Bài giảng - Thủy điện 2- chương 6 pdf

65

hương
VI. CHỌN KIỂU LOẠI VÀ CÁC THÔNG SỐ
INE THUỶ LỰC
lực.
VI. 1. 1. Vấn đề tiêu chuẩn hoá turbine
Để kha động và có hiệu
iện, việc
t
nước, l
ine
n được
Ngành chế tạo turbine củ mục
rbine cho mình, chúng ta đang Liên
ung kích).

max min
1max
và D
1min
thích hợp. Dùng
các biể ới cột nước và công suất đã cho. Ngày nay
ối với turbine vừa và lớn thường dựa vào tính năng khí thực cho phép theo quan điểm
ki và đ n cơ h của cánh BXC ể chọn phạm dụng BXCT ine.

Đi k ỗi k BX n c đồ ng (hìn có ra ra
đư ính
òng n u cao hút h
S
( ộ c 0 ) c ine k đó.

C
CỦA TURB

Lựa chọn tổ máy thuỷ lực (turbine, máy phát điện) là phần việc tiến hành khi đã
tính ra các thông số Thuỷ năng (Nlm, các cột nước). Lựa chọn turbine đúng, hợp lý
chẳng những về mặt kinh tế có lợi mà còn tạo điều kiện tốt cho tổ máy có chỉ tiêu vận
hành cao, an toàn. Sau đây là những nội dung cơ bản trong việc chọn turbine thuỷ

VI. 1. VẤN ĐỀ CHUẨN HOÁ TURBINE VÀ PHẠM VI SỬ DỤNG CỘT NƯỚC
CỦA CÁC LOẠI TURBINE

i thác sông suối phục vụ cho việc phát điện một cách chủ
quả, ngoài việc lập quy hoạch Thuỷ năng để có dự kiến xây dựng trạm thuỷ đ
tiến hà
nh chế tạo thiết bị đáp ứng nhu cầu khai thác thuỷ điện là việc phải tiến hành
đồng bộ. Vì nguồn thuỷ năng có tính đa dạng; các vị trí xây dựng tr
ạm thuỷ điện có cộ
ưu lượng và công suất không giống nhau, do vậy đòi hỏi cần có những kiểu,
những hệ loại turbine khác nhau. Nếu thiết kế và chế tạo thiết bị đơn chiếc cho từng
trạm sẽ dẫn tới giá thành cao, thời gian chế tạo lâu Để giảm nhẹ công việc này, các
đơn vị thiết kế chế tạo turbine đã tính toán, thử nghiệm và đư
a ra những tài liệu thống
hất về ó là
danh mục turb
n các kiểu turbine đã được quy cách và tiêu chuẩn hoá. Đ
(còn gọi là
gam turbine). Dựa vào những số liệu quy chuẩn này, nhà thiết kế chế tạo
turbine sẽ thiết kế chế tạo ra những turbine mới; người chọn turbine sẽ lựa chọ

turbine mà họ cần với thông số thích hợp.
a ta hiện còn chưa thể có điều kiện lập ra danh
tu dùng turbine của nước ngoài, phần lớn là turbine
xô cũ và Trung quốc, mà chủ yếu dự
a vào danh mục turbine của Liên xô.
Danh mục turbine được lập ở các dạng:
- Bảng tra phạm vi sử dụng và các số liệu tính toán cơ bản của BXCT, lập được cho
turbine phản kích (bảng 6-1);
- Biểu đồ phạm vi sử dụng của các kiểu turbine (hình 6-1, 6-2, 6-3, 6-4 cho turbine
phản kích và các biểu đồ 6-5, 6-6 cho turbine x
Trên biểu đồ phạm vi sử dụng của mỗi kiểu BXCT là một hình bình hành giới
hạn bởi cột nước H
min
, H
max
và công suất giới hạn N , N . Giới hạn công suất của
được xác định bởi đường kính BXCT D
một kiểu BXCT
u đồ này chọn kiểu BXCT thích hợp v
đ
nh tế ộ bề ọc T đ vi sử của turb
èm m iểu CT cò ó biểu riê của nó h 6- ) thể t
ờng k D
1
, v quay và chiề ở đ ao ∇ = ủa turb iểu
66

Bảng 6-1. Phạ sử và c ng s a t phản

V ay ư ẫn
ố σ m ình
m vi dụng ác thô ố củ urbine kích
òng qu qdẫn Lưu l ợng qd
Hệ s ô h
Ph i urb n' nạm v Loại t ine
1
'
1

cộ tố t n
in ax
ới
t nước

i ưu ính toá Q'
1m
Q'
1m
σ với σ v
H
min
- H
max

Q'
1min
Q'
1max
Turbine hướng trục cánh quay

3 – 10 CQ10/592 165 180 2010 2250 1,14 1,4
5 – 15 CQ15/510 150 160 1850 2130 0,84 1,0
1 CQ20/661 138 152 1710 2040 0,68 0 – 20 0,835
15 – 30 CQ30/587 125 140 1430 1940 0,505 0,745
20 - 40 CQ40 115 130 1240 1700 0,4 0,68
30 - 50 CQ50/642 110 120 1100 1400 0,325 0,505
40 - 60 CQ60/642 106 112 1040 1240 0,27 0,40
45 - 70 CQ70/5A 103 107 940 1150 0,23 0,36
Turbine tâm trục
30 - 40 TT45/123 75 78 1370 1400 0,23 0,27
4 TT75/128 73 74 1250 1370 0 - 75 0,16 0,243
70 - 115 TT115/697 68 72 1030 1250 0,097 0,168
110 - 1 TT170/741 69 650 1030 0,06 0,10 70 67
160 - 230 TT 420 50 0,04 0,065 230 62 67 6 7
220 - 310 TT 280 420 0,04 0,048 310 60 65
290 - 4 TT 200 280 0,03 0,042 00 400 58 62 5
380 - 5 TT 150 200 0,03 0,036 00 500 57 60
Turbin ng chéo cánh hỉne hướ điều c h
30 - 40 HC60 -1 0 0 00 1350 12 12 11 0
40 - 60 HC 0 0 00 0,2 60-1 10 110 90 11
60 - 90 HC45-1 850 1000 0,16 90 95
90 - 12 HC 5 0 0,14 0 45-2 85 90 72 75
120 - 1 HC 600 750 0,1 60 30-1 80 85
160 - 2 HC00 30-2 75 500 600 0,07 80

