Biểu đồ phân loại turbine và đường đặc tính Turbine Bulb
a Biểu đồ phân loại turbine.
Bảng 1.2: Biểu đồ phạm vi sử dụng của các kiểu turbine. b Đường đặc tính Turbine bulb.
Bảng 1.3: Đường đặc tính của turbine cột nước thấp (Turbine bulb).
Nguyên lý làm việc của turbine
Tuabin xung kích
Tuabin dạng này khai thác động năng của dòng chảy tác động lên bánh xe công tác, trong khi thế năng được coi là bằng không Sau khi ra khỏi vòi phun, toàn bộ thế năng của dòng chảy chuyển hóa thành động năng để truyền năng lượng cho bánh xe công tác Nước từ vòi phun chảy vào bánh xe theo các tia tròn, làm quay tuabin Các tuabin này có khả năng thay đổi chiều của luồng lưu chất với vận tốc lớn, tạo ra xung lực làm quay tuabin và để lại luồng lưu chất với động năng giảm Không có sự thay đổi áp suất trong các cánh roto của tuabin, mà áp lực giảm diễn ra tại các cánh tuabin tĩnh.
Trước khi lưu chất có áp lực tới được turbine, áp suất ban đầu được chuyển đổi thành động năng thông qua việc đẩy lưu chất vào vòi phun Turbine Penllton chỉ áp dụng quá trình này, trong khi các tuabin xung kích không cần buồng xoắn áp suất xung quanh Turbine hoạt động nhờ tia lưu chất phun ra từ vòi phun trước khi tác động lên cánh tuabin trên roto Định luật II Newton mô tả quá trình truyền năng lượng cho tuabin xung kích.
Bảng 1.5: Sơ đồ nguyên lý làm việc của turbine.
QUI TRÌNH CHẾ TẠO TURBINE BULB VÀ THIẾT KẾ LẠI CÁNH
Qui trình chế tạo turbine bulb
Dự án thủy điện Bảo Lâm 3A tọa lạc tại xã Đức Hạnh và Lý Bôn, huyện Bảo Lâm, tỉnh Cao Bằng, sử dụng turbine bulb GZTF07B-WP-360 do Công ty TNHH Turbin nước Trùng Khánh, Trung Quốc sản xuất Thông số kỹ thuật của turbine này được trình bày chi tiết trong bảng 1.1.
TT Các thông số kỹ thuật cơ bản
2.1.2 Quy trình chế tạo turbine bulb tại nhà máy sản xuất
Công ty TNHH Turbin nước Trùng Khánh - Trung Quốc là nhà thầu sản xuất turbine Bulb, đã chế tạo theo quy trình công nghệ nhƣ sơ đồ sau:
QUÁ TRÌNH TẠO PHÔI ĐÚC TỪNG CÁNH TURBINE
GIA CÔNG CƠ PHAY TRÊN MÁY CNC 5 TRỤC
XỬ LÝ NHIỆT ĐẠT CƠ TÍNH VÀ HÓA TÍNH
GHÉP CÁNH VÀO THÂN HÀN NỐI CÁNH VÀ0 THÂN
MÀI VÀ ĐÁNH BÓNG TRỤC VÀ CÁNH ĐẠT Ra3,2
Hình 2.1: Trình tự chế tạo turbine bulb. a Quá trình tạo phôi.
Tại nhà máy sản xuất cánh turbine, để đảm bảo tiến độ và tiết kiệm nguyên vật liệu cũng như thời gian cắt gọt kim loại, nhà sản xuất sẽ tạo phôi dựa trên kích thước, tính kinh tế và điều kiện công nghệ.
-Đúc cánh turbine theo biên dạng đã thiết kế, bổ sung thêm lƣợng dƣ gia công.
-Tạo phôi bằng phương pháp dập nóng. Đối với turbine bulb tại Nhà máy thủy điện Bảo Lâm 3A thì nhà sản xuất sử dụng công nghệ đúc.
Hình 2.2: Cánh turbine bulb sau khi đúc tạo hình. b Gia công cơ biên dạng cánh turbine.
