Đường đặc tính của Turbine

VI - Âæåìng âàûc tênh cuía Turbine 1) Âæåìng âàûc tênh tuyãún: Biãøu thë quan hãû giæîa 2 thäng säú (vê duû N,Q) khi 3 thäng säú khaïc khäng âäøi (vê duû n,H,D1=const) Coï caïc loaûi sau: Âæåìng âàûc tênh cäng taïc, Âæåìng âàûc tênh voìng quay, Âæåìng âàûc tênh cäüt næåïc. + Âæåìng âàûc tênh cäng taïc: (æïng våïi chãú âäü cäng taïc cuía turbine : H,D1,n khäng âäøi) Thæåìng åí traûm thuíy âiãûn H thay âäøi ráút êt coìn D1, n laì khäng âäøi âäúi våïi 1 turbine . Caïc thäng säú Q, N, h , a0 trong quaï trçnh laìm viãûc seî âæåüc biãøu diãùn theo caïc âæåìng âàûc tênh sau: a) Âæåìng âàûc tênh cäng taïc cäng suáút (sæû thay âäøi cuía Q, h theo cäng suáút) b) Âæåìng âàûc tênh cäng taïc læu læåüng (sæû thay âäøi cuía N, h theo læu læåüng) c) Âæåìng âàûc tênh cäng taïc âäü måí (sæû thay âäøi cuía N, h theo âäü måí ) Nháûn xeït: -- Våïi 1 trë säú H nháút âënh, âãø turbine coï thãø quay khäng taíi (N=0) våïi säú voìng quay âäöng bäü ccáön phaíi coï læu læåüng Q0 nháút âënh -- Âæåìng f(N) (âæåìng âàûc tênh cäng taïc cäng suáút ) âæåüc duìng phäø biãún hån caí. -- Khi Q tàng thç N tàng, khi Q tàng quaï 1 trë säú nháút âënh thç N laûi giaím, taûo thaình moïc cáu åí cuäúi âæåìng âàûc tênh . Nguyãn nhán laì vç luïc âoï täúc âäü tàng cuía læu læåüng cháûm hån âäü giaím hiãûu suáút do täøn tháút nãn N giaím nhanh. Âãø haûn chãú vuìng laìm viãûc báút låüi naìy ngæåìi ta loaûi boí vuìng laìm viãûc cuía turbine åí pháön moïc cáu cuäúi âæåìng âàûc tênh (5 -- 3)% Nmax , ta goüi âoï laì âæåìng haûn chãú (dæû træî) cäng suáút 5%. Viãûc haûn chãú cäng suáút Turbine coìn do nhæîng nguyãn nhán : .) Khäng thãø âaím baío âæåìng âàûc tênh cuía turbine thæûc hoaìn toaìn phuì håüp våïi âæåìng âàûc tênh cuía turbine mä hçnh .) Âäü nhaûy cuía maïy âiãöu chènh tæû âäüng âäü måí åí vuìng naìy ráút keïm (muäún tàng cäng suáút phaíi tàng âäü måí ráút låïn) -- h max cuía turbine gaïo laì beï so våïi caïc turbine loaûi khaïc nhæng vuìng hiãûu suáút cao räüng (âæåìng âàûc tênh thoaíi) do âoï phaûm vi laìm viãûc låïn. -- h max cuía turbine chong choïng vaì tám truûc laì cao nháút trong caïc loaûi turbine nhæng ráút däúc, khi ns caìng nhoí thç vuìng hiãûu suáút cao caìng räüng. -- Turbine caïnh quay coï hmax låïn vaì âæåìng âàûc tênh thoaíi vç loaûi turbine naìy coï thãø thay âäøi goïc cho phuì håüp våïi nhiãöu chãú âäü laìm viãûc khaïc nhau Caïc âæåìng âàûc tênh cäng taïc coï thãø veî tæì caïc kãút quaí thê nghiãûm mä hçnh hoàûc tæì âæåìng âàûc tênh täøng håüp chênh + Âæåìng âàûc tênh voìng quay: Cho D1,H,a0 khäng âäøi, khaío saït sæû quan hãû giæîa caïc thäng säú turbine våïi säú voìng quay n Nháûn xeït -- Nmax, Qmax, h max khäng xuáút hiãûn åí cuìng 1 säú voìng quay -- Turbine