Danh mục turbine phản kích trục đứng cở lớn của Liên xô dùng được hiện nay
ồm có
ông s
ột nước lớn nhất (H
) / mẫu số là số hiệu của kiểu

g 8 đến 9 kiểu BXCT turbine cánh quay và 8 kiểu BXCT turbine tâm trục. Các
th ố thuỷ lực và thông số kết cấu của các kiểu đều được ghi trong danh mục turbine
(bảng 6-1) ở trên.
Đặc trưng cuả turbine turbine được ký hiệu bởi các chữ và số sắp xếp theo thứ tự
nhất định, gọi là
nhãn hiệu turbine. Cách ký hiệu của Liên xô như sau:
- Hai chữ đầu biểu thị hệ turbine (PO - tâm trục;
Πp - cánh quạt; ΠΛ - cánh quay )
- Phân số viết tiếp theo: tử số là c
max
turbine mô hình (turbine cũ không ghi phân số mà chỉ ghi số hiệu của kiểu TB mô hình)
- Hai chữ tiếp theo là: phương thức lắp trục ( B - trục đứng,
Γ- trục ngang) và loại
buồng turbine ( M - buồng xoắn kim loại,
ƃ - buồng xoắn bê tông, Φ - buồng hình ống,
O - buồng hở);
- Phần con số cuối cùng biểu thị đường kính tiêu chuẩn D
1
(cm) của BXCT.
67
bằng kim loại, đường kính BXCT D
1
= 100 cm.
Nhãn hiệu turbine gáo được ký hiệu gồm hai phần:
- Phần đầu ghi theo thứ tự sau: chỉ hệ turbine gáo (KB), phương thức lắp trục (B -
trục đứng,
Γ - trục ngang), đường kính BXCT (cm), số lượng BXCT lắp trên một trục;
- Phần thứ hai sau dấu gạch ngang ghi theo thứ tự: đường kính tia dòng nước (mm),
số vòi phun lắp trên BXCT.
Ví dụ: KB

Γ 125 x 1 - 140 x 2, có nghĩa là: turbine gáo trục ngang, đường kính
tiêu chuẩn BXCT D
1
= 125 cm, chỉ có một BXCT, đường kính tia dòng là 140mm, có
hai vòi phun trên một BXCT.
Ghi nhãn hiệu của các nước tương tự nhưng khác chữ cái, tương ứng sau:

Hệ lọai turbine Ký hiệu bằng tiếng
Ví dụ 1: Cách ghi nhãn hiệu turbine loại mới: ΠΛ 30/587 - Bσ - 500 là turbine
cánh quay, cột nước lớn nhất H
max
= 30m, số hiệu BXCT mô hình là 587, lắp trục đứng,
buồng xoắn bằng bê tông, có đường kính tiêu chuẩn BXCT D
1
= 500 cm. ( có trường
hợp nhãn không ghi loại buồng turbine thì nhãn hiệu ghi là
ΠΛ 30/587 - B - 500 );
Ví dụ 2: Cách ghi nhãn hiệu của của turbine loại cũ: PO123 -
ΓM 100 (loại cũ
không ghi cột nước lớn nhất). Đây là nhãn hiệu turbine tâm trục, số hiệu BXCT mô hình
là 123, lắp trục ngang, buồng xoắn
Hệ turbine:
Việt nam Liên Xô T.Quốc Nước khác
Turbine Cánh quạt CC
Πp
ZD Pr
Cánh quay CQ
ΠΛ
ZZ K
Tâm trục TT PO HL F

Chéo trục CT
Gáo P G KB QJ
T Tia nghiêng N H
XK B hai lần X2
Cách lắp trục:
Trục đứng D B L V
Trục ngang N
Γ
W H
Kiểu buồng turbine:
Buồng hở H O M
Ống T
Φ
Z
Xoắn kim loại K M J
Xoắn bê tông B

H
ớ dự hính thức. Ghi chú: Ký hiệu tiếng Việt như trên là m i kiến, chưa c



Hình 6-1. Biểu đồ phạm vi sử dụng của turbine phản kích lớn.

Hình 6-2. Miền sử dụng các turbine phản kích
68


Hình 6-3. Miền sử dụng các kết cấu của turbine phản kích

Hình 6-4 h b n. Biểu đồ tổng ợp hệ loại turbine trung ình và hỏ
69


Hình 6-5. Biểu đồ tổng hợp hệ loại turbine xung kích vừa và nhỏ



Hình 6-6. Biểu đồ hệ loại riêng của turbine xung kích hai lần




70
71
VI. 1. 2
Ngày nay việc sử dụng turbine lớn và trung bình, một cách gần đúng thường dựa
(xác
gần đú
n cơ học của thiết bị qua nước turbine. Người ta
họn tu
- Tu 2 đến 80 m, riêng
rbine
- Tu phổ biến H = 30÷350 m;
- Turbine cánh chéo : H = 30÷150 m;
- Tu
Ngày n

dụng v ,
giá thành tăng. Việc tăng cột nước sử dụng của turbine cánh quay lên H = 50÷80 m
nhằm mục đích tăng hiệu suất bình quân củ ổ máy trong trường hợp phụ tải và cột
nước thay đổi nhiều. Cột nước H = 3÷15 m được thay thế
bằng việc sử dụng turbine
ỷ tốc cao v ục trục đứng là có đặc
h quay cũng bị hạn chế
cột nước và phụ tải giao động lớn và
u tạp chất
và điều kiện xây dựng không cho phép đặt turbine ở độ sâu quá lớn. Ở các điều kiện
kiện khác nên sử dụng turbine tâm trục vì nó có hiệu suất lớn hơn của turbine gáo từ 2
đến 3%.
Riêng đối vớ
i turbine nhỏ, do điều kiện xây dựng cũng như khả năng chế tạo mà
pạm vi sử dụng cột nước cũng có khác, ví như turbine gáo có thể sử dụng với cột nước
chứng H = 100m; turbine tâm trục có thể sử dụng cột nước H = 3÷80 m; turbine cánh
quạt H = 2÷16m


