Giáo trình tuabin thuỷ lực

GIÁO TRÌNH
TUABIN THUỶ LỰC


MỤC LỤC
CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG GIÁO TRÌNH...............................................................................6
CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TUABIN THỦY LỰC ..........................................................7
1.1 Tuabin nước và sự phát triển của nó .................................................................................. 7
1.2 Phân loại tuabin ............................................................................................................. 9
1.2.1. Tuabin phản kích ................................................................................................ 10
1.2.2. Tuabin xung kích ................................................................................................ 11
1.3 Khái quát về cấu tạo tuabin ............................................................................................ 12
1.3.1. Cấu tạo của tuabin phản kích ............................................................................... 13
1.3.2. Cấu tạo của tuabin gáo ........................................................................................ 24
1.4 Các bộ phận phụ của tuabin ........................................................................................... 25
1.4.1. Van phá chân không ........................................................................................... 25
1.4.2. Van xả không tải (van xả bỏ) ................................................................................ 26
1.4.3. Van tuabin ......................................................................................................... 27
1.5 Câu hỏi chương 1 ......................................................................................................... 28
CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA TUABIN ......................................................................29
2.1. Khái niệm về chuyển động tương đối và tuyệt đối, hình tam giác tốc độ. .......................... 29
2.2. Phương trình cơ bản của tuabin ................................................................................... 30
2.3. Dịng chảy trong tuabin xung kích ................................................................................ 32
2.3.1. Tam giác tốc độ cửa vào và cửa ra BXCT ............................................................... 32
2.3.2. Phương trình cơ bản của tuabin gáo...................................................................... 33
2.4. Sự tổn thất năng lượng và hiệu suất của tuabin ............................................................. 34
2.4.1. Tổn thất dung tích (ΔQ) ....................................................................................... 34
2.4.2. Tổn thất thủy lực (ΔH) ......................................................................................... 34
2.4.3. Tổn thất cơ khí ................................................................................................... 34
2.5. Điều kiện hiệu suất cao của tuabin ............................................................................... 35
2.4.1. Chảy vào không va .............................................................................................. 35

2.4.2. Chảy ra thẳng góc (hình 2.6) ................................................................................ 36
2.6. Sự điều chỉnh lưu lượng .............................................................................................. 38
2.7. Câu hỏi chương 2 ....................................................................................................... 40
CHƯƠNG 3: THUYẾT TƯƠNG TỰ VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG.............................................................41
QUY DẪN CỦA TUABIN ....................................................................................................................41
3.1. Khái niệm cơ bản ....................................................................................................... 41
3.2. Các điều kiện tương tự ................................................................................................ 41
3.2.1. Tương tự về hình học .......................................................................................... 41
3.2.2. Tương tự về động học .......................................................................................... 41
3.2.3. Tương tự về động lực học..................................................................................... 42
3.3. Các hệ số vận tốc dòng chảy trong BXCT ..................................................................... 43
3.4. Tương quan giữa số vịng quay, lưu lượng và cơng suất của hai tuabin cùng kiểu làm việc với
chế độ cùng góc .......................................................................................................... 44
3.4.1. Quan hệ về số vòng quay ...................................................................................... 44
3.4.2. Quan hệ về số lưu lượng ...................................................................................... 44
3.4.3. Quan hệ về cột nước tuabin .................................................................................. 44
3.4.4. Quan hệ về công suất .......................................................................................... 45
3.5. Các đại lượng quy dẫn ................................................................................................ 45
3.5.1. Khái niệm chung ................................................................................................ 45
3.5.2. Các đặc trưng quy dẫn của tuabin ......................................................................... 45
3.5.3. Quan hệ giữa các đại lượng quy dẫn với dạng cánh BXCT và chế độ làm việc của nó .. 46


3.5.4. Sự liên hệ giữa các đại lượng quy dẫn của các tuabin cùng kiểu có hiệu suất khác nhau.

47
3.6. Số vòng quay đặc trưng của tuabin (tỷ tốc ns của tuabin)................................................ 48
3.7. Hiệu suất của hai tuabin tương tự về hình học (cùng kiểu).............................................. 49
3.8. Câu hỏi chương 3: ...................................................................................................... 51
CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ DẪN NƯỚC VÀ THÁO NƯỚC CỦA TUABIN PHẢN KÍCH....................52

4.1. Phân loại, tác dụng và cấu tạo của buồng tuabin............................................................ 52
4.1.1. Tác dụng và phân loại ......................................................................................... 52
4.1.2. Các kiểu buồng tuabin và phạm vi ứng dụng .......................................................... 52
4.1.3. Các thông số cơ bản của buồng xoắn ..................................................................... 54
4.2. Ảnh hưởng của buồng xoắn đến đặc tính tuabin ............................................................ 57
4.2.1. Các loại tổn thất.................................................................................................. 57
4.2.2. Phương pháp tính tốn thủy lực. ........................................................................... 58
4.3. Lựa chọn kích thước buồng tuabin cỡ nhỏ .................................................................... 60
4.3.1. Buồng hở chữ nhật dùng cho tuabin trục đứng (hình 4.5) ........................................ 60
4.3.2. Buồng hở chữ nhật dùng cho tuabin trục ngang (hình 4.6)....................................... 60
4.4. Stato tuabin ............................................................................................................... 64
4.5. Công dụng của ống hút ............................................................................................... 66
4.5.1. Tuabin khơng có ống hút (hình 4.5a). .................................................................... 67
4.5.2. Tuabin có ống hút hình trụ (hình 4.5b). ................................................................. 67
4.5.3. Tuabin có ống hút hình nón cụt (hình 4.5c). ........................................................... 68
4.6. Tổn thất năng lượng của ống hút ................................................................................. 70
4.6.1. Tổn thất thủy lực bên trong ống hút ...................................................................... 70
4.6.2. Tổn thất động năng ở cửa ra ống hút ..................................................................... 71
4.6.3. Hệ số thu hồi động năng của ống hút .................................................................... 72
4.7. Các kiểu ống hút thường dùng ..................................................................................... 74
4.7.1. Ống hút chóp...................................................................................................... 74
4.7.2. Ống hút cong...................................................................................................... 79
4.8. Câu hỏi chương 4 ....................................................................................................... 83
CHƯƠNG 5: KHÍ THỰC VÀ CHIỀU CAO HÚT CỦA TUABIN ......................................................84
5.1. Hiện tượng khí thực và tác hại của nó........................................................................... 84
5.1.1. Ngun nhân hình thành của hiện tượng khí thực .................................................. 84
5.1.2. Loại khí thực ...................................................................................................... 85
5.1.3. Tác hại của khí thực ............................................................................................ 86
5.2. Hệ số khí thực ............................................................................................................ 87
5.3. Xác định chiều cao hút và cao trình lắp đặt tuabin của trạm thủy điện ............................ 88

5.4. Các biện pháp phịng chống khí thực ............................................................................ 91
5.5. Phương pháp thí nghiệm khí thực ................................................................................ 92
5.6. Câu hỏi chương 5: ...................................................................................................... 93
CHƯƠNG 6: THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH VÀ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TUABIN .....................................94
6.1. Ý nghĩa và nhiệm vụ của thí nghiệm mơ hình ................................................................ 94
6.2. Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm .......................................................................................... 94
6.3. Đường đặc tính tuabin ................................................................................................ 97
6.3.1. Đường đặc tính tuyến tính.................................................................................... 98
6.3.2. Đường đặc tính tổng hợp ..................................................................................... 98
6.4. Quan hệ giữa đường đặc tính thường dùng với loại tuabin............................................ 102
6.4.1. Đường đặc tính tổng hợp chính .......................................................................... 102
6.4.2. Đường đặc tính cơng tác ................................................................................... 102
6.4.3. Đường đặc tính tổng hợp vận hành ..................................................................... 103


