Bài giảng - Thủy điện 2- chương 5 pptx

Chương
V. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VÀ ĐẶC TÍNH TURBINE
50
ẬT LÝ VÀ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM
Hiện nay những phương pháp tính toán lý thuyết vẫn chưa đủ để xác định hình
dáng tốt nhất của các bộ phận qua nước của turbine (BXCT, CCHD, vòng bệ, buồng
turbine, ống xả ) ở phần lớn các chế độ làm việc. Đặc biệt khó, hoặc không thể, xác
định được các tính chất năng lượng và khí thực cuả turbine ở chế độ làm việc khác với
chế độ thiết kế nếu chỉ d
ựa vào lý thuyết. Vì vậy, để thiết kế các turbine hiện đại thường
người ta đưa ra một số phương án phần qua nước và tính toán chúng theo các công thức
lý thuyết. Theo kết quả tính toán, chế tạo ra các mô hình của phần qua nước của turbine
rồi đem thí nghiệm ở phòng thí nghiệm, từ kết quả thí nghiệm và thông qua luật tương
tự tính toán chỉnh lý thành các đường đặc tính mô hình, từ đó xây dựng thành các đường
đặc tính khác của turbine thực tế
. Việc thí nghiệm cũng có thể tiến hành trực tiếp qua
những turbine đang hoạt động ở các TTĐ nhưng tốn kém và không đủ điều kiện bằng
trong phòng thí nghiệm.
Việc thí nghiệm tiến hành trong môi trường nước do vậy chủ yếu cần đảm b
ba điều kiện tương tự và chuẩn số Raynon. Để xác định các đặc tính năng lượng và khí
thực của turbin
ệ thống thí nghiệm bao gồm những bộ phận chính sau:

ước qua đập tràn xuống bể dưới và được
ơm lê
ể chín

V. 1. MÔ HÌNH V
ảo
e, cần xây dự

ng những hệ thống thí nghiệm.
H
- Hai bể chứa nước có dung tích đủ lớn để đóng vai trò bể nước thượng và hạ lưu;
- Turbine mô hình, thường có đường kính BXCT D
1M
thường 250 và 460 mm;
- Máy bơm để bơm nước từ bể hạ lưu lên bể thượng lưu để lưu thông nước giữa các
bể và tạo cột nước cho turbine mô hình;
- Thay thế máy phát điện là một thiết bị đo công suất trên trục turbine mô hình;
- Các thiết bị đo các thông số cần thiết như Q, H, n,
Thường có hai loại hệ thống thí nghiệm: hệ thống hở và hệ thống kín.
V. 1. 1. Hệ thống thí nghiệm hở
Hình (5-1,a) trình bày sơ đồ hệ thống thí nghiệm hở. Đặc điểm của nó là có mặt
thoáng ở hai bể nước thượng và hạ lưu, mặt thoáng chịu áp suất khí trời. Cột nước của
mô hình là hiệu chênh lệch mực nước của hai bể, vì vậy cột nước tạo được là nhỏ. Mô
hình hở chỉ có thể thí nghiệm năng lượng mà không thể thí nghiệm khí thực.
Theo sơ đồ thí nghiệm này, khi làm vi
ệc nước từ bể thượng lưu 2 chảy qua ống
áp lực vào turbine 4 tháo qua ống xả xuống bể hạ lưu 7, ở đây lưu lượng Q được đo
bằng đập tràn thành mỏng tam giác vuông 8. N
b n bể 2 nhờ máy bơm 1 và quá trình lại tuần hoàn.
Khi làm thí nghiệm, để tiến hành đo các đại lượng chính như: lưu lượng Q, cột
nước H, số vòng quay n, mômen xo
ắn M, cần dùng những thiết bị và cơ cấu sau:
Lưu lượng Q chảy qua turbine được xác định theo chiều cao lớp nước trên đỉnh
đập tràn h (m), biết h có thể xác định lưu lượng theo công thức kinh nghiệm sau:
Q
h
=⋅1343
2,47

,
(l/s)
Đ h xác hơn có thể đo Q bằng phương pháp thể tích, tức là dùng thùng đong.
51
ng lưu và bể hạ lưu khi mực
âm hoặc dùng
Đo cột nước H bằng ống đo áp nối riêng ở bể thượ
nước ở hai bể ổn định, hoặc đo theo hiệu số vị trí phao của mực nước ở hai bể.
Đo số vòng quay n (v/ph) trục turbine bằng vòng quay kế kiểu ly t
máy đếm vòng quay bằng điện.
Đo mômen xoắn trên trục turbine bằng bộ hãm kiểu ma sát (hình 5-1,b). Mômen
xoắ
n được tính theo công thức: M = P.l, từ M có thể tính ra công suất hữu ích N
h
= Mω.


