Xem mẫu
- Chương V. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VÀ ĐẶC TÍNH TURBINE
V. 1. MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
Hiện nay những phương pháp tính toán lý thuyết vẫn chưa đủ để xác định hình
dáng tốt nhất của các bộ phận qua nước của turbine (BXCT, CCHD, vòng bệ, buồng
turbine, ống xả ....) ở phần lớn các chế độ làm việc. Đặc biệt khó, hoặc không thể, xác
định được các tính chất năng lượng và khí thực cuả turbine ở chế độ làm việc khác với
chế độ thiết kế nếu chỉ dựa vào lý thuyết. Vì vậy, để thiết kế các turbine hiện đại thường
người ta đưa ra một số phương án phần qua nước và tính toán chúng theo các công thức
lý thuyết. Theo kết quả tính toán, chế tạo ra các mô hình của phần qua nước của turbine
rồi đem thí nghiệm ở phòng thí nghiệm, từ kết quả thí nghiệm và thông qua luật tương
tự tính toán chỉnh lý thành các đường đặc tính mô hình, từ đó xây dựng thành các đường
đặc tính khác của turbine thực tế. Việc thí nghiệm cũng có thể tiến hành trực tiếp qua
những turbine đang hoạt động ở các TTĐ nhưng tốn kém và không đủ điều kiện bằng
trong phòng thí nghiệm.
Việc thí nghiệm tiến hành trong môi trường nước do vậy chủ yếu cần đảm bảo
ba điều kiện tương tự và chuẩn số Raynon. Để xác định các đặc tính năng lượng và khí
thực của turbine, cần xây dựng những hệ thống thí nghiệm.
Hệ thống thí nghiệm bao gồm những bộ phận chính sau:
- Hai bể chứa nước có dung tích đủ lớn để đóng vai trò bể nước thượng và hạ lưu;
- Turbine mô hình, thường có đường kính BXCT D1M thường 250 và 460 mm;
- Máy bơm để bơm nước từ bể hạ lưu lên bể thượng lưu để lưu thông nước giữa các
bể và tạo cột nước cho turbine mô hình;
- Thay thế máy phát điện là một thiết bị đo công suất trên trục turbine mô hình;
- Các thiết bị đo các thông số cần thiết như Q, H, n, ...
Thường có hai loại hệ thống thí nghiệm: hệ thống hở và hệ thống kín.
V. 1. 1. Hệ thống thí nghiệm hở
Hình (5-1,a) trình bày sơ đồ hệ thống thí nghiệm hở. Đặc điểm của nó là có mặt
thoáng ở hai bể nước thượng và hạ lưu, mặt thoáng chịu áp suất khí trời. Cột nước của
mô hình là hiệu chênh lệch mực nước của hai bể, vì vậy cột nước tạo được là nhỏ. Mô
hình hở chỉ có thể thí nghiệm năng lượng mà không thể thí nghiệm khí thực.
Theo sơ đồ thí nghiệm này, khi làm việc nước từ bể thượng lưu 2 chảy qua ống
áp lực vào turbine 4 tháo qua ống xả xuống bể hạ lưu 7, ở đây lưu lượng Q được đo
bằng đập tràn thành mỏng tam giác vuông 8. Nước qua đập tràn xuống bể dưới và được
bơm lên bể 2 nhờ máy bơm 1 và quá trình lại tuần hoàn.
Khi làm thí nghiệm, để tiến hành đo các đại lượng chính như: lưu lượng Q, cột
nước H, số vòng quay n, mômen xoắn M, cần dùng những thiết bị và cơ cấu sau:
Lưu lượng Q chảy qua turbine được xác định theo chiều cao lớp nước trên đỉnh
đập tràn h (m), biết h có thể xác định lưu lượng theo công thức kinh nghiệm sau:
Q = 1,343 ⋅ h 2,47 (l/s)
Để chính xác hơn có thể đo Q bằng phương pháp thể tích, tức là dùng thùng đong.
50
- Đo cột nước H bằng ống đo áp nối riêng ở bể thượng lưu và bể hạ lưu khi mực
nước ở hai bể ổn định, hoặc đo theo hiệu số vị trí phao của mực nước ở hai bể.
Đo số vòng quay n (v/ph) trục turbine bằng vòng quay kế kiểu ly tâm hoặc dùng
máy đếm vòng quay bằng điện.
Đo mômen xoắn trên trục turbine bằng bộ hãm kiểu ma sát (hình 5-1,b). Mômen
xoắn được tính theo công thức: M = P.l, từ M có thể tính ra công suất hữu ích Nh = Mω.
Hình 5-1. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm hở.
