Đồ án thiết kế tuốc bin tâm trục và hệ thống thủy lực điều khiển quay cánh bánh hướng dòng

Tuốc bin nước là một thiết bị động lực biến đổi năng lượng của dòng chảythành cơ năng để quay máy phát điện và máy công cụ, trong đó tuốc bin tâm trục được sử dụng rộng rãi và có nhiều ư

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, ngành năng lượng học đang phát triển mạnh mẽ Người ta tích cựctìm kiếm những nguồn năng lượng mới như năng lượng mặt trời, gió, thủytriều, nhằm thay thế các nguồn năng lượng truyền thống như than, khí đốt, dầu đangngày càng cạn kiệt để sử dụng cho các ngành kinh tế

Yêu cầu thực tế đòi hỏi ngành thuỷ lực và máy thuỷ lực phải phát triển mạnh

mẽ, hòa nhập cùng với tốc độ phát triển của sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoáđất nước, đáp ứng nhu cầu về điện năng nhằm phục vụ cho công nghiệp, đời sống vàsinh hoạt của xã hội Để phục vụ cho nhu cầu đó và để khai thác năng lượng của dòngnước chảy tự do trên sông suối, người ta dùng các loại động cơ thủy lực và một trongcác động cơ thủy lực đó là tuốc bin nước

Tuốc bin nước là một thiết bị động lực biến đổi năng lượng của dòng chảythành cơ năng để quay máy phát điện và máy công cụ, trong đó tuốc bin tâm trục được

sử dụng rộng rãi và có nhiều ưu điểm so với các loại tuốc bin khác

Với ý nghĩa đó, em được nhận đề tài tốt nghiệp là Thiết kế tuốc bin tâm trục và

hệ thống thủy lực điều khiển quay cánh bánh hướng dòng Với những kiến thức do cácthầy, cô truyền đạt kết hợp với việc sưu tầm tìm hiểu tài liệu có liên quan và đặc biệt

là sự hướng dẫn tận tình của thầy Ts Huỳnh Văn Hoàng, đến nay em đã hoàn thành

đồ án được giao

Do kiến thức còn hạn chế, đề tài mới mẻ, kinh nghiệm thực tế còn ít và điềukiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi nhữngsai sót, kính mong được thầy, cô chỉ bảo để đồ án của em hoàn thiện tốt hơn

Cuối cùng em xin gửi đến thầy giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo trong bộmôn sự biết ơn chân thành

Đà nẵng, ngày tháng năm 2008 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Chí Linh