VI. 2. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG KHI CHỌN TURBINE

Đối với người thiết kế trạm thuỷ điện, việc chọn thiết bị cơ điện nói chung và
chọn turbine nói riêng, là dựa vào các tài liệu turbine do nhà máy chế tạo cung cấp để
chọn turrbine thích hợp với các thông số thực tế của trạm. Trong trường hợp không có
turbine thích hợp thì có thể tính toán ra các thông số cơ bản turbine của trạm để đặt
. Phạm vi sử dụng cột nước của các loại turbine
vào tính năng khí thực định cột nước lớn nhất của mỗi kiểu turbine theo điều kiện
ng: H = (10 - H
S
) / σ) và độ bề

c rbine dựa vào phạm vi sử dụng cột nước như sau:
rbine hướng trục thường được dùng với cột nước H = 1,5÷
tu hướng trục cánh kép H = 30÷100 mét;
rbine tâm trục : H = 30÷550 m ,
rbine gáo: H = 200÷2000 m;
ay, phạm vi sử dụng cột nước được mở rộng là nhờ những thành tựu đạt được
trong lĩnh vực chế tạ
o turbine:
Trước kia turbine hướng trục, mà đặc biệt là turbine cánh quay thường được sử
ới cột nước H =15÷50m; với cột nước nầy kích thước và trọng lượng máy lớn
a t
capxun có t à rẻ hơn. Nhược điểm của turbine hướng tr
tính khí thực kém hơn turbune tâm trục, do vậy turbine cán
không nên làm việc ở cột nước cao. Kinh nghiệm thấy rằng khi chiều cao hút H
S
không
nhỏ hơn - 6 đến 8 m thì hệ cánh quay có lợi về kinh tế.
Hệ turbine cánh chéo quay ra đời nhằm kết hợp những ưu điểm của hệ cánh
quay như hiệu suất bình quân tương đối cao khi
đặc điểm của turbine tâm trục là có đặc tính khí thực và độ sâu lắp turbine tương đối
nho. Hiện nay phạm vi sử dụng của turbine cánh chéo được nâng lên H = 50÷200 m.
Turbine tâm trục ngày nay có cộ
t nước sử dụng mở rộng lên H = 30÷700 m, có
thể thay thế phạm vi cột nước H = 300÷700 m mà turbine gáo thường đảm nhận. Trong
phạm vi này nên dùng turbine gáo chỉ khi phụ tải thay đổi nhiều, nước có nhiề
72
hàng nhà chế tạo turbine thiết kế và chế tạo turbine mong muốn. Trong phần này chỉ đề
cập đến cách chọn turbine đã sản xuất hoặc đã thiết kế đã có trong hệ loại turbine.
VI. 2. 1. Tài liệu gốc để chọn turbine
Khi lựa chọn turbine cần biết các số liệu gốc sau:

- Các cột nước của trạm: lớn nhất H
max
, nhỏ nhất H
min
, cột nước thiết kế H
tk
;
- Công suất lắp máy của trạm hoặc công suất của tổ máy;
- Cao trình mực nước thượng, hạ lưu nhà máy ứng với các cột nước;
- Mực nước hạ lưu ứng với các lưu lượng tháo qua nhà máy.
Các tài liệu này do cơ quan khảo sát thiết kế thuỷ điện cung cấp.
Cùng với những tài liệu trên để chọn turbine còn phải có những tài liệu về turbine sau:
- Bảng tổng hợp hệ lo
ại hoặc biểu đồ tổng hợp hệ loại turbine;
- Đường đặc tính tổng hợp chính của kiểu turbine;
- Hệ số khí thực cuả turbine ở các chế độ làm việc của kiểu turbine;
- Đường đặc tính quay lồng .
VI. 2. 2. Nội dung và vấn đề chung khi chọn turbine
1. Nội dung chọn turbine
Nội dung chọn turbine theo yêu cầu thiết kế trạm bao gồm những việc sau:
a. Xác định số lượng tổ máy;
b. Chọn hệ, kiểu turbine và kiểu tổ máy;
c. Xác định đường kính tiêu chuẩn BXCT D
1
;
d. Xác định số vòng quay đồng bộ của turbine;
e. Tính độ cao hút cho phép [H
S
] và cao trình đặt turbine
2. Những vấn đề chung khi chọn turbine