Nội dung thí nghiệm để xác định đặc tính năng lượng của turbine trên các băng
thử gồm: Thí nghiệm với một số độ mở cánh hướng dòng a0 và góc đặt cánh ϕ.
- Với mỗi độ mở cánh hướng dòng không đổi a0 = const, và góc đặt cánh không đổi
(đối với turbine cánh quay) ϕ = const, ta điều chỉnh van khoá trên đường ống áp lực của
turbine. Ứng với mỗi độ mở van khoá ta đo được thông số: cột nước H, số vòng quay
n,
lưu lượng Q, công suất hữu ích Nh của turbine.
Tiến hành thay đổi độ mở van khoá theo thứ tự từ lớn đến nhỏ (khoảng chừng 6 - 8
độ mở) và đo các đại lượng H, n, Q, Nh tương ứng với từng độ mở khoá.
- Sau khi có các giá trị H, n, Q, Nh của các điểm ứng với mỗi độ mở khoá, tính hiệu
suất và xây dựng các đường cong quan hệ giữa từng cặp thông số với nhau. Từ các
đường đặc tính quan hệ xây dựng đặc tính tổng hợp của mô hình.
V. 1. 2. Hệ thống thí nghiệm kín
Đặc điểm của hệ thống thí nghiệm kín là bể thượng và hạ lưu đóng kín không
thông với khí trời và cột nước thí nghiệm do máy bơm tạo ra.
Hình (5-2) là một sơ đồ của hệ thống thí nghiệm kín. Hệ thống gồm nguồn tạo
áp bơm 1, van khoá 12, nước vào bình cao áp 13, trên ống áp lực đặt thiết bị đo lưu
lượng 11, nước vào bình ổn định vận tốc 8, 9 trước khi vào turbine 4, rồi theo ống xả
xuống bể kín hạ lưu 2, trở về máy bơm 1, và quá trình lặp lại. Thiết bị để đo các thông
số gồm có: đo vòng quay 5, đo công suất 6, các áp kế 14, 15 để đo cột nước .Hệ thống
kín ngoài việc tiến hành thí nghiệm năng lượng còn có khả năng thí nghiêm về khí thực
. Do vậy trong hệ thống này có trang bị thêm bơm chân không 3 để hút không khí phía
trên mặt nước bình 2.
51
- Hệ thống kín có ưu điểm là có khả năng thí nghiệm khí thực, kích thước nhỏ, tuy
nhiên hệ thống này có kết cấu phức tạp, thiết bị đo cũng phức tạp hơn hệ thống hở.
Hình 5-2. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm tirbine kín
Việc thí nghiệm năng lượng tiến hành với các độ mở a0 = const và các góc đặt
của cánh BXCT ϕ = const (đối turbine cánh quay) được tiến hành theo trình tự và nội
dung tương tự đã tiến hành đối với hệ thống hở. Ở đây chỉ trình bày cách thí nghiệm khí
thực. Nội dung của thí nghiệm khí thực trên hệ thống thí nghiệm kín nhằm vẽ được
quan hệ giữa hiệu suất η và hệ số khí thực σ ứng với các độ mở a0 (và ϕ) hằng số. Kết
quả đo được quan hệ η = f(σ) tính toán và vẽ được các đường đồng hệ số khí thực trên
đường đặc tính tổng hợp chính của turbine.
Phương pháp thí nghiệm khí thực được tiến hành trên hệ thống kín. Sau khi đã
tiến hành thí nghiệm đặc tính năng lượng thì có thể định ra các chế độ cần thiết phải tiến
hành xác định đặc tính khí thực tại các chế độ đó, cụ thể là xác định hệ số khí thực σ
của các chế độ đó. Ví dụ cần xác định hệ số σ ở chế độ A nào đó ( có a0, ϕ, HA, QA, nA,
NA) ta điều chỉnh khoá 12 trên ống áp lực để có được các thông số HA, QA, nA, NA . Sau
đó, cho bơm chân không 3 làm việc , đo áp suất trong bể hạ lưu 2 được giá trị áp suất
chân không P2 nào đó ở bể 2. Hệ số khí thực tính được theo công thức:
P2 P bh Hs
σ= − − (5-1)
γ HA γ HA γ HA
Trong (5-1): Pbh là áp suất hoá hơi ứng với nhiệt độ nước thí nghiệm; HS - chiều
cao hút của turbine thí nghiệm.
Tương ứng với trạng thái A ta cũng tính được ηA theo công thức chung:
52
- N h 102. M. ω
η= = (5-2)
100%
γ .Q . H
N
trong công thức (5-1): M = P.l (kGm); γ = 1000 kG/m3, Q (m3/s), H (m cột nước).