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

1 Mục đích, ý nghĩa kinh tế kỹ thuật của đề tài 6

1.1 Khái niệm về tuốc bin tâm trục 6

1.2 Mục đích, ý nghĩa kinh tế kỹ thuật 7

2 Thiết kế các bộ phận cơ bản của tuốc bin tâm trục 9

2.1 Khái niệm cơ bản 9

2.1.1 Các điều kiện tương tự 10

2.1.1.1 Tương tự về hình học 10

2.1.1.2 Tương tự về động học 11

2.1.1.3 Tương tự về động lực học 11

2.1.2 Các quan hệ tương tự trong tuốc bin 11

2.1.3 Các đại lượng quy dẫn 12

2.1.3.1 Lưu lượng quy dẫn 12

2.1.3.2 Tốc độ quy dẫn 12

2.1.3.3 Vòng quay đặc trưng 12

2.2 Tính các thông số cơ bản của tuốc bin thiết kế dựa vào đường đặc tính tổng hợp chính của tuốc bin mô hình 13

2.2.1 Chọn kiểu tuốc bin mô hình 13

2.2.2 Đường đặc tính tổng hợp chính của tuốc bin mô hình 14

2.3 Tính chọn máy phát điện 14

2.4 Thiết kế bánh xe công tác 17

2.4.1 Đặc điểm cấu tạo và nhiệm vụ của bánh xe công tác 17

2.4.2 Quá trình làm việc của tuốc bin 18

2.4.3 Các trạng thái của dòng chảy trong bánh xe công tác 22

2.4.3.1 Chảy vào không va 22

2.4.3.2 Chảy ra thẳng góc 23

2.5 Thiết kế buồng xoắn 26

2.5.1 Đặc điểm, nhiệm vụ và yêu cầu 26

2.5.2 Phân loại 27

2.5.3 Các thông số cơ bản của buồng xoắn 27

2.5.3.1 Góc bao ϕmax và diện tích tiết diện vào 27

2.5.3.2 Vận tốc và hình dạng tiết diện vào của buồng xoắn 28

2.5.4 Chọn kiểu buồng tuốc bin 28

2.5.5 Tính toán thủy động buồng xoắn 29

2.6 Thiết kế ống hút 36

2.6.1 Vai trò và nhiệm vụ của ống hút 36

2.6.2 Các kiểu ống hút và phương pháp chọn 37

2.6.2.1 Nguyên tắc chọn ống hút 37

2.6.2.2 Các kiểu ống hút 38

2.6.2.3 Các thông số cơ bản của ống hút cong 39

2.7 Thiết kế bộ phận hướng dòng 42

2.7.1 Đặc điểm và nhiệm vụ của bộ phận hướng dòng 42

2.7.2 Quá trình điều chỉnh lưu lượng của tuốc bin 43

3 Thiết kế trục và gối đỡ trục 46

3.1 Thiết kế trục 46

3.1.1 Chọn vật liệu chế tạo trục 47

3.1.2 Các lực tác dụng lên trục 47

3.1.2.1 Tính sơ bộ 47

3.1.2.2 Lực dọc trục tác dụng lên ổ trục chặn của tổ máy 48

3.1.2.3 Lực vòng do mômen xoắn gây ra 49

3.1.3 Tính sức bền trục 50

3.1.3.1 Chiều dài sơ bộ của trục 50

3.1.3.2 Tính toán lực tác dụng lên trục và kiểm tra bền trục 51

3.2 Ổ đỡ 55

3.2.1 Công dụng 55

3.2.2 Vấn đề ma sát và bôi trơn trong ổ trượt 56

3.2.3 Chọn vật liệu lót ổ 56

3.2.4 Cấu tạo ổ trượt 57

4 Thiết kế hệ thống thủy lực điều khiển quay cánh bánh hướng dòng 57

4.1 Nhiệm vụ 57

4.2 Cấu tạo và đặc điểm của hệ thống điều chỉnh lưu lượng tuốc bin 59

4.3 Nguyên lý điều chỉnh lưu lượng tuốc bin 60

4.3.1 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp 61

4.3.2 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động gián tiếp 62

4.3.2.1 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phục hồi cứng 62

4.3.2.2 Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phục hồi mềm 64

4.4 Thiết bị dầu áp lực 65

4.5 Tính thiết bị điều chỉnh tốc độ 66

4.5.1 Khái quát về thiết bị điều tốc 66

4.5.2 Động cơ tiếp lực 67

4.5.3 Tính toán lực và mômen thủy động tác dụng lên cánh 68

4.5.4 Tính lực cần thiết để quay vành điều chỉnh 70

4.6 Tính chọn máy điều tốc 75

4.7 Tính chọn thiết bị dầu áp lực 76

4.8 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động 76

4.8.1 Sơ đồ nguyên lý 76

4.8.2 Nguyên tắc hoạt động 77

5 Lắp ráp, vận hành và bảo dưỡng tuốc bin 78

5.1 Lắp ráp 78

5.1.1 Kiểm tra thiết bị 79

5.1.2 Lắp thiết bị 79

5.1.3 Những điểm cần lưu ý khi lắp ráp 81

5.1.4 Chạy thử 81

5.1.4.1 Chuẩn bị trước khi chạy thử 82

5.1.4.2 Chạy thử 82

5.2.1 Chạy máy 83

5.2.2 Theo dõi máy đang chạy 83

5.2.3 Dừng máy 83

5.2.4 Xử lý sự cố 83

5.3 Bảo dưỡng 84

5.3.1 Bảo dưỡng thường kỳ 84

5.3.2 Thay thế phụ tùng mau mòn chóng hỏng 85

5.3.3 Đại tu tuốc bin 85

5.3.3.1 Gối trục 85

5.3.3.2 Đại tu bộ cánh hướng 85

5.3.3.3 Bánh xe công tác 85

KẾT LUẬN 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ 88

1.MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Khái niệm về tuốc bin tâm trục

Tuốc bin tâm trục cùng với tuốc bin cánh quay, cánh chéo, cánh kép và capsun

là những kiểu tuốc bin thuộc loại tuốc bin phản lực Nhìn chung, các tuốc bin này sửdụng phần thế năng và một phần động năng của dòng nước, bánh xe công tác của tuốcbin phản kích làm việc trong môi trường chất lỏng liên tục và áp lực nước ở phía trướcbánh xe công tác thường lớn hơn phía sau của nó (hình 1-1)

Hình 1-1 Biểu đồ tác động của dòng nước trong tuốc bin phản lực

Tuốc bin tâm trục có chiều dòng nước lúc chảy vào bánh xe công tác là hướngtâm (thẳng góc với trục quay) còn chảy ra khỏi bánh xe công tác thì theo hướng trục(còn gọi là tuốc bin Francis) Phạm vi sử dụng cột nước của tuốc bin này từ 30÷550m Hiện nay tuốc bin tâm trục lớn nhất được lắp ở trạm thủy điện Kraxnôia (nướcNga) có công suất 508000 kW và đường kính D1 = 7,5m do nhà máy cơ khí Lêningrátchế tạo Xét về mặt cấu tạo, tuốc bin tâm trục bao gồm các bộ phận chính sau (hình 1-2):

Hình 1.2 Tuốc bin tâm trục trục đứng

1.2 Mục đích, ý nghĩa kinh tế kỹ thuật

Tuốc bin nước là một loại động cơ biến đổi năng lượng dòng nước (thủy năng)thành cơ năng làm quay máy phát điện

4- Đai ốc xiết5- Đế cột

9

Nền kinh tế đất nước ta hiện nay nói chung, các ngành công nghiệp nói riêngđang phát triển mạnh mẽ và có những bước tiến quan trọng Đồng thời với sự pháttriển về nền kinh tế, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao

Ngành công nghiệp điện năng đã và đang phát triển hệ thống năng lượng quốcgia, trong đó việc tìm kiếm và xây dựng các nhà máy thuỷ điện công suất lớn, vừa vànhỏ là biện pháp cơ bản để tăng sản lượng điện năng

Thuỷ điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước Đa số năng lượng thuỷđiện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một tuốc binnước và máy phát điện Kiểu ít được biết đến hơn là sử dụng năng lượng động lực củanước hay các nguồn nước không bị tích bằng các đập nước như năng lượng thuỷ triều.Thuỷ điện là nguồn năng lượng có thể hồi phục

Nguồn thủy năng nước ta rất phong phú, việc khai thác nó có vị trí quan trọngtrong công cuộc công nghiệp hóa ở nước ta Việc dùng thủy năng có những ưu điểmchính sau đây:

+ Lợi ích lớn nhất của thuỷ điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu.Các nhà máy thuỷ điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hoá thạch nhưdầu mỏ, khí gas tự nhiên hay than đá, và không cần phải nhập nhiên liệu Các nhà máythuỷ điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện, một số nhà máy thuỷ điệnđang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 50 đến 100 năm trước Chi phí nhâncông cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hoá cao và có ít người làm việctại chỗ khi vận hành thông thường

+ Hiệu ích sử dụng năng lượng cao Hiệu suất tuốc bin cỡ lớn có thể đạttới 93 ÷95%, hiệu suất của tổ máy lớn hơn 90% trong khi đó hiệu suất của tuốc binkhí trạm nhiệt điện tốt nhất cũng không quá 40%

+ Nguồn thủy năng là vô tận, luôn được bổ sung nhờ vào sự bốc hơi của nướcbiển và đại dương

+ Lượng điện tự dùng của trạm thủy điện chỉ chiếm từ 0,3÷0,5% tổnglượng điện phát ra, còn đối với trạm nhiệt điện thì có thể lên tới 8÷10%.

