p)

Do đó, đối với mỗi loại kết cấu máy phát đã định (p = const) thì tần số dòng điện tùy thuộc vào tốc độ quay rôto máy phát điện, mặt khác theo cơ học, phương trình cơ bản đặc trưng sự chuyển động của rôto tổ máy có dạng:

Mđ: mômen lực chuyển động rôto tổ máy

Mc: mômen cản chuyển động rôto tổ máy

= thì mômen lực chuyển động Mđ và mômen lực cản Mc phải

bằng nhau Mđ = Mc Khi Mđ > Mc thì 0

dt

dω > , số vòng quay của tổ máy lớn hơn

bìmh thường Ngược lại khi Mđ < Mc thì 0

dt

dω

< , số vòng quay của tổ máy nhỏ hơn bình thường Mômen lực cản xác định bằng phụ tải của tổ máy, còn mômen lực chuyển động phụ thuộc công suất của dòng nước và xác định bằng công thức:

T

T đ

H Q g N

=

Để giữ cho số vòng quay của tổ máy biến đổi trong phạm vi cho phép khi phụ tải thay đổi, cần điều chỉnh mômen lực chuyển động cân bằng theo mômen lực cản Công thức (4.2) cho thấy có thể thay đổi mômen lực chuyển động bằng cách thay đổi lưu lượng Q, cột nước H, hay hiệu suất ηT Thay đổi hiệu suất ηT

và cột nước H là rất khó thực hiện về mặt kỹ thuật mà lại không hợp về mặt kinh tế Vì vậy thông thường điều chỉnh mômen lực chuyển động bằng cách điều chỉnh lưu lượng đi qua tuốc bin bằng các bộ phận điều chỉnh lưu lượng đi qua tuốc bin

Trong tuốc bin gáo việc điều chỉnh lưu lượng được thực hiện nhờ cơ cấu cắt dòng và van kim ở vòi phun

3.2 Cấu tạo và đặc điểm của hệ thống điều chỉnh tuốc bin

Tuốc bin, mà trong đó có xảy ra một quá trình điều chỉnh nào đó được gọi

là đối tượng điều chỉnh Đại lượng cần giữ ở một mức độ cho trước hoặc thay đổi theo một chương trình cho trước thì được gọi là thông số điều chỉnh Hệ thống điều chỉnh tốc độ tuốc bin (gọi tắt là hệ thống điều tốc) là tổng hợp các cơ cấu và thiết bị, các cơ cấu và thiết bị đó có nhiệm vụ cảm ứng sự thay đổi tốc độ quay

của tổ máy và thay đổi vị trí tương đối của cơ cấu điều chỉnh Hệ thống điều tốc của tuốc bin gồm các cơ cấu cơ bản sau:

- Cơ cấu cảm ứng hoặc chỉ huy cảm giác độ sai lệch tốc độ quay của tổ máy và thay đổi vị trí cơ cấu điều chỉnh

- Cơ cấu điều chỉnh là bộ phận trực tiếp thay đổi mômen lực chuyển động của tuốc bin

- Cơ cấu chấp hành (khuếch đại), thực hiện sự liên hệ cần thiết giữa cơ cấu cảm ứng và cơ cấu điều chỉnh chuyển dời đến vị trí tương ứng với tín hiệu của cơ cấu cảm ứng

- Cơ cấu ổn định, tác dụng của nó là làm tăng tính ổn định và chất lượng của quá trình điều chỉnh

- Cơ cấu phụ trợ: làm các động tác phụ như thay đổi chỉnh định máy điều tốc, hạn chế độ mở

Sự điều chỉnh tuốc bin nước cũng có nhiều điểm khác so với sự điều chỉnh các loại động cơ khác Một trong những đặc điểm đó là có một lượng nước khá lớn chảy qua cơ cấu điều chỉnh (lưu lượng các tuốc bin lớn đến hàng mấy trăm

m3/s) nên kích thước của cơ cấu điều chỉnh phải lớn Ngoài ra, do quán tính của dòng nước nên khi cơ cấu điều chỉnh chuyển động nhanh, thì trong cả hệ thống đường dẫn của tuốc bin có hiện tượng va đập thủy lực Đó là sự khác biệt cơ bản

Cơ cấu điều chỉnh tuốc bin đòi hỏi cần có lực chuyển dời lớn Vì vậy giữa các cơ cấu cảm ứng (có độ nhạy cao nhưng năng lượng bé) và cơ cấu điều chỉnh cần có thêm nhiều bộ khuếch đại thủy lực