tè täúc tháúp, khi n tàng thç Q giaím do aính hæåíng cuía læûc ly tám. -- Turbine tè täúc cao, khi n tàng thç Q tàng do aính hæåíng cuía læûc ly tám ráút êt. -- Turbine tè täúc trung bçnh vaì Turbine gaïo, Q khäng thay âäøi khi n tàng hay giaím. + Âæåìng âàûc tênh chênh: Trong thæûc tãú váûn haình Q (a0) luän thay âäøi âeí phuì håüp våïi nhu cáöu cuía phuû taíi. Âæåìng âàûc tênh chênh biãøu thë mäúi quan hãû giæîa caïc thäng säú Turbine våïi säú voìng quay n æïng våïi tæìng âäü måí a0 + Âæåìng âàûc tênh cäüt næåïc: Theo doîi sæû aính hæåíng cuía cäüt næåïc âãún sæû laìm viãûc cuía turbine 2) Âæåìng âàûc tênh täøng håüp: Trong thæûc tãú váûn haình turbine thæåìng coï nhiãöu thäng säú âäöng thåìi thay âäøi nãn phaíi coï âæåìng âàûc tênh täøng håüp biãøu thë täøng håüp tênh cháút laìm viãûc cuía Turbine + Âæåìng âàûc tênh täøng håüp chênh: (Âæåìng âäöìng hiãûu suáút) Cho D1,H khäng âäøi, khaío saït quan hãû h =f(Q,n) h =f(N,n) n,Q,N thæåìng tênh âäøi thaình caïc âaûi læåüng qui dáùn nI1, QI1, NI1(æïng våïi D1=1m, H=1m) Âæåìng âàûc tênh täøng håüp chênh thæåìng coï ghi roî kêch thæåïc cuía máùu thê nghiãûm + Âæåìng âàûc tênh täøng håüp váûn haình: Âæåìng âàûc tênh täøng håüp chênh biãøu thë âàûc tênh cuía turbine coï D1=1m vaì H=1m. Trong thæûc tãú turbine tham gia váûn haình trong traûm thuíy âiãûn laûi coï âæåìng kênh baïnh cäng taïc vaì cäüt næåïc khaïc våïi âiãöu kiãûn trãn. Hån næîa turbine buäüc phaíi laìm viãûc våïi n=const nhæng Q,N vaì H laûi luän thay âäøi. Do âoï âãøí tçm hiãøu quan hãû giæîa caïc thäng säú âàûc tênh cuía turbine trong váûn haình ngæåìi ta duìng âæåìng âàûc tênh täøng håüp váûn haình. Âæåìng âàûc tênh täøng håüp váûn haình biãøu thë mäúi quan hãû giæîa H vaì N (hoàûc Q) våïi h vaì goüi laì âæåìng âàûc tênh cäüt næåïc- cäng suáút (hoàûc âæåìng âàûc tênh cäüt næåïc- læu læåüng ), tæïc laì mäúi quan hãû h =f(N,H) hoàûc h=f(Q,H) khi D1 vaì n khäng âäøi Thæûc tãú âáy laì mäüt hoü âæåìng cong âäöng hiãûu suáút h âæåüc veî trong hãû toüa âäü (N,H) hoàûc (Q,H). Ngoaìi caïc âæåìng âäöng hiãûu suáút coìn coï caïc âæåìng âäöng hãû säú khê thæûc s, caïc âæåìng âäöng âäü måí a, âæåìng haûn chãú cäng suáút cuía turbine vaì âæåìng haûn chãú cäng suáút låïn nháút cuía maïy phaït. VII - Choün Turbine phaín kêch: 1) Hãû loaûi Turbine phaín kêch: a) Nhaîn hiãûu Turbine : Chong choïng CC Pr (Propeller) Caïnh quay CQ K (Kaplan) Tám truûc T T F (Francis) Gaïo G P (Pelton) Tia nghiãng N T (Turgo) Xung kêch 2 láön X2 B (Banki) 4-4 - Turbine xung kêch:  I Cáúu taûo, phán loaûi: Nguyãn tàõc laìm viãûc cuía turbine xung kêch vaì phaín kêch khaïc nhau, do âoï cáúu taûo pháön dáùn doìng cuía chuïng cuîng khaïc nhau. Guäng næåïc laì kiãøu turbine xung kêch âån så nháút. Kãút cáúu cuía turbine xung kêch gäöm 2 bäü pháûn chênh: muîi phun vaì baïnh cäng taïc. Muîi phun coï 3 taïc duûng: -- Biãún thãú nàng cuía doìng chaíy thaình âäüng nàng bàòng caïch taûo doìng tia coï váûn täúc låïn. -- Hæåïng doìng tia âáûp vaìo caïnh dáùn cuía baïnh cäng taïc.  -- Âiãöu chènh læu læåüng cháút loíng vaìo Turbine. Våïi cuìng 1 cäng suáút vaì cäüt aïp thç Turbine xung kêch coï kêch thæåïc låïn hån vaì säú voìng quay nhoí hån, Do âoï duìng Turbine xung kêch khi coï læu læåüng nhoí, cäüt aïp låïn thç måïi kinh tãú. Âãø baïnh cäng taïc khi quay khäng bë caín vç ngáûp næåïc vaì âãø âån giaín kãút cáúu caïc bäü pháûn loït kên, Turbine xung kêch phaíi âàût cao hån mæïc næåïc haû læu do âoï khäng sæí duûng hãút cäüt næåïc cuía traûm Theo kãút cáúu vaì phaûm vi sæí duûng Turbine xung kêch chia laìm ba loaûi ; -- Turbine xung kêch 2 láön. -- Turbine phun nghiãng  -- Turbine gaïo. II Turbine gaïo: 1) Cáúu taûo - Phán loaûi: Turbine gaïo låïn coï phaûm vi sæí duûng cäüt næåïc tæì 300 - 2000 m;Turbine gaïo nhoí coï phaûm vi sæí duûng cäüt næåïc tæì 40 - 250 m;Truûc Turbine coï thãø laì truûc âæïng hoàûc ngang. Næåïc tæì thæåüng læu theo äöng dáùn, âi qua cæía van räöi vaìo voìi phun, sau khi ra khoíi voìi phun doìng næåïc âæåüc âæa vaìo baïnh cäng taïc, råi xuäúng buäöng thoaït vaì theo kãnh thoaït xuäúng haû læu. Voìi phun coï nhiãûm vuû biãún toaìn bäü nàng læåüng næåïc thaình âäüng nàng træåïc khi âi vaìo baïnh cäng taïc vaì diãöu chènh læu læåüng âi vaìo Turbine. Voìi phun gäöm coï thán voìi vaì van kim âiãöu chènh. Hçnh daïng miãûng voìi vaì van kim phaíi thuáûn doìng âãø täøn tháút thuíy læûc laì beï nháút. Âiãöu chènh læu læåüng bàòng caïch âiãöu chènh van kim tënh tiãún, tæïc laì laìm thay âäøi tiãút diãûn ra cuía miãûng voìi. ÅÍ traûm thuíy âiãûn cäüt næåïc cao, âæoìng dáùn næåïc daìi, nãúu âoïng nhanh van kim seî laìm tàng aïp læûc åí cuäúi âæåìng äúng : hiãûn tæåüng næåïc va. Vç váûy khi coï sæû cäú phaíi âoïng maïy phaït, âãø loaûi træì khaí nàng xaíy ra næåïc va, ngæåìi ta phaíi duìng cå cáúu càõt doìng âãø hæåïng toaìn bäü hay mäüt pháön tia næåïc vãö phêa khaïc khäng cho taïc duûng vaìo baïnh cäng taïc, khi âoï turbine seî ngæìng laìm viãûc hay giaím cäng suáút. Sau âoï van kim åí voìi phun tæì tæì âoïng laûi khäng gáy næåïc va. Baïnh cäng taïc cuía Turbine gaïo gäöm 1 âéa troìn, pháön giæîa laì mayå làõp trãn truûc, pháön ngoaìi gàõn caïc baín caïnh màût cong hçnh gaïo phán bäú âãöu trãn chu vi. So våïi Turbine phaín kêch thç hiãûu suáút cuía Turbine gaïo tháúp hån, hmax = 92,5%, nhæng coï âæåìng âàûc tênh cäng taïc thoaíi hån, màût khaïc cháút læåüng khê thæûc cuía Turbine gaïo täút hån Turbine phaín kêch do âoï Turbine gaïo daình pháön laìm viãûc åí vuìng cäüt næåïc cao nháút. 