Hình 5-1. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm hở.

Nội dung thí nghiệm để xác định đặc tính năng lượng của turbine trên các băng
th gồm: Thí nghiệm với một số độ mở cánh hướng dòng a
0
và góc đặt cánh ϕ.
- Với mỗi độ mở cánh hướng dòng không đổi a
= const, và góc đặt cánh không đổi
đối với turbine cánh q
ường ống áp lực của
ố vòng quay
ng và hạ lưu đóng kín không
ạo ra.

ồ guồn tạo
ưu
xả
uống
ử

0
uay)
ϕ = const, ta điều chỉnh van khoá trên đ
(
turbine. Ứng với mỗi độ mở van khoá ta đo được thông số: cột nước H, s
n,
lưu lượng Q, công suất hữu ích N
h
của turbine.
Tiến hành thay đổi độ mở van khoá theo thứ tự từ lớn đến nhỏ (khoảng chừng 6 - 8
độ mở) và đo các đại lượng H, n, Q, N
h
tương ứng với từng độ mở khoá.
- Sau khi có các giá trị H, n, Q, N
của các điểm ứng với mỗi độ mở khoá, tính hiệu
h
suất và xây dựng các đường cong quan hệ giữa từng cặp thông số với nhau. Từ các
đường đặc tính quan hệ xây dựng đặc tính tổng hợp của mô hình.
V. 1. 2. Hệ thống thí nghiệm kín

Đặc điểm của hệ thống thí nghiệm kín là bể thượ
thông với khí trời và cột nước thí nghiệm do máy bơm t
Hình (5-2) là một sơ đồ của hệ thống thí nghiệm kín. Hệ thống g m n
áp bơm 1, van khoá 12, nước vào bình cao áp 13, trên ống áp lực đặt thiết bị đo l

lượng 11, nước vào bình ổn định vận tốc 8, 9 trước khi vào turbine 4, rồi theo ố
ng
x bể kín hạ lưu 2, trở về máy bơm 1, và quá trình lặp lại. Thiết bị để đo các thông
số gồm có: đo vòng quay 5, đo công suất 6, các áp kế 14, 15 để đo cột nước .Hệ thống
kín ngoài việc tiến hành thí nghiệm năng lượng còn có khả năng thí nghiêm về khí thực
. Do vậy trong hệ thống này có trang bị thêm bơm chân không 3 để hút không khí phía
trên mặt nước bình 2.
Hệ thống kín có ưu điểm là có khả năng thí nghiệm khí thực, kích thước nhỏ, tuy
nhiên hệ thống này có kết cấu phức tạp, thiết bị đo cũng phức tạp hơn hệ thống hở.



Hình 5-2. Sơ hệ thống thí nghiệm tirbine kín
V ệc thí nghiệm năng lượng tiến hành với các độ mở a
0
= const và các góc đặt
ợc tiến hành theo trình tự và nội
chỉ trình bày cách thí nghiệm khí
ự c
uan hệ
độ mở a
0
(và ϕ) hằng số. Kết
ố khí thực trên
ươ ệm khí th được tiến hành trên h au khi đã
ến h nh th m đặc tính năng lượ ể định ra các c ần thiết phải ti n
định đặc tính khí thực tại các chế độ đó, cụ thể là xác định hệ số khí thực
σ
ủa các chế đ đó. Ví dụ cần xác định hệ số
σ ở chế độ A nào đó ( có a

0
, ϕ, H
A
, Q
A
, n
A
,
A
) ta điều chỉnh khoá 12 trên ống áp l để có được các thông số H
A
, Q
A
, n
A
, N
A .
Sau
, c chân ôn làm iệc o áp suất trong b ạ lư 2 đư giá áp t
ân ông
nà ó ở 2. H ố khí thực tính được th ôn c:
đồ

i
của cánh BXCT
ϕ = const (đối turbine cánh quay) đư
thống hở. Ở đâydung tương tự đã tiến hành đối với hệ
thực. Nội dung của thí nghiệm khí th c trên hệ thống thí nghiệm kín nhằm vẽ đượ
q giữa hiệu suất
η và hệ số khí thực σ ứng với các