Đối với tuốc bin gáo phải tiến hành điều chỉnh kép, phải đồng thời điều khiển hai cơ cấu điều chỉnh (vòi phun và cơ cấu cắt dòng) điều này sẽ làm cho hệ thống điều chỉnh thêm phức tạp

3.3 Các sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ tuốc bin

Theo nguyên lý tác dụng, chia ra hai loại máy điều tốc: máy điều tốc tác động trực tiếp và tác động gián tiếp

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp

Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp cho ở hình (3.1)

Cấu tạo của máy điều tốc loại này gồm con lắc ly tâm 4, tay đòn HZS và van điều tiết lưu lượng 3 Con lắc ly tâm 4 quay được nhờ động cơ điện 2 có liên hệ bằng cơ hay điện với trục tuốc bin Đầu bên trái của tay đòn HZS được nối với con lắc nhờ hộp trục H còn bên phải nó được nối với van điều tiết 3 tại điểm S

8

Khi tăng tải thì quá trình này cũng xảy ra như thế, nhưng chiều chuyển động của các bộ phận kể trên thì ngược lại

Đường vẽ nét khuất trên hình (4.1) tương ứng với tay đòn HZS ở cuối thời điểm điều chỉnh Từ sơ đồ trên ta thấy máy điều tốc tác động trực tiếp có cấu tạo rất đơn giản Nhưng khuyết điểm cơ bản của nó là sai số về số vòng quay tuốc bin khá lớn khi phụ tải tăng từ 0 đến phụ tải toàn phần Đồng thời lực để đóng mở các bộ phận điều chỉnh do quả lắc tạo ra rất nhỏ không đủ để đóng mở các bộ phận điều chỉnh của tuốc bin cỡ lớn Bởi những lẽ đó nên hầu hết các máy điều tốc hiện đại đều được thiết kế theo sơ đồ nguyên lý tác động gián tiếp

3.3.2 Máy điều tốc tác dụng gián tiếp

Để thay đổi độ mở các bộ phận điều chỉnh tuốc bin cỡ trung bình và cỡ lớn, đòi hỏi phải có một lực rất lớn, mạnh đến hàng nghìn kN (tương đương hàng trăm tấn) nên lực li tâm do quả lắc sinh ra qua hệ thống đòn không đủ để điều

tác động gián tiếp Loại máy này có cấu tạo phức tạp hơn nhiều so với máy điều tốc tác dụng trực tiếp Giữa quả lắc li tâm và bộ phận điều chỉnh lưu lượnglà hệ thống khuếch đại tín hiệu, gồm van điều phối và động cơ tiếp lực để tạo nên lực đóng mở các bộ phận điều chỉnh lưu lượng khá lớn Để hệ thống đóng mở ổn định, trong máy điều tốc còn có các bộ phận phục hồi Bộ phận phục hồi gồm có hai loại:

- Phục hồi cứng

- Phục hồi mềm

3.3.3 Sơ đồ nguyên lí máy điều tốc tác dụng gián tiếp có bộ phận phục hồi cứng.

Máy điều tốc gồm có các bộ phận sau (hình 3.2): Quả lắc li tâm 1, thanh đòn AOB, van điều phối 2, động cơ tiếp lực 3, và thanh nối 4 nối liền điểm O và cần pittông của động cơ tếp lực

Cấu tạo của động cơ tiếp lực gồm pittông chuyển động trong xi lanh và píttông này nối với bộ phận điều chỉnh lưu lượng thông qua hệ thống tay đòn Van trượt được thông với hai ngăn của động cơ tiếp lực nhờ hai ống dầu đặt ở hai đầu của xi lanh Cấu tạo của van trượt gồm có vỏ hình trụ và một chiếc kim trượt trong đó trên thành vỏ có khoét 5 lổ nhỏ (cửa sổ) cửa sổ ở giữa được thông với dầu có áp được lấy từ thiết bị dầu có áp; hai cửa làm việc (ở vị trí cân bằng thì hai cửa sổ này được khép kín bởi phần lồi trên và phần lồi dưới của van kim) thông với ngăn tương ứng của động cơ tiếp lực qua hai ống dẫn dầu, hai cửa dầu trên và dưới cùng thông với thùng xả Như vậy khi chuyển dời khỏi vị trí cân bằng thì dầu có áp đi vào một ngăn nào đó của động cơ tiếp lực, còn dầu có áp trong ngăn khác của động cơ tiếp lực sẽ theo cửa sổ làm việc và cửa xả trở về thùng dầu xả

10

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí của máy điều tốc gián tiếp có bộ phận phục hồi cứng 1- Quả lắc li tâm; 2-Van điều phối; 3- Động cơ thủy lực; 4- Thanh nối.

