Bài giảng - Thủy điện 2- chương 7&8 ppsx

86
Chương VII.
THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC CỦA TURBINE TH. LỰC
ỦA URBINE
Trạm thủy điện là t xí nghiệp và c cấ iện ng, nhu u
i trong ph i r ộng. Nếu không có biệ p iều c nh
phát ù hợ i yêu cầu lư iện d n a
iới cho . tr ỹ àn y
t
ạm i củ s ện c v t h 5
. Tần số u o òn y t


VII. 1. NHIỆM VỤ C ĐIỀU TỐC T
mộ sản xuất ung p đ nă mà cầ
điện năng luôn thay đổ ạm v ất r n phá đ hỉ
công suất do tổ máy ra ph p vớ của ới đ thì sẽ ẫn đế sự th y đổi
tần số lưới điện quá g
ch t
hạn phép Quy ình k thuật vận h h qu
định ần số
không đổi, độ sai lệ thờ a tần ố đi xoay hiều ới giá rị địn mức 0 Hz
không quá
± 0,2% phụ th ộc và số v g qua của rô o máy phát:
f
p
= n
cực p ng đố i m ph c ư ần h
ay ô y phát đi ặ c cơ p g
c độ a rôto tổ :
60

.
Trong đó số đôi là khô đổi i vớ áy át đã ó, nh vậy t số c ỉ còn
phụ thuộc vào vòng qu n của r to má ện. M t khá theo học, hươn trình
cơ bản đặc trưng cho sự huyển ng củ máy

cq
M
−
M
dt
d
J =
ω
(7-1)
men n r ổ m ủ ;
độ g m

Trong đó : J là mô quán tí
a rô
h của ôto t áy th y lực

ω
- tốc óc củ to tổ áy
ω
= 3
men huy n to y
men huy ng rôto t y;
i gia
nh t ta thấ muố ữ c vòn y y ôn i,
hằng s

π n / 0;
M
q
- Mô lực c ển độ g rô tổ má ;
M
c
- Mô
Thờ
cản c
.
ển độ ổ má
t - n
Từ phương trì rên y n gi ho g qua tổ má n kh g đổ cũng
tức là giữ cho tốc độ góc là ố (
ω
= const) thì
d
dt
ω
= 0, t d ì n g
yển đ g và m men c cản chuyể g là
M ô n
hụ tả áy phát điện N
mp
c môm h đ
đ
t h
hì cần uy tr sự câ bằn
giữa mômen lực chu
ản phụ thuộc vào p

ộn
i m
ô lự n độn
en c
, tức
uyển
M
đ
=
ộng M
c
. M me
địn
c
òn quyế
bởi công suất của turbine Nt, giữa chúng có quan hệ sau:

η
ω
γ
ω
QH
N
M
t
q
==
(7-2)
Từ (7-2) ta thấy, sự cân bằng giữa M
và M chỉ có thể thực hiện được khi công

đ c
suất máy phát luôn bằng công suất turbine ở mọi thời điểm, tức N
t
= N
mp
Nếu phụ tải
máy phát điện thay đổi mà công suất turbine vẫn không đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi vòng
quay tổ máy. Cũng từ công thức trên, có thể thay đổi công suất turbine bằng cách thay
đổi lưu lượng vào turbine Q, thay đổi cột nước H hoặc thay đổi hiệu suất của turbine.
Tuy nhiên, việc thay đổi cột nước và hiệu suất của turbine là điều không thực tế, do đó
chỉ còn việc thay đổi l
ưu lượng Q của turbine là thực hiện được.Vì vậy, điều chỉnh công
suất turbine thuỷ lực thực chất là điều chỉnh lưu lượng bằng cách xoay cơ cấu hướng
dòng (CCHD). Đối với turbine cánh quay, ngoài việc điều chỉnh CCHD còn điều chỉnh
cả góc dặt của cánh turbine một cách liên hợp. Đối với turbine gáo thì điều chỉnh lưu
lượng là điều chỉnh van kim và đ
iều chỉnh thiết bị tách dòng một cách liên hợp. Loại
điều chỉnh đối với turbine cánh quay và turbine gáo là
điều chỉnh kép . Còn điều chỉnh
chỉ làm quay CCHD gọi là
điều chỉnh đơn (đối với turbine cánh quạt và tâm trục).
Từ những diễn giải trên ta rút ra nhiệm vụ của thiết bị điều tốc tổ maý thuỷ lực
là căn cứ vào sự thay đổi phụ tải bên ngoài tiến hành điều chỉnh lưu lượng của turbine
để cho công suất tổ máy phát ra cân bằng với yêu cầu phụ tải và giữ vòng quay tổ máy
không đổi.
Sau đây chúng lần lượt nghiên cứu các loại thi
ết bị điều chỉnh turbine (điều tốc).
87

VII. 2. CÁC LOẠI THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC THỦ CÔNG

Trong các trạm thủy điện nhỏ và mini do điều kiện kinh tế, điều kiện chế tạo hạn
chế ở địa phương cũng như yêu cầu về điện không cao, người ta có thể dùng những thiết
bị điều tốc đơn giản. Việc điều chỉnh công suất do người công nhân vận hành trực tiếp
tác động vào CCHD, hay chỉ điều chỉ
nh van kim để thay đổi công suất cho phù hợp với
giao động phụ tải gọi là
điều tốc thủ công (hay điều tốc tay). Tất nhiên phản ứng của
con người làm nhiệm vụ điều chỉnh không thể kịp thời so với sự thay đổi của phụ tải, do
vậy chất lượng điện thấp, ngày nay hầu như không dùng ngay cả đối với turbine nhỏ.
1. Điều tốc kiểu van một cánh



thủ công.
điều tốc một cánh; b) điều tốc loại cơ cấu hướng dòng bằng tay.

Hình (7-1,a) là loại điều tốc đơn giản dùng cho turbine buồng xoắn kim loại.
Bánh xe công tác được đặt trong buồng xoắn kim loại, buồng này nối với ống áp lực. Ở
phía trước BXCT có đặt một cánh van, cánh van này có thể quay quanh một trục của nó,
m
ột đầu trục xuyên qua thành buồng ra ngoài để nối với cơ cấu điều khiển quay tay.
Nhờ van mà ta có thể điều chỉnh lưu lượng cho hợp với yêu cầu phụ tải.
2. Điều tốc kiểu cơ cấu hướng nước điều chỉnh tay
Ta đã g p loại điều tốc này ở hình 2-2,b chương II. Khi trục 5 quay sẽ kéo đòn
quay 6 và tác ộng thanh kéo 7 làm xoay vòng điều chỉnh 8. Vòng 8 quay sẽ kéo tay
quay 4 dịch chuyển làm cánh hướng dòng 2 quay quanh trục 10 của nó làm thay đổi độ
mở a
0
giữa hai cánh hướng dòng. Với các độ mở khác nhau sẽ cho lưu lượng qua
turbine thay đổ điều tốc tay làm quay trục điều chỉnh 5 thông qua việc quay vô

lăng của trụ đi ển (hình 7-1,b) bằng quay tay.
Ngoài những loại đièu tốc thủ công đã trình bày ở trên, xưa kia người ta còn
dùng cả những thiết bị đơn giản hơn như loại điều tốc kiểu thùng chụp: đó là c
ơ cấu
thay đổi độ mở ện tích cửa nước vào BXCT bằng cách nâng hoặc hạ chiếc thùng đậy
cửa vào turbin để tăng hoặc giảm lưu lượng.


Hình 7-1. Một số loại điều tốc
a)
ặ
đ
i. Máy
ều khi
di
e
88

VII. 3. T
Hệ thống điều tốc tự động của turbine là tổng hợp các cơ cấu thiết bị có nhiệm
i vị trí tương ứng của các cơ cấu
điều ch
phối điều chỉnh nó.
- Cơ ấu ổn định: có tác dụng làm tăng tính ổn định và chất lượng của quá trình điều
n bằng )
- Cơ
chuyển CCHD, lực này đến hàng ngàn tấn đối với turbine cở lớn. Vì vậy CC
ĐC cần
hải có thêm những bộ phận khuếch đại thủy lực giữa CCCƯ và CCĐC.
tiến hành điều chỉnh kép