Như vậy ứng với mỗi giá trị của áp suất chân không P2 do máy bơm chân không tạo ra
và nhiệt độ của nước, ta có được một trị số σ tính theo công thức (5-1) và η theo công
thức (5-2). Giữ nguyên chế độ A, thay đổi chân không P2 bằng cách thay đổi chế độ làm
việc của máy bơm chân không 3, ta có một loạt các cặp quan hệ giữa η và σ. lập quan
hệ η = f(σ) ứng với a0.
Hiện tượng khí thực sẽ xảy ra khi lưu lượng, cột nứơc và áp suất giảm mạnh,
kéo theo sự rung động máy và tiếng ồn. Trên thiết bị đo ta có thẻ xác định được các giá
trị này. Căn cứ vào đồ thị (hình 5-2,b) để xác định hệ số khí thực tới hạn σKP (điểm k) ở
chế độ A. Thay đổi chế độ khác, theo các quy trình trên lặp lại. Thí nghiệm khí thực đòi
hỏi mât nhiều công sức và kinh nghiệm mới bảo đảm chính xác.
V. 2. ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA TURBINE
Đường biểu thị quan hệ giữa các thông số của turbine gọi là đường đặc tính của
turbine. Có hai loại đường đặc tính: đặc tính đơn và đặc tinh tổng hợp. Các đường đặc
tính đơn biểu thị quan hệ giữa các cặp hai thông số một; các đường đặc tính tổng hợp
biểu thị quan hệ giữa nhiều thông số của turbine.
V. 2. 1. Đường đặc tính đơn
Từ kết quả thí nghiệm, sau khi xác định được c thông số ở các chế độ khác nhau
ta có thể thiết lập quan hệ giữa các cặp thông số, còn các thông số khác là hằng số. Có
ba loại đường đặc tính đơn: đặc tính công tác, đặc tính vòng quay, đặc tính cột nước.
1. Đường đặc tính công tác
Các đường đặc tính công tác nàu biểu thị các quan hệ: η, Q, a0 = f(N), hoặc các
quan hệ N, η, a0 = f(Q), hoặc quan hệ Q, η, N = f(a0), trong điều kiện: n = const và cột
nước H = const (hình 5-3). Các quan hệ này biểu thị các thông số ở dạng không thứ
nguyên tính theo phần trăm.
Qua các đường trên cho phép ta có những nhận xét cần thiết đối với turbine:
- Trên đường đặc tính công tác công suất (hình a): khi η = 0 và N = 0 thì Q và a0
vẫn khác không, vì rằng muốn phát ra được một công suất hửu ích nào đó thì cần phải
có một lưu lượng không tải tương ứng với độ mở nhỏ nhất nào đó đê khắc phục các tổn
thất nhất định trong turbine. Mặt khác ta thấy hiệu suất lớn nhất không ứng với công
suất lớn nhất, mà ứng với một giá trị công suất nhỏ hơn công suất lớn nhất.
- Trên hai đường đặc tính lưu lượng và độ mở (hình b,c) ta thấy hiệu suất và
công suất hữu ích bằng không ứng với Q và a0 luôn nhỏ hơn 100%.
Trong các đường đặc tính công tác người ta hay dùng dạng riêng biểu thị quan
hệ
53
- Hình 5-3. Các đường đặc tính công tác cuả turbine
giữa hiệu suất và công suất của các loại turbine khác nhau ( hình 5-4), nhằm so sánh đặc
tính hiệu suất giữa các turbine. Qua đường này ta có nhận xét:
Hình 5-4. Đường đặc tính công tác của các loại turbine
- Turbine gáo có hiệu suất ηmax nhỏ nhất, nhưng đường đặc tính thoải nên có vùng
làm việc với hiệu suât cao được nới rộng;
- Hiệu suất ηmax cuả turbine tâm trục và turbine cánh quạt lớn nhất trong các loại
turbine. Tuy vậy nhưng đường này của turbine tâm trục tương đối dốc nên vùng làm
việc có hiệu suất cao bị giảm, còn đường của turbine cánh quạt thì rất dốc nên vùng làm
việc với hiệu suất cao bị thu hẹp nhiều;
- Turbine cánh quay có đường đặc tính công tác thoải hiệu suất cao lớn, do vậy có
vùng làm việc với hiệu suát cao mở rộng hơn cả. Sở dĩ có được tính ưu việt này là nhờ
cánh xoay được để đưa trạng thái làm việc về gần trạng thái thiết kế.