quả đo được quan hệ
η = f(σ) tính toán và vẽ được các đường đồng hệ s
đường đặc tính tổng hợp chính của turbine.
Ph ng pháp thí nghi
í nghiệ
ực
ng thì có th
ệ thống kín. S
hế độ cti
hành xác
à ế

c ộ
N
ực
đó ho bơm kh g 3 v , đ ể h u ợc trị suấ
ch kh P
2
o đ bể ệ s eo c g thứ

σ
γγγ
=−−
2
P
H
P
H
H
H

A
bh
A
s
A
(5-1)
Trong (5-1): P
bh
áp s ất hoá hơi ứ g với nhiệt độ nướ ệm;
S
- ch ều
ine thí nghiệm.
Tương
ông thức chung:


là u n c thí nghi H i
cao hút của turb
ứng với trạng thái A ta cũng tính được
η
A
theo c
52
53

η
ω
==
h
γ

N
N QH
M102
100%

(5-2)
trong c
Như vậ
áy bơm chân không tạo ra
và nhiệ
ính theo công thức (5-1) và η theo công
thức (5 không P
2
bằng cách thay đổi chế độ làm
việc củ
. lập quan
ứ vào đồ thị (hình 5-2,b) để xác định hệ số khí thực tới hạn
σ
KP
(điểm k) ở

hỏi mâ

uan hệ giữa các thông số của turbine gọi là đường đặc tính của
turbine
tính đơ
biểu th
g
quan hệ N,
nước H = ông số ở d

nguyên tính theo ph .
Qua các đường tr
- Trên đường đặc tính công tác công suất (hình a): khi
η = 0 và N = 0 thì Q và a
0

vẫn khác k ố ửu
có một lưu g
thất nhất đ ứng với công
suất lớn nh à ứng với một giá trị công suất nhỏ hơn công suất l
ớn nhất.
- Trên hai đường đặc tính lưu lượng và độ mở (hình b,c) ta thấy hiệu suất và
công suất hữu ích bằng không ứng với Q và a
0
luôn nhỏ hơn 100%.
Trong các đường đặc tính công tác
người ta hay dùng dạng riêng biểu thị quan
hệ
ông thức (5-1): M = P.l (kGm);
γ = 1000 kG/m
3
, Q (m
3
/s), H (m cột nước).
y ứng với mỗi giá trị của áp suất chân không P
2
do m
t độ của nước, ta có được một trị số
σ t
-2). Giữ nguyên chế độ A, thay đổi chân

a máy bơm chân không 3, ta có một loạt các cặp quan hệ giữa
η và σ
hệ
η = f(σ) ứng với a
0
.
Hiện tượng khí thực sẽ xảy ra khi lưu lượng, cột nứơc và áp suất giảm mạnh,
kéo theo sự rung động máy và tiếng ồn. Trên thiết bị đo ta có thẻ xác định được các giá
trị này. Căn c
chế độ A. Thay đổi chế độ khác, theo các quy trình trên lặp lại. Thí nghiệm khí thực đòi
t nhiều công sức và kinh nghiệm mới bảo đảm chính xác.
V. 2. ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CỦA TURBINE
Đường biểu thị q
. Có hai loại đường đặc tính: đặc tính đơn và đặc tinh tổng hợp. Các đường đặc
n biểu thị quan hệ giữa các cặp hai thông số một; các đường đặc tính tổng hợp
ị quan hệ giữa nhiều thông số của turbine.
V. 2. 1. Đường đặc tính đơn

Từ kết quả thí nghiệm, sau khi xác định được c thông số ở các chế độ khác nhau
ta có thể thiết lập quan hệ giữa các cặp thông số, còn các thông số khác là hằng số. Có
ba loại đườn đặc tính đơn: đặc tính công tác, đặc tính vòng quay, đặc tính cột nước.
1. Đường đặc tính công tác
Các đường đặc tính công tác nàu biểu thị các quan hệ:
η, Q, a
0
= f(N), hoặc các

η, a
0
= f(Q), hoặc quan hệ Q, η, N = f(a

0
), trong điều kiện: n = const và cột
const (hình 5-3). Các quan hệ này biểu thị các th ạng không thứ
ần trăm
ên cho phép ta có những nhận xét cần thiết đối với turbine:
hông, vì rằng mu n phát ra được một công suất h ích nào đó thì cần phải
lượng không tải tươn ứng với độ mở nhỏ nhất nào đó đê khắc phục các tổn
ịnh trong turbine. Mặt khác ta thấy hiệu suất lớn nhất không
ất, m