Chúng
Hình (7-2,a) trình bày sơ đồ nguyên lý của máy điều tốc tác dụng trực tiếp. Cấu
ỉnh
u lượng 3. Con lắc ly tâm 4 quay được nhờ động cơ điện 2 có liên hệ bằng cơ hay điện
c nhờ hộp trục H còn
ên ph
ải của nó được nối với van điều tiết 3 tại điểm S. Khi cắt phụ tải, vì độ mở a
0
của
ng g quay
ủa quả lắc ly tâm ả lắ ăng ra xa, kéo hộp c H lên trên, lúc đó ta òn
HIẾT BỊ ĐIỀU TỐC TỰ ĐỘNG
vụ cảm ứng sự thay đổi tốc độ quay của máy và thay đổ
ỉnh. Nó gồm có các cơ cấu cơ bản sau đây:
- Cơ cấu cảm ứng (CCCƯ): cảm nhận sự sai lệch tốc
độ quay của tổ máy so với tốc
độ quay định mức và căn cứ vào đó tác động đến cơ cấu điều chỉnh.
- Cơ cấu điều chỉnh (CCĐC): trực tiếp thay đổi mômen chuyển động của turbine.
- Cơ cấu chấp hành (khuếch đại): thực hiện sự liên hệ cần thiết giữa CCCƯ và
CCĐC, chuyển dời CCĐC đến vị trí t
ương ứng khi có tín hiệu của cơ cấu cảm ứng. Cơ
cấu thuộc loại này là: động cơ tiếp lực, ngăn kéo phân
c
chỉnh (ví dụ cơ cấu câ
cấu phụ trợ: làm các động tác phụ như thay đổi chỉnh đị
nh máy điều tốc, hạn chế
độ mở CCHD, thay đổi độ không cân bằng còn dư, v.v
Những điểm khác biệt giữa điều chỉnh turbine thủy lực và điều chỉnh các loại
động cơ khác là ở chỗ là CCĐC của turbine đòi hỏi phải có lực chuyển dời lớn để dịch
p

Đối với turbine cánh quay và turbine gáo cần phải
(điều chỉnh CCHD và điều chỉnh góc đặt cánh ở turbine cánh quay, hoặc điều chỉnh van
kim và điều chỉnh thiết bị tách dòng ở turbine gáo), do vậy hệ thống điều chỉnh càng trở
nên phức tạp h
ơn.
Xét về nguyên lý tác dụng ta chia ra hai loại: máy điều tốc trực tiếp và gián tiếp.
ta cần nghiên cứu sơ đồ nguyên lý của chúng sau đây:
VII. 3. 1. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp
tạo của máy điều tốc loại này gồm có con lắc li tâm 4, tay đòn HZS và van điều ch
lư
với trục turbine. Đầu bên trái của tay đòn HZS được nối với con lắ
b
cánh hướ nước chưa thay đổi nên số vòng quay của turbine cũng như số vòn
c tăng lên, qu c v trụ y đ


Hìn . S đồ điề ốc trự tiếp gián ô c ồi.
đ ều n à a xuốn p
b u ng Q qua turbine công su ine cân b ng với công suất
h 7-2 ơ u t c và tiếp kh ng có ơ cấu phục h

HZS sẽ quay xung quanh iểm tựa Z theo chi kim đồ g hồ v đẩy v n 3 g thấ
để giảm ớt lư lượ ất turb ằng bằ
89
t đ h tăng tả trìn này x ế ưng chiều
n ộ ph t ngư lại.
ờ ét t trên g ứng với vị Z ối thời điể ều
hình vẽ y ta th y iều t tác đ rự tạ rất đơ n.
Nhưng nhượ
c điểm cơ bản của nó là sai số về vòng quay turbine rất lớn khi phụ tải tăng

i toàn phần. Đồng thời lực đóng mở các bộ phận điều chỉnh do quả lắc
đủ để đóng mở các bộ phận điều chỉnh của turbine dù là turbine
nhỏ. Vì
dẫn vào
ngăn trượt 3 để điều khiển hướng và trị số dịch chuyển của pitông của ĐCTL 5. Lực
tác động của
ĐCTL phụ thuộc vào kích thước và áp suất của dầu áp lực .

Cấu tạo ĐCTL gồm một pitông chuyển động trong một xi lanh và pitông này
được nối với vành điều chỉnh của CCHD qua thanh kéo đẩy. Ngăn trượt thông với hai
phía của ĐCTL nhờ hai ống dầu đặt ở hai đầu của xi lanh. Cấu tạo ngăn trượt gồm có vỏ
hình lăng trụ và một chiếc kim trượt trong đó. Trên thành vỏ có khoét năm lỗ nhỏ (cửa
sổ); cửa sổ ở
giữa được thông với dầu có áp lấy từ thiết bị dầu áp lực tới van trượt qua
cửa này: hai cửa làm việc (ở vị trí cân bằng thì hai cửa này được đóng kín bởi phần lồi
trên và dưới của van kim) thông với ngăn tương ứng của ĐCTL qua hai ống dẫn dầu,
hai cửa xả dầu trên và dưới cùng thông với thùng dầu xả. Như vậy, khi chuyển dời khỏi
vị trí cân b
ằng thì dầu có áp sẽ từ cửa sổ giữa đi vào một ngăn nào đó của ĐCTL, còn
dầu có áp trong ngăn khác của ĐCTL sẽ theo cửa sổ làm việc và lỗ xả trở về thùng xả,
hai phía của ĐCTL có độ chênh áp lực làm chuyển động bộ phận điều chỉnh của
turbine.
Quá trình điều chỉnh tốc độ quay của turbine theo sơ đồ này sẽ không ổn đị
nh
bởi vì pitông của ĐCTL không thể đứng im ở một vị trí cân bằng nào cả (do kim van
trượt đã không kịp trở về vị trí ban đầu). Hiện tượng giao động độ mở cánh hướng
nước, công suất, cũng bắt nguồn từ đây. Để khắc phục nhược điểm trên ta sử dụng
những sơ đồ điều chỉnh khác sẽ nói sau đây.

2. Máy điều tốc tác động gián tiếp có cơ cấu phản hồi cứng

Trong sơ đồ này (hình 7-3,a), ngoài bộ phận ĐCTL và van trượt kể trên còn có thêm
bộ phận phản hồi kiểu đòn bẩy HZS, nó có tác dụng đưa kim trượt kịp trở về vị trí trung
gian. Từ sơ đồ nguyên lý ta thấy, lúc đầu ở vị trí 1 và sau khi pitông ĐCTL chuyển về
phía đóng bộ phận điều chỉnh thì hệ thống phản hồi cứng kiểu đòn sẽ đẩy điểm Z cùng
đ
iểm S ( nối với kim ngăn trượt) lên trên ở vị trí 2, kết quả là kim trượt sẽ trở về vị trí
trung gian. Khác với sơ đồ không có cơ cấu phản hồi, ở đây khi quá trình điều chỉnh kết
thúc thì ĐCTL sẽ dừng lại tại vị trí cân bằng mới và số vòng quay của turbine cũng sẽ
máy phá iện. K i i thì quá h cũng ảy ra như th , nh
chuyển độ g của các b ận kể rên ợc
Đư ng n đứ hình tươn trí tay đòn H S ở cu m đi
chỉnh. Từ nà ấy má đ ốc ộng t c tiếp có cấu o n giả
từ 0 đến phụ tả
tạo ra rất nhỏ không
vậy nguyên lý này rất ít được sử dụng trong thủ
y điện.
VII. 3. 2. Các sơ đồ nguyên lý điều tốc đơn gián tiếp
Sơ đồ nguyên lý điều tốc gián tiếp khác với sơ đồ nguyên lý điều tốc trực tiếp ở
chỗ: con lắc ly tâm không trực tiếp tác động vào bộ phận điều chỉnh mà giữa quả lắc và
bộ phận điều chỉnh được lắp thêm động cơ tiếp lực (ĐCTL) cùng với van phân phối
(hoặc ngăn trượt). Điều đó cho phép dùng quả
lắc có khối lượng nhỏ với độ nhạy khá
cao để chuyển dời kim trượt lắp trong ngăn trượt đó. Theo nguyên lý làm việc của bộ
phận ổn định ta chia loại gían tiếp ra những loại sau:
1. Máy điều tốc tác động gián tiếp không có cơ cấu phản hồi
Hình 7-2,b là loại điều tốc này. Trong sơ đồ này đưa thêm vào hai bộ phận
khuếch đại là van phân phối 3 (còn gọi là ngăn trượt) và động cơ tiếp lực 5. Con lắc ly
tâm liên hệ với ngăn trượt 3 qua tay đòn 2 . Chất lỏng có áp (dầu áp lực) được

a). Điều tốc có cơ cấu phản hồi cứng b). Điều tốc có cơ cấu phản hồi mềm
Hình 7-3. Sơ đồ điều tốc gián tiếp có cơ cấu phản hồi.