2. Đường đặc tính vòng quay
Đường đặc tính vòng quay biểu thị các thông số Q, N, η theo vòng quay n khi
đường kính D1, H, a0 không đổi (hình 5-5,a). Từ đường này ta thấy hiệu suất cao không
trùng với N và Q lớn nhất. Khi n tăng thì các thông số sẽ thay đổi.
54
- l/s
Hình 5-5. Các đường đặc tính vòng quay và đặc tính cột nước.
3. Đường đặc tính cột nước
Đường đặc tính này biểu thị quan hệ giữa các thong số Q, N, η của turbine theo
cột nước H. Cột nước của turbine luôn thay đổi trong quá trình vận hành. Trên đồ thị ta
thấy: ứng với η = 0 và N = 0 thì cần có cột áp nào đó đặc trưng cho tổn thất thuỷ lực ở
chế độ không tải. Nhìn chung khi H tăng thì công suất turbine tăng, nhưng hiệu suất cao
nhất lại đạt được ở một giá trị cột nước nào đó ứng với độ mở a0 khác nhau. Còn lưu
lượng Q thì tăng cùng với H tăng (hình 5-5,b).
V. 2. 2. Đường đặc tính tổng hợp
Các đường đặc tính đơn đã nghiên cứu ở trên chỉ mới biểu thị được quan hệ giữa
từng cặp thông số trong khi những thông số coi như không thay đổi, điều này khác với
thực tế vận hành của turbine là các thông số đồng thời tham gia vận hành và thay đổi.
Vì vậy cần có đường đặc tính biểu thị các thông cùng tham gia vận hành. Đường đặc
tính như vậy gọi là đường đặc tính tổng hợp. Có hai loại đường đặc tónh tổng hợp là:
Đường đặc tính tổng hợp chính và Đường đặc tính tổng hợp vận hành.
1. Đường đặc tính tổng hợp chính
Đường đặc tính tổng hợp chính được lập ra từ thí nghiệm mô hình của một
turbine mẫu đại diện cho một kiểu turbine, từ kết quả thí nghiệm mô hình , sử dụng
các công thức tương tự và quy dẫn tính toán vẽ ra cho một turbine có đường kính D1 =
1m, làm việc với cột nước H = 1m. Do vậy đường này dùng cho mọi turbine có kích
thước khác nhau nhưng cùng một kiểu .Đường đặc tính tổng hợp chủ yếu biểu diễn các
55
- thông số turbine thông qua hai biến là vòng quay quy dẫn n1’ và lưu lượng quy dẫn Q1’,
nó gồm các họ đường sau (hình 5-6):
Hình 5-6. Các đường đặc tính tổng hợp chính
- Họ các đường đồng hiệu suất η= f (n1’, Q1’) ;
- Họ các đường đồng độ mở cánh hướng dòng a0 = f (n1’, Q1’) ;
- Họ các đường đồng hệ số khí thực σ = f (n1’, Q1’) ;
- Đường hạn chế 5% công suất (chỉ có ở turbine tâm trục và cánh quạt, hình 5-6,a) ;
- Họ các đường đồng góc đặt cánh ϕ = f (n1’, Q1’) dùng đối với turbine cánh quay
(xem hình 5-6,c).
- Từ đường đặc tính của TB gáo (hình 5-6,b), ta thấy các đường đồng độ mở a0 được
thay thế bởi các đường đồng hành trình van kim trong vòi phun s = f (n1’, Q1’) .
Các đường đồng hiệu suất của turbine cánh quạt rất dốc, nghĩa là vùng làm việc
với hiệu suất cao rất hẹp. Ngược lại, ở turbine cánh quay và turbine gáo thì các đường
đồng hiệu suất thoãi, do vậy vùng làm việc với hiệu suất cao của những loại turbine này
56
- được mở rộng. Từ đó thấy rằng không nên cho turbine cánh quạt đảm nhận phần phụ tải
thay đổi nhiều, vì với chế độ làm việc đó turbine cánh quạt làm việc với hiệu suất thấp.
Các đường đồng hệ số khí thực σ của turbine cánh quay có trị số lớn hơn nhiều
so với turbine tâm trục, do vậy vấn đề khí thực trong vận hành đối với turbine cánh
quay là vấn đề cần đặc biệt chú ý khi chọn đường kính D1 cũng như khi vận hành..
Trong hai loại turbine tâm trục và cánh quạt có thêm đường hạn chế 5% công
suất, nếu vận hành vượt quá giới hạn này hiệu suất turbine sẽ giảm thấp rất nhiều. Do
vậy trong việc chọn thông số turbine này cần chú ý đảm bảo yêu cầu đó.