Hình 5-3. Các đường đặc tính công tác cuả turbine

giữa hiệu suất và công suất của các loại turbine khác nhau ( hình 5-4), nhằm so sánh đặc
tính hiệu suất giữa các turbine. Qua đường này ta có nhận xét:


Hình 5-4. Đường đặc tính ác loại turbine
ùng
- Hi
loại
turbine c tương đối dốc nên vùng làm
việc có g làm
việc với hiệu suất cao bị thu hẹp nhiều;
- Turbine cánh quay có đường đặc tính công tác thoải hiệu suất cao lớn, do vậy có
vùng làm việc với hiệu suát cao mở rộng hơn cả. Sở dĩ có đượ
c tính ưu việt này là nhờ
cánh xoay được để đưa trạng thái làm việc về gần trạng thái thiết kế.
2. Đường đặc tính vòng quay
Đường đặc tính vòng quay biểu thị các thông số Q, N, η theo vòng quay n khi
đường kính D

1
, H, a
0
không đổi (hình 5-5,a). Từ đường này ta thấy hiệu suất cao không
trùng với N và Q lớn nhất. Khi n tăng thì các thông số sẽ thay đổi.

công tác của c

ặ
- Turbine gáo có hiệu suất
η
max
nhỏ nhất, nhưng đường đ c tính thoải nên có v
làm việc với hiệu suât cao được nới rộng;
ệu suất
η
max
cuả turbine tâm trục và turbine cánh quạt lớn nhất trong các
. Tuy vậy nhưng đường này của turbine tâm trụ
hiệu suất cao bị giảm, còn đường của turbine cánh quạt thì rất dốc nên vùn
54

l/s
Hình 5-5. Các đường đặc tính vòng quay và đặc tính cột nước.

3. Đường đặc tính cột nước
Đường đặc tín số Q, N, η của turbine theo
ột nướ quá trình vận hành. Trên đồ thị ta
ấy: ứ
hác nhau. Còn lưu

ố đồng thời tham gia vận hành và thay đổi.
c
Đường đặc tính tổng hợp chính được lập ra từ thí nghiệm mô hình của một
rbine mẫu đại diện cho một kiểu turbine, từ kết quả thí nghiệm mô hình , sử dụng
ác công thức tương tự và quy dẫn tính toán vẽ ra cho một turbine có đường kính D
1
=
m, làm việc với cột nước H = 1m. Do vậy đường này dùng cho mọi turbine có kích
ước khác nhau nhưng cùng một kiểu .Đường đặc tính tổng hợp chủ yếu
biểu diễn các
h này biểu thị quan hệ giữa các thong
c c H. Cột nước của turbine luôn thay đổi trong
th ng với
η = 0 và N = 0 thì cần có cột áp nào đó đặc trưng cho tổn thất thuỷ lực ở
chế độ không tải. Nhìn chung khi H tăng thì công suất turbine tăng, nhưng hiệu suất cao
nhất lại đạt được ở một giá trị cột nước nào đó ứng với độ mở a
0
k
lượng Q thì tăng cùng với H tăng (hình 5-5,b).
V. 2. 2. Đường đặc tính tổng hợp
Các đường đặc tính đơn đã nghiên cứu ở trên chỉ mới biểu thị được quan hệ giữa
từng cặp thông số trong khi những thông số coi như không thay đổi, điều này khác với
thực tế vận hành của turbine là các thông s
Vì vậy cần có đường đặc tính biểu thị các thông cùng tham gia vận hành. Đường đặ
tính như vậy gọi là đường đặc tính tổng hợp. Có hai lo
ại đường đặc tónh tổng hợp là:
Đường đặc tính tổng hợp chính và Đường đặc tính tổng hợp vận hành.

1. Đường đặc tính tổng hợp chính
tu

c
1
th
55
56
ưu lượng quy dẫn Q
1
’,
các họ đường sau (hình 5-6):

thông số turbine thông qua hai biến là vòng quay quy dẫn n
1
’ và l
nó gồm


Hình 5-6. Các đường đặc tính tổng hợp chính
- Họ các đường đồng hiệu suất
η= f (n
1
’, Q
1
’) ;
- Họ các đường đồng độ mở cánh hướng dòng a
0
= f (n
1
’, Q
1
’) ;