2) Caïc thäng säú qui dáùn âàûc træng: a) Cäüt næåïc laìmviãûc: H = E1 - E2 E1 : láúy taûi tiãút diãûn vaìo cuía voìi phun.E2 : láúy taûi âiãøm doìng næåïc råìi khoíi baïnh cäng taïc (coi v2 @ 0)Vç âiãøm råìi caïnh luän luän thay âäøi nãn cao trçnh cuía Turbine âæåüc láúy nhæ sau: -- Turbine gaïo truûc âæïng : âoï laì cao trçnh màût phàóng nàòm ngang âi qua giæîa baïnh cäng taïc . -- Turbine truûc ngang: giao âiãøm cuía truûc tia næåïc vaì baïnh cäng taïc træûc giao våïi tia næåïc.Cas coï nhiãöu voìi phun, sæû xaïc âënh cäüt næåïc Turbine cáön phaíi tênh âãún sæû phán phäúi læu læåüng næåïc giæîa caïc voìi phun.  b) Nàng læåüng täøn tháút -- Hiãûu suáút Täøn tháút bao gäöm täøn tháút váûn täúc åí voìi phun, täøn tháút váûn täúc åí meïp ra, täøn tháút cå khê vaì caïc loaûi täøn tháút khaïc. Täøn tháút váûn täúc åí voìi phun tênh bàòng caïch âæa vaìo hãû säú j (j=0,97--0,985) Täøn tháút váûn täúc åí meïp ra do cháút loíng khi råìi baïnh cäng taïc coï mang theo 1 váûn täúc naìo âoï.So våïi Turbine phaín kêch thç hiãûu suáút cuía Turbine gaïo tháúp hån, noï phuû thuäüc vaìo hãû säú tè täúc ns (tênh cho 1 voìi phun), vaìo phuû taíi vaì vaìo âæåìng kênh tia næåïc ra khoíi voìi phun.  c) Säú voìng quay qui dáùn: Ta coï sæû liãn hãû giæîa váûn täúc quay cuía Turbine coï âæåìng kênh D1 vaì säú voìng quay n: y : hãû säú váûn täúc cuía caïnh  R: khoaíng caïch tæì truûc âãún tia næåïc phun vaìo ro: baïn kênh tia næåïc  d) Læu læåüng qui dáùn: Læu læåüng Q1 âi qua 1 voìi phun laì: do : âæåìng kênh tia næåïcvo : váûn täúc trung bçnh cuía tia næåïcGoüi Zo laì säú voìi phunLæu læåüng âi qua Turbine laì: Læu læåüng qui dáùn: e) Cäng suáút quy dáùn:  f) Hãû säú tè täúc: 3) Choün caïc thäng säú cå baín cuía Turbine gaïo: Láön læåüt xaïc âënh caïc váún âãö sau: -- Så âäö kãút cáúu Turbine  -- Säú voìng quay -- Säú voìi phun  -- Âæåìng kênh baïnh cäng taïc  -- Âæåìng kênh voìi phun  +Âáöu tiãn cho træåïc säú læåüng täø maïy m, cäng suáút låïn nháút cuía 1 Turbine seî laì  + Læu læåüng låïn nháút âi qua Turbine : h láúy så bäü laì 87%H láúy tæì taìi liãûu thuíy vàn + Âæåìng kênh tia næåïc æïng våïi læu læåüng max laì  + Säú voìi phun âæåüc choün liãn quan âãún så âäö kãút cáúu: Turbine gaïo truûc ngang: 1 -- 2 voìi phun/ 1 baïnh cäng taïc 1 -- 2 baïnh cäng taïc / 1 truûc Turbine gaïo truûc âæïng : 1 baïnh cäng taïc / 1 truûc 1 -- 6 voìi phun + Âæåìng kênh baïnh cäng taïc : Vãö phæång diãûn nàng læåüng tè lãû coï låüi nháút laì: D1 / do = (10 -- 18) + Säú voìng quay qui dáùn coï låüi nháút laì (37 -- 39)voìng/phuït + Säú voìng quay cuía Turbine  Chuï yï:  -- Säú læåüng voìi phun caìng låïn vaì D1 / do caìng beï thç âæåìng kênh baïnh cäng taïc