6.5. Xây dựng đường đặc tính tổng hợp vận hành của tuabin đã chọn ................................. 104
6.5.1. Tính đổi đường quan hệ hiệu suất. ...................................................................... 104
6.5.2. Tính đổi đường hạn chế công suất....................................................................... 107
6.5.3. Vẽ đường đồng chiều cao hút Hs. ........................................................................ 109
6.6. Các đường đặc tính của trạm thủy điện ...................................................................... 109
6.7. Câu hỏi chương 6 ..................................................................................................... 124
CHƯƠNG 7 CHỌN KIỂU LOẠI VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TUABIN ..........................125
7.1. Vấn đề tiêu chuẩn hóa tuabin .................................................................................... 125
7.2. Phạm vi sử dụng cột nước của các loại tuabin thường dùng hiện nay ............................. 128
7.3. Chọn tuabin theo đường đặc tính tổng hợp chính (ĐĐTTHC). ...................................... 129
7.3.1. Chọn hệ tuabin và kiểu BXCT ............................................................................ 130
7.3.2. Xác định các thông số cơ bản của tuabin.............................................................. 131
7.3.3. Số vòng quay lồng ............................................................................................. 134
7.3.4. Lực dọc trục ..................................................................................................... 134
7.3.5. Buồng tuabin ................................................................................................... 134

7.3.6. Ống hút ........................................................................................................... 134
7.4. Chọn tuabin theo biểu đồ sản phẩm ........................................................................... 134
7.5. Lựa chọn các thông số cơ bản của tuabin gáo .............................................................. 135
7.4.1. Các thông số thủy lực cơ bản của tuabin gáo. ....................................................... 135
7.4.2. Xác định các thơng số cơ bản của tuabin gáo. ....................................................... 137
7.6. Ví dụ về chọn tuabin ................................................................................................. 138
7.7. Câu hỏi chương 7: .................................................................................................... 145
CHƯƠNG 8: ĐIỀU CHỈNH TURBIN NƯỚC ....................................................................................146
8.1. Nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh tuabin ...................................................................... 146
8.2. Cấu tạo và đặc điểm của hệ thống điều chỉnh turbin nước ............................................ 147
8.3. Các sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ turbin .............................................................. 148
8.3.1. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp..................................................... 148
8.3.2. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động gián tiếp. ................................................... 149
8.4. Sự làm việc song song của các turbin. ......................................................................... 152
8.5. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc phản hồi mềm có độ khơng đều cịn dư ............................ 155
8.5.1. Bộ phận thay đổi số vòng quay. ........................................................................... 158
8.5.2. Bộ phận hạn chế độ mở. .................................................................................... 158
8.6. Các sơ đồ nguyên lý điều chỉnh kép ............................................................................ 159
8.8.1. Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh kép của turbin cánh quay. ........................................... 159
8.8.2. Sơ đồ điều chỉnh kép ở turbin tâm trục có cột nước cao.......................................... 160
8.8.3. Sơ đồ điều chỉnh kép của turbin gáo .................................................................... 160
8.7. Thiết bị dầu có áp của máy điều tốc ............................................................................ 161
8.8. Động cơ tiếp lực........................................................................................................ 163
8.8.1. Động cơ tiếp lực để quay cánh hướng nước .......................................................... 163
8.8.2. Động cơ tiếp lực của BXCT turbun cánh quay ...................................................... 164
8.8.3. Động cơ tiếp lực của van xả không tải ................................................................. 165
8.8.4. Động cơ tiếp lực của turbin gáo. ......................................................................... 166
8.9. Lựa chọn hệ thống điều chỉnh .................................................................................... 166
8.9.1. Lựa chọn máy điều tốc ....................................................................................... 166
8.9.2. Lựa chọn thiết bị dầu áp lực (TBDAL) ................................................................. 167

8.10.
Tính tốn bảm đảm điều chỉnh tơ máy phát điện thủy lực ................................... 168
8.10.1. ......................................................... Độ tăng áp lực nước trong quá trình điều chỉnh

168


8.10.2. ........................... Nước va trong hệ thống dẫn nước có tiết diện thay đổi theo chiều dài.

171
8.10.3. ...................................... Sự thay đổi tốc độ quay của turbin trong quá trình điều chỉnh

173
8.11.
Câu hỏi chương 8: ........................................................................................... 176
CHƯƠNG 9: PHỤ LỤC.......................................................................................................................177
9.1. Máy phát điện thủy lực ............................................................................................. 177
9.1.1. Kí hiệu máy phát điện ........................................................................................ 177
9.1.2. Bảng tra các loại máy phát điện thủy lực .............................................................. 181
9.2. Tuabin thủy lực ........................................................................................................ 181
9.2.1. Trọng lượng turbin ........................................................................................... 181
9.2.2. Tính nhanh kích thước buồng xoắn .................................................................... 182
9.3. Đường đặc tính tổng hợp chính của tuabin (ĐTTTHC) ................................................ 183
9.4. Máy điều tốc ............................................................................................................ 196
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................................201


CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG GIÁO TRÌNH
Q - Lưu lượng
S - Cơng suất biểu kiến (kVA); hành trình piston động cơ tiếp lực (ĐCTL)

To - Thời gian mở cánh hướng nước
Ts - Thời gian đóng cánh hướng nước
tf - pha nước va
u - tốc độ vòng
v - Vận tốc tuyệt đối
vo - vận tốc ban đầu khi τo và H = Ho
vr - thành phần vận tốc hướng kính
vu - thành phần vận tốc tiếp tuyến
vz - thành phần vận tốc hướng trục
v3 - vận tốc cửa vào ống hút
v5 - vận tốc cửa ra ống hút
Z1 - số cánh BXCT
Zo - Số cánh hướng nước, số vòi phun của tuabin gáo
α1 - góc nước vào
α2 - góc nước ra
β - góc quay cánh BXCT; mức biến đổi số vịng quay
ϕ - góc đặt cánh BXCT; độ dày ống áp lực (δ)
ζ - độ tăng áp lực nước va; hệ số tổn thất
ζ1 - độ tăng áp lực nước va ở pha thứ nhất
ζm - độ tăng áp lực nước va ở pha cuối cùng
η - Hiệu suất
Δη - Độ hiệu chỉnh hiệu suất
ρ - hằng số đặc tính đường ống áp lực; bán kính tiết diện buồng xoắn kim loại
σ - hệ số khí thực, hằng số đặc tính đường ống áp lực
σgh - hệ số khí thực giới hạn
σct - hệ số khí thực cơng trình
τ - độ mở tương đối của tuabin
τo - độ mở tương đối ban đầu
τt - độ mở tương đối cuối cùng
ϕmax- góc bao lớn nhất của buồng xoắn