Kết quả để lựa chọn turbine và các thông số của turbine phải dựa trên cơ sở tính
toán so sánh kinh tế năng lượng và tính khả thi của các phương án số tổ máy và phải xé
ến hiệu suất c a turbine
au đây chúng
ẽ quyết định công suất
ịnh mức ất định mức
ừng hoạt động,
iệu suất
ụ
tải nhỏ dài. Đối với trạm có công suất lắp
máy lớ
ển máy, trường hợp này phải tăng số lượng
máy
t
đ ủa turbine ở các chế độ làm việc, xét tới điều kiện khí thực củ
ta xét về những vấn đề chung khi chọn turbine:
S
a. Về mặt số lượng tổ máy:
Khi công suất lắp máy đã xác
định thì số lượng tổ máy s
đ của turbine và các thông số của nó. Số lượng tổ máy ít thì công su
turbine lớn, dẫn đến cấp điện sẽ kém an toàn khi một tổ máy bị sự cố ng
tuy sác suất xảy ra sự cố ít hơn khi nhiều tổ máy. Mặt khác, số máy ít thì tuy h
l t của tổ máy l
ớn nhưng hiệu suất trung bình của nhà máy sẽ thấp hơn so với
nhiều tổ máy, nhược điểm này được khắc phục nếu dùng turbine có đường đặc tính
thoải như turbine cánh quay hay turbine gáo. Theo nhà máy chế tạo turbine lớn nhất ở
ớn nhấ
Liên xô cũ - Nhà máy kim khí Lêningrat thì không cho phép turbine làm việc với ph
hơn 40% công suất định mức trong thời gian

n thì khi số tổ máy ít còn dẫn đế
n kích thước turbine quá lớn có khó khăn cho
vấn đề chế tạo cũng
như khả năng vận chuy
tổ
, ví dụ Trạm TĐ Bratscơ (Liên xô) phải lắp 22 tổ máy. Tuy có những nhược điểm
trên nhưng khi số tổ máy ít lại giảm tổng khối lượng nhà máy nên tiền đầu tư xây dựng
73
y để có lợi về mặt kinh tế.
ặt hiệu suất:
Đối với loại turbine phản kích thì hiệu suất lớn nhất của của các hệ turbine có tỷ
c khác nhau hầu như giống nhau, nhưng đường đặc tính công tác của chúng khác
hau. Về
mặt năng lượng nên chọn những turbine có hiệu suất trung bình lớn nhất trong
uá trình vận hành, tức là chọn kiểu turbine có đường đặc tính công tác thoải nhất hoặc
hải tăng số lượng tổ máy.
c. Về mặt kích thước và số vòng quay tổ máy:
Nên chọn turbine có số vòng quay quy dẫn n'
1
và lưu lượng quy dẫn Q'
1
lớn, tức
turbine có tỷ tốc cao, do vậy vòng quay n lớn kích thước turbine sẽ nhỏ và kích thước
áy phát cũng nhỏ, làm giảm kích thước nhà máy. Trong hai turbine có cùng tỷ tốc
hưng có n'
1
và Q'
1
khác nhau thì nên lấy turbine có Q'
1

lớn hơn vì nó cho phép giảm
ường kính BXCT mà số vòng quay không giảm khi vẫn giữ nguyên N và H.
d. Về mặt khí thực:
Turbine có tỷ tốc cao sẽ có hệ số khí thực lớn nên để đảm bảo không xảy ra khí
ực trong quá trình làm việc với các cột nước khau nhau phải tạo ra chiều cao hút nhỏ.
ì vậy turbine có tỷ tốc cao (như hướng trục) bị điều kiện khí thực hạn chế sử dụng.
Những vấ
n đề nêu trên trong thực tế vận dụng cũng có những mâu thuẩn mà
húng ta cần phải phân tích lựa chọn cho phù hợp. Ví dụ khi so sánh hai turbine cùng hệ
hưng khác tỷ tốc. Turbine có tỷ tốc cao sẽ cho ta kích thước tổ máy và kích thước nhà
áy bé, lợi về mặt khối lượng công trình, nhưng do tỷ tốc cao nên chiều cao hút bé,
ậm chí âm nên phải hạ thấp móng nhà máy như vậy vốn xây dựng công trình lại tăng.
ì vậy việc chọn số tổ
máy và các thông số cơ bản của turbine phải dựa trên cơ sở tính
án và so sánh kinh tế năng lượng để quyết định. Đầu tiên sơ bộ đưa ra một số phương
n số tổ máy, sau đó tính toán so sánh chính xác dần các phương án đó về kiểu, đường
ính BXCT, số vòng quay, chiều cao hút v v
Thông thường đối với thuỷ điện lớn theo các giai đoạn: giai đoạn dầu - tính sơ
ộ, giai đoạ
n hai - so sánh các phương án một cách chính xác, sau đó chọn lấy một
hương án tốt nhất. Đối với thuỷ điện nhỏ chỉ cần một giai đoạn tính toán dựa trên các
ảng hệ loại hoặc theo các biểu đồ sản phẩm đã có và thường số tổ máy lấy từ 2 đến 4.
Sau đây sẽ trình bày các nội dung các phương pháp lựa chọn turbine được dùng
ong trong thiết kế nhà máy thuỷ điện và l
ựa chọn các thiết bị cơ bản của chúng.
I. 3. LỰA CHỌN TURBINE PHẢN KÍCH
họn turbine phản kích thường có những cách: Chọn theo quy cách sản phẩm;
Chọn t họn theo toạ
ộ lôgarit Sau
và chi phí vận hành giảm nhiều so với nhiều tổ máy. Do vậy ngày nay người ta có xu

thế tăng công suất định mức của turbine, tức là giảm số tổ má
b. Về m

tố
n
q
p


là
m
n
đ


th
V

c
n
m
th
V
to
á
k
b
p
b

tr
V
C
heo bảng, biểu hệ loại hoặc theo đường đặc tính tổng hợp chính; C
đây trình bày lựa chọn theo hai phương pháp đầu.
đ
VI. 3. 1. Chọn theo quy cách sản phẩm
Dựa trên những turbine đã chế tạo và sử dụng trong thực tế người ta lập ra
những bảng hoặc biểu đồ sản phẩm. Phương pháp này đơn giản dễ sử dụng và mua sắm
nhanh, đảm bảo quy cách chung. Để chọn hệ turbine ta phải biết công suất một turbine
và phạm vi làm việc của các cột nước từ H
min
đến H
max
hoặc H
tk
:
Công suất một turbuine:
tb
lm
N
mf
N
Z
=
η
(6-1)
Trong đó Z - số tổ máy; N
lm
- công suất lắp máy; η