Sau khi hoàn thành việc đúc cánh turbine, quy trình phay cánh turbine được thực hiện trên máy phay CNC 5 trục nhằm giảm chi phí thiết kế, chế tạo đồ gá và rút ngắn thời gian gia công.
Hình 2.3: Gia công biên dạng cánh Turbine trên máy phay CNC 5 trục c Xử lý nhiệt.
Sau khi cánh turbine được chế tạo với biên dạng chính xác, chúng sẽ được chuyển đến phân xưởng xử lý nhiệt Tại đây, các cánh turbine sẽ trải qua quá trình thí nghiệm để kiểm tra các chỉ tiêu cơ tính và hóa tính, đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cần thiết.
Hình 2.4: Cánh turbine đã đƣợc xử lý nhiệt đạt cơ tính. d Hàn cánh turbine vào thân.
Sau khi hoàn tất quá trình cắt gọt và tạo hình cánh turbine đúng theo biên dạng yêu cầu, nhà sản xuất tiến hành hàn cánh turbine vào thân máy, đảm bảo tuân thủ đầy đủ các thông số kỹ thuật thiết kế.
Hình 2.5: Cánh turbine hoàn chỉnh sau khi hàn. e Mài và đánh bóng. Đường hàn mài và đánh bóng đạt độ nhám bề mặt đạt Ra 6,3.
Biên dạng bề mặt làm việc cánh turbine đƣợc mài và đánh bóng đạt theo tiêu chuẩn thiết kế đạt độ nhám bề mặt Ra 3,2.
Hình 2.6: Mài và đánh bóng cánh turbine. f Tổ hợp tất cả các cánh turbine và kiểm tra chất lượng.
Từng cánh turbine sẽ đƣợc tổ hợp vào trục chính, cân bằng tĩnh tại nhà máy đƣợc kiểm tra nghiệm thu theo tiêu chuẩn GB/T10969-2008 của Trung Quốc.
Tại nhà sản xuất, turbine loại nhỏ được lắp ráp và kết nối với rotor của máy phát điện Quá trình này bao gồm việc cân bằng động, kiểm tra độ rung và độ đảo trục để đảm bảo đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cho phép.
Sau khi hoàn tất cân bằng động tổng thể, phần quay turbine và máy phát sẽ được tháo ra để chuẩn bị cho việc đóng thùng Các bề mặt làm việc đã được gia công tinh sẽ được quét lớp dầu bảo vệ trước khi chuyển đến công trình Để chống ô xy hóa, các bề mặt này sẽ được bảo quản bằng cách thêm hạt hút ẩm vào thùng.
Dưới đây là hình ảnh hoàn thiện và hình ảnh cân bằng động phần quay.
Hình 2.7 Tổ hợp rotor và turbine đƣa vào cân bằng động
Hình 2.8: Turbine Bulb đã đƣợc lắp đặt tổ hợp hoàn chỉnh.
THIẾT KẾ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
Bản vẽ chế tạo mô hình turbine bulb
Vì Turbine Bulb thực của nhà máy quá lớn nên tác giả xây dựng mô hình thu nhỏ có điều chỉnh lại kết cấu tỉ lệ bằng 1:10 Turbine thực.
Hình 3.1: Bản vẽ chế tạo mô hình turbine thu nhỏ.
Hình 3.2: Thiết kế thân bằng lệnh revolved.
Hình 3.3: Vẽ phác tạo biên dạng cánh turbine.
Sau khi vẽ phác xong ta có hai biên dạng nhƣ sau:
Hình 3.4: Kết quả vẽ phác tạo biên dạng cánh turbine.
Tạo hình cánh turbine bằng lệnh lofte Boss-Base để tạo liên kết của biên dang cánh.
Hình 3.5: Dựng hình cánh Turbine Cắt các phần thừa.
Hình 3.6: Cánh turbine cắt bỏ phần thừa.
Hình 3.7: Hình bo góc bằng lệnh Fillet để tạo các góc bo cho cánh turbine.