ω - vận tốc góc
W - vận tốc tương đối
Γ - lượng chảy vịng


CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TUABIN THỦY LỰC
1.1 Tuabin nước và sự phát triển của nó
Tuabin nước (Tuabin thủy lực) là một trong những thiết bị chủ yếu của Trạm
Thủy Điện, được dùng để biến đổi năng lượng dòng nước (thủy năng) thành cơ năng
làm quay máy phát điện. Tổ hợp tuabin và máy phát đện gọi là tổ máy phát điện thủy
lực.
Nó có hàng loạt các ưu điểm sau:
- Hiệu suất của tổ máy phát điện thủy lực có thể đạt rất cao so với tổ máy nhiệt điện.
- Thiết bị đơn giản, dễ tự động hoá, có thể điều khiển từ xa.
- Ít sự cố và cần ít người vận hành.
- Có khả năng làm việc ở phần phụ tải thay đổi.
- Thời gian mở máy và thời gian dừng máy ngắn.
- Không làm ô nhiễm môi trường.
Đặc điểm thủy năng là một dạng năng lượng tái tạo được và có khả năng lợi
dụng tổng hợp, do đó giá thành cho 1kWh điện do TTĐ phát ra rẻ hơn rất ngiều lần so
với trạm nhiệt điện. Tuy vậy việc sử dụng thủy năng cũng có nhược điểm là điện lượng
phát ra phụ thuộc vào sự phân bố dòng chảy theo thời gian, hơn nữa nhà máy thường
xây dựng ở những nơi xa các trung tâm công nghiệp và các khu đô thị lớn nên đường
dây tải điện dài, vốn đầu tư dựng TTĐ lớn, thời gian thi cơng dài nhưng nói chung về
mặt kinh tế thủy điện vẫn tối ưu hơn.
tuabin nước là loại máy thủy lực đầu tiên loài người dùng để sử dụng năng lượng thiên
nhiên phục vụ đời sóng và sản xuất. Ở Ai Cập, Ấn Độ và Trung Quốc vào khoảng
1000 năm trước công nguyên đã sử dụng bánh xe nước với các dạng: bánh xe nước tác
động dưới, bánh xe nước tác động giữa và bánh xe nước tác động trên dưới dạng biến
đổi năng lượng. Đến nay ở nước ta bánh xe nước vẫn được sử dụng trên các suối vùng

núi và trung du.

Hình1-1: Các dạng bánh xe nước.


Tuy nhiên mãi tới thế kỷ 16 thì việc sử dụng năng lượng nước mới tương đối rộng
rãi và bánh xe nước mới có những cải tiến lớn. Nhưng từ bánh xe nước đến tuabin
nước loài người phải trải qua tìm kiếm và nghiên cứu khá dài.
Động cơ nước đầu tiên làm việc theo nguyên lý tác dụng phản kích của dòng nước
do Beckeca người Anh (1745) và Xênhêra người Hung ga ri (1750) sáng chế. Kết cấu
của loại động cơ này rất cịn thơ sơ nên hiêu suất rất thấp (khoảng 35÷40%).
Trên cơ sở nghiên cứu và cải tiến động cơ nước của Xênhêra, nhà bác học Nga Ơle
(1707-1783) đã thiết kế một loại động cơ nước khác, trong đó bộ phận hướng nước có
cấu tạo giống bộ phận hướng nước của tuabin thường dùng hiện nay. Đến năm 1826
một giáo sơ người Pháp tên là Budena đã tìm ra một loại động cơ nước mới, được gọi
là tuabin, tiếng La tinh, Tuabinens có nghĩa là các động cơ dạng xoắn ốc. Loại động cơ
này cũng có đầy đủ các bộ phận như các bộ phận của các tuabin phản kích thường
dùng hiện nay. Nhưng hình dạng cánh bánh xe cơng tác cịn q thơ sơ và hiệu suất
thấp nên vẫn chưa được ứng dụng trong thực tế. Trên cơ sở tiếp tục cải tiến tuabin của
mình, khoảng thời gian 1827 – 1834 Budena đã sáng chế ra loại tuabin li tâm (hình
1.2a) có bộ phận hướng nước của tuabin gồm các cánh hướng nước cố định vòng
quanh BXCT. Lưu lượng được điều chỉnh nhờ van hình trụ đặt giữa bộ phận hướng
nước và BXCT.
Cho đến đàu thế kỷ 18 vì chưa có cơ sở lí luận cũng như thiết kế nên công việc nên
việc chế tạo động cơ nước mang tính thơ sơ, riieng lẻ.
Tuabin nước được chế tạo đầu tiên ở Liên Xô (1837) do U.E.Xaphônô sáng chế, đó
cũng là loại tuabin phản kích li tâm với các cánh hướng nước cố định. So với các kiểu
tuabin nói trên, tuabin của Xaphơnơ có hiệu suất và tốc độ cao so với điều kiện sản
xuất lúc bấy giờ (khoảng 70%).
Từ đầu thế kỷ 19 các tuabin hiện đại có cấu tạo hồn chỉnh đã thay thế cho bánh xe

nước và các động cơ nước trên đây. Những tiến bộ trong lĩnh vực nghiên cứu và chế
tạo tuabin phát triển rất nhanh, thời kì sau đó các tuabin hiện đại được xuất hiện.
Tuabin tâm trục do kỹ sư Frăngxit (người Pháp) chế tạo năm 1830. Cùng với việc
nghiên cứu phát minh loại tuabin phản kích, năm 1880 Pentơn đã sáng chế ra tuabin
xung kích.
Đến năm 1900 bộ phận hướng nước của tuabin này được cải tiến thành vòi phun và
van kim giống như tuabin gáo ngày nay.
Tuabin cánh quạt xuất hiện năm 1918, đến năm 1919 tuabin cánh quay ra đời (do
kỹ sư Kaplan (người Mỹ) tìm ra). Đồng thời năm 1918 tuabin xung kích 2 lần do
Bunki (người Hung ga ri) phát minh. Còn tuabin cánh chéo mãi đến năm 1950 mới
xuất hiện (do giáo sư Liên Xô V.C.Kvalopki) sáng chế, nó là loại trung gian giữa
tuabin tâm trục và cánh quay.
Từ giữa thế kỷ 19 đến nay ngành sản xuất tuabin phát triển rất nhanh.
Ngày nay việc chế tạo tuabin phát triển theo hướng nâng cao các thông số kỹ thuật
như: tăng tỷ tốc và công suất của một tổ máy, giảm hệ số khí thực.


Hình 1.2a: Tuabin ly tâm của Budena

Hình 1.2b: Tuabin Pentơn

Ở nước ta hiện nay đã có nhiều cơ sở đầu tư tiến bộ khoa học kỹ thuật cho việc chế
tạo tuabin nước. Chúng ta đã chế tạo được một số tuabin nhỏ. Trong tương lai chúng ta
sẽ chế tạo tuabin loại lớn hơn phục vụ cho cơng cuộc điện khí hoá và phục vụ sản xuất
ở các địa phương xa lưới điện quốc gia.

1.2 Phân loại tuabin
Dựa vào việc xây dựng các cơng trình thủy cơng người ta có thể tạo ra các cột nước
của TTĐ rất khác nhau từ 1÷2m cho đến hàng nghìn m, lưu lượng nước cũng biến đổi
rất lớn từ vài chục l/s đến hàng trăm m3/s nếu như điều kiện dịng chảy và địa hình cho

phép. Yêu cầu đối với tuabin là có đủ khả năng đảm bảo sử dụng năng lượng dòng
chảy với hiệu suất cao mà không bị hạn chế bởi bất kỳ cột nước và lưu lượng nào. Do
đó cần có đủ các loại tuabin khác nhau về cấu tạo, kích thước cũng như quá trình làm
việc của chúng. Khảo sát các thành phần năng lượng của dòng chảy chúng ta thấy năng
lượng của dịng nước truyền cho bánh xe cơng tác cuả tuabin bằng độ chênh năng
lượng của dòng chảy ở cửa vào và cửa ra.