mf
- hiệu suất máy phát.
Để chọn turbine loại nhỏ có thể sử dụng các bảng tra hoặc dùng biểu đồ sản phẩm. Kết
quả của việc tra cứu ta có ngay được hệ loại và các thông số cơ bản của turbine (D
1
, n):
ản áy. Khi có cột nước thiết kế,
ông su ìm ra thông số turbine cần tìm
ủa urbine cần chọn. Nội dung
ảng tr u, lấy ví dụ bảng sau đây lập cho kiểu turbine tâm trục,số
hiệu13,
1. Chọn theo bảng tra:
Mỗi b g tra lập cho một kiểu turbine và kiểu tổ m
c ất turbine, lưu lượng turbine ta dò trên bảng để t
và tương ứng sẽ tra được kích thước các bộ phận chính c t
b a biểu thị theo dạng sa
tổ máy trục ngang buồng kim loại.
Bảng 6-2. Ví d
ụ: Bảng tra Turbine tâm trục PO13-ΓM
D
1
(cm) 35 42 50
H (m) N Q n N Q n N Q n
2 - 49.5 0,3 623 0 - - 70,5 0,42 525

25 47 0,23 830 69 0,33 696 99 0,47 587

55 153 0,34 1231 225 0,49 1033 322 0,7 871

2. Chọn theo biểu đồ sản phẩm
Hình 6-7 là biểu đồ sản phẩm của turbine phản kích loại nhỏ dược lập với công
suất N
≤ 4 000 kW và cột nước H = 2÷85m do Liên xô cũ thiết lập. Trong biểu đồ cho
các phân số: mẫu số chỉ vòng quay n (v/ph) của turbine, còn tử số là hệ loại và kiểu tổ
máy (ghi ở bảng bên cạnh). Ví dụ: muốn chọn một turbine có công suất N
tb
= 350 kW,
cột nước thiết kế H
tk
= 70 m, ta dóng trên biểu đồ và chọn được điểm có phân số
22
;
1000
y ta vậ chọn được turbine PO13 -
ΓM50, là turbine tâm trục (PO), kiểu hay số hiệu của
BXCT là 13, tổ máy trục ngang buồng xoắn kim loại (
ΓM), đường kính tiêu chuẩn của
BXCT D
1
= 50 cm, vòng quay n = 1000 v/ph.
74

Hình 6-7. Biểu đồ sản phẩm của turbine phản kích nhỏ.

VI. 3. 2. Chọn turbine theo bảng, biểu hệ loại và đường đặc tính tổng hợp
Theo phương pháp này, trước tiên ta dựa vào các bảng hệ loại (bảng 6-1) hoặc
.
Từ cột nước thiết kế H
tk

và công suất turbine N
tb
ta tra ra được hệ và kiểu
turbine. Nếu tra bảng hoặc biểu mà điểm tra được không phải chỉ chọn được một mà
các biểu đồ tổng hợp hệ loại (hình 6-1, 6-2, 6-4) hoặc đường đặc tính tổng hợp chính
75
76
háp này:
u turbine, tính toán các thông số cơ bản của turbine là
thức quy dẫn sau:
một số kiểu BXCT thì phải thông qua tính toán so sánh kinh tê năng lượng để chọn một.
Trong giai đoạn tính toán sơ bộ có thể dựa trên so sánh kích thước, số vòng quay, độ
cao hút của turbine để chọn. Sau đây trình bày các cách chọn của phương p

1. Phương pháp tính toán chọn các thông số turbine
Sau khi đã chọn được kiể
đường kính D
1
, vòng quay n, độ cao hút [H
S
] và vòng quay lồng n
l
, lực dọc trục.
a. Chọn đường kính tiêu chuẩn BXCT tính theo công

1
1
32
981
D

N
Q
H
tb
tk
=
⋅⋅ ⋅,
'
/
η
(6-2)
Trong công thức: N (kW), H (m), Q (m
3
/s), D (m); còn hiệu suất turbine lấy sơ
bộ sau:
hệ số khí thực) trong bảng tra (6-1), hoặc tra từ đường đặc tính tổng
hợp trự
ng kính tiêu chuẩn. Có
, Z (số cánh hướng dòng)
của tur
Turbine tâm trục trung bình và lớn lấy
η = 0,88 - 0,9; turbine cánh quay lấy
0,86÷0,88; lưu lượng quy dẫn Q'
1
lấy giá trị Q'
1max
(đối với turbine tâm trục, vì để tăng
khả năng thoát nứơc và hiệu suất trung bình cao) hoặc lấy Q'
1min
(đối với turbine cánh

quay, vì muốn giảm
c tiếp có
η
M
, Q'
1M
rồi tính ra η và Q'
1
.
Đường kính tính được từ (6-2) cần phải lấy tròn theo đườ
thể tham khảo D
1
, D
0
(đường kính trục các cánh hướng dòng)
0
bine hệ loại cũ theo bảng (6-3) sau đây:

Bảng 6-3. Kích thước tính bằng mm

D
1
D
0
Z
0
D
1
D
0

Z
0
D
1
D
0
Z
0
300 420 10 1200 1450 16 3700 4300 24
350 490 10 1400 1700 16 4100 4700 24
420 570 10 1600 1900 16 4500 5250 24
460 620 12 1800 2150 16 5000 5800 24
500 670 12 2000 2350 16 5500 6400 24
590 770 12 2250 2650 16 6000 7000 24
710 920 14 2500 2900 24 6600 7700 24
800 1030 14 2750 3200 24 7200 8400 30
840 1050 14 3000 3500 24 8000 9300 30
1000 1200 16 3300 3850 24 9000 10500 30

b. Vòng quay của turbine:
Khi đã chọn đường kính tiêu chuẩn BXCT ta tính ra vòng quay của turbine theo
công thức quy dẫn sau:

n
nH
bq
=
1
'