+ Trình độ tự động hóa của trạm thủy điện cao, tổ máy thủy lực làm việc

an toàn ít bị hư hỏng, bảo đảm cấp điện liên tục và an toàn cho lưới điện

Tuy vậy, việc sử dụng thủy năng cũng có những nhược điểm là lượng điện phát

ra của nhà máy phụ thuộc vào sự phân bố dòng chảy theo thời gian, hơn nữa nhà máythường xây dựng ở những nơi cách xa các trung tâm công nghiệp nên đường dâytruyền tải điện dài; mặt khác vốn đầu tư xây dựng trạm thủy điện lớn, thời gian thicông dài

Tuốc bin nước là loại máy thủy lực đầu tiên mà loài người sử dụng nguồn nănglượng thiên nhiên phục vụ đời sống và sản xuất, là bộ phận không thể thiếu đượctrong các trạm thủy điện Do đó việc thiết kế chế tạo tuốc bin nước đóng vai trò rấtquan trọng trong ngành chế tạo máy nói chung và máy thủy lực nói riêng

Em được giao đề tài “Thiết kế tuốc bin tâm trục và hệ thống thủy lực điềukhiển quay cánh bánh hướng dòng” với các số liệu cho trước:

+ Lưu lượng tính toán Q = 0,85 (m3/s)+ Cột áp tính toán H = 102 (m)

Thiết kế của em dựa trên tuốc bin mô hình đồng dạng

2 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA TUỐC BIN TÂM TRỤC

Số liệu cho ban đầu để thiết kế:

Cột áp H = 102 (m)Lưu lượng Q = 0,85 (m3/s)

2.1.Khái niệm cơ bản

Thiết kế tuốc bin cũng như bất kỳ một loại máy năng lượng nào, nói chung đềuphải đạt được những yêu cầu nhất định như có đủ độ bền cơ học, kết cấu hợp lý, hiệusuất cao, bền chắc và dễ gia công Riêng đối với tuốc bin, cần đảm bảo những yêu cầu

cơ bản sau đây:

+ Trong mọi chế độ làm việc đều phải bảo đảm chỉ tiêu năng lượng vàkhí thực cao, nói cách khác máy phải có hiệu suất cao còn hệ số khí thực σ bé

+ Với cột nước làm việc đã cho, tuốc bin phải phát đủ công suất yêu cầucòn kích thước và trọng lượng của nó phải nhỏ

+ Tuốc bin phải có kết cấu hợp lý, gọn nhẹ để dễ bố trí các thiết bị củachúng trong nhà máy.

+ Máy làm việc tin cậy và tuổi thọ dài

Những vấn đề này hiện nay thường giải quyết bằng con đường tính toán thủylực và tính toán độ bền các chi tiết máy kết hợp nghiên cứu bằng thực nghiệm các môhình Muốn tiến hành nghiên cứu quá trình làm việc của các mô hình ta cần tuân thủnhững quy luật nhất định Các quy luật đó gọi là các điều kiện tương tự về cấu trúcdòng chảy trong tuốc bin Nghiên cứu và thiết kế tuốc bin không thể thực hiện đượcnếu không dựa vào thực nghiệm Mặt khác tuốc bin nước là loại có kích thước tươngđối lớn Vì vậy khi nghiên cứu thiết kế thường tiến hành bằng thực nghiệm với các môhình tuốc bin Để đảm bảo độ tin cậy giữa kết quả nghiên cứu trên mô hình và trêntuốc bin thực ta cần có các điều kiện, các tiêu chuẩn về quan hệ tương tự giữa mô hình

và nguyên hình

2.1.1.Các điều kiện tương tự

Hai mô hình thủy lực được coi là hoàn toàn tương tự về cơ học khi chúng thỏamãn ba điều kiện sau đây:

2.1.1.1 Tương tự về hình học

Điều kiện này đòi hỏi sự tương tự về hình dạng ngoài của các phần nước quacủa tuốc bin Hai tuốc bin thực (T) và mẫu (M) được coi là tương tự về hình học khi:toàn bộ các kích thước dài, bề mặt các phần nước qua tại các điểm tương ứng củachúng tuân theo một tỉ lệ:

const b

b D

D

M

T M

T = = =

0

0 1 1

Phải đảm bảo độ mở a0 của bộ phận hướng nước và góc đặt ϕ của cánh bánh xe côngtác tương tự:

const

=

=ϕϕ

0

2.1.1.2 Tương tự về động học

Hai tuốc bin (T) và (M) được gọi là tương tự về động học khi: tương tự vềtrường vận tốc dòng chảy tại các điểm tương ứng trong các phần nước qua của cáctuốc bin cùng kiểu Điều này có nghĩa là hình tam giác vận tốc tại các điểm tương ứngcủa dòng chảy phải đồng dạng với nhau

M

T M

T M

T

c

c w

w u

u

=

=

2.1.1.3 Tương tự về động lực học

Điều kiện này đòi hỏi sự tương tự về lực tác dụng lên hai tuốc bin thực (T) và

mô hình (M) là khi các tỉ số lực cùng tên tác dụng lên các phần tương ứng của tuốcbin thực và mô hình phải bằng nhau

const F

F P

P

M

T M

T = = =

2.1.2 Các quan hệ tương tự trong tuốc bin

Quan hệ lưu lượng:

qT M ltM M

qM T ltT T M

T

H D

H D

Q

Q

ηη

ηη

2 1

2 1

=Quan hệ số vòng quay:

tlM M T

tlT T M M

T

H D

H D n

tlT

tlM T

M T

M T

M

D

D n

n H

H

η

η

2 2

tlT qM T T T T

tlM qT M M M M T

M

H H D

H H D N

N

ηηη

ηηη

2 1

2 1

=

2.1.3 Các đại lượng quy dẫn

2.1.3.1 Lưu lượng quy dẫn

Lưu lượng quy dẫn là lưu lượng của tuốc bin quy về điều kiện D = 1(m), H =1(m), lưu lượng quy dẫn được xác định theo công thức :

H D

Q

Q I

2 1 ' = (2.1.1)Trong đó:

+ Q: Lưu lượng tính toán (m3/s)+ H: Cột áp tính toán (m)+D1: Đường kính tại mép vào bánh xe công tác (m)

. 5/4

H

N n

n s = (2.1.3)Trong đó:

+ n: Số vòng quay của trục tuốc bin (vg/ph)+ N: Công suất trục tuốc bin (KW)

+ H: cột áp tính toán (m)

2.2 Tính các thông số cơ bản của tuốc bin thiết kế dựa vào đường đặc tính tổng hợpchính của tuốc bin mô hình

2.2.1 Chọn kiểu tuốc bin mô hình:

Hình 2-1 Biểu đồ phạm vi sử dụng của các kiểu tuốc bin

2,8m

2m 2,8m2,8m

2,8m

2m

2m

2m 1,8 m 1,8m1,8m

D 1 min = 1

,8m

2,5m

9m 8,5m

10, 5m 9,5m

9,5m9,5m8,5m8,5m

4,5m 3,6m

Dựa vào cột nước H = 102m tra ở hình 2-1 được kiểu tuốc bin PO 115/697

Trong đó:

PO: Tâm trục

115: Cột nước lớn nhất của kiểu bánh xe công tác

697: Số hiệu mẫu thí nghiệm

2.2.2 Đường đặc tính tổng hợp chính tuốc bin mô hình:

Tại vùng hiệu suất η = 84%, chọn:

Lưu lượng quy dẫn: Q I' =750(l/s)

Số vòng quay quy dẫn: ' =

I

n 50 (vg/ph)Từ (2.1.1) ta tính được đường kính bánh xe công tác D1:

H Q

Q D

I'

Trong đó:

Q: Lưu lượng tính toán, Q = 850 (l/s)

QI: Lưu lượng quy dẫn, QI = 750 (l/s)

H: Cột áp, H = 102 (m)

102.750

1

'

ph vp D

H n

D1: Đường kính tại cửa vào của bánh xe công tác, D1 = 0,33 (m)

Vậy: Tuốc bin có số vòng quay là:

150733

,0

102

=

Hình 2-2 Đường đặc tính tổng hợp chính của tuốc bin PO 115/697

σ=0,15

σ=0,14

91%

90 88

86 84

74 72

NT: công suất trên trục tuốc bin (W)

Q: lưu lượng tính toán, Q = 0,85 (m3/s)

H: cột áp tính toán, H = 120 (m)

η: Hiệu suất tuốc bin, chọn η = 0,84

Vậy Công suất trên trục tuốc bin là:

+ ηmf: là hiệu suất máy phát điện trong tính toán sơ bộ ban đầu có thể lấy ηmf =0,92-0,94 cho các máy phát điện nhỏ, ηmf = 0,95-0,98 cho các máy phát điện lớn.

2.4.1 Đặc điểm cấu tạo và nhiệm vụ của bánh xe công tác:

Bánh xe công tác có nhiệm vụ trực tiếp nhận năng lượng của dòng chảy và biến

nó hoàn toàn thành cơ năng làm quay bánh xe công tác, và do đó làm quay trục tuốcbin bắt chặt với nó, qua đó truyền mômen xoắn đến trục máy phát và biến thành điệnnăng cung cấp cho phụ tải

Bánh xe công tác gồm có hai vành bằng gang Vành trên hình nón cụt, giữa cóthen được bắt với trục tuốc bin Vành dưới hình vành khăn, các cánh của bánh xe côngtác được làm bằng thép uốn cong hai chiều Hai đầu của cánh gắn chặt vào hai hai vànhnói trên bằng phương pháp hàn Ngoài ra vành trên có lắp các tấm giảm áp và các lỗ đểgiảm áp lực dọc trục tác dụng lên bánh xe công tác Đường kính D1 của bánh xe côngtác được qui ước là đường kính lớn nhất tại vị trí mép vào của bánh xe công tác, hìnhdạng của nó phụ thuộc vào cột nước H

Ngoài ra để giảm bớt sự rò rỉ nước giữa các phần quay và phần cố định nhằmtăng hiệu suất tuốc bin, trên bánh xe công tác có bố trí thiết bị làm kín nước đó là cácvòng chống rò được lắp trên bề mặt ngoài của vành trên và vành dưới của bánh xecông tác và vị trí tương ứng với phần cố định Bằng biện pháp tăng sức cản thủy lựcnói trên ta có thể hạn chế lưu lượng nước rò rỉ qua các khe hở giữa các phần động vàphần tĩnh của tuốc bin

Dòng chảy dưới tác dụng của cột nước áp lực sau khi qua khỏi bộ phận hướngdòng, đi vào giữa rãnh của bánh xe công tác, lượn theo chiều cong của nó gây ra mộtphản lực tác dụng lên bánh xe công tác và làm nó quay.

Trước khi tính toán xác định hình dạng và kích thước của bánh xe công tác, ta

sẽ tìm hiểu qua chuyển động của dòng nước qua bánh xe công tác và quá trình làm việccủa nó

2.4.2 Quá trình làm việc của tuốc bin:

Khái niệm về chuyển động tương đối, chuyển động tuyệt đối và tam giác vậntốc

Cấu trúc dòng chảy trong tuốc bin rất phức tạp, ở đó các phần tử chất lỏng mộtmặt chảy men theo bề mặt cánh dạng cong không gian, mặc khác chảy vòng quanhtrục quay tuốc bin Vì vậy chuyển động của chất lỏng không phải là chuyển độngphẳng mà là chuyển động không gian rất phức tạp Sự thay đổi cả về phương chiều lẫntrị số vận tốc dòng chảy, sẽ làm thay đổi các thông số thủy động lực học tuốc bin như

là lưu lượng Q, số vòng quay n, hiệu suất, Bởi thế để hiểu được quá trình làm việccủa tuốc bin cần phân biệt các khái niệm về chuyển động tương đối, chuyển độngtuyệt đối của chất lỏng trong bánh xe công tác

Xét chuyển động của một phần tử chất lỏng qua khe cánh bánh xe công tác,chuyển động của phần tử so với mặt đất gọi là chuyển động tuyệt đối, còn chuyểnđộng của nó so với một điểm bất kỳ nằm trên cánh gọi là chuyển động tương đối (tọa

độ quan sát chuyển động này gắn trên bánh xe công tác) Chuyển động quay của tọa

độ quan sát quanh trục quay của tuốc bin gọi là chuyển động theo Nếu ký hiệu vậntốc của ba chuyển động nói trên của một phần tử chất lỏng bất kỳ lần lượt là: c, w, uthì ta có:

Ba vận tốc này hợp thành một hình tam giác gọi là tam giác vận tốc Trị số vậntốc u tại một điểm bất kỳ trên bánh xe công tác tỷ lệ thuận với vận tốc góc trục quay

u w

từ điểm đang xét đến trục quay, hướng của véctơ vận tốc u là hướng tiếp tuyến vớivòng tròn tâm trục quay, bán kính R.