⎛ p1 − p2 ⎞ α1V12 −α2V22
H = (Z1 − Z2 ) + ⎜
⎟+
2g
γ
4 43
4
14442⎝4443⎠ 142
§éng năng

Thế năng

Vy nng lng dũng chy gm hai phn: Th năng và động năng. Tùy theo dạng
năng lượng của dòng chảy qua bánh xe công tác mà chia tuabin nước thành hai loại
khác nhau: Tuabin xung kích và Tuabin phản kích.
Tuabin phản kích là loại tuabin lợi dụng cả hai phần thế năng và động năng mà chủ
⎡

⎛ pă − pâ ⎞⎤
⎟⎟⎥ >0. Trong hệ tuabin này áp lực ở
⎝ γ ⎠⎦

yêu là thế năng của dòng chảy ⎢(Ză − Zâ ) + ⎜⎜

⎣

cửa vào luôn lớn hơn áp lực cửa ra. Vì tiết diện ướt của BXCT co hẹp dần nên vận tốc
dịng chảy qua tuabin tăng dần. Vì vậy BXCT của tuabin phản kích bao giờ cũng làm
việc trong mơi trường chất lỏng kín và liên tục và sự chênh lệch về áp lực ở cửa vào và
cửa ra của BXCT quyết định đặc tính cơng tác của loại tb này.


Tuabin xung kích là loại tuabin chỉ lợi dụng phần động năng của dòng chảy tác
dụng lên BXCT còn phần thế năng bằng khơng. Ở tuabin này dịng chảy khi ra khỏi
vịi phun thì tồn bộ thế năng dịng chảy biến thành động năng truyền năng lượng cho
BXCT. Vì chảy trong mơi trường khí quyển nên chuyển động của dịng chảy trên các
cánh BXCT là chuyển động không áp nên cịn gọi là tuabin dịng phun tự do.
Tuabin phản kích và tuabin xung kích có tính năng và phạm vi sử dụng khác nhau.
Tuabin dùng cho TTĐ có cột nước thấp và trung bình, lưu lượng lớn cịn tuabin xung
kích dùng cho TTĐ có cột nước cao, lưu lượng nhỏ.
1.2.1. Tuabin phản kích
Tuabin phản kích là hệ tuabin được sử dụng rộng rãi nhất với phạm vi cột nước từ
1,5m đến 500m. Nó chuyển động do phản lực (lực phản tác dụng) của dịng nước lên
cánh bánh xe cơng tác hình thành mơmen quay của bánh xe cơng tác làm cho tuabin
quay. Trong q trình làm việc bánh xe cơng tác ngập tồn bộ trong dịng chảy áp lực
vì thế nên cịn gọi là dịng phun có áp.
Theo sự khác nhau về hướng chảy của chất điểm dòng chảy trong bánh xe cơng tác
có thể chia tuabin phản kích thường dùng ra làm ba loại: tuabin hướng trục (hình1-2a,
1-2d), tuabin tâm trục (hình1-2c) và tuabin cánh chéo (hình1-2b).

Hình 1-3: Sơ đồ các phần qua nước của tuabin phản kích.
a) Hướng trục trục đứng; b) Cánh chéo;
c) Tâm trục; d) Hướng trục trục ngang; e) Gáo
a. Tuabin tâm trục (hình 1-2c): Đặc điểm của tuabin tâm trục là dòng nước chảy

vào bánh xe cơng tác theo mặt nằm ngang thẳng góc với trục sau đó đổi hướng dịng
chảy song song với trục và ra khỏi BXCT. Tuabin còn được gọi là tuabin Franxit, nó
được sử dụng ở các TTĐ có cột nước cao H = 30 ÷ 500m.


b. Tuabin hướng trục (hình 1-2a, d): Tuỳ theo đặc điểm về cấu tạo và phương thức
lắp trục, tuabin hướng trục có thể chia thành: Kiểu cánh quạt, kiểu cánh quay và kiểu
chảy thẳng.
Kiểu cánh quạt và kiểu cánh quay có dịng chảy vào và dịng chảy ra khỏi BXCT
song song với trục tuabin. Chỉ khác nhau ở chỗ: tuabin cánh quạt thì cánh tuabin được
gắn chặt với bầu BXCT cịn ở tuabin cánh quay thì cánh tuabin có thể quay quanh trục
cánh. Loại tuabin này thích hợp với cột nước thấp từ 3 ÷ 40m (cá biệt có cột nước H
tới 80m). Do đặc tính cơng tác kém nên tuabin cánh quạt thường dùng cho TTĐ nhỏ
còn tuabin cánh quay có hiệu suất cao trong phạm vi điều chỉnh vòng nên được sử
dụng với các TTĐ lớn và trung bình.
Đối với tuabin chảy thẳng thường sử dụng phương thức lắp trục ngang và có năng
lượng tương đối tốt ở những TTĐ có cột nước thấp, do đó trong tương lai sẽ được áp
dụng rộng rãi để khai thác năng lượng thủy triều.
c. Tuabin hướng chéo (hình 1-2b): Đây là loại tuabin được kết hợp giữa tuabin
tâm trục và tuabin cánh quay. Loại này được sử dụng trong phạm vi H = 30 ÷ 150m. Ở
nước ta các loại tuabin này chưa được sử dụng.
1.2.2. Tuabin xung kích
Tuabin xung kích gồm các kiểu chủ yếu sau:
- Tuabin gáo (hình 1-4)
- Tuabin tia nghiêng (hình 1-3a)
- Tuabin xung kích hai lần (hình 1-5)

Hình 1.4: Turrbin gáo
1. Vịi phun; 2. Cánh BXCT; 3. Miệng phun; 4. Van kim; 5. Vỏ máy

Hình 1.5: Tuabin xung kích hai lần
a. Tuabin gáo (hình 1-4)
Tuabin gáo là loại tuabin xung kích có tính năng công tác tốt nhất và được sử
dụng nhiều nhất với các loại TTĐ và vừa có cột nước cao (từ 300 ÷ 2000m) và lưu
lượng nhỏ. Ở nước ta TTĐ Đa Nhim dùng tuabin gáo có H = 800m và công suất một
tổ máy N = 40MW.
b. Tuabin tia nghiêng (hình 1-3a)
Tuabin này có trục tia nước tạo với mặt phẳng BXCT một góc nghiêng. Loại
này hiện nay hầu như khơng cịn sử dụng nữa vì hiệu suất và tính năng làm việc kém.
c. Tuabin xung kích hai lần (hình 1-5)
Với tuabin nay dòng chảy hai lần tác động lên cánh bánh xe công tác. Tuabin
này thường được dùng cho các TTĐ cỡ nhỏ có N = 5 ÷ 100KW.
Trong tất cả các loại tuabin hiện tại trên, ngày nay được sử dụng rộng rãi nhất
và có lịch sử lâu dài nhất là:
Tuabin gáo dùng với cột nước cao (200 ÷ 2000m)
Tuabin tâm trục dùng với TTĐ có cột nước vừa (30 ÷ 700m)
Tuabin cánh quay dùng ở TTĐ loại lớn và vừa có cột nước thấp (6 ÷ 80m).
Tuabin cánh quạt dùng ở TTĐ vừa và nhỏ có cột nước thấp (6 ÷ 80m).
Bốn loại tuabin này đã có những cống hiến to lớn trong sự nghiệp lợi dụng thủy
năng thiên nhiên. Trong cuốn sách này chủ yếu giới thiệu về bốn loại tuabin nói trên.
1.3 Khái quát về cấu tạo tuabin
Trong tuabin nước bộ phận ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tuabin đó là phần dẫn
dịng. Phần dẫn dịng gồm ba bộ phận chính là:
- Buồng dẫn Tuabin