ổn định ở vị trí tương ứng với vị trí mới của hộp trục H . Hình trên tương ứng với
trường hợp giảm tải, trường hợp này vòng quay mới l
ớn hơn vòng quay định mức của tổ
máy. Trường tăng tải, các quả lắc cụp lại, kim trượt bị đẩy lên trên và dầu có áp sẽ đi
vào ngăn bên trái của ĐCTL, còn ngăn phải của nó thông vơi ống dầu xả làm cho pitông
ĐCTL chuyển dịch sang bên phải để mở to bộ phận điều chỉnh. Như vậy cơ cấu phục
hồi cứng đưa kim van trở v
ề vị trí trung gian. Quá trình điều chỉnh kết thúc thì số vòng
quay của turbine sẽ nhỏ hơn số vòng quay định mức vì điểm H thấp hơn vị trí ban đầu.
3. Máy điều tốc tác động gián tiếp có cơ cấu phản hồi mềm
Trong sơ đồ điều tốc loại này (hình 7-3,b ở trên), điểm Z của đòn HZS được nối với
pitông của ĐCTL qua bộ phận đặc biệt là bộ phận hoãn xung 1, nhờ đó mà điểm H có
thể
trở về vị trí ban đầu và đứng im ở vị trí đó trong suốt cả thời gian làm việc ổn định
của turbine .
Trong bộ phận phản hồi mềm, điểm Z của đòn 2 liên hệ với lò xo 3 và điểm Z sẽ
ở vị trí ban đầu nếu lò xo này ở trạng thái tự do. Bộ phận hoãn xung gồm một ống xi
lanh (có chứa đầy dầu) và pitông, trên pitông này có khoét một lỗ nhỏ để khi pitông củ
a
bộ phận hoãn xung trở về vị trí trung gian thì dầu có thể chảy chậm từ một ngăn này vào
ngăn khác của xi lanh qua lỗ nhỏ đó.
Ta nghiên cứu cách chuyển vận của bộ phận hoãn xung. Trong trường hợp giảm
tải, số vòng quay tăng và động cơ tiếp lực chuyển động về phía đóng bộ phận điều hỉnh.
Lúc đầu vì dầu chưa kịp chảy từ
ngăn dưới lên ngăn trên của xi lanh của bộ phận hoãn
xung, do tác dụng tiết lưu lên cả xi lanh lẫn pitông cùng điểm Z đều dịch chuyển lên
trên để kịp thời đưa kim trượt (điểm S) trở về vị trí ban đầu và lò xo bị nén lại. Cho đến

thời điểm này thì quá trình đièu chỉnh giống như sơ đồ máy điều tốc tác động gián tiếp
với cơ cấu ph
ản hồi cứng. Sau đó do tác dụng đàn hồi của lò xo 3, lò xo giản ra và đẩy
điềm Z xuống dưới, đòn 2 quay xung quanh điểm H theo chiều kim đồng hồ và pitông
của ĐCTL lại n tục giảm dần cho
i khi điểm H ố vòng quay sau
u cũng tức là phụ thuộc vào độ mở của lỗ tiết lưu
ong bình hoãn xung.
II. 3. 3. Các sơ đồ nguyên lý máy điều tốc kép tác động gián tiếp
Khác với turbine cánh quạt và tâm trục cột nước thấp chỉ có một bộ phận điều
hỉnh lưu lượng (điều chỉnh cơ cấu hướng nước) như đã mô tả ở trên, turbine tâm trục
ột nước cao có van tháo không và turbine cánh quay, turbine gáo tiến hành điều chỉnh
tiếp tục chuyển động về phía đóng. Số vòng quay liê
trở về vị trí ban đầu thì quá trình điều chỉnh kết thúc. Stớ
cùng sẽ bằng số vòng quay ban đầu.
Đó là đặc điểm chính của loại điều tốc này. Thời
gian cần để cho điểm Z chuyển động dưới tác dụng của lò xo nhanh hay chậm phụ
uộc vào sức cản thủy lực ở lỗ tiết lưth
tr
V
c
c
90
91
ồng thời điều chỉnh
óc đặt cánh quanh bầu BXCT nhằm mở rộng vùng làm việc có hiệu suất cao, còn trong
o v ục có van tháo không thì mục đích của việc điều chỉnh kép
iữa van kim th ị tách dòng hoặ ữa CCHD và van tháo không, nhằm mục h
ực đ ớ o n h ị
ó ộ ro u nh v ó q h ẽ

m n à ộ t n ê n
hún x t tố u :
iề c kép củ
thấy: khi ĐCTL của CCHD dịch sang
ái để
0
y có liên hệ với đòn 8 nên nêm 6 của
n h c huyể ang b n
rượ dị g ên
ủa ĐCTL BX và i uay c rbin hía
đó bô phận liên hệ n c (thanh 7) củ L ảo đảm ên h n trị
kép. Trong turbine cánh quay người ta tiến hành điều chỉnh CCHD đ
g
turbine gá à turbine tâm tr
g và iết b c gi đíc
giảm áp l nước va ở ường ống có áp dẫn nư c và turbi e. Vì vậy, t iết b điều
chỉ
nh của n gồm hai b phận mà t ng q á trì làm iệc c liên uan c ặt ch với
nhau theo ột qua hệ r ng bu t nhấ định hư cơ cấu li n hợp gồm có cam và co lăn.
Sau đây c g ta
đ
em xé
u tố
sơ đồ điều
a turbine cánh quay
c kép của t rbine
1. Sơ đồ
Hình 7-4,a xét trường hợp phụ tải giảm ta
đóng bớt độ mở a
, vì pitông của ĐCTL nà

tr
cơ cấu liê
kim van t
ợp sẽ dị
t 4 của B
của
h c
XCT
CT
n s
ch xuốn
đẩy p
ên phải đẩy ròng
mở cửa dầu làm
a
rọc của đòn 5 lên trê
cho dầu có áp đi vào
làm cho
ngăn tr
về pc 8 tông củ nó lên
ĐCT
để q
b
ánh tu
ự li
e
đóng. Khi

gượ a sẽ s ệ đơ

Hình 7-4. Các sơ đồ điều tốc kép của turbine cánh quay và gáo

giữa vị trí nêm liên hợp và độ quay BXCT. Trong các cơ cấu hiện nay thường dùng cam
thay cho nêm liên hợp. Trường hợp tăng tải sự dịch chuyển của các cơ cấu điều chỉnh sẽ
ó hướng ngược lại. c
2. Sơ đồ điều tốc kép của TB gáo
Trên hình 7-4,b ta thấy: khi phu tải giảm, ĐCTL 2 của của thiết bị tách dòng 9
tác đọng nhanh để cắt một phần hay toàn bộ tia nước không cho tác dụng vào BXCT,
đồng thời khi pitông của ĐCTL này chuyển dịch về phía đóng sẽ đẩy nêm liên hợp 3
chuyển động sang phải, ròng rọc cùng đòn 4 đi lên, do đó đẩy kim 5 của van trượt đi
xuống để mở các cửa sổ, đưa dầu có áp về ngăn bên trái của
ĐCTL 7. Kết quả là van
kim 8 sẽ từ từ đóng lại nhờ van tiết lưu 6 lắp ở ống dầu đi vào ngăn bên trái ĐCTL 7.
Khi tăng tải thì thiết bị tách dòng 9 dời xa dòng tia nên nó không có tác dụng điều
chỉnh lưu lượng tia.

VII. 3. 4. Một số cơ cấu điều khiển của máy điều tốc
Việc vận hành song song các tổ máy phát điện trong hệ thống điện đòi hỏi phải
có thêm những cơ cấu điều khiển như: cơ cấu không cân bằng còn dư, cơ cấu biến đổi
số vòng quay, cơ cấu hạn chế độ mở cánh hướng dòng .v v Chúng ta sẽ lần lượt tìm
hiểu tác dụng và cách chuyển vận của mỗi cơ cấu đó.
1. Cơ cấu không cân bằng còn dư
Để tổ máy vận hành ổn định trong hệ thống điện thì đường đặc tính tĩnh của hệ
thống điều chỉnh (đường quan hệ n = f (N) hoặc
ω = f (N)) phải có một độ không cân
bằng nhất định. Độ không cân bằng được xác định theo công thức:
92
δ= =
−
−

+n nn
in max min
max min0
2
Trong đó : n
nn
max m
nn
việc đầy tải;

max
- vòng quay tổ máy khi làm việc không tải;
n
min
- vòng quay tổ máy khi làm
n
0
- vòng quay định mức của tổ máy.
Nguyên lý làm việc của cơ cấu không cân bằng còn dư (xem hình 7-5,a) :
Tại điểm O của thanh đòn nối liền quả lắc 1 và ngăn trượt 2, ngoài cơ cấu phản
hồi mềm 4 còn chịu tác dụng của cơ cấu không cân bằng còn dư gồm thanh 5 và con
trượt 6. Cơ cấu này làm nhiệm vụ phục hồi cứng. Thay đổi vị trí con trượt 6 ta được các
trị số
không cân bằng khác nhau. Khi δ = 0 thì đường dặc tính của hệ tống điều chỉnh sẽ
nằm ngang, khi
δ ≠ 0 thì đường đặc tính điều chỉnh là đường nghiêng (xem hình 7-5,b).

cơ cấu thao tác trong máy điều tốc.
Muốn vậy trong
máy đi ặn vô lăng 8,

điểm C ẽ thay đổi vị trí, đường đặc tính t
ĩnh của hệ thống điều chỉnh được tịnh tiến
lên xuống (xem sơ đồ trên hình 7-5). Khi tổ máy làm việc độc lập, cơ cấu điều chỉnh số
vòng quay được dùng để thay đổi số vòng quay định mức của tổ máy. Khi tổ máy làm
việc song song thì cơ cấu này dùng để thay đổi phụ tải do tổ máy đảm nhận (nhấc hoặc
hạ đường đặc tính điề
u chỉnh 1 ứng với khi tăng hoặc giảm phụ tải một lượng ∆N, ví dụ
trên hình 7-5,c khi tăng tải ta phải nhâc đường 1 lên đường 2 để giữ vòng quay hắng số.
3. Cơ cấu hạn chế độ mở CCHD:
Cơ cấu này dùng để hạn chế công suất của turbine trong giới hạn cho phép ( ví
dụ khi hồ chứa thiếu nước hoặc độ mở a
0
không được vượt quá đường dự trữ công suất
5% ) thì phải sử dụng cơ cấu này. Trên hình (7-5,a) cơ cấu là đòn d-e-f và cơ cấu quay 9
Hình 7-5 Sơ đồ nguyên lý một số