D
1
(6-3)


Trong công thức: H
bq
là cột nước bình quân (m), n'
1
là vòng quay quy dẫn tối ưu
của turbine, có thể lấy ở bảng (6-1) hoặc lấy trên đường đặc tính tổng hợp chính với
n'
10
. Từ kết quả tính toán n theo (6-3) ta lấy chuẩn theo vòng quay đồng bộ của máy
phát điện theo bảng vòng quay đồng bộ cho ở bảng (6-4) sau đây:


77
Bảng 6-4. Số vòng quay đồng bộ ứng với tần số f = 50 Hz

2p n 2p n 2p n 2p n
6 1000 28 214 56 107,1 96 62,5
8 750 (30) (200) 60 100 100 60
10 600 32 181,3 64 93,7 104 57,8
12 500 36 166,7 68 88,2 108 55,6
14 428 (38) (157,8) 72 83,3 112 53,5
16 375 40 150 (74) (81) 116 51,7
(18) 333,3 44 136,3 (76) (78,9) 120 50
20 300 46 130,4 80 75 128 46,8
22 272,6 48 125 (84) (74,4) 136 44,2

24 (250) (50) (120) 88 68,2 144 41,7
(26) 230,7 52 115,4 92 65,2 150 40

Ghi chú:

Không nên dùng các trị số trong dấu ngoặc vì lý do công nghệ chế tạo máy phát.
Sau khi chọn được D
1
và n ta cần kiểm tra xem với các thông số này turbine
làm việc với các chế độ cột nước và lưu lượng tương ứng có đảm bảo hiệu suất làm việc
cho phép hay không. Để kiểm tra vùng hiệu suất ta cần sử dụng đờng đặc tính tổng hợp
chính của hệ turbine đó (xem phần sau), nếu
đảm bảo về hiệu suất ta tiếp tục tính toán
và xác
hút của turbine h
S
= f(H) lập ở cao trình đặt nhà máy ∇ = 0. Đối với turbine cánh quay
biểu đồ có hai đường h
S
= f(H), để tra h
S
ta phải nội suy, với turbine tâm trục thì chỉ có
một đường. Áp dụng biểu đồ độ cao hút này để tra như sau: cũng ví dụ trên với cột nước
thiết kế H
tk
= 14 m tra nội suy được độ cao hút h
S
= + 1,5, tính ra [H
S
] = h

S
- ∇/900 với
nơi đặt turbine có cao trình
∇ ≠ 0.
định một số thông số khác.
Trong trường hợ
p kiểu turbine nào đó có
biểu đồ riêng đi kèm (ví dụ hình 6-8
cho biểu đồ riêng của kiểu turbine cánh quay
ΠΛ 587-Bb) việc chọn D
1
và n đơn giản
như sau: Từ H
tk
và N
tb
tra được hai thông số D
1
và n ngay. Ví dụ có H
tk
= 14 m, và
công suất turbine N
tb
= 1250kW ta tra ra được một điểm nằm ở hình bình hành có ghi số
375, tức là n = 375 v/ph, từ điểm đó kéo song song với hai cạnh nghiêng của hình bình
hành ta sẽ được đường kính D
1
= 140 cm. Bên trái biểu đồ riêng có biểu đồ tra độ cao

Hình 6-8. a) Biểu đồ riêng của turbine

ΠΛ 587-Bb
b) Quan hệ
∆σ = f(H).

c. Lựa chọn độ cao hút cho phép:
Độ cao hút thay đổi theo giao động mực nước, theo cột nước và công suất làm
việc của turbine, do vậy cần tính với nhiều tổ hợp làm việc để xác định và chọn ra độ
cao hút cho phép [H
S
]. Từ đó chọn được cao trình đặt turbine để tránh khí thực. Độ cao
hút có thể tính theo các công thức sau đây:
78

ss
H
kH
h
=−
∇
−=−
∇
10 σ
(6
900 900
-4)


ss
H
H

h
=−
∇
−+ =−
∇
10
900 900
()σ∆σ
(6-5)
Trong đó:
σ - hệ số khí thực, cho trong bảng (6-1) hoặc tra trên đường đặc tính tổng hợp

∇ - Cao trình đặt nhà máy so với mực nước biển;

∆σ - Độ hiệu chỉnh hệ số khí thực (tra quan hệ ∆σ = f(H) trên hình 6-8,b);
H - Cột nước làm việc của turbine ở chế độ đã cho;
k = 1,05 - 1,1
h
S
- Độ cao hút ứng với mực nước biển ( tra ở các biểu đồ riêng).


Với cột nước: H
max
có:
2. Kiểm tra hiệu suất turbine khi đã chọn D v
1
à n
Như trên đã nói, sau khi tính và chọn đường kính tiêu chuẩn D
1

và vòng quay
đồng bộ n của turbine cần phải kiểm tra với các thông số này có đảm bảo turbine làm
việc với hiệu suất trong phạm vi cho phép hay không. Dựa vào D
1
và n đã chọn, giao
động cột nước từ H
min
đến H
max
, ta tính các vòng quay quy dẫn n'
1
và các lưu lượng
quy dẫn Q'
1
tương ứng với các cột nước và công suất và đem chúng đặt lên đường đặc
tính tổng hợp chính của kiểu turbine đã biết đê kiểm tra (hình 6-9).
1H
1
max
'
max
H
n
n
D
=
và
1H
1
232

981,
max
'
max
/

Q
N
DH
tb
=
η

79
H
tk
có:
1
n
D
1Htk
'
n
H
tk
=
và
1Htk
1
232

981
'
/
,
Q
N
DH
tk
=
η


tk
H
min
có:
1H min
1
'
min
n
n
D
H
=

Hình 6-9: a) kiểm tra vùng làm việc của turbine tâm trục; b) là kiểm turbine cánh quay.