- Họ các đường đồng hệ số khí thực
σ = f (n
1
’, Q
1
’) ;
- Đường hạn chế 5% công suất (chỉ có ở turbine tâm trục và cánh quạt, hình 5-6,a) ;
- Họ các đường đồng góc đặt cánh
ϕ = f

(n
1
’, Q
1
’) dùng đối với turbine cánh quay
em hình 5-6,c).
- Từ đường đặc tính của TB gáo (hình 5-6,b), ta thấy các đường đồng độ mở a
0
được
ay thế bởi các đường đồng hành trình van kim trong vòi phun s = f (n
1
’, Q
1
’) .
Các đường đồng hiệu suất của turbine cánh quạt rất dốc, nghĩa là vùng làm việc
ới hiệu suất cao rất hẹp. Ngược lại, ở turbine cánh quay và turbine gáo thì các đường
ồng hiệu suất thoãi, do vậy vùng làm việc với hiệu suất cao của những loại turbine này

(x

th
v
đ
57
được m rộng. Từ đó thấy rằng không nên cho turbine cánh quạt đảm nhận phần phụ tải
thay đổ i hiệu suất thấp.
ng đồng hệ số
ay có trị số lớn hơn nhiều
họn chế độ làm việc ch turbine thực
ành
ở
i nhiều, vì với chế độ làm việc đó turbine cánh quạt làm việc vớ
Các đườ khí thực
σ của turbine cánh qu
so với turbine tâm trục, do vậy vấn đề khí thực trong vận hành đối với turbine cánh
quay là vấn đề cần đặc biệt chú ý khi chọn đường kính D
1
cũng như khi vận hành
Trong hai loại turbine tâm trục và cánh quạt có thêm đường hạn chế 5% công
suất, nếu vận hành vượt quá giới hạn này hiệu suất turbine sẽ giảm thấp rất nhiều. Do
ậy trong việc chọn thông số turbine này cần chú ý đảm bảo yêu cầu đó. v
Đường đặc tính tổng hợp chính là đặc tính mô hình của một kiểu turbine, nó
đánh giá khả năng làm việc và chất lượng của turbine mô hình. Nó là tài liệu gốc để

c

2. Đường đặc tính tổng hợp vận h
Đường đặc tính tổng hợp vận hành là đường đặc tính của của một turbine cụ thể
có đường kính D
1
và vòng quay n đã biết. Đường đặc tính này được xây dựng trong hệ
trục toạ độ cột nước H và công suất N, nó biểu diễn các đường sau (hình 5-7,a):
- Họ các đường đồng hiệu suất
η= f (N, H);
- Họ các đường đồng độ cao hút nước Hs = f (N, H);
- Họ các đường hạn chế công suất turbine và máy phát .
Trên đường đặc tính tổng hợp vận hành ta thấy: điểm A là giao của hai đường hạn chế



Hình 5-7. Đường đặc tính tổng hợp vận hành.

công suất của turbine và máy phát, điểm này tương ứng với cột nước H
tk
. Ta thấy rằng
khi cột nước nhỏ hơn cột nước thiết kế H
thì không thể phát ra được công suất định
tk

mức (thể hiện công suất chịu cản do thiếu cột nước), chỉ có làm việc với cột nước H
≥
H
tk
thì mới có thể phát được công suất định mức. Đường đặc tính tổng hợp vận hành
58
giúp ch người vận hành xác định các chế độ làm việc của turbine, xác định các thông số

tại các ine.
ng ặc tính tổng hợp vậ ị ở d
ườ ủ
on h Đ ột turbine làm vi có ổ
áy phát) cùng làm vi ng p
hi đó các đường đồng hiệu suất phải tổ hợp các đường
t tur ất phát đ ợc các đồ một áy.
xây d đồ ệu su
a nhóm áy. đây dụ v ờng
côn
N) a tổ hình 5 à đ ổng ận h a
tổ -8,
Đư h óm tổ
n ôn của áy b qua iữa ất và công
tổ m
(N) ng I) ẽ đườ n h = f a ha áy
ác t
η còn hoành độ đị ng cách lấy hoành độ
đư II).Vớ ổ máy g hau oà ột ới
III) n t áy ta c vẽ theo rên
nh ờ c tính công tác c m c má n
ụ
thì cho chạy một y;
ụ cầu N
1
≤ N
2
t áy 1 và g làm c song song là t
ụ cầu N
thì cả ổ máy cùng làm v ì tối