2. Cơ cấu biến đổi số vòng quay:
Để hòa đồng bộ tổ máy vào lưới điện cần phải điều chỉnh số vòng quay của tổ
máy sao cho tần số của máy phát điện đúng bằng tần số của lưới điện.
ều tốc phải có cơ cấu thay đổi số vòng quay (bộ phận 7,8). Khi v
s
93
để điều chỉnh vị trí đứng của điểm hạn chế độ mở d. Khi tăng tải, pittông 3 của động cơ
tiếp lực dịch về phía mở (phía phải) sẽ kéo điểm e hạ xuống lôi điểm d xuống để hạn
chế không cho CCHD mở quá độ mở quy định.
4. Các cơ cấu khác:
Ngoài ra trong máy điều tốc còn có các đồng hồ để kiểm tra, theo dõi sự làm
việc của hệ thống điều chỉnh như là đồng hồ đo số vòng quay của turbine, đo áp lực dầu,
kim chỉ độ mở bộ phận bộ phận điều chỉnh của turbine, kim chỉ mức dầu trong thiết bị
dầu áp lực v v

Trên đây đã trình bày nguyên tắc của một số lo
ại điều tốc theo nguyên lý điều
tốc điện - thủy lực. Ngày nay thế giới đã bắt đầu dùng loại điều tốc điện tử - thủy lực.
Trong đó, các cơ cấu chấp hành và CCĐC giống nhau, chỉ khác là cơ cấu cảm và một số
bộ phận cơ giới khác được thay bằng các phần tử điện hoặc vi mạch
điện tử thu nhận,
xử lý và phát tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành và CCĐC. Sau đây là ví dụ
về một sơ đồ điều tốc điện tử - thuỷ lực DIGI PID (hình 7-6) để chúng ta tham khảo
thêm:


Hình 7-6. Ví dụ về sơ đồ điều tốc điện tử - thuỷ lực.
Các bộ phận của bộ điều tốc số DIGI PID trong đó có: các mạch điện tử được bố
trí trong một tủ, đây là bộ não tập trung các dữ kiện và xử lý các lệnh điều khiển; Các cơ
cấu đo phát tín hiệu đến bộ điều tốc; các c
ơ cấu chấp hành nhằm thi hành các lệnh do bộ
94
ệch pha do thao tác I, t
ăng cường tính ổn định cho hệ thống.
như sau:
chỉnh) và vào cửa dầu D
ủa van trung gian (van phụ) đẩy pittông của van này lên trên và dầu
điều khiển ra khỏi
vào K của van phân phối. Pittông của van phân phối được đẩy lên làm mở cửa dầu H,
ưa dầu vào phía trên của ĐCTL đẩy pittông của ĐCTL đi xuống, điều chỉnh CCHD
ủa turbine về về độ mở phù hợp với yêu cầu phụ tải. Quá trình điều chỉnh này lại được
ộ phận cảm biến ở van phân phối và ĐCTL báo về bộ
điều tốc. Bộ điều tốc lại so sánh
ử lý và tạo tín hiệu về bộ dẫn động và quá trình lại tiếp diễn Khi trục T đi xuống.
úc này dầu từ B thông với C xả về nhánh xả dầu. Áp lực ở B giảm, dầu từ D chảy ra

khỏi D, làm giảm áp lực trong khoang dầu của D, nên pittông phụ hạ xuống, dầu từ E
tràn vào van phụ và cũng tháo dầu từ K về
E. Do vậy pittông của van phân phối hạ
xuống, dầu áp lực thoát qua I vào bên dưới của ĐCTL, tác động vào vòng điều chỉnh
của CCHD, đưa độ mở cánh hướng dòng về độ mở phù hợp với yêu cầu phụ tải. Quá
trình điều chỉnh lại được báo về bộ điều tốc
Trên đây là một ví dụ về loại điều tốc mới, sinh viên có thể tìm hiểu thêm.

VII. 3. 4.Thiết bị dầu áp lực của máy điều tốc
Thiết bị dầu áp lực có nhiệm vụ cung cấp dầu có áp cho thiết bị điều tốc, ngoài
ra nó còn cung cấp dầu có áp cho dộng cơ tiếp lực (ĐCTL) của các van đĩa, van
cầu v v trên đường ống áp lực. Thiết bị dầu áp lực gồm có: két dầu áp lực, thùng chứa
dầu, tổ máy bơm dầu Hình (7-7) ở trang sau là một ví dụ về cấu tạo của thiết bị này.
Két dầu áp l
ực là bộ phận quan trọng nhất của thiết bị dầu; trong đó dầu chím từ
30 - 40 % thể tích, phần còn lại là khí nén. Nhờ tính đàn hồi của không khí nên sóng áp
lực sinh ra khi thao tác hệ thống điều chỉnh được giảm xuống rất nhiều. Số lượng và áp
lực dầu trong két dầu cần đủ đảm bảo cho sự hoạt động của tất cả các cơ cấu điều ch
ỉnh
và điều khiển tất cả các chế độ làm việc có thể của tổ máy. Vì vậy két dầu có thể xem là
nguồn trữ năng, nên giảm bớt công suất của bơm dầu so với loại máy điều tốc dùng
bơm
dầu trực tiếp.
Trong quá trình điều chỉnh turbine, dầu và khí nén trong két bị hao hụt và rò rỉ
qua các khe hơ, tổ máy bơm dầu có nhiệm bổ sung dầu tự
động (thường dùng rơle phao
để đóng động cơ điện của máy bơm) vào két dầu. Còn khí nén do máy nén khí chung
của nhà máy cung cấp .Ap lực dầu thường từ 20 - 40 at tùy thuộc loại máy điều tốc.
Bơm 12, kiểu bánh răng khía hoặc vít, được kéo bởi động cơ 9 sẽ bơm dầu từ
ùng c ứa qu dầu 18. Từ két dầu,

điều tốc phát ra. Chức năng của PID: Thao tác (P): đảm bảo một tỷ lệ giữa giá trị điều
chỉnh và sai số đặt (ví dụ sai lệch về tần số ); thao tác (I): do điều tốc này có giá trị
đặt không đổi, có sai số thường xuyên phụ thuộc vào công suất tổ máy, do vậy làm thiếu
chính xác về điều tần. Thao tác I nhằm khử sai số trong thao tác bình thường; thao tác
(D) khắc phục sự l
Nguyên hoạt động của sơ đồ hình 7-6
Lúc ổn định, Mq = Mc, các cửa dầu đều đóng. Giả sử phụ tải thay đổi bộ điều
tốc sẽ so sánh các trị số đặt của tần số, công suất tiến hành xử lý các dữ kiện và phát
lệnh đến bộ dẫn động (Actuator). Lệnh này gây ra một điện áp và đư
a tới cuộn dây , tuỳ
thuộc điện áp đặt vào cuộn dây mà trục van T của bộ dẫn động sẽ chuyển động lên hoặc
xuống, điều khiền các cửa dầu của Actuator. Giả sử trục T chuyển động lên, lúc này dầu
có áp từ cửa vào A sẽ ra cửa B (dầu ra cửa B gọi là dầu điều
c
E
đ
c
b
x
L

th h a bộ phận lọc 4, van lưỡi gà 11, van 23 đưa vào két
d g ống dẫn
đến hệ thống điều chỉnh. Khi áp áp lực dầ
ầu theo đườn
u trong két dầu vượt
quá giới hạn trên của bình thường khoảng 2 - 3 at van lưỡi gà 10 sẽ tự động mở, còn van
11 ở vị trí đóng đưa dầu từ bơm qua van dầu 10 trở về thùng chứa dầu và rơle áp lực sẽ
điều khiển tự động dừng bơm lại. Khi áp lực trong két dầu giảm xuống thấp hơn giới
hạn dưới bình thường khoang từ 1,5 - 2 at van 10 tự động đóng lại, bơm dầu được rơle

Hình 7-7. Sơ đồ kết cấu của thiết bị dầu áp lực

áp lực điều khiẻn sẽ tự động làm việc bơm dầu từ thùng chứa lên két dầu. Nếu bơm dầu
10 bị hỏng và áp lực trong két dầu lại vượt quá trị số cho phép, van an toàn 13 mở để
giảm áp lực trong két dầu đến bằng giới hạn trên, tránh được sự cố két dầu. Tại bộ phậ
n
lọc dầu còn lắp hai rơle áp lực. Rơle 20 dùng để khởi động bơm dầu dự trữ khi áp áp
lực trong két dầu hạ thấp còn 80 % so với áp lực bình thường. Rơle 21 dùng để dừng tổ
iếp tục giảm xuống quá thấp, nhằm ngăn
ngừa tì
VII. 4.
n được đặt trọn bộ trong
một tủ
máy và phát tín hiệu khi áp suất trong két dầu t
nh trạng máy điều tốc không điều khiển nỗi bộ phận điều chỉnh l
ưu lượng.
Phao 8 dùng để đo mức dầu, áp kế 10 và 17 để đo áp lực trong két dầu. Không
khí nén từ máy nén qua van 25 và van lưỡi gà 19 vào két dầu. Bơm nén 22 tự động bổ
sung khí nén.Thiết bị dầu thường trang bị mỗi tổ máy một, nhưng cũng có thể dùng
chung cho vài tổ máy hoặc chung cho toàn trạm.

LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC
Việc lựa chọn thiết bị điều tốc bao gồm chọn: động cơ tiếp lực, tủ điều tốc và
chọn thiết bị dầu áp lực. Thiết bị điều tốc nhỏ thì ba bộ phận trê
điều tốc chung, còn thiết bị điều tốc trung bình và lớn thì ba bộ phận trên tách
riêng và phả
i chọn riêng từng bộ phận và bố trí tách riêng.
Người ta phân loại điều tốc lớn hay nhỏ dựa vào năng lực công tác A tính theo:

085
23
,
/
A
k
N
H
=
(7-3)
Trong đó: A - năng lực công tác của thiết bị điều tốc (kGm);
k = 1,4 - hệ số an toàn;


≥ 3000 kGm thì thiết bị điều tốc thuộc loại lớn.
N - công suất của turbine (kW);
H - cột nước làm việc của turbine (m).
- Khi năng lực công tác A < 3000 kGm thì thiết bị điều tốc thuộc loại nhỏ;
- Khi năng lực công tác A

95
96
II. 4. 1. Chọn thiết bị điều tốc loại nhỏ
Thiết bị điều tốc nhỏ bao gồm một tủ chứa đầy đủ các cơ cấu điều tốc, tủ này
ược đặt cạnh vòng điều chỉnh CCHD (hình 7-8) là một ví dụ bố trí tủ điều tốc 1 đối với
máy trục ngang), trục ĐCTL trực tiếp điều chỉnh vòng điều chỉnh 2 của CCHD.
V

đ
tổ

Hình 7-8. Bố trí tủ điều tốc K
∃ - 350 của tổ máy trục ngang.

Tài liệu tra cứu thiết bị điều tốc nhỏ do Liên xô chế tạo có những nhãn hiệu sau:
- L ốc đơn
n kép; (ký hiệu PC là thiết bị điều tốc, các con số sau dấu ngang là năng lực công tác
c công tác A = 600 kGm);
dùng công thức (7-3) tính ra năng
lực côn
oại mới: PC - 250, PC - 600, PC - 1500 và PC - 3000, dùng cho điều t
lẫ
tính bằng kGm, ví dụ PC- 600 là thiết bị điều tốc có năng lự
- Loại cũ:
Π∃ -75, Π∃ -150 là loại điều tốc không có két dầu áp lực, con số là
năng lực công tác A (kGm); loại K
∃ -350, K∃ -500, K∃ -1.000, K∃ -1.500, K∃ -3.000,
K
∃ là điều tốc điện - thuỷ lực có két dầu áp lực, con số sau gạch ngang là năng lực công
tác A (kGm). Các loại điều tốc cũ hiện đang ngừng sản xuất.
Để chọn thiết bị điều tốc loại nhỏ trước tiên
g tác yêu cầu, sau đó tuỳ loại điều tốc đơn hay điều tốc kép và căn cứ
vào nhãn
hiệu thiết bị điều tốc ở trên để chọn. Cần chọn thiết bị điều tốc có năng lực công tác lớn
hơn năng lực yêu cầu và lấy năng lực công tác gần nhất.
VII. 4. 2. Chọn thiết bị điều tốc trung bình và lớn
Loại điều tốc có A > 3.000 kGm thuộc loại điều tốc lớn. Loại này phải chọn
riêng các cơ cấu: ĐCTL, tủ điều tốc, thiết bị dầu áp lực theo tính toán sau:

1. Chọn các động cơ tiếp lực (ĐCTL)

ĐCTL có ba loại: loại để quay cơ cấu hướng dòng (CCHD) hay van kim và loại
quay cánh turbine (ở turbine cánh quay hay thiết bị tách dòng ở turbine gáo). ĐCTL để
quay CCHD có thể là cơ cấu dịch chuyển lui - tới thẳng (a) một ĐCTL; hoặc hai ĐCTL
(b,c); có thể là động cơ chuyển động vòng (d) xem (hình 7-9). Các động cơ tiếp lực
thường đặt trực tiếp trên nắp turbine hoặc đặt ở phần giếng ngay trên nắp turbine.


Hình 7-9. Các kiểu động cơ tiếp lực của CCHD.
a xi lanh ĐCTL cánh hướng dòng d
hd
với áp lực
ầu nhỏ nhất sẽ là:

Khi quay các cánh hướng dòng, ĐCTL phải tạo được mômen kéo đủ thắng
mômen thuỷ lực tác dụng lên các cánh hướng dòng, mômen do ma sát trong ổ trục cánh
v.v áp lực làm việc lớn nhất của dầu có áp thường là từ 25 đến 40 át mốt phe.
a- Tính toán thông số của ĐCTL cánh hướng dòng:
- Đường kính trong củ
hd
o
dD
b
D
H
=λ
1
1
max

d

(7-4)
Trong công
Số c
Hệ số
Sau kh
ấy bằng (0,03 - 0,04) đối với turbine tâm trục; và


thức
λ là hệ số phụ thuộc số cánh hướng dòng Z
0
ánh hướng dòng Z
0
: 16 24 32

λ: 0,034 0,03 0,028
i tính ra đường kính theo công thức (7-4) ta lấy tròn theo đường kính tiêu chuẩn
là: 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 900, 1000 mm.
- Năng lực công tác của ĐCTL cánh hướng dòng (kGm):

hd hd o
AkHbD
=γ
max
1
2
(7-5)
Trong công thức:
γ (kG/m
3

) - trọng lượng riêng của nước;
H
max
, b
0
là cột nước làm việc lớn nhất (m) và độ cao cánh hướng dòng (m);
k
hd
là hệ số kinh nghiệm; l
lấy bằng (0,045 - 0,05) đối với turbine cánh quay.
b- Tính toán thông số của ĐCTL của BXCT cánh quay:
97
- Đường kính trong của động cơ tiếp lực BXCT của turbine cánh quay:

bx bc bt
dbd
=
÷
=
÷
(, , ) (, , )0 71 0 75 0 78 0 82
(7-6)
Trong công thức: d
bc
, d
bt
đường kính bầu BXCT turbine ở tiết diện cầu và trụ.
- Năng lực công tác của ĐCTL của BXCT cánh quay:

bx bx o

b
AkHbDd
=−γ
max
()
1
33
(7-7)
Trong công thức: k
hệ số kinh nghiệm, lấy b
bx
ằng (0,05 - 0,06);
d
b
(m) là đường kính bầu BXCT.
98
c- Năng lực công tác của ĐCTL của vòi phun và cơ cấu tách dòng turbine gáo:

goo
o
AZd
dH
=+
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟
3

6000
max
(7-8)
Trong công thức: Z
0
là số vòi phun; d
0
(m) là đường kính tia nước ra khỏi vòi phun.
d- Dung tích xi lanh của các DCTL ( của CCHD, BXCT và của vòi phun):

V
A
p
=
(7-9)
Trong công thức: V (m
3
); A (kGm);
p (kG/cm
2
) là áp suất trong két dầu áp lực.

2. Chọn tủ điều tốc (TĐT)
Tủ điều tốc (hay còn gọi là máy đièu tốc) chúng thường có kích thước đã tiêu
chuẩn hoá. Các kích thước này phụ thuộc vào kích thước van phân phối chính. Đường
kính van phân phối chính thường lấy bằng đường kính ống dẫn dầu từ van đến ĐCTL.
Gọi Q
V
(m
3

/s) là lưu lượng dầu qua van phân phối chính, V
hd
(m
3
) là thể tích dầu của
các ĐCTL cánh hướng dòng và T
S
(s) là thời gian đóng/mở của động cơ tiếp lực. Vậy:

v
hd
S
Q
T
=
(7-10)
T
V
S
được xác định theo tính toán đảm bảo điêu chỉnh tổ máy, thường lấy từ 3-8 s
Ta có đường kính ống dẫn dầu ( hay đường kính van phân phối chính) là:
o
v
d
Q
V
=
4
π
(7-11)

Trong công thức: V là tốc độ dầu chảy trong ống, thường lấy V = (4 - 8) m/s;
d
0
là đường kính van phân phối chính (m).
Sau khi tính d
0
theo (7-11) ta quy về đường kính tiêu chuẩn của van phân phối
chính là: 100, 150, 200, 250 mm và thiên về số lớn gần nhất. Ngoài ra ta có thể tra
đường kính van phân phối chính theo đồ thị (hình 7-9,a). Từ d
0
tra ra nhãn tủ điều tốc.