Lắp ghép cánh turbine vào mayơ.
Hình 3.9: Mô hình Turbine Bulb hoàn chỉnh.
Chế tạo mô hình turbine bulb
Trên máy phay phay CNC 3 trục model: MORI SEIKI MV-55. Ứng dụng phần mềm Pro Engineer để lập trình gia công chế tạo turbine Bulb.
3.2.1 Chọn máy CNC MORI SEIKI MV-55
Thông số kỹ thuật của máy CNC MORI SEIKI MV-55.
-Nước sản xuất: Nhật Bản.
-Tốc độ trục chính: 4000 rpm.
-Số dao dự trữ lớn nhất: 30.
-Động cơ trục chính (AC/DC): AC.
-Công suất động cơ trục chính: 11 KW.
-Kích thước máy (DxRxC): 3615 x 3400 x 3000 mm.
Hình 3.10: Máy phay CNC 3 trục MV-55.
3.2.2 Chế tạo mô hình a Chọn phôi và thao tác chuẩn bị.
-Phôi chọn làm sản phẩm mô hình làm bằng nhôm nguyên khối.
-Kích thước phôi là: 380x380x114,7mm.
-Khoan 3 lỗ M16 để gá lên tấm đế. b Gia công.
Từ file thiết kế chi tiết, tiến hành chuyển sang phần mềm Pro/E để thực hiện quy trình gia công, bao gồm thiết lập phôi, lựa chọn dao cắt, chọn chế độ cắt, mô phỏng gia công và xuất file gia công.
Hình 3.11: Tạo lỗ kẹp chặt chi tiết gia công.
Phay phá (lệnh volume) bằng dao D35 5, chiều sâu cắt 2mm, vòng quay 2000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút
Phay tinh (lệnh volume profile) D25R0.8, chiều sâu cắt 0,5mm, vòng quay 3000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, lượng dư chừa lại để phay tinh 0.2mm.
Hình 3.12: Định vị phôi trước nguyên công 1.
Hình 3.13: Mô phỏng gia công bước 1 nguyên công 1
Lật phôi lại, kẹp bằng êtô.
Phay phá (lệnh volume) bằng dao D35R5, chiều sâu cắt 2mm, vòng quay 2000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút
Phay tinh (lệnh volume profile) D25R0.8, chiều sâu cắt 0,5mm, vòng quay 3000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, lượng dư chừa lại để phay tinh 0.2mm
Phay tinh (lệnh volume profile) lỗ bằng dao trụ 10.
Hình 3.14: Mô phỏng gia công bước 2 nguyên công 1.
Dựng phôi đứng, chuẩn kẹp êtô là 2 mặt đầu của chi tiết, rà ngang là chuẩn đã tạo lỗ ở bước 1.
Phay phá (lệnh volume) bằng dao D25R0.8, chiều sâu cắt 1mm, vòng quay 2000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, lượng dư chừa lại để phay tinh 0.2mm
Vét góc (lệnh volume) bằng dao trụ 10, chiều sâu cắt 0,5mm, vòng quay 2000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, lượng dư chừa lại để phay tinh 0.2mm
Phay tinh (lệnh surface mill, bám theo mặt sản phẩm) bằng dao cầu 6, vòng quay 4000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, bước dịch ngang 0.3mm
Hình 3.15: Định vị kẹp chắt trước khi chế tạo nguyên công 2.
Hình 3.16: Mô phỏng quá trình gia công bước 1 của nguyên công 2.
Quay phôi 120 o và tiếp tục như bước 1 của nguyên công 2:
Dựng phôi đứng, chuẩn kẹp êtô là 2 mặt đầu của chi tiết, rà ngang là chuẩn đã tạo lỗ ở bước 1.