Trị số vận tốc w tỷ lệ với lưu lượng nước Q chảy qua bánh xe công tác, cònhướng của nó thay đổi men theo bề mặt cánh

Nếu giả thiết bánh xe công tác gồm vô số cánh cực mỏng hợp thành thì khecánh tạo bởi khoảng trống giữa hai cánh kế tiếp nhau sẽ rất hẹp, lúc đó qũy đạochuyển động tương đối của chất lỏng trùng với đường dòng

Theo thủy lực học, lúc đó dòng chảy sẽ ổn định, giả thiết này cho phép ta xácđịnh được vị trí và hình dạng của các đường dòng trong tuốc bin Đồng thời với giảthiết này, còn có các giả thiết sau:

-Chất lỏng chảy trong tuốc bin là lý tưởng

-Dòng chảy là liên tục

-Lưu lượng Q phân bố đều trong các cánh của bánh xe công tác

Với các giả thiết này, ta sẽ xác định phương trình nguyên lý cơ bản của tuốcbin

Phương trình nguyên lý cơ bản của tuốc bin xác lập sự liên hệ giữa mômen lựctác dụng của nước vào bánh xe công tác với các thành phần vận tốc tại cửa vào và cửa

ra của nó

Trước khi đi vào bánh xe công tác, nước chảy qua các rãnh giữa các cánhhướng dòng, các cánh này được sắp xếp với các khoảng cách như nhau vòng quanhbánh xe công tác và làm với mặt kinh tuyến (mặt phẳng đi qua trục quay) các góc α0

bằng nhau Như vậy dòng nước trước, trong và sau bánh xe công tác là dòng chuyểnđộng xoáy quanh trục tuốc bin (dòng chảy xoáy) và đối xứng với trục đó

Để xác định lực và các chỉ tiêu năng lượng của dòng chảy lên bánh xe công tác

ta vận dụng định luật mômen động lượng của chuyển động

Theo định luật biến thiên động lượng, ta có:

γ =

∑ : Tổng khối lượng dòng nước đang xét

+ ∑M0: Tổng mômen ngoại lực tác dụng lên khối nước

Hình 2- 4 Dòng chảy trong bánh xe công tác

Do khối nước có dạng tròn xoay nên mômen áp lực bằng không Lực ma sát rấtnhỏ có thể bỏ qua Như vậy, mômen ngoại lực ở đây là do tác dụng của cánh bánh xecông tác lên dòng chảy Mômen này đúng bằng mômen tác dụng của dòng chảy lêncánh bánh xe công tác là M, song có hướng ngược lại ( theo định luật III Newton), tứclà:

(.Q c2 R2 c1 R1

+H: Cột nước làm việc của tuốc bin

+ηtl: Hiệu suất thủy lực

Do đó, thay vào công thức trên ta có:

ra của bánh xe công tác

Hình 2- 5 Sơ đồ dòng chảy trong bánh xe công tác tuốc bin tâm trục

Phương trình Ơle cho biết công suất N của khối lượng chất lỏng trao cho bánh

xe công tác tỷ lệ thuận với hiệu mômen động lượng của chất lỏng trước và sau bánh

xe công tác mà không phụ thuộc vào trị số tuyệt đối của mômen động

lượng ban đầu hoặc mômen động lượng trong phạm vi cánh

Phương trình (2.4.7) có thể viết lại như sau:

Sử dụng tam giác vận tốc ta có:

1 1 1

2 1

2 1

2

β

2 w 2 v

2 2

2

2 2

2 2

2

w = + − (2.4.9)Thay (2.4.8) và (2.4.9) vào (2.4.7) ta có:

g

w w g

u u g

c c H

H

22

2

2 2

2 1

2 2

2 1

2 2

2.4.3 Các trạng thái của dòng chảy trong bánh xe công tác:

Thực nghiệm cho thấy rằng muốn có hiệu suất thủy lực cao nhất thì dòng chảytrong bánh xe công tác phải thỏa mãn hai điều kiện:

+ Chảy vào không va

+ Chảy ra khỏi bánh xe công tác theo phương pháp tuyến (hay là chảy ra thẳnggóc)

2.4.3.1.Chảy vào không va

Dòng nước chảy vào không va nếu vận tốc tuyệt đối ở đó bằng vận tốc tuyệtđối c0 ở cửa ra cánh hướng dòng, còn phương của vận tốc tương đối w→1 trùng với tiếptuyến của phần tử cánh ở mép vào của nó, có nghĩa là: c1 =c0 , w1 =w0 , α =1 α0 Thỏamãn điều kiện này dòng nước sẽ bao lượn vào cánh bánh xe công tác Ngược lại dòngnước sẽ tách khỏi mép vào cánh và hình thành vùng xoáy tại đó Do hình thành vùngxoáy sẽ làm tăng thêm tổn thất cục bộ ở cửa vào cánh (tổn thất do va đập thủy lực).Tổn thất này sẽ làm tăng tổn thất của tuốc bin nên phải tìm cách loại bỏ nó Tuy nhiênkhông thể đảm bảo điều kiện chảy vào không va ở mọi chế độ làm việc của tuốc bin.Sỡ dĩ như vậy là vì tuốc bin làm việc ở các chế độ khác nhau với cột nước và phụ tải(cũng là lưu lượng) khác nhau, nên không thể đảm bảo được điều kiện chảy vàokhông va Khi đó véctơ vận tốc c0 và c1 sẽ không trùng nhau, trong khi số vòng quay

n của tuốc bin vẫn giữ nguyên trị số định mức của mình nên véctơ vận tốc theo u1

cũng không đổi Vì vậy véctơ vận tốc tương đối →w1 sẽ thay đổi cả về hướng lẫn trị số,nên không thể nào trùng với phương tiếp tuyến tại mép vào cánh như trường hợp chảyvào không va được

2.4.3.2 Chảy ra thẳng góc

Từ phương trình Ơle ta thấy khi cột nước H không đổi, muốn tăng hiệu suấttuốc bin ηH nên giảm thành phần c2.u2.cosα2, hiệu suất ηH đạt giá trị lớn nhất khi

c2.u2.cosα2 = 0 Do c2, u2 không thể bằng không được, vì vậy chỉ có cosα2 = 0 hay α2 =

900 Như vậy điều kiện chảy ra lợi nhất là véctơ vận tốc c2 thẳng góc với véctơ vậntốc u2 tức là chảy ra thẳng góc Chảy ra khỏi bánh xe công tác thỏa mãn điều kiện này

có thể giảm tổn thất xoáy đến mức thấp nhất, do đó làm tăng hiệu suất tuốc bin

Tuy vậy thực nghiệm cho biết nếu muốn tăng hiệu suất ηH cần đảm bảo góc α2

= 900 là không đúng hoàn toàn Thực nghiệm đã chứng minh rằng dòng chảy ở cửa racủa bánh xe công tác nên đảm bảo một lượng chảy vòng vừa phải sao cho u2.c2u =0,2.g.H thì chẳng những làm tăng hiệu suất ηH của tuốc bin mà còn cải thiện dòngchảy trong ống hút tốt hơn Khi đó dòng chảy xoay quanh trục vừa phải nên lực li tâmsinh ra do sự chảy xoáy này sẽ làm cho các phần tử chất lỏng ở cửa vào ống hút bámsát vào thành ống nên khắc phục được hiện tượng tách dòng trong ống hút chóp, đồngthời giảm được vận tốc tương đối của dòng chảy men theo cánh bánh xe công tác do