99

Hình 7-10. Biểu đồ chọn đường kính van phân phối chính.
Dưới đây là nhãn hiệu các loại tủ điều tốc lớn do Liên xô cũ sản xuất:
- Các loại tủ điều tốc đơn (dùng cho turbine tâm trục và cánh quạt) gồm có: PO-
40, P-100, P-150, (P-200, P-250); và
∋ΓP-100, ∋ΓP-150, (∋ΓP-200, ∋ΓP-250);
- Các loại tủ điều tốc kép (dùng cho turbine cánh quay và gáo) gồm có: PK-100,
PK-150, PKO-200, PKO-250, PKM-100, PKM-150, (PKM-200, PKM-250); và các
loại:
∋ΓPK-100, ∋ΓPK-150, (∋ΓPK-200, ∋ΓPK-250). Hai loại PK và PKO hiện không
sản xuất nữa.
Ký hiệu các chữ cái P và ∋ΓP là điềutốc đơn; còn PK, PKO, PKM, ∋ΓPK là điều
tốc kép. Phần số đi sau biểu thị đường kính van phân phối chính tính bằng mm.
Dựa vào công thức (7-11) xác định đường kính van phân phối chính, quy chuẩn

rồi căn cứ vào chức năng điều tốc đơn hay kép căn cứ vào ký hiệu nêu trên để chọn ra tủ
điều tốc thích hơp. Tủ điều tốc loại lớn có kích thước ngoài gần như nhau, khi chưa có
thiết bị c
ụ thể có thể lấy tạm kích thước như sau:
Cao x Dài x Rộng = 1900 x 800 x 800 mm, xem ví dụ (hình 7-10,b ở trên).
3. Chọn thiết bị dầu áp lực

Thiết bị dầu áp lực được chọn dựa vào dung tích và áp lực dầu của két dầu áp
lực (KDAL). Dung tích của nó phải đủ để đóng CCHD trong điều kiện bất lợi khi áp
suất trong KDAL thapa hơn áp suất định mức (25 hoặc 40 at) từ (35 đến 40%) đồng thời
đủdể bổ sung lợng rò rỉ. Thiết bị dầu áp lực được tính theo dung tích cần thiết V của
KDAL như sau:

( cho turbine cánh quay);
(cho turbine tâm trục có van xả không)

(cho turbine tâm trục).
Trong công thức, các dung tích V
hd
, V
bx
và V
xb
được tính theo công thức (7-9).
Sau khi tính ra V, ta tra ra được loại thiết bị dầu áp lực như bảng (7-1) hình (7-11) sau:




Bảng 7-1. Kích thước thiết bị dầu áp lực.

C
ác kích thước chính (cm) và trọng lượng G (tấn)
V
VV
hd bx
=÷ +÷()()18 20 4 5
V
VV
hd xb
=÷ +÷()()18 20 9 10
V
V
hd
=÷()18 20


Kiểu thiết bị dầu a.lực Két dầu áp lực Thùng dầu
D H
1
h
1
G H L B A G
MHY 0,6/1-40-1,8-2 70 170 - - 70 160 160 - -
MHY 1/1-40-2,5-2 96 198 35 1,5 99 160 180 125 2,8
MHY 1,6/1-40-2,5-2 104 280 38 1,7 109 177 197 125 4,09
MHY 2,5/1-40-4-2 115 303 43 2,2 121 201 241 142 6,1
MHY /1-40-4-2 145,2 307 47 3,7 121 201 241 1424 6,9
MHY ,3/1-40-8-2 166,5 365 58 4,6 136 272 272 160 11,2 6
MHY 8/1-40-8-2 186 367 57 5,5 136 272 272 160 12,3

MHY 10/1-40-12,5-2 206,4 385 73 7,0 168 302 302 180 15,0
MHY12,5/1-40-12,5-2 228 397 80 9,0 168 302 302 180 17,0
MHY 6/1-40-16,2-2 228 494 84 11,0 210 382 302 180 20,1 1
MHY 16/2-40-20-3 186 370 61 11,4 210 382 302 180 22,1
MHY 20/2-40-20-3 206,4 387 72 13,6 210 382 302 180 25,3
MHY 25/2-40-32-3 228 400 80 17,8 262 450 324 200 33,0
MHY 30/2-40-32-3 248 411 91 21,2 262 450 324 200 36,0
MHY 36/2-40-32-3 248 477 92 - 262 450 324 200 39,9
MHY /2-63-4-2 - - - - 121 201 241 4 142 6,5
MHY 6,3/2-63-10-2 - - - - 121 201 241 142 12
MHY 12,5/2-63-12,5-2 - - - - 168 302 302 180 20
MHY 20/2-63-22-3 - - - - 210 382 302 180 38
MHY 25/2-63-22-3 - - - - 210 382 302 180 39

Giải thích ký hiệu: Ví dụ MHY 25/2-40-32-3 là thiết bị dầu áp lực (MHY) có V = 25 m
3

2 3
có 2 két dầu, áp suất định mức p = 40 kG/cm
, dung tích thùng dầu V
t
= 32 m , có 3
máy bơm dầu. Ngoài bảng trên còn có thể tra theo các tài liệu chuyên ngành khác.


Hình 7-11. Sơ đồ kích thước thiết bị dầu áp lực chọn theo bảng (7-1)
(a, b, c là mặt đứng, mặt cắt ngang, mặt bằng)

100
101
















Chương VIII.
MỘT SỐ THIẾT BỊ THỦY LỰC KHÁC CỦA TTĐ
ỬA VAN

VIII. 1. C TRÊN ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC
Trong trạm thủy điện có nhiều loại cửa van, ở đây chúng ta chỉ dừng lại xem xét
các loại cửa van đặt trên đường dẫn áp lực có liên quan trực tiếp đến turbine. Van n
ày
được đặt ngay trước cửa vào buồng turbine và nằm trong nhà máy thủy điện. Nó làm
nhiệm vụ ngăn dòng nước vào turbine khi đưa turbine vào sửa chữa hoặc sự cô hay

dừng máy bình thường, nên còn gọi là
” van sửa chữa - sự cố “, van đặt trước cửa vào
buồng turbine nên còn gọi la
"van trước turbine". Hai loại cửa van được ưa dùng hơn cả
đối với thuỷ điện vừa và lớn là: van đĩa và van cầu.

VIII. 1. 1. Van đĩa
Loại van này có đường kính 0,5 - 8,25 m và được dùng cho cột nước từ 25 đến
810 m, thường dùng nhất với cột nước H = 200 - 300 m. Hình (8-1) là một ví dụ về loại
cửa van này (dùng ở TTĐ mang tên đại hội lần thứ 22 Đảng cộng sản Liên
Xô, có
đường kính 5,3 m, chịu cột nước 62 m). Cửa van gồm một thân thép hình trụ 1, đĩa quay


Hình 8-1. Kết cấu cửa van đĩa.
2 trục ngang, ống vòng 3 và kết cấu tựa 4. Đĩa quay thường có dạng khác nhau (loại đĩa
phẳng hình b, hoặc đĩa không gian hình c).Phụ thuộc vào đường kính của van mà thân
và đĩa làm bằng thép tấm hoặc thép đúc. Việc quay đĩa được tiến hành nhờ hai động cơ
tiếp lực 5, cần của mỗi ĐCTL này được gắn bản lề cầu với thanh kéo 6 nối với tr
ục van.
Việc mở van (quay đĩa) phần lớn thực hiện khi cân bằng áp lực nước trước và
sau cánh van trước khi mở van để giảm lực quay,vì vậy trên van đĩa đặt thêm ống dẫn
vòng3
Có thể tra van đĩa do nước Nga sản xuất ở bảng 8-1 và hình (8-3,a) sau đây.

Bảng 8-1. Kích thước cơ bản của van đĩa do Nga sản xuất.

Mã hiệu Kích thước (mm) và trọng lượng van G (tấn)
D D
1

H H
1
H
2
L L
2
B B
1
G
130-35 130 1470 700 1200 2040 2260 1150 700 384 -
130-120 130 1535 650 2260 1800 2250 1200 900 318 4,4
160-55 160 1760 910 1370 2755 2615 1340 1000 318 -
160-95 160 1820 800 2325 1800 2815 1425 900 318 -
160-120 160 1820 800 2540 1920 2815 1600 900 318 -
220-65 220 2390 1000 2895 1900 4020 1800 1100 318 -
220-75 220 2420 1000 2975 1795 3660 1800 1100 318 12,2
240-60 240 2600 1100 3105 2555 4135 2065 1200 366 17,1
260-120 260 2800 1200 3300 3050 4170 2300 1200 600 33
102
103
320-80 320 3450 1400 3500 2870 5370 2500 1500 567 20,5
600-120 600 6380 2800 3600 5380 8380 4410 2200 1060 13,5
120-25 120 - - - - 2270 1200 500 - 2,7
160-115 160 - 800 - 1920 2815 1425 900 - 5,7
360-46 360 - 1555 - - 4860 3300 1000 - 18,2
550-75 550 - 3000 - 3565 7800 3675 1800 - 82
260-15 260 - 1500 - - 4340 1950 1400 - 25
-400-230 400 - 2700 - - 7400 3300 1750 - 140
-450-125 450 - 2700 - - 6935 3360 1400 - 105
-760-75 760 - 4250 - - 1050

0
4850 1800 - 195

VIII. 1. 2. Van cầu
Van cầu có kết cấu rất vững chắc và đắt tiền hơn van đĩa, vì vậy nó được sử
dụng với TTĐ cột nước cao (từ 200 - 1800 m), đường kính có thể đạt đến 4,2 m. Hình
(8-2) là một ví dụ về loại cửa van này (đường kính van 1,7m, H = 297m). Van gồm:
thân hình cầu 1, bên trong đặt phần cánh van quay 2 là khối trụ có đĩa hình cầu 3 và
các vòng chống rò 4 và 5. Ở trạng thái van mở hoàn toàn, ttổn thất cột nước bằng không
vì dòng chảy chả
y qua trụ với kích thước trong bằng đường kính ống áp lực. Khi đóng
van rôto quay 90
0
. Dưới áp lực nước thượng lưu, nước nước chảy vào ngăn áp lực 6 của
đĩa chống rò, qua khe hở giữa thân và rôto vào rãnh 7, đĩa cầu được chuyển dịch trong
trụ và bị ép chặt vào thân van, đóng lổ ống về phía hạ lưu. Để mở van, nước từ ngăn áp
lực của của đĩa chống rò chảy vào phần tháo cạn của ống, nhờ vậy bộ phận làm kín
nướ
c của van không bị ép nữa.Trục quay của rôto van cầu khuyên nên đặt nằm ngang.
Nhược điểm chính của van cầu là kích thước và trọng lượng lớn, giá thành đắt.