Đường đặc tính tổng hợp chính là đặc tính mô hình của một kiểu turbine, nó
đánh giá khả năng làm việc và chất lượng của turbine mô hình. Nó là tài liệu gốc để
chọn chế độ làm việc ch turbine thực
2. Đường đặc tính tổng hợp vận hành
Đường đặc tính tổng hợp vận hành là đường đặc tính của của một turbine cụ thể
có đường kính D1 và vòng quay n đã biết. Đường đặc tính này được xây dựng trong hệ
trục toạ độ cột nước H và công suất N, nó biểu diễn các đường sau (hình 5-7,a):
- Họ các đường đồng hiệu suất η= f (N, H);
- Họ các đường đồng độ cao hút nước Hs = f (N, H);
- Họ các đường hạn chế công suất turbine và máy phát .
Trên đường đặc tính tổng hợp vận hành ta thấy: điểm A là giao của hai đường hạn chế
Hình 5-7. Đường đặc tính tổng hợp vận hành.
công suất của turbine và máy phát, điểm này tương ứng với cột nước Htk. Ta thấy rằng
khi cột nước nhỏ hơn cột nước thiết kế Htk thì không thể phát ra được công suất định
mức (thể hiện công suất chịu cản do thiếu cột nước), chỉ có làm việc với cột nước H ≥
Htk thì mới có thể phát được công suất định mức. Đường đặc tính tổng hợp vận hành
57
- giúp ch người vận hành xác định các chế độ làm việc của turbine, xác định các thông số
tại các chế độ làm việc, cho phép xác định khả năng phát ra công suất turbine.
Đường đặc tính tổng hợp vận hành còn biểu thị ở dạng toạ độ H ~ Q (hình 5-7,b) .
V. 2. 3. Đường đặc tính của nhóm tổ máy
Trong thực tế vận hành TTĐ không chỉ có một turbine làm việc mà có nhiều tổ
máy (turbine + máy phát) cùng làm việc, do vậy phải xây dựng đường đặc tính tổng hợp
vận hành cho nhiều tổ máy. Khi đó các đường đồng hiệu suất phải tổ hợp các đường
hiệu suất turbine, hiệu suất máy phát để được các đường đồng hiệu suất của một tổ máy.
Sau đó xây dựng đường đồng hiệu suất của nhóm tổ máy. Dưới đây là ví dụ về đường
đặc tính công tác (η = f(N) của ba tổ máy (hình 5-8,a) và đường tổng hợp vận hành của
trạm có 3 tổ máy (hình 5-8,b).
1. Đường đặc tính công tác của nhóm tổ máy
Đường đặc tính công tác của 1 tổ máy biểu thị quan hệ giữa hiệu suất và công
suất của tổ máy η1m = f (N) (đường I). Để vẽ đường quan hệ η2m = f (N) của hai tổ máy
giống nhau ta định ra các tung độ η còn hoành độ N xác định bằng cách lấy hoành độ
một tổ máy nhân với 2 ( đường II).Với 3 tổ máy giống nhau nhân hoành độ một máy với
3 (đường III). Với nhóm n tổ máy ta cũng vẽ theo cách trên.
Hình 5-8,a là là đường đặc tính công tác của nhóm có ba tổ máy gióng nhau:
- Khi phụ tải yêu cầu N ≤ N1 thì cho chạy một tổ máy;
- Khi phụ tải yêu cầu N1 < N ≤ N2 tổ máy 1 và 2 cùng làm việc song song là tối ưu;
- Khi phụ tải yêu cầu N > N2 thì cả ba tổ máy cùng làm việc thì tối ưu.
Vì vậy đường đặc tính công tác của nhóm tổ máy là đường bao trên 0-1-2-3-4. Từ
đường đặc tính nhóm tổ máy ta cũng nhận ra rằng để cùng đảm nhận phụ tải thay đổi
như nhau, nếu chỉ lắp một tổ máy cho trạm thì tuy hiệu suất ηmax của nó cao hơn các
ηmax từng máy cùng nhận tải, tuy vậy vùng làm việc có hiệu suât cao của một máy hẹp
hơn, còn vùng làm việc của nhiều tổ máy sẽ cao hơn. Điều này rất có ý nghĩa đối với
trạm đảm nhận phần phụ tải thay đổi nhiều.