đó giảm được tổn thất thủy lực trong bánh xe công tác Vì vậy mà hiện nay khi thiết

kế hệ thống cánh bánh xe công tác, người ta không những không loại bỏ điều kiệnchảy ra không thẳng góc mà khi tính toán cố ý thỏa mãn không điều kiện này Nóicách khác hiện nay hầu hết các tuốc bin đều được thiết kế với góc α2 vào khoảng 800

2.4.4 Các kích thước cơ bản của bánh xe công tác:

+ Đường kính tại cửa vào bánh xe công tác D1:

D1 = 0,33 (m)+ Đường kính tại cửa ra bánh xe công tác D2:

Theo tiêu chuẩn tương tự hình học, ta có:

M

T M

T

D

D D

D

2

2 1

Trong đó:

D1T: Đường kính tại cửa vào bánh xe công tác của tuốc bin thực, D1T = 0,33m

D2T: Đường kính tại cửa ra bánh xe công tác của tuốc bin thực

D1M: Đường kính tại cửa vào bánh xe công tác của tuốc bin mô hình, D1M =0,45m

D2M: Đường kính tại cửa ra bánh xe công tác của tuốc bin mô hình, D2M =0,528m

Suy ra đường kính tại cửa ra bánh xe công tác D2:

)(378,046

,0

528,0.33,0

1

2 1

D

D D

H

N n

s =Trong đó:

+ Tuốc bin tỷ tốc chậm thì cu1 > u1; β1 <900 và α1 = 17 - 230

+ Tuốc bin tỷ tốc trung bình thì cu1 = u1; β1 = 900và α1 = 21 − 26,50

+ Τuốc bin tỷ tốc cao thì cu1 < u1; β1 > 900và α1 = 26,5 – 390

Căn cứ vào bảng 2-6 [2], thì tuốc bin ta thiết kế có tỉ tốc thuộc nhóm tỉ tốcchậm (60 – 150) nên ta chọn α1 = 200

Gọi u1, u2 là vận tốc tại mép vào và mép ra của profin cánh bánh xe công tác(vận tốc chuyển động theo) ta có:

)/(39,3060

387,0.1500.2

.30

)/(92,252

33,0.30

1500.2

.30

2 2

1 1

s m D

n u

s m D

n u

ππ

Giả thiết dòng nước chảy ra thẳng góc thì từ phương trình (2.4.7) ta có:

1 1 1 2 2 1

102.81,9.84,0cos

0 1

1

u

H g

αη

Hình 2-6 Tam giác vận tốc

Từ tam giác vận tốc :

2 2

2

2 2

2 2

2 2

1 1 1

2 1

2 1

2 1

cos 2

cos 2

α

α

u c u c w

u c u c w

−+

=

−+

=

Vận tốc tương đối w1

w1 = 2 cos 34,52 25,922 2.34,5.25,92.cos200 13,47( / )

1 1 1

2 1

1

1 1 1 1

1

1

47,13

20sin.5,34sin

.sin

W

Theo mô hình chọn Z1 = 14

Từ đó ta vẽ được hình dạng bánh xe công tác :

βα

Hình 2-7 Biên dạng bánh xe công tác tuốc bin thiết kế

2.5 Thiết kế buồng xoắn

2.5.1 Đặc điểm, nhiệm vụ và yêu cầu

Buồng tuốc bin là phần nối liền công trình dẫn nước của nhà máy thuỷ điện vớituốc bin Được dùng để dẫn nước từ đường ống dẫn đến tuốc bin và hình thành dòngchảy tại cửa vào của bộ phận hướng dòng

Buồng tuốc bin nhiệm vụ đưa nước vào bánh xe công tác sau khi dẫn nước qua

bộ phận hướng dòng sao cho tổn thất thủy lực ở buồng tuốc bin và bộ phận hướngdòng là bé nhất

Buồng tuốc bin phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

u

c w

w c

u

2 2

2

1

1 1

Ø

330

Ø378

12°

+ Dẫn nước đều đặn lên chu vi các cánh hướng dòng để tạo nên dòngchảy đối xứng với trục tuốc bin.

+ Buồng có kích thước nhỏ và kết cấu đơn giản

+ Dễ nối tiếp với đường dẫn của nhà máy thủy điện

+Thuận tiện cho việc bố trí tuốc bin và các thiết bị phụ của nótrong gian máy của nhà máy thủy điện, thỏa mãn với yêu cầu xây dựng của nhà máy

2.5.2 Phân loại

Hình dáng và cấu tạo của buồng tuốc bin rất khác nhau Theo các quan điểmkhác nhau có thể phân loại buồng tuốc bin như sau:

-Phân loại theo tính chất dòng chảy trong buồng tuốc bin có:

+ Kiểu hở: Dòng chảy trong buồng tuốc bin có mặt tự do

+ Kiểu kín: Dòng chảy trong buồng tuốc bin là dòng có áp

-Phân loại theo hình dáng buồng tuốc bin có:

+ Hình chữ nhật+ Hình hộp tròn+ Hình trụ thẳng+ Hình xoắn+ Buồng có hai nhánh dẫn nước vào+ Buồng gồm có hai nhánh tiết diện chữ nhật

-Phân loại theo cấu tạo buồng tuốc bin có:

+ Loại gỗ + Loại bê tông cốt thép+ Loại kim loại

+ Loại hỗn hợp: áo trong bằng kim loại; vỏ ngoài bằng bê tông cốt thép

2.5.3 Các thông số cơ bản của buồng xoắn

Các thông số cơ bản của buồng xoắn gồm: Góc bao ϕmax, vận tốc bình quân củadòng nước tại cửa vào buồng xoắn cv và hình dạng tiết diện buồng xoắn.Ta sẽ tìm hiểunhững yếu tố ảnh hưởng đến các thông số này và cách lựa chọn chúng.