caìng beï. Nhæng Zo caìng tàng thç kãút cáúu dáùn næåïc seî ráút phæïc taûp nãn chi phê seî tàng. Vç váûy våïi Turbine coï cäng suáút dæåïi (15 -- 20)Mw thæåìng coï säú voìi phun bàòng 1 -- Zo tàng vaì D1 / do caìng beï thç n caìng låïn do âoï troüng læåüng, giaï thaình maïy phaït caìng giaím Dæûa vaìo nI1 tênh toaïn âaî choün vaì säú voìng quay âäöng bäü n ta hiãûu chènh laûi âæåìng kênh turbine vaì læu læåüng qui dáùn : Træoïc âáy læu læåüng Q xaïc âënh theo h så bäü = 0,87; báy giåì dæûa vaìo âàûc tênh täøng håüp chênh cho trë säú h chênh xaïc, ta xaïc âënh laûi Q: Sau âoï ta hiãûu chènh laûi doÂæåìng kênh ra cuía voìi phun  d= (1,2 -- 1,25)do Hçnh daïng vaì kêch thæåïc voìi phun vaì van kim láúy theo máùu (phuû thuäüc d)  III - Turbine xung kêch 2 láön: Laìm viãûc våïi  H = (6 -- 150) m ns = (40 -- 110) v/ph h = (80 -- 85) %Turbine xung kêch 2 láön coï kãút cáúu âån giaín, âæåüc sæí duûng räüng raîi åí traûm thuíy âiãûn læu læåüng beï, cäüt næåïc cao. Truûc Turbine thæåìng nàòm ngang. Turbine coï voìi phun tiãút diãûn chæî nháût, voìi coï cå cáúu âiãöu chènh læu læåüng bàòng caïch duìng van laìm thay âäøi tiãút diãûn ra cuía voìi. Baïnh cäng taïc gäöm caïc caïnh cong gàõn giæîa caïc âéa, truûc Turbine gàõn våïi caïc âéa bàòng then. Doìng næåïc taïc duûng vaìo caïnh láön thæï nháút,âi vaìo khoaíng träúng giæîa baïnh cäng taïc vaì taïc duûng láön thæï hai vaìo caïnh træåïc khi ra ngoaìi. Trong Turbine xung kêch 2 láön, voìi phun vaì baïnh cäng taïc laì 2 bäü pháûn cå baín, hçnh daûng, kêch thæåïc cuía chuïng aính hæåíng âãún säú voìng quay vaì hiãûu suáút cuía Turbine. -- Baïnh cäng taïc: Ta âënh nghéa: Âæåìng kênh ngoaìi D1: âæåìng kênh voìng troìn qua caïc meïp ngoaìi caïc caïnh. Âæåìng kênh trong D2 : âæåìng kênh voìng troìn qua caïc meïp trong caïc caïnh. Chiãöu räüng B: Khoaíng caïch giæîa 2 âéa. Säú læåüng caïnh Z. Hçnh daûng caïnh: phuû thuäüc thiãút kãú.Ta coï cäng thæïc tênh váûn täúc quay: Âiãöu kiãûn coï låüi nháút laì láúy y = 0,5, tæïc laì  Goüi H laì cäüt næåïc kãø tæì tám tiãút diãûn ra cuía voìi phun, thay u vaìo cäng thæïc tênh D1, ta coï: Læu læåüng qua voìi phun coï bãö räüng b, cao d laì thay b = 0,8 B d = 0,125 D1 Nháûn xeït: -- Q phuû thuäüc vaìo BD1 do âoï coï thãø giaím D1 maì khäng aính hæåíng âãún Q bàòng caïch tàng B. Qui âënh B=(0,5 -- 2,5) D1 -- Màût khaïc D1 tè lãû nghëch våïi n , maì n liãn hãû våïi säú voìng quay cuía maïy phaït do âoï phaíi âàût liãn hãû giæîa n vaì B âãø xaïc âënh B, D1 vaì n coï låüi nháút. -- D2=(0,53 -- 0,68) D1 -- N = 9,81 hQH -- h phuû thuäüc säú læåüng caïnh Z, (säú læåüng caïnh caìng nhiãöu, viãûc gia cäng caìng khoï khàn). Z = 12 h = 0,6 Z = 20 h = 0,81  Z = 48 h = 0,87 Thæåìng ta choün: Z = 24 h = 0,82