Hình 6-9. Kiểm tra vùng làm việc của turbine tâm trục và cánh quay.

VI. 3. 3. Các kích thước khác của BXCT turbine phản kích
Khi đã chọn được đường kính tiêu chuẩn D
1
ta có thể sơ bộ xác định thêm
những kích thước khác khi chưa có kích thước cụ thể để phục vụ cho giai đoạn thiết kế
sơ bộ.

80

đôi chút cho phù hợp với yêu cầu thiết
kế. Ví d a chiều cao CCHD b
0
so với giá trị đã cho trong bảng 6-5,
như vậ
Hình 6-10,a trình bày kích thứơc theo biên dạng mặt cắt kinh tuyến của turbine
tâm trục (TT) của hai dạng BXCT tỷ tốc thấp và tỷ tốc cao, trong đó các kích thước biểu
thị theo hệ số với đường kính tiêu chuẩn D
1
của BXCT, tuỳ theo kiểu turbine. Biên dạng
của mặt cắt kinh tuyến thường chọn theo mô hình có tỷ tốc gần với tỷ tốc n
S
của turbine
cần thiết kế. Bảng 6-5 sau đây là của một số turbine tâm trục dã được sử dụng có hiệu
suất cao ở LX cũ. Có thể thay đổi biên dạng này
ụ có thể tăng tỷ số giữ
y tăng chất lượng chống xâm thực của BXCT. Đối với BXCT có n
S
lớn và trung
bình có thể lấy b
0

/D
1
= 0,35 - 0,2; còn đối với n
S
nhỏ lấy b
0
/D
1
= 0,16 - 0,08.


Hình 6-10. Kích thước cụm BXCT turbine TT và CQ

Hình 6-10,b trình bày kích thước biên dạng phần dẫn dòng theo mô hình turbine
đã tiêu chuẩn hoá lấy theo tỷ lệ với D
1
của turbine cánh quay (CQ) và được dẫn ra theo
bảng 6-6. Các biên dạng đã cho trong bảng 6-6 phụ thuộc vào cột nước H của turbine.
Trong khoảng H = 1,5 - 80m có 9 biên dạng cánh khác nhau. Tỷ số b
0
/D
1
và d
bt
/D
1
dặc
trưng cho khả năng thoát nước của turbine. Khi H nhỏ, Q lớn thì dường kính bầu cần
nhỏ và b
0

phải tăng để tăng khả năng thoát Q.
Bảng 6-5. Kích thước kinh nghiệm và số liệu lấy với turbine tâm trục
H
max
- H
min
kiểu turbine b
0
/D
1
n
1
' n'
1tt
Q'
1max
Q'
1min
30-45 TT45/123 0,35 75 78 1400 1350
40-75 TT75/728 0,30 73 74 1370 1250
70-115 TT115/697 0,25 68 72 1250 1030
110-170 TT170/741 0,20 67 69 1030 680
180-230 TT230 0,16 62 67 650 420
220-310 TT310 0,12 60 65 420 280
300-400 TT400 0,10 58 62 280 200
380-500 T500 150 T 0,08 57 60 200



Bảng 6-6. Bảng kích thước kinh nghiệm cho turbine cánh quay.

Hệ tb H,m b
0
/D
1
d
bt
/D
1
d
U
/D
1
R
0
/D
1
h
2
/D
1
h
3
/D
1
R
1
/D
1
k/D
1

d/D
1
CQ10 3-10 0,45 0,33 0,29 0,354 0,318 0,089 0,323 0,05 0,1
CQ15 5-15 0,45 0,35 0,3 0,346 0,338 0,091 0,345 0,05 0,1
CQ20 0,093 0,366 0,05 0,1 10-20 0,4 0,37 0,325 0,337 0,357
CQ30 15-30 0,4 0,41 0,36 0,32 0,396 0,097 0,407 0,05 0,1
CQ40 20-40 0,375 0,43 0,375 0,315 0,416 0,1 0,428 0,05 0,1
CQ50 30-50 0,375 0,48 0,415 0,293 0,457 0,102 0,468 0,05 0,1
CQ60 40-60 0,35 0,52 0,474 0,246 0,523 0,107 0,567 0,045 0,09
CQ70 45-70 0,35 0,57 0,522 0,229 0,573 0,116 0,604 0,05 0,1
CQ80 50-80 0,35 0,60 0,537 0,221 0,613 0,123 0,642 0,05 0,1

Ngoài kích thước, trọng lượng sơ bộ của BXCT cũng có thể xác định sơ bộ dựa
vào số liệu thống kê do nhà máy kim khí Leningrat cung cấp phụ thuộc D
1
(hình 6-11) :



Hình 6-11. Trọng lượng BXCT turbine (tấn) phụ thuộc vào D (m).
1
a) Tâm trục; b) Cánh quay: 1- khi số cánh Z = 7; 2- khi Z = 6; 3- khi Z = 4

VI. 4. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TURBINE XUNG KÍCH
Trong số các turbine xung kích thì turbine gáo được sử dụng rộng rãi và với
công suất từ nhỏ đến lớn. Turbine xung kích hai lần dùng với công suất nho.
VI. 4. 1. Chọn thông số cơ bản của turbine gáo
Khi tiến hành chọn turbine gáo cần lần lượt xác định các vấn đề sau đây: sơ đồ
, số vòng quay, số lượng vòi phun (Z
), đường kính BXCT (D ), đường

kính vò

kết cấu turbine
0 1
i phun (d
0
) (hình 6-12). Cũng như turbine phản kích, chọn các thông số cơ bản
của turbine gáo phải dựa trên cơ sở so sánh kinh tế nhiều phương án khác nhau.
Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, để có kích thước turbine phục vụ cho việc xác
định kích thước nhà máy chúng ta sơ bộ tính toán chọn các kích thước chính như sau:
81
Đường kính tia nước để đủ tháo lưu lượng lớn nhất của turbine Q
max
phân cho số
vòi phun Z
0
là:
o
oo
d
Q
Z
gH
Q
Z
H
==
4
2
0 545