2. Đường đặc tính tổng hợp vận hành của nhóm tổ máy
Đường đặc tính tổng hợp vận hành của nhóm tổ máy giống nhau được xây dựng
trên cơ sở của đường đặc tính tổng hợp vận hành của một tổ máy bằng cách cho trước
một số giá trị cột nước H sẽ có được tương ứng các giá tri hiệu suất η và công suất N
của một tổ máy. Nhân các giá trị η, N đó với 2, 3, 4, ... tổ máy. Nối các điểm có cùng
hiệu suất khi TTĐ làm viẹc với 1, 2, 3, 4, ... tổ máy riêng lại với nhau bằng các đường
cong trơn, ta sẽ có đờng đặc tính tổng hợp vận hành của nhóm tổ máy (hình 5-8,b).
Đối với trạm có các turbine khác nhau thì đường đặc tính tổng hợp vận hành là
tập hợp các đường đặc tính tổng hợp vận hành của riêng từng tổ máy hay của từng
nhóm tổ máy giống nhau làm việc ở các khu vực khác nhau.
58
- Hình 5-8. đường đặc tính của nhóm tổ máy.
V. 3. XÂY DỰNG ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỔNG HỢP VẬN HÀNH
Phần V. 2. chúng ta đã biết một số đường đặc tính của turbine. Trong đó đường
đặc tính tổng hợp chính là đường gốc của một kiểu turbine, nó được vẽ ra từ thí nghiệm
mô hình, do các cơ quan thiết kế và chế tạo turbine thực hiện và cung cấp. Đối với lĩnh
vực lựa chọn và sử dụng turbine cần đi sâu hơn về hiệu quả của tính toán năng lượng có
liên quan đến turbine được chọn, do vậy chúng ta cần biết cách xây dựng đường đặc
tính tổng hợp vận hành của một turbine cụ thể. Số liệu biết trước gồm:
Cột nước làm việc từ Hmin đến Hmax, cột nước thiết kế HTK của turbine thực;
Công suất định mức của turbine và của máy phát điện;
Đường kính tiêu chuẩn của turbine thực D1;
Vòng quay đồng bộ của tổ máy n của turbine thực;
Đường đặc tính tổng hợp chính của turbine mô hình có đường đính D1M.
Sau đây là nội dung và các bước tính toán và xây dựng đường đặc tính vận hành:
1. Xây dựng các đường đồng hiệu suất η = f (N, H)
Đường kính turbine thực và mô hình khác nhau do vậy hiệu suất, vòng quay, lưu
lượng của chúng sẽ khác nhau. Do vậy trước khi tính toán vẽ đường đặc tính tổng hợp
vận hành ta phải tiến hành tính toán hiệu chỉnh các đại lượng này:
- Hiệu chỉnh hiệu suất của turbine thực theo hiệu suất turbine mô hình:
η T = η M + ∆η (5-3)
59
- Khi chế độ làm việc của turbine thay đổi thì hiệu suất cũng thay đổi, rất khó tìm ra được
độ chênh lệch hiệu suất ∆η giữa hai turbine ứng với từng chế độ làm việc. Do vậy người
ta dựa vào chế độ làm việc tối ưu của hai turbine để tính ra ∆η = ηT max - ηM max và dùng
chung cho mọi chế độ làm việc. Trong đó ηT max , ηM max xác định theo các công thức đã
cho (4-24) hoặc (4-25) ở chương IV. Nếu ∆η < 3% thì không cần hiệu chỉnh hiệu suất.
Đối với turbine cánh quay, chỉnh hiệu suất ứng với các góc đặt cánh ϕ, cũng hiệu
chỉnh ∆ηϕ theo chế độ làm việc tối ưu của hai turbine.
- Hiệu chỉnh vòng quay quy dẫn ∆n'1, cũng dựa vào chế độ làm việc tối ưu để hiệu
η max
chỉnh cho mọi chế độ làm việc: ∆ n1 = n10M ( − 1 ) và n1 = n1M + ∆n1 ; nếu
' ' ' ' '
η M max
gia số ∆n'1 ≤ 3% thì cũng không cần hiệu chỉnh vòng quay quy dẫn.
Sau khi hiệu chỉnh ta lập bảng tính quan hệ η = f (N, H) cho các loại turbine với
một số cột nước: bảng tính 5-1, bảng 5-2 như sau:
Bảng 5-1. Tính cho turbine Tâm trục và Cánh quạt.