-

Bánh xe cơng tác

Ống hút tuabin

Hình 1.6: Mặt cắt dọc tổ máy
Các bộ phận phụ của tuabin gồm trục tuabin, ổ dẫn hướng, các thiết bị bôI trơn cho
ổ trục, trục tuabin và trục máy phát, thiết bị điều chỉnh sự làm việc đồng bộ của tuabin
và máy phát.
Sau đây trình bày tỉ mỉ hơn kết cấu của các loại tuabin được sử dụng rộng rãi hiện
nay.
1.3.1. Cấu tạo của tuabin phản kích
Tuabin phản kích gồm có hệ tuabin tâm trục, cánh quay và cánh quạt, BXCT của
tuabin phản kích làm việc trong môi trường chất lỏng liên tục và áp lực nước ở phía
trước BXCT thường lớn hơn phía sau của nó. Xét về mặt cấu tạo, bất kì một hệ tuabin
phản kích nào cũng gồm những bộ phận chính sau đây: Buồng tuabin, stato, bộ phận
hướng nước (BPHN), BXCT, buồng BXCT, ống hút, trục, ổ trục và các thiết bị phụ
của nó. Sáu bộ phận đầu hình thành bộ phận dẫn dòng (hay bộ phận qua nước) của
tuabin còn trục và ổ trục là bộ phận kết cấu có nhiệm vụ tiếp nhận và truyền mơmen
quay từ BXCT đến rôto của máy phát điện. Trong các bộ phận nước qua thì BXCT là
bộ phận trực tiếp biến đổi thủy năng thành cơ năng chuyển động quay. Bộ phận hướng
nước có tác dụng làm thay đổi trị số và hướng vận tốc dòng chảy trước khi đi vào
BXCT, còn ống hút được dùng để tháo nước từ BXCT về hạ lưu TTĐ.
Dưới đây là cấu tạo các hệ tuabin phản kích.
a. Tuabin tâm trục
Như trên đã nói, chiều dịng nước lúc chảy vào BXCT tuabin tâm trục là hướng tâm
(thẳng góc với trục quay) cịn chảy ra khỏi BXCT thì theo hướng trục bởi thế hệ tuabin
này gọi là tâm trục (ở một số nước còn gọi là tuabin Franxit). Phạm vi sử dụng cột
nước của tuabin này từ 30 ÷ 550m. Hiện nay tuabin tâm trục lớn nhất được lắp ở TTĐ


Kraxnơia (Liên Xơ cũ) có cơng suất 50800KW và đường kính D1 = 7,5m. Hình 1.12
biểu thị mặt cắt dọc của tuabin tâm trục. Sau đây ta nghiên cứu cấu tạo các bộ phận

chủ yếu của tuabin tâm trục.
a.1. Buồng tuabin
Buồng tuabin có tác dụng dẫn nước đều đặn vịng quanh bộ phận hướng nước của
tuabin, gồm các kiểu: hở, chính diện, xoắn bê tơng và xoắn kim loại. Buồng hở có cấu
tạo đơn giản, thường được dùng ở các TTĐ có cột nước H < 10m, đường kính D1 <
1,6m. Cịn đối với các tuabin có kích thước và cột nước lớn hơn thì BXCT khơng bố trí
trong buồng hở mà trong buồng kín có mặt bằng hính xoắn ốc (cịn gọi là buồng xoắn)
nhờ đó sẽ đảm bảo cho phần dưới nước lẫn phần trên nước của TTĐ sẽ có kích thước
nhỏ hơn. Trong chương 5 sẽ giới thiệu tỉ mỉ về buồng tuabin.
a.2. Stato tuabin (vòng bệ)
Sau khi qua buồng tuabin, nước sẽ chảy đến stato tuabin rồi vào bộ phận hướng
nước. Stato tuabin có tác dụng truyền toàn bộ tải trọng phần trên nhà máy gồm trọng
lượng toàn bộ tổ máy, sàn và bệ máy phát điện, áp lực nước dọc trục tác dụng lên
BXCT và khối bê tơng phủ trên nó xuống móng nhà máy. Stato tuabin gồm một số cột
chống (2) với tiết diện ngang hình đường dịng liên kết với vành đỡ trên (1) và vành đỡ
dưới (3) (hình 1.4). Có hai kiểu stato: kiểu cột riêng rẽ (hinh 1.4a) và kiểu vòng (hình
1.4b). Tất cả các tuabin tâm trục và phần lớn tuabin cánh quay đều sử dụng stato kiểu
vòng để tăng độ cứng, còn kiểu cột riêng rẽ chỉ sử dụng cho buồng xoắn bê tơng cốt
thép và ở đó ổ trục chặn không lắp trên nắp tuabin. Stato là kết cấu chịu lực và là chi
tiết chuẩn của tuabin được lắp ráp đầu tiên, do đó nó phải có đủ độ cứng cũng như hình
dạng hình học chính xác. Số lượng các cột chống của stato bằng nửa số cánh hướng
nước Z0.

Hình 1.7: Các kiểu stato tuabin
1. Vành trên; 2. Cột; 3. Vành dưới
a.3. Bộ phận hướng nước hay bộ phận dẫn dòng


Sau khi qua stato nước chảy vào bộ phận hướng nước. Bộ phận này có tác dụng
sau đây:

− Thay đổi trị số và hướng tốc độ dòng chảy giữa cơ cấu hướng nước và BXCT.
Đồng thời tạo điều kiện tốt cho dịng nước chảy vào cánh tuabin.
− Điều chỉnh cơng suất tuabin bằng cách điều chỉnh lưu lượng vào tuabin.
− Ngăn tồn bộ dịng nước vào BXCT của tuabin
Bộ phận hướng dịng gồm có hai bộ phận chính: các cánh hướng nước với số cánh
Z0 = 16 ÷ 32 cánh (được bố trí quanh chu vi BXCT) và cơ cấu quay hướng. Mỗi cánh
hướng có thân và trục cánh. Đầu trên trục cánh được lồng vào các lỗ khoét ở nắp
tuabin (hình 1.9) cịn đầu dưới thì được lắp vào vành dưới, nhờ đó các cánh có thể
quay quanh trục của nó để thay đổi độ mở a0 của bộ phận hướng nước. Độ mở a0 được
tính bằng khoảng cách nhỏ nhất giữa hai cánh kế tiếp nhau(mm) (hình 1.8).
Ở vị trí đóng hồn tồn thì đầu mút của các cánh tiếp xúc nhau (a0 = 0) và nước
không thể đi qua vào BXCT (hình 1.10). Cịn ở vị trí mở hồn tồn (a0 = a0max) thì các
cánh có hướng kính, lúc đó lưu lượng chảy vào BXCT lớn nhất. Khi các cánh có
hướng ở vị trí đóng hồn tồn, muốn giảm bớt rò rỉ, tại đầu trên c và dưới a mỗi cánh
cũng như mép giữa các cánh phải có các đệm chống thấm làm bằng cao su (hình 1.9).