max max
,
πϕ
(6-6)
trong đó Q (m
3
/s), H và d
0
(m), hệ số lưu lượng qua vòi phun ϕ = 0,97.
Số lượng vòi phun ta lấy với các phương án khác nhau để tính toán so sánh kinh
tế rồi chọn. Đố ) có thể chọn sơ bộ theo
inh nghiệm Z
= 1 hoặc 2, rất ít khi Z = 3; còn turbine gáo trục đứng Z = 2 - 6, công

i với turbine gáo nhỏ trục ngang ( N
TB
≤ 20 MW
k
0 0 0
suất càng lớn thì số vòi phun càng nhiều. Số lượng vòi phun càng tăng và tỷ số D
1
/d
0

càng bé thì vòng quay của BXCT càng lớn càng giảm được kích thước turbine và giá
thành máy phát điện.
Sau đây giới thiệu một số công thức xác định sơ bộ kích thước BXCTturbine
gáo:
Chiều rộng cánh gáo B = (2,8 - 4,0) d
0

;
Chiều dài cánh gáo: L = (0,7 - 0,9) B:
Chiều rộng miệng khoét hõm đuôi cánh gáo: b = 1,2d
0
+ 5 (mm);
Đường kính tiêu chuẩn của BXCT D
1
được chọn theo tỷ số D
1
/d
0
= 10 -18 hoặc
ta có thể lấy D
1
= 37,2
H
n
, H lấy từ mức thượng lưu đến trung tâm miệng vòi phun.
n - số vòng quay của turbine;
Đường kính vòng tròn đi qua mếp hõm: D = D
1
+ 2,33d
0
;
Đường kính vòng tròn ngoài cùng của BXCT: D
0
= D
1
+ d
0

;
Đường kính miệng vòi phun d = (1,2 - 1,25) d
0
;
Z
D
=−(,)557
1
Số lượng cánh gáo trên BXCT:
d
o
;
Khoảng á h u óc với tia
A = (5,8 - 7,
cách từ miệng vòi phun đến c nh cán gáo v ông g dòng nước
3) d
0
.
eo kinh nghiệm ở
phải cao hơn mực nước bể xả và thường lấy
ao hơn mực n ng đường kính D
1
.
ích th ong nước xem (hình 6-12,c) .
Cấu tạo và kích thước vòi phun và thiết bị tách dòng lấy th
(hình 6-12,b). Việc đặt BXCT turbine gáo
c ước cao nhất ở bể xả khoảng cách bằ
K ước khác đối với turbine gáo nhỏ chế tạo tr

82

Hình 6-12. Kích thước BXCT turbine gáo
. Xác định kích thước c b n

VI. 4. 2 ơ ả của turbine XK 2 lần
y điện nhỏ với cột
cứu turbine này cũng chưa có
án xác định sơ bộ kích thước
của chúng để phục vụ cho việc thiết kế nhà máy.
Turbine xung kích hai lần là loại được sử dùng nhiều trong thủ
nước ưa dùng là từ 10 đến 60 mét, tuy nhiên tài liệu để tra
rộng rãi, do vậy ở giai đoạn sơ bộ ta cũng cần phải tính to
83
84
uay
= 12 cánh thì η = 0,6
lượng cánh nhiều thì hiệu
suất tu cấu tạo BXCT càng
hức tạ
Kích thước cơ bản của turbine xung kích hai lần là vòi phun và BXCT. Hình
dạng, kích thước và số lượng cánh của BXCT có ảnh hưởng quyết định đến vòng q
hiệu suất và trọng lượng của turbine. Kinh nghiệm cho thấy: khi Z
khi Z = 20 thì
η = 0,81 và khi Z = 48 cánh thì η = 0,87.Số
rbine càng cao và càng ổn định, nhưng số cánh nhiều thì
p p, vì vậy số cánh thường lấy Z = 24 cho hiệu suất trung bình η = 0,82.


Hình 6-13. Sơ đồ xác định kích thước turbine xung kích 2lần

kính của
a turb :

Đường kính vòng tròn đi qua mép ngoài của BXCT được coi là đường
BXCT củ ine XK hai lần và được tính theo công thức sau
1
42
D
H
n
=
(6-7)
rong đó: H - cột nước thiết kế (m) còn n - số vòng quay turbine (v/ph).

T

Chi
Đường kính vòng tròn mép trong cánh tính theo: D
2
= (0,63 - 0,68). D
1
.
ều dài BXCT, tức là chiều dài cánh: L = (0,5 - 2,5).D
1
.
Vòi phun có tiết diện chữ nhật: chiều rộng l, chiều cao h lấy như sau: chiều rộng
l = 0,8B để dòng nước phun được suốt chiều dài cánh, còn chiều cao ứng với độ mở lợi
nhất là h = 0,1D
1
và ứng với độ mở lớn nhất h

max
= 0,125.D
1
.
85
Cánh turbine có dạng hình lòng máng, có thê có cấu tạo theo hai hình thức:
- Uốn cong một bán kính
ρ = 0,163D
1
hoặc:
- Uốn cong theo hai bán kính: bán kính cong r và bán kính cong R: lấy các bán
kính cong như sau:
r = 0,078.D
1
và R = 0,236.D
1
.
Hiện nay turbine xung kích hai lần cũng được cải tiến nhiều. Hinh (6-12,b) là dự
kiến về kích thước turbine xung kích hai lần có hai cửa vào để giảm kích thước và sử
dụng được với cả cột nước từ 5 đến 100 mét, lưu lượng từ 0,04 đến 6 m
3
/s và công suất
N từ 5 đến 600 kW phục vụ thuỷ điện nhỏ đã được đề xuất.