Hmin Htk Hmax
n1 = ( n ⋅ D1) : H min n1 = ( n ⋅ D1) : H tk n1 = ( n ⋅ D1) : H max
' ' '
Hiệu chỉnh η n1M = n1 − ∆n1 n1M = n1 − ∆n1 n1M = n1 − ∆n1
' ' ' ' ' ' ' ' '
'2 '2 '2
N = 9,81η Q1 D1 H 3 /i2 N = 9,81η Q1 D1 H3/ 2 N = 9,81η Q1 D1 H3/ 2
max
tk
mn
ηM η Q'1 N Q'1 N Q'1 N
1 2 3 4 5 6 7 8
Cột 1: tra trên đường đặc tính tổng hợp chính;
Cột 2: Lấy cột 1 cộng với ∆η;
Cột 3, 5, 7: kẻ đường ngang n'1M trên đường đặc tính tổng hợp chính, gặp các
đường đồng hiệu suất ηM tương ứng sẽ tra ra Q'1;
Cột 4, 6, 8: Tính ra theo công thức tương ứng với từng cột nước.
Bảng 5-2. Tính cho turbine Cánh quay.
Hmin Htk Hmax
n1 = ( n ⋅ D1) : H min n1 = ( n ⋅ D1) : H tk n1 = ( n ⋅ D1) : H max
' ' '
n1M = n1 − ∆n1 n1M = n1 − ∆n1 n1M = n1 − ∆n1
' ' ' ' ' ' ' ' '
'2 '2 '2
N = 9,81η Q1 D1 H 3 / 2 N = 9,81η Q1 D1 H3/ 2 N = 9,81η Q1 D1 H3/ 2
max
tk
min
ηM ηM ηM
ϕ ∆η η η η
Q'1 N Q'1 N Q'1 N
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
60
- Cột 1: Tra trên đường đặc tính tổng hợp chính;
Cột 2: ∆ηϕ tính như đã trình bày nhưng lấy giao điểm với các góc ϕ, mỗi góc ϕ
có hiệu chỉnh riêng;
Cột 3,7,11: kẻ đường ngang n'1M trên đường đặc tính tổng hợp chính, gặp các
đường đồng góc đặt ϕ nội suy ra hiệu suất mẫu;
Cột 4, 8, 12: lấy cột ηM cộng với cột 2;
Cột 5, 9, 13: ứng với ηM dóng tìm Q'1;
Cột 6, 10, 14: Tính theo công thức ghi ở trên với cột nước tương ứng
Từ các số liệu đã tính ở các bảng trên (các cột 2 ~ 4, cột 2 ~ 6 và 2 ~ 8 của bảng 5-1 cho
turbine Tâm trục và Cánh quạt; các cột 4 ~ 6, 8 ~ 10, 12 ~ 14 đối với turbine Cánh
quay) vẽ ra các đường đặc tính công tác η = f (N), với mỗi cột nước sẽ có một đường
(hình 5-9,a).
- Lập hệ toạ độ H ~ N (hình 5-9,b) cùng tỷ lệ hoành độ N, đặt bên dưới hệ η ~ N;
+Trên trục H của hệ trục H ~ N kẻ các đường nằm ngang Hmim, H tk, Hmax;
+ Trên trục định ra các giá trị η và kẻ dường ngang, cắt các đường η ~ N mỗi
cột nước có hai điểm ví dụ 1~1' hay 2~ 2'; 3~3' dóng xuống gặp các đường cột nước
tương ứng (hình 5-8,b);
+ Nối các điểm cùng hiệu suất ( có hai nhánh) lại ta được đường đồng hiệu suất.
Với nhiều trị số η cho trước ta sẽ vẽ ra nhiều đường đồng hiệu suất η = f (N, H)
2. Xây dựng đường hạn chế công suất
Đường hạn chế công suất trong đường đặc tính tổng hợp vận hành có hai nhánh
do turbine và máy phát hợp thành, chúng cắt nhau tại tung độ cột nước thiết kế Htk
(điểm A) trên hình (5-9,c). Đường hạn chế công suất máy phát là đường thẳng đứng có
N TB N lm
hoành độ là N mp = = . Đường hạn chế công suất turbine có thể là cong
η mp so may
hoặc gần đúng là thẳng. Cách xây dựng đường hạn chế công suất turbine như sau:
• Xây dựng nhánh hạn chế công suất cho turbine Tâm trục và Cánh quạt dựa
vào đường hạn chế 5% công suất trên đường đặc tính tổng hợp chính của
kiểu turbine mẫu (hình 5-9,d). Đã biết điểm A ( N mp , H tk ) , cần xác định
thêm điểm B ( N B , H min ) rồi nối hai điểm A và B lại theo đường thẳng là
n D1
được. Từ n1 =
' , kẻ đường thẳng nằm ngang đến gặp đường hạn chế
H min
công suất 5% và tra được Q1 và nội suy được hiệu suất mẫu η M tương ứng,
'
tính ra hiệu suất turbine thực η = η M + ∆η và xác định ra công suất turbine
tại điểm B theo công thức đã biết. Có NB, Hmin xác định được điểm B.