Nguyên tắc hoạt động của hệ thống như sau:Khi tổ máy ở trạng thái ổn định, số vòng quay của tổ máy và của quả lắc li tâm sẽ không đổi Khớp A cũng như đòn AOB ở vị trí cân bằng nên van điều phối ở vị trí giữa, còn pittông của động cơ tiếp lực chịu tác động cân bằng của áp lực dầu trong hệ thống điều chỉnh sẽ đứng nguyên và không di động

Khi phụ tải giảm xuống với vị trí độ mở cánh hướng dòng đứng nguyên như cũ, vòng quay của tổ máy sẽ tăng lên, làm số vòng quay của quả lắc cũng tăng lên và kéo khớp A chuyển lên trên, đòn AOB quay quanh điểm tựa O sẽ ấn đầu B xuống và đẩy van điều phối di chuyển xuống phía dưới làm mở cửa sổ dưới van cho dầu áp lực đi vào phần bên phải của động cơ tiếp lực Dưới áp lực của dầu, pittông sẽ dịch chuyển về phía bên trái (về phía đóng bớt bộ phận hướng dòng) Còn dầu ở phần bên trái pittông sẽ không có áp lực sẽ bị đẩy ra ngoài theo ống dẫn dầu đến van điều phối và qua cửa sổ trên về đường tháo dầu để đến bể chứa dầucủa máy điều tốc Khi đó độ mở của bộ phận hướng dòng bị đóng bớt, lưu lượng qua tuốc bin sẽ giảm đến một trị số tương ứng với chế độ làm việc mới của tổ máy

Khi pittông chuyển dịch về bên trái, do tác dung của thanh nối 4 điểm O của thanh đòn AOB chuyển dịch lên phía trên đẩy điểm B cùng với van điều phối trở về vị trí như cũ Khi quá trình điều chỉnh kết thúc, số vòng quay của tổ máy lớn hơn trước khi điều chỉnh một ít

Khi phụ tải tăng, số vòng quay của tổ máy giảm và quá trình làm việc của tổ máy sẽ ngược lại với khi phụ tải giảm Và quá trình điều chỉnh kết thúc, số vòng quay của tổ máy sẽ nhỏ hơn số vòng quay ban đầu

Với cơ cấu máy điều tốc như trên, số vòng quay của tổ máy phụ thuộc vào công suất tuốc bin Do đó loại này còn có tên gọi là điều chỉnh có sai số

3.3.4 Sơ đồ nguyên lí của máy điều tốc tác dụng gián tiếp có bộ phận phục hồi mềm

Khuyết điểm của máy điều tốc nói trên là có số vòng quay sau khi điều chỉnh khác số vòng quay ban đầu Máy điều tốc có bộ phận phục hồi mềm sẽ tránh được khuyết điểm này, nó sẽ bảo đảm số vòng quay của tổ máy không đổi sau khi diều chỉnh đã hoàn thành Đó là do giữa đòn AOB và cần píttông của xilanh thủy lực không dùng bộ phận phục hồi cứng mà dùng bình hoãn xung làm bộ phận phục hồi, đó là bộ phận phục hồi mềm

Bình hoãn xung gồm xilanh chứa đầy dầu 5, lò xo 6, đĩa pittông có lổ rất nhỏ để dầu có thể từ bên này pittông đi qua phần bên kia với tốc độ rất bé Cơ cấu này cho phép đưa đòn AOB từ từ trở về vị trí ban đầu (vị trí tương ứng với số vòng quay bình thường trước khi điều chỉnh)

12

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lí máy điều tốc tác dung gián tiếp có bộ phận phục

hồi mềm

1- Quả lắc li tâm; 2-Van điều phối; 3- Động cơ thủy lực; 4-Píttông;