ờn ính cô ác của nhóm tổ à đư bao t -2 ừ
n ra rằ cùn nhậ tải i
m thì u s
c ơn các
g m hận t vậy vùng làm v hiệ cao ủa một hẹp
vùn ệc củ ều tổ sẽ cao . Điề rất có ý nghĩa ới
nh hụ tả y đổi n u.
ư tính hợp v hành củ óm t y
ờn h tổn p vận hành của nh ổ má được x ng
trên cơ ở của đường đặc tính tổng hợp vận hành của một tổ máy bằng cách cho trước
hợp vận hành là
chế độ làm việc, cho phép xác định khả năng phát ra công suất turb
Đườ đ n hành còn biểu th
nhóm tổ áy
ạng toạ độ H ~ Q (hình 5-7,b) .
V. 2. 3. Đ ng đặc tính c
thực tế vận
a m
Tr g ành TT không chỉ có m
c, do vậy ph
ệc mà nhiều t
máy (turbine + m ệ ải xây dựng đườ đặc tính tổng hợ
vận hành cho nhiều tổ máy. K
hiệu suấ bine, hiệu su máy ể đư đường ng hiệu suất của tổ m
Sau đó ựng đường ng hi ấ
t củ
tổ m Dưới là ví ề đư
đặc tính g tác (
η = f( của b máy ( -8,a) v ường t hợp v ành củ
trạm có 3 máy (hình 5 b).

1. ờng đặc tín
g đặc tính c
công tác của nh máy
Đườ g tác 1 tổ m iểu thị n hệ g hiệu su
suất của áy
η
1m
= f
h ra c
(đườ
ung độ
. Để v ng q
N xác
ua ệ η
2m

nh bằ
(N) củ i tổ m
giống nhau ta địn
áy n
một tổ m hân với 2 ( ờng i 3 t iống n nhân h nh độ m máy v
3 (đường . Với nhóm ổ m ũng cách t .
Hì 5-8,a là là đư ng đặ ủa nhó ó ba tổ y gióng hau:
- Khi ph tải yêu cầu N
≤ N
1
tổ má
- Khi ph tải yêu
< N ổ m 2 cùn việ ối ưu;

- Khi ph tải yêu > N
2
ba t iệc th ưu.
Vì vậy đư g đặc t ng t máy l ờng rên 0-1 -3-4. T
đường đặc tí tổ m a cũng
u, nế một áy ch
nh nhóm áy t nhậ ng để g đảm n phụ thay đổ
như nha u chỉ lắp tổ m o trạ tuy hiệ
ó
uất
η
max

ủa nó cao h
η
max
từn áy cùng n ải, tuy
i
iệc c u suât c máy
hơn, còn g làm vi a nh máy hơn u này đối v
trạm đảm ận phần p i tha hiề

2. Đ ờng đặc tổng ận a nh ổ má
Đư g đặc tín g hợ óm t y giống nhau ây dự
s
một số giá trị cột nước H sẽ có được tương ứng các giá tri hiệu suất
η và công suất N
của một tổ máy. Nhân các giá trị
η, N đó với 2, 3, 4, tổ máy. Nối các điểm có cùng
hiệu suất khi TTĐ làm viẹc với 1, 2, 3, 4, tổ máy riêng lại với nhau bằng các đường

cong tr
ơn, ta sẽ có đờng đặc tính tổng hợp vận hành của nhóm tổ máy (hình 5-8,b).
Đối với trạm có các turbine khác nhau thì đường đặc tính tổng
tập hợp các đường đặc tính tổng hợp vận hành của riêng từng tổ máy hay của từng
nhóm tổ máy giống nhau làm việ
c ở các khu vực khác nhau.


Hình 5-8. đườ đặc tính hóm t áy.

V. 3. XÂ C TÍNH TỔNG HỢP V N HÀNH
Ph ta đã biết một số đường đặc tính của turbine. Trong đó đường
đặc tính t ng gố ủa một k turbine được v từ thí nghiệm
mô hình, kế và tạo turb e thực h và cung p. Đối với lĩnh
vực lựa c e cần sâu hơn iệu quả a tính toán năng lượng có
liên quan
ọn, do vậy chúng ta cần bi ách xây ựng đường đặc
tính tổng rb cụ thể. S ệu biết c gồm:
Cột nư
ột nước ết kế H ủa turb e thực;
ường kính tiêu chuẩn của turbine thực D
1
;
Vòng quay đồng bộ của tổ máy n của turb e thực;
Đườ g đặc tính tổng hợp chính của turbine mô hình có đường đính D
.
Sau đây là n hành:

1. Xây dựng các đường đồng hiệu suất η = f (N, H)
Đường kính turbine thực và mô hình khác nhau do vậy hiệu suất, vòng quay, lưu

lượng của chúng sẽ khác nhau. Do vậy trước khi tính toán vẽ đường đặc tính tổng hợp
vận hành ta phải tiến hành tính toán hiệu chỉnh các đại lượng này:
- Hiệu chỉnh hiệu suất của turbine thực theo hiệu suất turbine mô hình:
ng của n ổ m
Y DỰNG ĐƯỜNG ĐẶ Ậ
ần V. 2. chúng
ổng hợp chính là đườ
t
c c iểu , nó
iện
ẽ ra
do các cơ quan thiế
in
chế in cấ
họn và sử dụng turb
ợ
c ch
đi về h củ
c
đến turbine đư
ết d
hợp vận hành của một tu ine ố li trướ
ớc làm việc từ H
min
đến H
max
, c thi
TK
c in
Công suất định mức của turbine và của máy phát điện;

Đ
in
n
1M
ội dung và các bước tính toán và xây dựng đường đặc tính vận

TM
ηη
=+
∆
η
(5-3)
59
60
Khi chế độ làm việc của turbine thay đổi thì hiệu suất cũng thay đổi, rất khó tìm ra được
độ chênh lệch hiệu suất
∆η giữa hai turbine ứng với từng chế độ làm việc. Do vậy người
ta dựa vào chế độ làm việc tối ưu của hai turbine để tính ra
∆η = η
T max
- η
M max
và dùng
chung cho mọi chế độ làm việc. Trong đó
η
T max
, η
M max
xác định theo các công thức đã
cho (4-24) hoặc (4-25) ở chương IV. Nếu

∆η < 3% thì không cần hiệu chỉnh hiệu suất.
Đối với turbine cánh quay, chỉnh hiệu suất ứng với các góc đặt cánh
ϕ, cũng hiệu
chỉnh
∆η
ϕ
theo chế độ làm việc tối ưu của hai turbine.
- Hiệu chỉnh vòng quay quy dẫn
∆n' , cũng dựa vào chế độ làm việc tối ưu để hiệu
chỉnh cho mọi chế độ làm việc:
1
∆
110
1
''
max
max
()
nn
M
M
=−
η
η
và
1
'
; nếu
gia số
∆n'

1
≤ 3% thì cũng không cần hiệu chỉnh vòng quay quy dẫn.
Sau khi hiệu chỉnh ta lập bảng tính quan hệ
η = f (N, H) cho các loại turbine với
một số cột nước: bảng tính 5-1, bảng 5-2 như sau:

Bảng 5-1. Tính cho turbine Tâm trục và Cánh quạt.

Hmin Htk Hmax
11M
''
nn n
=+
∆

11
'
min
():
n
n
DH
=⋅
11
'
():
n
n
DH
tk

=⋅
11
'
max
():
n
n
DH
=⋅
Hiệu chỉnh η
' ' '
=−
∆

1M 1 1
n
=−
∆

1M 1 1
n
=−
∆

''
nn
''
nn
1M 1 1
''

nnn

min
N
Q
DH
= 981
1
1
232
,
'
/
N
Q
232
,
'
N
Q
DH
= 981
1
1
232
,
'
max
/
η

DH
tk
= 981
1
1
/
η

η

η
M
η
N
Q'
1
N Q'
1
N Q'
1
1 3 4 5 6 7 8 2



Cột 1: tra trên đường đặc tính tổng hợp chính;
Cột 2: Lấy cột 1 cộng với
∆η;
Cột 3, 5, 7: kẻ đường ngang n'
1M
trên đường đặc tính tổng hợp chính, gặp các

đường đồng hiệu suất
η
M
tương ứng sẽ tra ra Q'
1
;
Cột 4, 6, 8: Tính ra theo công thức tương ứng với từng cột nước.
Bảng 5-2. Tính cho turbine Cánh quay.
Hmin Htk Hmax

11
'
min
():
n
n
DH
=⋅
11
'
():
n
n
DH
tk
=⋅
11
'
max
():

n
n
DH
=⋅

'
n
1M 1 1
''
nn
=−
∆

1
M
11
''
nn
=−
∆

'
n
'
n
1M 1 1
''
nn
=−
∆

N
Q
DH
= 981
1
1
232
,
'
min
/
η

N
Q
DH
tk
= 981
1
1
232
,
'
/
η

N
Q

DH
= 981
1
1
232
,
'
max
/
η

ϕ ∆η
η
M
η
Q'
1
N
η
M
η
Q'
1
N
η
M
η
Q'
1
N

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14



61

Cột 1: Tra trên đường đặc tính tổng hợp chính;