•
61
- Hình 5-9. Vẽ các đường đồng hiệu suất và đường hạn chế công suất.
* Xây dựng nhánh hạn chế công suất cho turbine Cánh quay phức tạp hơn và có
hai cách tính. Ở đây trình bày cách tính của nhà máy chế tạo turbine đề nghị, cho rằng:
Khi cột nước H > Htk thì công suất turbine bị hạn chế bởi góc đặt cánh ϕmax;
Khi cột nước H ≤ Htk thì công suất turbine bị hạn chế bởi độ mở a0max .
Ta biết nhánh hạn chế công suất turbine dược xây dựng từ cột nước H ≤ Htk , do vậy ta
tính để vẽ nhánh hạn chế công suất turbine theo độ mở a0 như sau:
- Điểm A là giao của đường hạn chế công suất máy phát và Htk đã xác định dễ dàng
trên hệ toạ độ H ~ N (hình 5-10,a). Đổi toạ độ điểm A sang toạ độ n'1 ~ Q'1 trên đường
đặc tính tổng hợp chính của turbine mô hình (điểm A') bằng công thức quy dẫn:
n D1 NA
'
n1tk = và Q1A =
' suy ra Q'1A'
9,81 ⋅ η A ⋅ D1 ⋅ H 3 / 2
2
H tk tk
Đặt điểm A' (Q'1A', n'1tk ) lên hình (9-10,b) và nội suy được a0max .
- Tính toán để xác định điểm B ứng với cột nước Hmin và NB, làm các bước sau:
+ Vẽ nội suy đường đồng độ mở a0max (hình 5-10,b), đường này cắt đường ngang
n'1M ứng với cột nước Hmin tại điểm B' và nội suy ra ηB'M và Q'1, tính ra ηB
+ Tính ra N B = 9,81. η B . Q1B . D1 . H 3 / 2 . Như vậy đã xác định được điểm B;
' 2
min
+ Nối điêm A với B ta được nhánh hạn chế công suất turbine phần H ≤ H
62
- Hình 5-10. Xây dựng đường phụ trợ.
3. Xây dựng các đường đồng độ cao hút Hs
Để xây dựng đường đồng độ cao hút HS = f (N, H), ta cần vẽ các đường phụ trợ
của các cột nước trên toạ độ N ~ Q1' (hình 5-10,c) dựa trên kết quả đã tính toán ở bảng
5-1 , hoặc bảng 5-2 ơ trên. Sau đó lập bảng tính (5-3) tính dưới đây:
- Lập bảng 5-3 với các cột nước cho trước (ít nhất ba cột nước Hmin, Htk, Hmaxs);
- Trên đường đặc tính tổng hợp chính (hình 5-10,d) ứng với từng cột nước ta có n'1M,
kẻ đường ngang n'1M , đường này gặp các đường đồng hệ số khí thực σ tại các điểm, tại
đó ta nội suy ra ηM, tính ra η, đồng thời cũng tra được Q'1 tương ứng. Có Q'1 tra ra công
suất N tương ứng với cột nước trên (hình 5-10,c). Ghi số liệu trên vào các cột từ 1 - 4 và
tính các cột 5, 6 và HS = 10 - ∇/900 - kσH;
- Từ bảng 5-3 vẽ đường phụ trợ HS ~ N, mỗi cột nước có một đường (hình 5-10,e);
- Giả thiết các trị số độ cao hút HS và kẻ các đường ngang gặp các đường H , ta được
các N tương ứng và xác định điểm có cặp toạ độ N, H. Với nhiều điểm ta sẽ vẽ được các
đường đồng HS= f (N, H) trên đường đặc tính tổng hợp vận hành.
63
- Bảng 5-3. Bảng tính để xây dựng đường đồng độ cao hút
Hmin Htk Hmax
' = (n ⋅ D ): H ' = (n ⋅ D ): H n1 = ( n ⋅ D1) : H max
'
n1 n1
1 min 1 tk
n1M = n1 − ∆n1 n1M = n1 − ∆n1 n1M = n1 − ∆n1
' ' ' ' ' ' ' ' '
k = 1,05 - 1,10 k = 1,05 - 1,10 k = 1,05 - 1,10
kσH
σ Q'1 η N HS
1 2 3 4 5 6 ... ...
Từ kết quả của các tính toán như đã trình bày ở trên vẽ lên cùng toạ độ N ~ H ta
xây dựng được đường đặc tính tổng hợp vận hành cho một turbine cụ thể (hình 5-7,a).
64
nguon tai.lieu . vn