5-Xi lanh; 6-Lò xo

Quá trình điều chỉnh của nó trong trường hợp giảm bớt phụ tải từ khi số vòng quay của quả lắc li tâm tăng lên cho đến khi điểm O bị bộ phận phục hồi đẩy lên phía trên để đưa píttông của van điều phối trở về vị trí giữa, hoàn toàn giống máy điều tốc phục hồi cứng Ở máy điều tốc có bộ phận phục hồi mềm khi điểm O bị đẩy lên cùng với bộ phận phục hồi mềm sẽ nén lò xo 6 lại Sở dĩ như thế là quá trình xảy ra rất nhanh, nên dầu ở phần dưới không kịp chui qua các lổ nhỏ để lên phần trên đĩa pittông của bình hoãn xung 4 Do đó, khi pittông của động cơ tiếp lực dịch về bên trái, pittông 4 cùng xi lanh 5 cũng bị đẩy lên phía trên nâng điểm O lên để đưa pittông của van điều phối về vị trí ban đầu - vị trí ở giữa (tức là khi các cửa sổ bị đóng lại) Nhưng sau đó dưới tác dụng của lực lò xo bị nén, dầu ở phía dưới pittông sẽ theo các lổ nhỏ li ti ở đĩa đi lên phần trên và đĩa pittông từ từ hạ xuống cho đến khi điểm O và cả đòn AOB trở về vị trí ban đầu Vì vậy, sau khi điều chỉnh, số vòng quay của tổ máy sẽ trở về với số vòng quay ban đầu (bằng số vòng quay định mức) Hệ thống điều chỉnh này còn gọi là hệ thống điều chỉnh không sai số

Quá trình làm việc của máy điều tốc này khi phụ tải tăng, tức là số vòng quay nhỏ hơn trị số ban đầu, xảy ra tương tự như quá trình làm việc khi phụ tải giảm nhưng theo chiều ngược lại

3.3.5 Chọn sơ đồ điều chỉnh kép cho tuốc bin gáo

Tác dụng điều chỉnh kép của tuốc bin gáo cũng giống như ở tuốc bin tâm trục cột nước cao, nó vừa điều chỉnh số vòng quay và làm giảm áp lực nước va trong đường ống áp lực khi cắt phụ tải

Ngyên lý hoạt động:

Khi cắt phụ tải thì số vòng quay của tổ máy tăng lên, làm số vòng quay của quả lắc li tâm tăng lên và kéo khớp A chuyển lên trên, đòn AOB quay quanh điểm tựa O sẽ ấn đầu B xuống và đẩy van điều phối di chuyển xuống dưới làm mở các cửa sổ dưới van làm cho dầu có áp lực đi vào ngăn bên trái của động cơ thủy lực của cơ cấu cắt dòng, trước hết là động cơ thủy lực 2 của bộ phận cắt dòng 9 tác động nhanh để cắt một phần hay toàn bộ dòng tia không cho tác động vào bánh xe công tác, đồng thời khi pittông của động cơ thủy lực này chuyển dịch về phía đóng sẽ đẩy nêm liên hợp 3 chuyển động sang phải, ròng rọc cùng đòn 4 đi lên, do đó đẩy kim 5 của van trượt đi xuống để mở các cửa sổ, đưa dầu có áp lực vào khoang bên trái của động cơ thủy lực 7

Kết quả là van kim 8 sẽ từ từ đóng lại là nhờ van tiết lưu 6 lắp vào ống dầu

đi vào ngăn bên trái của động cơ tiếp lực 7 Khi tăng phụ tải thì cơ cấu cắt dòng

9 dời xa dòng tia nên nó không có tác dụng điều chỉnh lưu lượng dòng tia

Khi tăng phụ tải thì số vòng quay của tổ máy giảm, do đó số vòng quay của quả lắc li tâm giảm

Quá trình điều chỉnh ngược lại với quá trình trên

14

Hình 3.4 Sơ đồ điều chỉnh kép tuốc bin gáo.