2.5.3.1 Góc bao ϕmax và diện tích tiết diện vào

Thực nghiệm cho thấy tổn thất năng lượng trong tuốc bin, vòng bệ và bộ phậnhướng dòng phụ thuộc vào quan hệ giữa diện tích tiết diện vào của buồng xoắn đãchọn với góc bao ϕmax, một mặt sẽ làm cho dòng chảy phân bố đều trong chu vi bộphận hướng dòng, đảm bảo được điều kiện dòng đối xứng trong tuốc bin nhưng lạilàm tăng dòng nước trong buồng xoắn và hình thành dòng chảy xoáy Kết quả làmtăng tổn thất năng lượng trong bộ phận hướng dòng Vì vậy khi đã biết bề rộng buồngxoắn cần chọn quan hệ giữa diện tích tiết diện vào Fv và góc bao ϕmax sao cho tổn thấtnăng lượng trong bộ phận hướng dòng là nhỏ nhất

2.5.3.2 Vận tốc và hình dạng tiết diện vào của buồng xoắn

Vận tốc dòng nước tại của vào buồng xoắn vv quá lớn thì tổn thất thuỷ lựctrong buồng xoắn sẽ tăng lên làm giảm hiệu suất của tuốc bin Nhưng nếu vv quá nhỏthì sẽ làm cho kích thước buồng xoắn tăng lên, thực tế vv dao động trong khoảng(2÷9) m/s Như vậy vận tốc kinh tế trong đường ống áp lực thường nhỏ hơn vận tốcdòng nước vào trong buồng xoắn Do vậy giữa ống áp lực và cửa vào buồng xoắn cóđoạn ống chuyển tiếp và tiết diện thu hẹp

Hình dạng tiết diện buồng xoắn phụ thuộc vào cột nước sử dụng và phụ thuộcvào điều kiện cụ thể của việc xây dựng nhà máy Trong cùng điều kiện góc bao ϕmax

buồng có kích thước hình thang đảm bảo kích thước mặt bằng của gian máy là nhỏnhất, còn tiết diện hình tròn sẽ lớn và tỷ số chiều cao trên chiều rộng càng lớn thì mặtbằng gian máy sẽ nhỏ Tiết diện chữ T chỉ sử dụng cho cột nước thấp và trung bìnhcòn tiết diện tròn sử dụng cho tuốc bin có cột nước cao

Để tính toán và thiết kế buồng tuốc bin đầu tiên ta phải chọn kiểu buồng tuốcbin, vấn đề chọn kiểu buồng tuốc bin phụ thuộc nhiều vào điều kiện về yêu cầu thiết

kế như: cột nước, lưu lượng,

Với các thông số như:

Vì thế kích thước mặt bằng của buồng xoắn bé hơn nhiều so với loại buồng chữ nhật ,nên kích thước của nhà máy thủy điện cũng giảm đi

Ưu điểm chính của loại buồng xoắn so với buồng chữ nhật và hộp tròn là:

+ Điều kiện thủy lực, hiệu suất và khả năng thoát nước không kém loại chữnhật có kích thước lớn (tức là ứng với loại có khả năng thoát nước và hiệu suất lớnnhất)

+ Có thể dùng với bất cứ trị số cột nước nào mà vẫn đảm bảo được độ bền Tuynhiên nếu cột nước thấp (dưới 10÷15m) và lưu lượng lớn thì tốt nhất nên dùng tổ máydòng thẳng với buồng tuốc bin trụ tròn

+ Kích thước bé nên giảm được khối lượng xây dựng

+ Có thể thi công được dễ dàng với bất kỳ trị số cột nước nào

+ Cho phép đưa một số thiết bị phụ nằm trong nước ra chỗ khô ráo

Buồng xoắn kim loại có thể làm bằng các tấm kim loại nối tiếp với nhau bằngmối hàn hoặc đinh tán (khi kích thước buồng lớn) hoặc được đúc thành một khốinguyên (khi kích thước buồng bé) bằng gang đúc (khi cột nước thấp) hoặc thép đúckhi cột nước cao

2.5.5 Tính toán thủy động buồng xoắn

Khi tính toán buồng xoắn tuốc bin thì phải dựa theo hai điều kiện sau đây:Lưu lượng phân bố đều lên chu vi của các cánh hướng dòng nghĩa là thành phần vậntốc hướng tâm cr ở các điểm trên chu vi đó phải bằng nhau và được xác định theocông thức sau: [1]

0

b D

Q c

o

Trong đó:

Q: Lưu lượng qua tuốc bin

D0, b0: Đường kính và chiều cao của bộ phận hướng dòng

Dựa vào tuốc bin mô hình ta có:

D0 = 1,16.D1 = 1,16.330 = 383 (mm)

b0 = 0,25.D1 = 0,25.330 = 82,5 (mm)

0825,0.383,0

85,

Qtt: Lưu lượng tính toán, Qtt = 0,85 (m3/s)

Qϕ: Lưu lượng qua tiết diện buồng ứng với góc ϕ.Biết được lưu lượng đi qua tuốc bin, ta xác định được lưu lượng đi qua tiết diệnvào ứng với góc ôm ϕmax Sau đó xác định diện tích vào Fv bằng cách cho trước vậntốc trung bình tại tiết diện vào cv Vận tốc cv xác định phụ thuộc vào cột nước tínhtoán Htt và vào công thức: [1]

c0v =K v H tt (2.5.3)

Trong đó:

Htt: Cột áp tính toán Htt = 102 mH2O.

Từ (2.5.3) ta có:

c0v =0,7 102 =7(m/s) (2.5.4)Điều kiện thứ hai để tính toán thủy động buồng xoắn là phải dựa vào qui luậttính toán đã nói ở trên để xác định diện tích và hình dáng các tiết diện buồng cũng nhưhình dáng mặt bằng của buồng, đảm bảo sự phân phối lưu lượng nước một cách đềuđặn theo chu vi của bộ phận hướng dòng

Hình 2- 8 Sơ đồ tính toán buồng xoắn tiết diện tròn

Ta biết rằng vận tốc tại mỗi điểm trong buồng xoắn đều có thể phân ra làm haithành phần: thành phần vận tốc hướng kính cr và thành phần vận tốc vòng cu

Lưu lượng qua tiết diện i bất kỳ của buồng xoắn được xác định theo hai giảthiết sau:

D D

+ Dòng chảy phân bố đều lên chu vi các cánh hướng có nghĩa là thành phầnvận tốc cr = const ở mọi điểm vòng quanh bộ phận hướng dòng.