Hình 8-3. Kích thước cơ bản của van đĩa và van cầu.

Có thể tra các thông số cơ bản của cửa van cầu do Nga sản xuất theo bảng (8-2)
ang sau đây và hình (8-3,b ở trên ) .



tr

104
105
Bảng (8-2). Kích thước cơ bản của van cầu, do Nga sản xuất

Mã hiệu Kích thước cm
D D D
1 3
H
1
H
2
H
3
L L
1
L
2
L
4
B B
2
130-950 130 278 168 - 250 130 120 161 161 255 245 142
180-375 180 270 210 223 266 95 200 210 210 307 270 141
300-550 300 522 349 313 488 199 324 350 350 480 414 107
420-400 420 775 470 417 634 205 400 450 450 600 560 92

Bảng (8-2, tiếp) Các thông số của van cầu

ã hiệu Đ.kính H Q
ĐCTL (động Thời gian (s) G
(tấn)
M
(mm) (m) (m
3
/s) có tiếp lực)
D
2
,mm số cái Mở Đóng
130-950 1300 950 - 400 2 60 60 43
180-375 1800 375 41,5 500 2 120 120 64
260-280 2600 280 71 600 2 120 120 128
300-550 3000 550 90 600 2 120 120 270
420-400 4200 400 150 1100 2 120 120 570

Ghi chú: Ký hiệu của mã hiệu: con số trước dấu gạch ngang là đường kính trong
của van (D), c 50, nghĩa là van
ó đường kính trong D = 180 cm, dùng với cột nước H = 950 m.
c, hệ thố
cứu hỏa
.
ầu bôi trơn làm trơn các ổ trục máy, dùng truyền năng lượng cho hệ thống điều chỉnh
thống dầu bôi trơn thường
dầu 8 chứa dầu vậ
n
ành đã xác định số giờ làm việc. Thùng dầu 9 chứa dầu sạch sau khi đã làm sạch và tái
sinh qua thiết bị xử lý dầu 11,12,13.Thùng dầu bẩn 15 chứa dầu bẩn từ các thiết bị đổ về
Sơ đồ (8-3,b) là hệ thống cấp dầu vận hành và dầu bôi trơn các ổ trục của turbine
cánh quay. Dầu máy biến áp phải chứa ở thùng riêng. Không được để lẫn các loại dầu.

Trong các hệ
thống cấp dầu phải qua thiết bị lọc để loại trừ hợp chất và nước. Ở
các trạm thủy điện lớn có thiết bị tái sinh dầu chủ yếu đê hồi phục tính chất cơ lý và hóa
của dầu như độ nhớt, độ a xíc, sự tồn tại lưu huỳnh. Đối với trạm TĐ nhỏ và vừa thường
on số sau dấu gạch ngang là cột nước (H). Ví dụ: 180-9
c

VIII. 2. CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHỤ THỦY LỰC CỦA TTĐ
Để bảo đảm chế độ vận hành bình thường của TTĐ, ngoài các thiết bị động lực
còn phải có các hệ thống phụ trợ về cơ và điện. Các hệ thống phụ thủy lực gồm có: hệ
thống dầu, hệ thống khí nén, hệ thống cấp nước kỹ thuật, hệ thống tháo nướ
v v Phần hệ thố
ng thiết bị phụ phần điện sẽ trình bày sau, ở phần công trình.

VIII. 2. 1. Các hệ thống thiết bị dầu
Do tính chất của dầu chia làm hai loại hệ thống: dầu cách nhiệt và dầu bôi trơn
Dầu cách nhiệt dùng cách điện và làm mát cho máy biến áp, đóng cắt các thiết bị điện
D
tổ máy và bôi trơn các thiết bị v v Dung tích dầu của hệ
chím 30% toàn bộ dung tích dầu vận hành. Dung tích d
ầu cách nhiệt cho máy biến áp
thường cứ 1000 kW cần 0,54 tấn đôi với máy biến áp loại lớn, và 0,6 đến 1,3 tấn đối với
MBA loại vừa. Hai hệ thống dầu này phải tách riêng do tính chất dầu khác nhau.
Hình (8-3,a) là sơ đồ hệ thống dầu của trạm lớn: Thùng dầu 14 chứa dầu của hệ
thống đã kiểm tra đủ chỉ tiêu hóa lý được rót từ xi téc dầu . Thùng
h
106
không có thiết bị tái sinh dầu.
Tất cả các thiết bị của hệ thống thiêt bị dầu thường bố trí tầng dưới của sàn lắp
ráp, có hệ thống phòng hỏa và chống nóng. Nếu xây bể ngoài trời thì phải đặt cách xa

nhà máy 20 m và có thiết bị đặc biệt bảo vệ.

Hình 8-4. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dầu trong nhà máy TĐ loại lớn.
a) Sơ đồ chung. b) Phần hệ thống cấp dầu điều tốc và bôi trơn ổ trục. 1- ống xả dầu. 2-
đường dẫn dầu. 3- thùng dầu bổ sung. 4- ổ trục chịu lực. 5- ổ định hướng. 6- ĐCTL
bánh công tác. 7- két dầu.8- thùng dầu vận hành. 9- thùng dầu sạch. 10- máy bơm. 11-
lọc dầu. 12- tb tái sinh dầu. 13- máy phân li dầu. 14- thùng dầ
u mới. 15- thùng dầu xả.
16- xitec dầu. 17- van. 18- ống nối. 19- phòng dầu tái sinh. 20- ống dẫn dầu bôi trơn.
21- ống dẫn dầu biến thế.

Hệ thống cấp nước kỹ thuật dùng cấp nước làm mát: máy phát, máy biến áp, ổ
trục đỡ và ổ trục định hướng của máy phát, làm mát máy nén khí v v Trong đó lượng
nước làm mát máy phá ước của hệ thống,
ếm
VIII. 2. 2. Hệ thống cấp nước kỹ thuật
t chiếm khoang 60 - 65 % toàn bộ lượng n
lượng nước làm mát ổ trục chiếm từ 10 - 20 %, lượng nước làm mát máy biến áp chi
15% .Nguồn cấp nước kỹ thuật có quan hệ đến cột nước của TTĐ, th
ường có thể áp
dụng các hình thức sau:
1. Hệ thống cấp nước bằng máy bơm:
Sử dụng loại hệ thống này khi cột nước của trạm H < (12 - 15) m, áp lực này
không đủ áp lực cung cấp nước cho các thiết bị. Do vậy phải dùng bơm để tạo đủ áp
lực. Khi cột nước của trạm H > 60 m, lúc này áp lực lại vượt quá giới hạn, do vậy hoặc
là dùng máy bơm với áp lực cho phép hoặc dùng tự chảy nhưng phải dùng thiết bị giảm
107
ặc lấy từ buồng xoắn. Hệ thống cấp nước tự chảy thích hợp với cột nước lớn hơn
(12 - 15) mét và nhỏ hơn (40 - 50) mét.
3. Hệ thống cấp nước hỗn hợp

Khi cột nước của TTĐ thay đổi nhiều thì nên áp dụng hệ thống cấp nước hỗn
hợp. Trong hệ thống này, khi cột nước nằm trong giới hạn thích hợp thì lấy nước tự
chảy từ ống áp lực hoặc từ buồng xoắn theo nguyên tắc tự chảy, khi cột nước nằm
ngoài giới hạn thì dùng bơm để lấy nước. Hệ thống nầy khá linh hoạt.
Hình (8-5) là s
ơ đồ cấp nước kỹ thuật cho tổ máy và máy biến áp.