1: Quả lắc li tâm2: Động cơ thủy lực của bộ phận cắt dòng3: Nêm liên hợp

4: Các tay đòn 5: Kim của van trượt6: Van tiết lưu

7: Động cơ thủy lực của bộ phận điều chỉnh lưu lượng8: Van kim của vòi phun

9: Cơ cấu cắt dòngM: vị trí mở, D: vị trí đóng

Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống truyền động thủy lực điều chỉnh kép tuốc bin gáo.1- Quả lắc li tâm; 2- Động cơ thủy lực của bộ phận cắt dòng; 3-Nêm liên hợp;4- Các tay đòn; 5- Kim của van trượt; 6- Động cơ thủy lực của bộ phận điều chỉnh lưu lượng; 7- Van kim của vòi phun; 8- Cơ cấu cắt dòng; 9-Van phân phối; 10,15,16,17- đồng hồ đo áp suất ; 11-van an toàn;12- Bơm dầu; 13- lọc; 14- Bình

tích năng; 18- Tiết lưu

16

4.Tính toán hệ thống truyền động thủy lực điều chỉnh tuốc bin gáo.

Số vòng quay của bơm : n= 600 v/ph

4.1.1.Hiệu suất của bơm làm việc

Theo tài liệu [ 1] trang 182 ta có : η = ηQ ηck (4.1)

Trong đó :

η là hiệu suất bơm

ηQ là hiệu suất lưu lượng ηQ = 0,95 ÷ 0,96 Chọn ηQ = 0,95

ηck là hiệu suất cơ khí ηck = 0,8 ÷ 0,95 Chọn ηck = 0,9

Suy ra: η = ηQ ηck = 0,95 0,9 = 0,855

4.1.2.Các thông số cơ bản của bơm bánh răng

Giả sử thể tích của mỗi răng là a, số vòng quay của bơm là n, nếu bánh răng chủ động và bánh răng bị động giống nhau và có số răng là z, thì lưu lượng lý thuyết trung bình của bơm với số vòng quay n trong một đơn vị thời gian là:

b – chiều dày bánh răng

h – chiều cao răng: h = 2m

m – môđun của bánh răng m=D

Z

Hình 4.1: Sơ đồ ăn khớp bánh răng.

Như vậy:

Qlt = 2.π.D.m.b.n (4.2) Nếu như số răng trong 2 bánh răng không như nhau thì ta lấy số răng củabánh răng chủ động để tính

Đối với các rãnh răng có số răng nhỏ (z = 6 ÷ 12) thì thể tích của rãnh răng lơn hơn thể tích của răng, thay số π bằng hệ số 3,5 trong công thức (4.2) ta có:

Qlt = 2π.D.m.b.n (4.3)Trong thực tế lưu lượng Q thu được ít hơn, vì một phần chất lỏng rò rỉ theo các khe hở chảy về bọng hút

Vậy lưu lượng thực tế của bơm là:

Q = ηQ Qlt = ηQ 2π.D.m.b.n (4.4)trong đó ηQ là hiệu suất lưu lượng, kể tới các tổn thất lưu lượng của bơm

Từ công thức tính lưu lượng gần đúng của bơm ta có:

Q = ηQ 7.D.m.b.n = 2π ηQ.m3.b’.z2.n (m3/ph) (4.5)trong đó: Q = 2π ηQ.m3.b’.z2.n

D- đường kính của vòng lăn được xác định theo m và z : D = m.z

b’- chiều rộng tương đối của bánh răng

π η (4.6)

Trong đó: Q tính bằng (m3/ph) với Q = 0,55 m3/s = 33 m3/ph

n tính bằng (v/ph) với n = 600 v/ph

chọn áp suất dầu làm việc là 32,7 at Nên chọn b’=0,6

thế vào công thức (4.6) ta được:

m =3 2 Q '.nz2

Q b

-Khoảng cách giữa tâm 2 bánh răng : L = m.z = 54.10 = 540 mm

Sau khi tính toán môđun và các kích thước ta tiến hành kiểm nghiệm lại so với lưu lượng thực tế tính toán hay không Thay các thông số tính toán trên vào công thức tính:

Qlt = ηQ 2π.D.m.b.n = 0,95.2.3,14.0,54.0,054.0,324.600 = 33,08 m3/ph

Từ đó ta thấy được trong quá trình làm việc thì một phần chất lỏng rò rỉ theo các khe hở chảy về bọng hút thì lưu lượng thực tế lơn hơn lưu lượng thu được.-Đường kính ống hút và ống đẩy được xác định qua lưu lượng chất lỏng qua bơm

và vận tốc cho phép của dòng chất lỏng trong đường ống

Từ công thức tính lưu lượng: Q = πd2.v (4.7)

Ta có dh = 4

Q v

4.1.3.Tính công suất động cơ dẫn động trục bơm

Từ [5] ta có công suất thủy lực của bơm:

Ntl = 1030,54 kWsuy ra công suất của động cơ dẫn động trục bơm:

4.1.4.Tính hệ số dao động lưu lượng bơm

Hệ số dao động gần đúng của bơm bánh răng có thể tính theo công thức gần đúng như sau:

δ = 1, 25.cos2

Z

α (4.10)

trong đó:

δ- là hệ số giao động lưu lượng của bơm

α-là góc ăn khớp của cặp bánh răng,đối với cặp bánh răng tiêu chuẩn thì

α = 200

Z-số răng của bơm bánh răng, Z = 10 răng

Từ đó ta thấy được rằng δ phụ thuộc vào số răng của bơm

Thay các số liệu vào biểu thức :

Theo tài liệu 2 trang 31 Hệ số dao động của bơm δ = (0,08 ÷ 0,25) Nên

với hệ số dao động tính toán δ = 0,11 của bơm phù hợp với khoảng hệ số giao

20

động cho phép của bơm bánh răng Và bơm có hệ số giao động nhỏ nên bơm làm việc êm dịu và ổn định.

4.1.5.Tính kiểm tra trục của bánh răng truyền động

Ta có mô men xoắn trên trục bơm biến đổi từ (13,7÷ 73,5) N.m Mô men xoắn trên trục thay đổi theo chiều dài ăn khớp của cặp bánh răng

Để tính bền sơ bộ trục ta xét trường hợp mô men xoắn trên trục Mx max Chọn Mx = 73,5 N.m

Đường kính trục tại tiết diện nguy hiểm (tiết diện cắt ngang bánh răng) Có thể lấy [t]x= (10 ÷ 13) N/mm2

Theo sức bền vật liệu, để đảm bảo độ bền trục thì đường kính trục được xác định là:

3 [ ]

0, 2

x x

4.1.6.Bản vẽ kết cấu bơm bánh răng

Hình4.2 Bản vẽ kết cấu bơm bánh răng ăn khớp ngoài.

1-Trục bánh răng chủ động; 2- Ổ lăn; 3- Then bán nguyệt; 4-Trục bánh răng bị động; 5- Bánh răng chủ động; 6-Van an toàn; 7-Bánh răng bị động; 8-Vỏ bơm

* Mặt cắt bánh răng của bơm

Hình 4.3.mặt cắt bánh răng bơm công tác

4.2.Tính xilanh lực

22

* Tính xilanh thủy lực điều chỉnh lưu lượng cơ cấu kim phun vòi, phun.

Sơ đồ tính toán như hình dưới đây: (hình 4.4)

-Trường hợp cắt toàn bộ tia nước

Hình 4.4 Sơ đồ tính toán kim phun khi cắt toàn bộ tia nước

Lực do động cơ thủy lực của kim phun tạo ra phải thắng được lực lò xo trên cần điều khiển van kim cộng với lực của nước tác dụng lên van kim

Chia van kim ra làm 2 phần: phần đầu ABCD ta xem như hình nón cụt và phần mũi kim phun OCD ta xem như hình nón

Lực của nước tác dụng lên phần đầu ABCD: Fn1

SABCD = ).0,14

2

128,0055,0.(

14,3)

2

l CD AB

= 0,04 m2

pn: áp suất của nước tác dụng lên phần đầu, pn = 191mH2O = 1873,71 kN/m2

cách thức ta quy đổi cột áp nước thành áp suất tác dụng như sau: Theo hệ thập phân thì cứ 1mH2O = 9806,4 pa, mà 1pa = 1N/m2

C: độ cứng của lò xo, C = 200 kN/m

L

∆ : hành trình nén của lò xo

Để cắt toàn bộ tia nước, thì lò xo bị nén một đoạn bằng độ dịch chuyển lớn nhất của van kim Từ đó suy ra:

Flx = C.∆L = 200.0,084 = 16,8 kN

24

Vậy lực do xilanh lực tạo ra là:

97,23.4

= m = 100 mm (4.18)

Theo tài liệu 1 trang 426 Trong kỹ thuật chế tạo máy, kích thước đường kính

pittông Dxl và kích thước đường kính cần dc thường được chọn theo quy chuẩn

Trong đó : S là hành trình của pittông

Theo công thức thực nghiệm thì hành trình dịch chuyển của pittông :

S = (1,4 ÷ 1,8) a0 Với a0 là độ mở lớn nhất của vòi phun