+ Vận tốc vòng cu tại điểm bất kỳ trong buồng xoắn đều tuân theo qui luật cu.r

.π

ϕ

Trong đó :

ϕmax: Góc ôm lớn nhất Buồng xoắn kim loại ϕmax = 3450

Qtt: Lưu lượng tính toán Qtt = 0,85 (m3/s)

c0v: Vận tốc tại cửa vào Theo (2.5.4) ta có: c0v = 7 (m/s)

Từ (2.5 5) ta có:

190,07.14,3.360

345.85,

Q

Q

.360

=ϕBằng cách cho trị số ϕi ta tính được lưu lượng tương ứng với nó là Qi và bán kính tiếtdiện ρi, từ đó xác định hình dáng mặt bằng buồng xoắn theo quan hệ

R = 2.ρ + ra

Tại giá trị ϕ = 3450 theo hình ta có : R = L1

Tại góc này tuốc bin mô hình cho ta L1M = 613+ 872

2

6,

872.330

1

1 1 1 1

1 1

D

L D L L

L D

D

M

M M

ρi: bán kính tiết diện tương ứng với góc ϕi

ra: Khoảng cách từ tâm trục tuốc bin đến đỉnh góc có các cạnh tiếp tuyến vớitiết diện tròn của buồng xoắn

Từ các số liệu trên ta có được các kích thước:

6,518.330

1

1 1

D

D D D D

Hình 2- 9 Buồng xoắn tuốc bin thiết kế

2.6 Thiết kế ống hút

2.6.1 Vai trò và nhiệm vụ của ống hút

Ống hút là một bộ phận không thể thiếu của tuốc bin phản kích Nó có nhiệm

vụ dẫn nước từ bánh xe công tác xuống hạ lưu với tổn thất năng lượng nhỏ nhất Ốnghút cho phép:

+ Sử dụng được phần lớn động năng còn lại của dòng chảy sau khi rakhỏi bánh xe công tác

+ Có thể đặt bánh xe công tác cao hơn mực nước hạ lưu để tiện việc sữa chữa

và giảm giá thành xây dựng (vì móng nhà máy được nâng lên) mà không bị tổn thấtcột nước hình học bằng khoảng cách từ bánh xe công tác xuống mực nước hạ lưu

Để có thể sử dụng được phần lớn động năng của dòng chảy sau khi ra khỏibánh xe công tác, ống hút thường làm có dạng loe dần, nên giảm tổn thất trong ốnghút và giảm tổn thất cột nước vận tốc ở tiết diện ra của ống hút đồng thời cũng tăng độchân không ngay sau bánh xe công tác do đó làm tăng khả năng thoát nước của tuốcbin Trị số động năng ở bánh xe công tác đó lớn hay nhỏ phụ thuộc vào kiểu tuốc bin

và hệ số tỷ tốc Như vậy việc chọn kiểu và kích thước ống hút đóng một vai trò quantrọng khi thiết kế

2.6.2 Các kiểu ống hút và phương pháp chọn

2.6.2.1 Nguyên tắc chọn ống hút

Hiện nay chưa xác định được một cách chính xác dòng chảy trong ống hút, nênviệc lựa chọn kích thước và hình dạng của chúng thường được tiến hành bằng thínghiệm mô hình trong phòng thí nghiệm hoặc tại hiện trường Bởi vì một mặt hiệusuất của tuốc bin phụ thuộc vào kích thước và hình dáng ống hút, mặc khác chiều caohút cũng ảnh hưởng lớn đến khối lượng xây dựng phần dưới nước của nhà máy thuỷđiện, do đó ảnh hưởng đến giá thành xây dựng trạm thuỷ điện Cho nên khi chọn ốnghút cho mỗi một trường hợp tổ máy tuốc bin tâm trục, ta phải tiến hành tính toán kinh

tế kỹ thuật, trong đó có tính đến chế độ làm việc của trạm thuỷ điện, đồ phụ tải, côngsuất của hệ thống và giá thành đầu tư của nhà máy với các phương án ống hút khácnhau Phương án với ống hút nào có các chỉ số kinh tế kỹ thuật tốt nhất sẽ là phương

án được chọn

Việc chọn hình dạng và kích thước ống hút là một việc khá phức tạp phải do cơquan thiết kế trạm thuỷ điện phối hợp với cơ quan thiết kế tuốc bin cùng nhau quyếtđịnh Vì thế trong thực tế đã xuất hiện nhiều kiểu tuốc bin khác nhau

Chọn và thiết kế kiểu ống hút mới dựa trên nguyên tắc :

+ Vận tốc giảm dần theo chiều dòng chảy

+ Vận tốc phân bố đều theo trong các tiết diện

+ Không xảy ra sự ép dòng chảy vào thành ống hút hoặc dòng chảy bị táchkhỏi thành ống

+ Không xảy ra hiện tượng chảy ngược ở trong ống hút

+ Không xảy ra xoáy làm rung động ống hút trong tất cả các chế độ làm việccủa tuốc bin

2.6.2.2 Các kiểu ống hút

d) c)

b) a) D 5

D 3

Hình 2-10 Các kiểu ống hút

Như trên ta đã thấy, việc chọn hình dạng và kích thước của ống hút là một việckhá phức tạp phải do cơ quan thiết kế trạm thuỷ điện phối hợp với cơ quan thiết kếtuốc bin cùng nhau quyết định Chính vì vậy mà trong thực tế đã xuất hiện nhiều kiểuống hút với hình dạng rất khác nhau (hình 2- 10)

+ Ống hút chóp: Dùng cho tuốc bin phản kích cỡ nhỏ và tuốc bin chảy thẳng(hình a )

+ Ống hút cong: Dùng cho hầu hết các tuốc bin phản kích ( hình b )

+ Ống hút loe (hình d )

+ Ống hút khuỷu cong: Dùng cho tuốc bin phản kích trục ngang cỡ nhỏ (hìnhc)

2.6.2.3 Các thông số cơ bản của ống hút cong

Ống hút cong gồm có ba đoạn: đoạn chóp cụt A, đoạn khuỷu B và đoạn mởrộng nằm ngang C

và tỉ số h3/D3 = 0,4.

+ Đoạn khuỷu:

Đoạn khuỷu là đoạn ống quá độ nối liền đoạn chóp với đoạn mở rộng nằmngang Tiết diện vào của đoạn khuỷu có dạng hình tròn sau đó biến đổi dần sangtiết diện hình chữ nhật tại tiết diện ra của nó

Trị số tổn thất năng lượng trong đoạn khuỷu không lớn hơn so với tổn thấttrong đọan chóp và đoạn mở rộng nằm ngang Tổn thất ở đây phụ thuộc vào sự phân

bố dòng chảy ở tiết diện vào của khuỷu và hình dạng của nó Lực ly tâm sinh ra khi

dòng chảy vòng trong đoạn khuỷu sẽ gây nên sự tách dòng và tăng thêm tổn thất Bánkính chuyển động xoay của dòng nước càng lớn thì lực ly tâm và gredien áp lực trongdòng chảy càng nhỏ.

Yếu tố thứ hai ảnh hưởng đến tổn thất năng lượng trong đoạn khuỷu là tỉ sốdiện tích tiết diện ra và vào của đoạn này và sự thay đổi diện tích tiết diện ống mentheo chiều dài của nó