Hình 1.8: Cách biểu thị độ mở
Hình 1.9: Đệm chống thấm của
bộ phận hướng nước
cánh hướng nước
Nếu các đệm nói trên tốt thì khi sửa chữa máy có thể chỉ cần đóng bộ phận hướng
nước (BPHN) mà khơng cần phải đóng van trước tuabin (bảo đảm cho việc mở máy
lần sau nhanh chóng hơn).
Cơ cấu quay cánh hướng nước


Muốn quay được các cánh hướng nước, cơ cấu này phải có đủ lực để thắng được
áp lực nước P tác dụng lên các cánh hướng nước và lực ma sát trong các chi tiết của
BPHN. Đồng thời phải bảo đảm khả năng quay các cánh hướng nước theo các trị số độ
mở a0 bất kì trong phạm vi từ a0 ÷ a0max. Hình (1.11) là sơ đồ cơ cấu hướng nước điều

chỉnh bên trong được sử dụng trong các tuabin phản kích cỡ nhỏ. Trong đó đặc điểm
của sơ đồ này là chi tiết của cơ cấu quay bố trí bên trong tuabin và ngập trong nước.

Hình 1.10: Cánh hướng nước
Hình 1.11 Cơ cấu quay cánh hướng nước
ở vị trí đóng hồn tồn
Bộ phận hướng dịng điều chỉnh trong gồm các chi tiết: nắp tuabin (1), vòng dưới
(9), các cánh hướng nước (2), trục cánh hướng (10) và cơ cấu quay. Đầu dưới mỗi
cánh hướng có khớp (3) nối với thanh truyền (4), còn đầu kia của thanh truyền nối với
vành điều chỉnh (8). Như vậy khi quay trục điều chỉnh (5) thì vịng điều chỉnh sẽ quay
và làm cho các cánh hướng quay quanh trục của nó với một góc nhất định. Vành điều
chỉnh liên hệ với trục điều chỉnh qua tay đòn (6) và thanh kéo (7). Nhược điểm của bộ
phận hướng nước loại này là các chi tiết cơ cấu quay nằm trong nước nên chúng nhanh
chóng bị han gỉ và tổn thất thủy lực lớn. Bởi lẽ đó nên đối với các tuabin cỡ vừa và lớn
người ta thường sử dụng cơ cấu hướng nước điều chỉnh bên ngồi tuabin (hình 1.12).
Bộ phận hướng nước kiểu này khác với kiểu nói trên ở chỗ các đầu trục của mỗi
cánh hướng đều nhơ ra phía trên nắp tuabin và các chi tiết của cơ cấu quay cánh hướng
đều bố trí ở nơi khơng có nước. Ở đây, vòng điều chỉnh (11) liên hệ với các cánh
hướng qua khớp nối, khớp nối này có tay quay (9) (tay ép chặt với trục cánh hướng
nhờ chốt hình bán nguyệt (26), tâm (6), chốt an toàn (12), thanh truyền (10), thanh này
gồm chạc nối, vít tiện đầu ren trái và ren phải và chốt nối, trong đó chốt phía trái được
nối với tâm (6), cịn chốt phía phải nối với vòng điều chỉnh.


Hình 1.12: Mặt cắt dọc tua bin tâm trục

Hình 1.13: Sơ đồ liên hệ giữa động cơ Hình 1.14: Dạng ngồi của bánh xe
cơng tác của tuabin tâm trục
tiếp lực với bộ phận hướng nước
a) BXCT tuabin tâm trục cột nước trung

bình
b) BXCT tuabin tâm trục cột nước cao
Hình (1.12) biểu thị mặt cắt dọc của cơ cấu quay này. Chốt an tồn (12) có tác
dụng bảo vệ cho BPHN không bị hư hỏng, và một số cánh hướng không bị kẹt (do các
vật nổi như gỗ v.v…). Vì chốt có ứng suất cắt nhỏ hơn ứng suất cắt của tất cả các chi


tiết của cơ cấu quay cánh hướng nên khi bị kẹt thì các chốt này (ở các cánh hướng bị
kẹt) sẽ bảo đảm cho các cánh hướng khác vẫn có thể đóng bình thường.
Vịng điều chỉnh của BPHN sở dĩ có thể quay được quanh trục tuabin là nhờ có
một hoặc hai động cơ đặc biệt goi là động cơ tiếp lực (hoặc bộ tiếp lực) bằng dầu có áp
(hình 1.13).
Động cơ tiếp lực là hệ thống thủy lực gồm xilanh và pittơng, pittơng có cần (3) nối
với vịng điều chỉnh (2). Tuỳ thuộc dầu có áp lấy từ thiết bị dầu áp lực đi vào một ngăn
nào đó trong xilanh (1) sẽ làm chuyển dịch pittông (4) và tạo nên mơmen ngẫu lực
quay vịng điều chỉnh. Động cơ tiếp lực quay bộ phận hướng nước của tuabin thường
bố trí phía trong hầm (giếng) tuabin hoặc ở trên nắp tuabin.
a.4. Bánh xe công tác
Sau khi qua khỏi bộ phận hướng nước, nước chảy vào BXCT (20) hình ( 1.12)
,BXCT của tuabin tâm trục gồm có 12 đến 24 cánh, dạng mặt cong không gian và
được cố định (bằng hàn hay đúc) với vành trên (18) và vành dưới (19). Vành trên của
BXCT được nối với mặt bích dưới của trục tuabin (21), cịn phía dưới của vành này
được nối với chóp thốt nước (22). Ngồi ở vành trên có lắp các tấm giảm áp (27) và
các lỗ để giảm bớt áp lực nước dọc trục tác động lên BXCT. Kích thước hình học của
tuabin tâm trục được đặc trưng bằng đường kính tiêu chuẩn D1 của BXCT và được quy
ước là đường kính lớn nhất tại vị trí mép
vào các cánh BXCT. Hình dạng BXCT
phụ thuộc vào cột nước H, nói chung cột
nước H càng tăng thì số lượng cánh

BXCT tăng cịn tỉ số đường kính

D2
D1

cũng như độ cao tương đối cánh hướng
b0
sẽ giảm (hình 1.14). Cịn tuabin tâm
D1

trục dùng cho cột nước thấp thì ngược lại
để tăng tiết diện ướt của tuabin.
Hình 1.15: Các kiểu vịng bít của tuabin
Để giảm bớt lượng nước rò rỉ qua các a) Kiểu khe hở; b) Khe hở có rãnh nhỏ;
khe hở giữa phần động và phần tĩnh của
c,d) Kiểu răng lược; e) Răng lược có khe hở
tuabin cần bố trí thiết bị chống rị rỉ. Đó
là các vịng chống rị được lắp ở bề mặt
ngồi của vành trên và vành dưới BXCT
(hình 1.15), ở vị trí tương ứng với phần cố định của nắp tuabin và vành dưới BPHN.
Các kiểu vòng chống rị rỉ (vịng bít) khác nhau được thể hiện ở hình (1.15), trong đó
kiểu rãnh được dùng với H < 100m, kiểu cài răng lược dùng với H ≥ 100 ÷ 150m.
BXCT của tuabin có thể được chế tạo thành BXCT hồn chỉnh hoặc từng bộ phận
(2÷3) phần, tùy thuộc vào điều kiện vận tải và công nghệ chế tạo. Thông thường vận
chuyển bằng đường sắt chỉ cho phép BXCT hồn chỉnh có đường kính D1 < 4,75m.