áp trước khi đưa nước đến thiết bị dùng. Nước được lấy từ hạ lưu nhà máy (sau ống xả)
hoặc từ giếng.
2. Hệ thống cấp nước tự chảy
Hệ thống cấp nước loại này kinh tế nhất, tuy nhiên cột nước phải đảm bảo áp lực
nằm trong giới hạn thích hợp. Thường lấy nước tự chảy từ ống áp lực ngay trong nhà
máy ho


Hình 8-5. Sơ đồ cấp nước kỹ thuật của tổ máy và máy biến áp
1- thiết bị dẫn nước. 2- máy bơm. 3- thiết bị lọc nước. 4- hệ đường ống dẫn nước. 5-
máy biến áp
6- ống xoắn ruột gà làm mát máy biến áp. 7- ổ trục máy phát . 8- thiết bị làm mát máy
phát. 9- vòng dẫn nước làm mát máy phát. 10- vòng tháo nước thảilàm mát máy phát.
11- thùng ổ chịu lực máy phát. 12- ống xoắn làm mát ổ chịu lực. 13- ống thải nướ
c. 14-
ổ trục turbine. 15- van. 16- chỗ nối ống.

Trong hệ thống cấp nước kỹ thuật, lưu tốc lớn nhất không được vượt quá 10m/s, thường
nằm trong giới hạn 1,5 - 7 m/s.
VIII. 2. 3. Hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén trong trạm thủy điện dùng cấp khí nén: cho két dầu áp lực máy
điều tốc, dùng nén nước bù đồng bộ ở buồng turbine, dùng dập tắt hồ quang ở máy cắt
điện, thổi rác ở lưới chắn rác và dùng cho máy công cụ .v v Hệ thống này gồm có máy

108
nén khí, các thùng đựng khí nén, các đường ống dẫn khí nén đến nơi dùng Hình (8-6)
là một sơ đồ ví dụ về hệ thống khí nén của trạm thủy điện:



Hình 8-6. Sơ đồ hệ thống khí nén của trạm thủy điện.
K-1-máy nén khí thấp áp. K-2- Máy nén khí cao áp. P-1, P-2, P-3-các thùng chứa khí
nén thấp áp 1- két dầu áp lực máy điều tốc. 2- hệ thông hãm máy phát. 3- ống nối vào
gian lắp ráp. 4- ống nối vào xưởng cơ khí. 5- ống nối vào buồng turbine. 6- ống nối vào
gian m
áp kế.
Hệ thống nầy gồm: các máy nén khí K-1, K-2, các thùng chứa khí nén P-1, P-2,
P-3, các đường ống dẫn khí chính 8, 9, các ống dẫn khí đến hộ dùng 2 - 7. Hệ thống
điều tốc của tổ máy lớn yêu cầu áp suất không khí đến 40 at, các hộ còn lại đến 6 - 7 at.
Máy nen thường được đặt ở khối sàn lắp ráp, đối với TTĐ lớn chúng được đưa ra ngoài
nhà máy. Các đường ống chính dẫn khí nén được bố trí chạy dọc nhà máy, theo không
gian các tầng. Lựa chọn ti
ết diện ống dẫn khí dựa vào tốc đọ khí trong ống từ 25 - 30
m/s đối với ống dẫn , và từ 10 - 20 m/s đối với ống xả. Khí nen được thải ra thường đưa
ra khỏi nhà máy.
VIII. 2. 4. Hệ thống tháo nước của tổ máy
Khi cần kiểm tra và sửa chữa buồng xoắn, ống xả cần phải tháo cạn nước trong
đó. Ở những trạm thủy điện lớn, lượng nước này lên tới từ 8 đến 10.000 m
3
hoặc hơn .
Vì vậy cần phải có hệ thống tháo nước, hệ thống này thường có hành lang tập trung
nước và máy bơm để tiêu nước về hạ lưu nhà máy. Hành lang tập trung nước đặt phía
trước đoạn cong của ống xả và chạy dọc theo các tổ máy để nhận nước từ buồng xoắn
và ống xả tháo vào, đáy hành lang phải thấp hơn đáy ống xả .

áy. 7- đường ống chính cung cấp khí nén vào buồng BXCT. 8- đường ống chính
cấp khí nén cho nhu cầu kỹ thuật. 9-đường dẫn khí nén vào két dầu áp lực. 10- thiết bị
tự động. 11- van. 12- kích hãm rôto máy phát.13-




Hình 8-7. Các sơ đồ hệ thống tháo nước tổ máy.
I- Hệ thống tháo bằng các máy bơm riêng ; II- Tháo bằng bơm li tâm; III- Tháo bằng
bơm di động.IV- Tháo bằng hành lang tập trung nước và có trạm bơm chung; V- Tháo
bằng thiết bị góp chung và bộ phận chứa chung. 1- hố nhận nước có lưới chắn. 2- đương
hầm dẫn nước ( thiết bị góp chung ). 3- bơm ly tâm. 4- bơm chân không. 5- tháo nước
về hạ lưu. 6- khối sàn lắp ráp. 7- tràn nước từ buồ
ng xoắn. 8- van. 9- hành lang đặt van.
10- hành lang tập trung nước. 11- bể chứa nước. 12- bơm giếng đứng.

à buồng xoắn cao hơn mực nước hạ lưu thì dùng phương
pháp tháo tự chảy, cò nh (8-7) là một số sơ
đồ tháo nước của TTĐ có công suất và số tổ máy khác nhau.
Sơ đồ I, mỗi máy đặt một máy bơm với mục đ
ích tăng hiệu suất bơm và yêu cầu
thời gian bơm nước không quá 2 - 4 giờ. Đối với tổ máy lớn, thời gian bơm có thể tăng
từ 8 - 16 giờ hoặc hơn. Sơ đồ I có thể áp dụng ở TTĐ có công suất tổ máy không lớn và

số tổ máy ít.
Sơ đồ II, thường áp dụng với TTĐ có công suất vừa với turbine tâm trục đường
kính không lớn. Tất cả máy bơm đặ
t ở khối dưới sàn lắp ráp, thời gian bơm tháo nước
thường từ 2 - 4 giờ.
Sơ đồ III, dùng máy bơm di động, có thể áp dụng ở các TTĐ có số tổ máy ít và
đường kính bánh xe công tác nhỏ.
Sơ đồ IV và V dùng cho các trạm thủy điện có công suất lớn và số tổ máy nhiều.
Trạm bơm trung tâm đặt ở dưới sàn lắp ráp. Nước được dẫn đến trạm bơm trung tâm
Khi độ cao hút dương v
n lại thì dùng bơm để tháo nước về hạ lưu. Hì
109
110
nhờ hành lang tập trung nước (sơ đồ IV), hoặc trong sơ đồ V nhờ đường hầm góp nước
chính đến bể với đường kính đến 2 m. Các hành lang và đường hầm góp nước cho phép
tăng thời gian bơm trực tiếp, vì vậy công tác sửa chữa có thể tiến hành ngay sau khi
tháo nước từ buồng xoắn và ống hút vào đó. Điều đó cho phép giảm năng suất máy
bơm. Dung tích bể 11 càng lớn cần phải có bơ
m trục đứng. Sơ đồ IV thường được dùng
với TTĐ xây trên nền mềm. Sơ đồ V được được áp dụng với TTĐ xây trên nền đá. Tốc
độ nước trong ống v = 2
÷ 3 m/s, trong đường ống xả v = 0,5 ÷1,0 m/s .
VIII. 2. 5. Hệ thống cứu hỏa trong nhà máy
Cứu hỏa gian máy chính: Có thể dùng bình dập hóa chất đặt ở trên cột bốn góc
nhà máy hoặc dùng vòi rồng dập lửa. Nếu cột nước H
≥ 30 m, dùng phương pháp tự
chảy. Nếu không đủ cột nước phải dùng máy bơm. Nước dùng cho cứu hỏa không cho
phép dùng chung với hệ thống cấp nước kỹ thuật. Mỗi hệ thống cứu hỏa phải có hai
nguồn nước để đảm bảo an toàn khi có hỏa hoạn. Vòi rồng thường được bố trí cách sàn
1,35 m.

Cứu hỏa gian xử lý dầu: Do dầu bị khô hanh dễ tạo nên tĩnh điện và gây cháy,
do v
ậy từ cửa ra của ống dẫn và cứ 100 m phải nối đất. Máy cắt dầu khi cắt có hơi dầu
phụt ra, vì vậy không được bật diêm hoặc đem đèn dầu tới gần.
Cứu hỏa máy phát: Trong vận hành thường xảy ra ngắn mạch giữa các cuộn dây
stator hoặc đầu hàn cuộn dây bị cháy. Cuộn dây stator nằm trong vỏ kín nên các biện
pháp khác không dập tắt lửa được nên phải có hệ thố
ng riêng. Quan niệm cho rằng
nước làm hỏng cách điện cũng không đúng vì không nghiêm trọng. Có thể sấy khô vì
dây cách điện bằng nhựa đường chống thấm tốt. Thường trên và dưới cuộn stator đặt hai
vòng ống dập lửa, trên các vòng đục các hàng lỗ. Ap lực nước không thấp hơn 2 - 2,5 at.
Yêu cầu dập tắt cháy máy phát sau 5 đến 10 phút.
Ngoài các hệ thống thiết bị phụ thủy lực đã sơ lược nêu trên, trong trạm thủ
y
điện còn có những hệ thống thiết bị phụ và thiết bị khác như : các thiết bị nâng hạ, các
thiết bị đo, kiểm tra v v và các hệ thống thiết bị phần điện v v sẽ được đề cập ở
phần Công trình trạm thuỷ điện.