Phay phá (lệnh volume) bằng dao D25R0.8, chiều sâu cắt 1mm, vòng quay 2000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, lượng dư chừa lại để chạy tinh 0.2mm
Vét góc (lệnh volume) bằng dao trụ 10, chiều sâu cắt 0,5mm, vòng quay 2000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, lượng dư chừa lại để chạy tinh 0.2mm
Chạy tinh (lệnh surface mill, bám theo mặt sản phẩm) bằng dao cầu 6, vòng quay 4000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, bước dịch ngang 0.3mm
Quay phôi 120 o và tiếp tục như bước 1 của nguyên công 2:
Dựng phôi đứng, chuẩn kẹp êtô là 2 mặt đầu của chi tiết, rà ngang là chuẩn đã tạo lỗ ở bước 1.
Phay phá (lệnh volume) bằng dao D25R0.8, chiều sâu cắt 1mm, vòng quay 2000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, lượng dư chừa lại để chạy tinh 0.2mm
Vét góc (lệnh volume) bằng dao trụ 10, chiều sâu cắt 0,5mm, vòng quay 2000v/p, bước tiến dao 2000mm/phút, lượng dư chừa lại để chạy tinh 0.2mm
Chạy tinh lệnh surface mill bằng dao cầu 6 với tốc độ vòng quay 4000 v/p, bước tiến dao 2000 mm/phút và bước dịch ngang 0.3 mm Quá trình gia công được thực hiện trên máy.
Hình 3.17: Quá trình chế tạo mô hình.
Hình 3.18: Mô hình hoàn thiện sau khi chế tạo.
KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN.
Kết luận
Việc chế tạo và phục hồi thành công cánh turbine bulb giúp các nhà máy nhỏ giảm thời gian sửa chữa, tiết kiệm chi phí sản xuất Với công nghệ chế tạo hiện nay, Việt Nam hoàn toàn có khả năng gia công, chế tạo và phục hồi các loại turbine nhỏ và turbine cánh rời mà không cần phải nhập khẩu từ nước ngoài.
Việc thiết kế chép hình biên dạng cánh turbine bằng công nghệ Scan 3D và quy trình thiết kế ngược cho phép chúng ta dễ dàng sao chép hình biên dạng của các loại turbine cánh rời, như turbine bulb, với tốc độ nhanh chóng.
Hướng phát triển của đề tài
Để khắc phục và sửa chữa cánh turbine bị hư hại như xâm thực, móp hoặc gãy, cần tiếp tục nghiên cứu công nghệ chép hình biên dạng cho các loại turbine như Penllton, Francis và Kaplan tại các nhà máy thủy điện Sau khi phục hồi thành công cánh turbine bulb, chúng ta có thể áp dụng công nghệ này để sửa chữa các loại cánh turbine khác mà không cần phụ thuộc vào chuyên gia nước ngoài Hơn nữa, với việc làm chủ công nghệ chế tạo, chúng ta có khả năng thiết kế và chế tạo các mô hình turbine máy phát nhỏ phục vụ cho công tác thí nghiệm, từ đó tối ưu hóa thiết kế biên dạng cánh turbine nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] TIANJIN TIANFA HEAVY MACHINERY & HYDROPOWER EQUIPMENT MANUFACTURE Co.,Ltd Turbine and generator drawing. Sept 2016.
[2]Võ Sỹ Huỳnh Giáo Trình Tua Bin Nước NXB Khoa Học Kỹ Thuật
Quyết định số 428/QĐ-TTg, được ký bởi Thủ tướng Chính phủ vào ngày 18 tháng 03 năm 2016, phê duyệt điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực quốc gia cho giai đoạn 2011 - 2020, đồng thời xem xét đến năm 2030.
[4] International standard IEC 60193 "Hydraulic Turbines, Storage Pumps and Pump-Turbines-Model Acceptance Tests", International Electrotechnical Commission; Genève, Second edition Nov 1999.
[5] Gindroz, B., Avellan, F., Henry, P “GUIDELINES FOR PERFORMING CAVITATION TESTS” IAHR Symposium on Hydraulic
[6] Vishwendra Singh “Design analysys of Bulb Turbines”, Master of technolory, June 2010
Luận văn thạc sĩ - Lê Thanh Huyền Trang: 42/ 42