Nếu đường kính to hơn thì phải chọn các biện pháp vận chuyển thích hợp hơn như
đường thủy…, hoặc gia công BXCT thành từng phần để chuyển theo đường sắt và tổ
hợp thành bánh xe hoàn chỉnh (bằng hàn, bằng vành đai v.v…). ở công trường xây

dựng Braskaia (Liên Xô cũ) sử dụng tuabin tâm trục có D1 = 5,5m, ở đó BXCT được
ghép từ hai phần bằng phương pháp hàn nối.
a.5. Trục và ổ trục
Trục và ổ trục là kết cấu truyền và chịu lực chủ yếu của tuabin.
- Trục tuabin
Trục tuabin được dùng để truyền mômen xoắn từ BXCT đến rôto của máy phát
điện, trục tuabin trục đứng là đoạn ống thành mỏng và có bích ở hai đầu, phía trong
rỗng để lắp ống dẫn dầu (cho tuabin cánh quay) hoặc để dãn khơng khí xuống phía
dưới BXCT (để phá chân không cho tuabin tâm trục).
Tùy thuộc vào cách bố trí nhà máy và kết cấu nhà máy, trục tổ máy có thể gồm
hai phần: trục tuabin và trục máy phát điện, hay 3 phần: trục tuabin, trục trung gian và
trục máy phát điện.Trong một số kết cấu hiện nay thì tổ máy chỉ có một trục chung nối
liền rôto máy phát điện với BXCT tuabin. Ưu điểm của kiểu trục này là giảm bớt chiều
cao tổ máy và nhà máy.
Đường kính ngồi của trục tuabin
phụ thuộc vào cơng suất NT, số vịng
quay n của tuabin và có thể tính sơ bộ
theo cơng thức:
dt = α

NT
(m)
n

(1-7)

Trong đó:
α - hệ số kinh nghiệm, α = 0,11 ÷
0,12. Hệ số lớn dùng cho tuabin cỡ nhỏ
và ngược lại.

NT – Công suất định mức của
tuabin (kW)
n – số vòng quay đồng bộ (v/ph)
Hình 1.16a: Ổ trục bơi trơn bằng nước
Kích thước trục tuabin vừa và lớn
1. Trục; 2. Nồi trục; 3. Tấm bạc trục; 4.
đều được tiêu chuẩn hoá với các trị số Nắp; 5. Vòng chặn; 6. Ống dẫn nước làm
sau:
mát bạc trục; 7. Ống xả nước; 8. Bơm
dt = 600, 650, 700, 750, 800, 850, nước rò trên nắp turrbin; 9. Vịng bít.
900, 950, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400,
1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300, v.v…


Hình 1.16b: ổ trục hướng bơi trơn bằng dầu
1. Trục; 2. Nồi trục; 3. Vịng ép; 4. Vít điều chỉnh khe hở bạc trục;
5. Tấm ngoài bạc trục; 6. Tấm cách điện; 7. Nắp che; 8. Tấm cách điện;
9. Vòng che; 10. Ống dẫn dầu; 11. Ống xả dầu; 12. Lỗ lấy dầu.
Chiều dài của trục thì tuỳ điều kiện bố trí cụ thể của từng TTĐ mà xác định.
- Ổ trục hướng
Ổ trục hướng của tuabin có hai loại: ổ trục hướng bôi trơn bằng dầu, và ổ trục
hướng bơi trơn bằng nước (hình 1.16a,b)
Ổ trục hướng bơi trơn bằng nước thường bố trí ở trên nắp tuabin. Các tấm bạc làm
bằng cao su cứng và được bôi trơn bằng nước. Ở một số tuabin cỡ nhỏ, các tấm bạc có
thể được làm bằng gỗ dán và bơi trơn cũng bằng nước. Cấu tạo ổ trục hướng bôi trơn
bằng nước cho ở (hình 1.16a). Đối với ổ trục hướng bơi trơn bằng dầu khống thì các
tấm bạc của ổ trục làm bằng hợp kim babít (hình 1.16b).
b. Tuabin hướng trục
Tuabin hướng trục có hai loại: cánh quạt và cánh quay.
Hướng chảy của nước trong phạm vi BXCT theo hướng trục quay của tuabin. Ở

nước ngồi cịn gọi tuabin cánh quay là tuabin Kaplan. Tuabin hướng trục được sử
dụng cho cột nước thấp từ 3 ÷ 5m đến 35 ÷ 40m. Gần đây có nơi sử dụng cho cột
nước đến 60 ÷ 70m.
b.1. Bánh xe cơng tác của tuabin cánh quạt
Gồm có 3 ÷ 10 cánh (tăng theo cột nước), được gắn chặt vào bầu BXCT, BXCT
đặt trong buồng hình trụ, buồng có kích thước lớn hơn mép ngồi cánh BXCT khoảng
một vài mm. Đường kính buồng đó được coi là đường kính tiêu chuẩn BXCT D1. Loại
này kết cấu thì đơn giản nhưng hiệu suất cao chỉ ứng với một chế độ làm việc. Vì thế
loại tuabin này khơng dùng cho TTĐ có cơng suất lớn vì khơng kinh tế (hình 1.17a).


Hình 1.17a: Hình ngồi của
Bánh xe cơng tác tuabin cánh quay

Hình 1.17b: Cắt dọc tuabin cánh quạt
điều chỉnh cánh
1. Bầu BXCT (thân BXCT); 2. Cánh BXCT;
3. Bu lông; 4. Chốt chịu lực cắt;
5. Chóp bầu BXCT hình lưu tuyến
b.2. Bánh xe cơng tác của tuabin cánh quay
Gồm có: bầu, cánh, chóp thốt nước và bộ
phận quay cánh BXCT. Bầu BXCT có hai phần
(hình 1.20) phần cầu và phần trụ. Tâm của phàn
cầu trùng với tâm của trục quay cánh BXCT. Bầu
phải có hình cầu để giảm bớt khe hở giữa cánh
với bầu khi quay cánh. Ở tuabin cánh quạt vì
cánh cố định nên khơng có phần cầu này. Chóp
thốt nước (3) hình (1.18) có tác dụng làm cho
nước chảy khỏi BXCT thuận dòng hơn và giảm
được tác dụng mạch động.

Số cánh từ 3 ÷ 10 cánh (tăng theo cột nước) Hình 1.18: Sơ đồ cơ cấu quay cánh
BXCT tuabin cánh quay
được gắn vào bầu nhờ trục cánh. Khác với tuabin
cánh quạt, các cánh của BXCt có thể quay được
quanh trục của nó nhờ cơ cấu quay nằm trong bầu
BXCT.
Hình (1.18) là sơ đồ nguyên lí chuyển vận của bộ phận quay cánh BXCT, cịn hình
(1.19) là mặt cắt dọc BXCT của tuabin cánh quay.


Hình 1.19a: Mặt cắt dọc tuabin cánh quay có vành sao
1. Bầu; 2. Buồng BXCT; 3. Stato; 4. Bánh hướng; 5. Tay quay; 6. Bơm nước rò nắp
tuabin; 7. Hầm tuabin; 8.,9. Động cơ tiếp lực; 10. Giá đỡ; 11. Trục; 12. ổ hướng; 13.
Nắp tuabin; 14. Tittông; 15. Cánh BXCT; 16. Cổ buồng BXCT; 17. Cổ trục; 18. Vịng
bít cánh; 19. Chóp thốt nước.
Bộ phận cánh quay gồm: trục cánh (6), động cơ tiếp lực (4), hệ thống thanh
truyền (7). Ở đây tay quay (8) được nối với trục cánh (6), cịn thanh truyền có chốt nối
liền pittơng (5) của động cơ tiếp lực làm 2 ngăn: trên và dưới. Dầu có áp từ thiết bị dầu
áp lực qua hai ống dẫn dầu đồng tâm đặt lồng vào nhau nằm bên trong trục tổ máy (ở
đây không vẽ). Khi dầu có áp vào một ngăn nào đó của xilanh cịn ngăn kia thơng với
lỗ dầu xả thì pittơng lẫn thanh truyền (7) sẽ xê dịch lên trên hoặc xuống dưới do đó
làm quay các cánh theo các góc quay như nhau.
b.3. Buồng bánh xe công tác


Hình 1.19b: Mặt cắt dọc tuabin khơng có vành sao
1. Bầu; 2. Cánh BXCT; 3. Trục cánh; 4. Tay quay;
5. Thanh truyền; 6. Pittơng; 7. Nắp xilanh

Hình 1.20: Buồng BXCT tuabin cánh quay

Khác với tuabin tâm trục, ở đây BXCT được bố trí thấp hơn BPHN và đặt bên
trong buồng BXCT (hình 1.20) gồm có hai phần: phần trên của trục quay có dạng hình
trụ, cịn phần dưới có dạng hình nửa cầu. Đường kính lớn nhất của buồng được xem là
đường kính tiêu chuẩn của tuabin cánh quay D1. Phần nửa cầu có tác dụng giảm bớt
khe hở giữa các cánh với bầu khi quay cánh, còn phần trụ cho phép nhấc BXCT ra
ngoàI khi sửa chữa máy. Chiều cao buồng nói chung bằng khoảng Hb và Hb = (0,5 ÷


0,53)D1. Buồng BXCT (tình từ vịng dưới của BPHN trở xuống) gồm một vài vòng
bằng thép dạng vỏ mỏng (2) và nối với nhau bằng bulơng. Phía ngồi buồng có các
móc để néo chặt buồng với bê ơng. Buồng BXCT bị rung động mạnh do tác dụng
mạch động nên công việc lắp ráp cũng như gia công buồng phải làm chu đáo. Tại giao
điểm của phần nửa cầu với phần dưới của buồng có tiết diện nhỏ nhất, đường kính Dk
ở đó bằng khoảng (0,94 ÷ 0,98)D1. Đầu dưới của buồng BXCT nối với ống hút qua
doạn ống chuyển tiếp (3). Khi lắp ráp BXCT, bánh xe được đặt trên vịng móng nằm
dưới stato tuabin.
1.3.2. Cấu tạo của tuabin gáo
Tuabin gáo cịn dược
gọi là tuabin Pentơn (tên
một người Mỹ hồn thiện
nó vào năm 1884). Nước
từ thượng lưu theo đường
ống áp lực qua cửa van,
đoạn ống chuyển tiếp rồi
vào vòi phun (1), BXCT
(2) và truyền năng lượng
dòng nước dưới dạng
động năng cho BXCT.
Sau khi đi ra khỏi BXCT
nước được tháo xuống

kênh xả hạ lưu của TTĐ
(hình 1.24).
Hình 1.24: Tuabin gáo
1. Vịi phun; 2. Cánh BXCT; 3. Miệng phun
4. Van kim; 5. Vỏ máy
a. Vịi phun

Hình 1.25: Bộ phận cắt dịng


Vòi phun gồm miệng phun (2) và van kim (3) để điều chỉnh lưu lượng, nằm giữa
van tuabin và BXCT. Khi kim áp sát với miệng vịi phun thì tiết diện ướt vịi phun
bằng 0, dịng nước khơng thể chảy vào BXCT (ứng với độ mở a0 = 0) còn lúc kim rời
khỏi miệng vịi phun xa nhất (hành trình kim S lớn nhất, S = Smax) thì tiết diện ướt vịi
phun lớn nhất, lức đó lưu lượng dịng tia lớn nhất ứng với độ mở a0 = a0max. Như vậy
vịi phun và kim có tác dụng điều chỉnh lưu lượng tuabin thơng qua việc điều chỉnh tiết
diện dịng tia vào BXCT. Vịi phun gồm có miệng phun (2) dạng ống co hẹp dần, van
kim (3) trượt trong vịi đó. Kim có trục nhơ ra ngồi vịi phun, trục này chuyển động
lui tới nhờ có động cơ tiếp lực của hệ thống điều chỉnh (nói rõ ở chương 6) hay điều
khiển bằng tay (ở các tuabin cỡ nhỏ). Lưu lượng vào tuabin sẽ nhanh chóng giảm
xuống tuy vẫn đóng van kim từ từ và sẽ giảm được áp lực nước va xảy ra trong đường
ống khi cần điều chỉnh lưu lượng tức thời.
Ứng với các tuabin gáo có máy điều tốc tự động thì sự chuyển động có phối hợp
giữa van kim và bộ phận cắt dòng được thực hiện nhờ bộ liên hợp nằm trong máy điều
tốc (xem chương 6).
b. Bánh xe cơng tác
BXCT gồm có 14 ÷ 60 cánh gắn chặt lên đĩa và gắn lên trục tuabin. Cánh BXCT có
dạng gáo, giữa có sống nhỏ (dao) chia gáo thành hai phần bằng nhau và tách dòng
nước thành hai phần khi chảy ra theo hướng mặt phẳng BXCT. Để tránh cánh gáo
trước ảnh hưởng đến dòng nước xung kích và cánh gáo sau.

c. Vỏ máy
Mặt ngồi của BXCT được bọc bởi một lớp vỏ máy, tác dụng của nó là để ngăn
ngừa dịng nước trên BXCT bắn ra sàn nhà máy và để đỡ miệng vòi phun. Trong vỏ
máy là trạng thái áp lực khơng khí.
1.4 Các bộ phận phụ của tuabin
Để đảm sự làm việc bình thường của tuabin, phải có các bộ phận phụ bố trí
cạnh tổ máy, đó là: van phá chân khơng, van xả tải, van trước tuabin, thiết bị tháo nước
rò rỉ trên nắp tuabin, thiết bị dầu bôi trơn v.v…
1.4.1. Van phá chân khơng
Khi đóng nhanh cơ cấu hướng nước của tuabin phản kích thì trong buồng BXCT
áp suất bị giảm xuống. Đối với những TTĐ có ống xả dài và đường ống áp lực tương
đối ngắn thì hiện tượng giảm áp suất này càng lớn, nước từ ống xả chảy ngược vào
BXCT với tốc độ khá lơn (sóng ngược) có thể gây nên sự va đập vào rơto tổ máy có
thể làm hư hại tuabin và máy phát. Có thể ngăn ngừa hiện tượng nói trên bằng cách đặt
ở trên nắp tuabin một hay hai van phá chân không, van này có lỗ thơng với phía dưới
BXCT tuabin. Khi đóng nhanh cơ cấu hướng nước van này sẽ tự động mở và cho
khơng khí vào buồng BXCT.