ϕ, mỗi góc ϕ
có hiệu chỉnh riêng;
Cột 3,7,11: kẻ đường ngang n'
1M
trên đường đặc tính tổng hợp chính, gặp các
đường đồng góc đặt
ϕ nội suy ra hiệu suất mẫu;
Cột 4, 8, 12: lấy cột
η
M
cộng với cột 2;
Cột 5, 9, 13: ứng với
η
M
dóng tìm Q'
1
;
Cột 6, 10, 14: Tính theo công thức ghi ở trên với cột nước tương ứng
Từ các số liệu đã tính ở các bảng trên (các cột 2 ~ 4, cột 2 ~ 6 và 2 ~ 8 của bảng 5-1 cho
turbine Tâm trục và Cánh quạt; các cột 4 ~ 6, 8 ~ 10, 12 ~ 14 đối với turbine Cánh
quay) vẽ ra các đường đặc tính công tác
η = f (N), với mỗi cột nước sẽ có một đường

(hình 5-9,a).
- Lập hệ toạ độ H ~ N (hình 5-9,b) cùng tỷ lệ hoành độ N, đặt bên dưới hệ
η ~ N;
+Trên trục H của hệ trục H ~ N kẻ các đường nằm ngang Hmim, H tk, Hmax;
+ Trên trục định ra các giá trị
η và kẻ dường ngang, cắt các đường η ~ N mỗi
cột nước có hai điểm ví dụ 1~1' hay 2~ 2'; 3~3' dóng xuống gặp các đường cột nước
tương ứng (hình 5-8,b);
+ Nối các điểm cùng hiệu suất ( có hai nhánh) lại ta được đường đồng hiệu suất.
suất η = f (N, H)
. Xây dựng đường hạn chế công suất
ường hạn chế công suất trong đường đặc tính tổng hợp vận hành có hai nhánh
o turbine và máy phát hợp thành, chúng cắt nhau tại tung độ cột nước thiết kế Htk
phát là đường thẳng đứng có
oành
Cột 2:
∆η
ϕ
tính như đã trình bày nhưng lấy giao điểm với các góc
Với nhiều trị số
η cho trước ta sẽ vẽ ra nhiều đường đồng hiệu
2
Đ
d
(điểm A) trên hình (5-9,c). Đường hạn chế công suất máy
h độ là
mp
TB
mp
lm

N
N
N
so may
==
η
. Đường hạn chế công suất turbine có thể là cong
hoặc gần đúng là thẳng. Cách xây dựng đường hạn chế công suất turbine như sau:
• Xây dựng nhánh hạn chế công suất cho turbine Tâm trục và Cánh quạt dựa
vào đường hạn chế 5% công suất trên đường đặc tính tổng hợp chính của
kiểu turbine mẫu (hình 5-9,d). Đã biết điểm A (
mp tk
N
H
,)
, cần xác định
thêm điểm B (
B
N
H
,)
min
rồi nối hai điểm A và B lại theo đường thẳng là
được. Từ
1
min
1
'
n
n

D
=
, kẻ đường thẳng nằm ngang đến gặp đường hạn chế
H
công suất 5% và tra được
1
'
Q
và nội suy được hiệu suất mẫu
M
η
tương ứng,
tính ra hiệu suất turbine thực
η =
M
η
+ ∆η và xác định ra công suất turbine
tại điểm B theo công thức đã biết. Có N
B
, H
min
xác định được điểm B.
•

Hình 5-9. Vẽ các đường đồng hiệu suất và đường hạn chế công suất.
* Xây dựng nhánh hạn chế công suất cho turbine Cánh quay phức tạp hơn và có
rbine đề nghị, cho rằng: hai cách tính. Ở đây trình bày cách tính của nhà máy chế tạo tu
Khi cột nước H > Htk thì công suất turbine bị hạn chế bởi góc đặt cánh
ϕ
max

;
Khi cột nước H
≤ Htk thì công suất turbine bị hạn chế bởi độ mở a
0max
.
Ta biết nhánh hạn chế công suất turbine dược xây dựng từ cột nước H
≤ Htk , do vậy ta
tính để vẽ nhánh hạn chế công suất turbine theo độ mở a
0
như sau:
- Điểm A là giao của đường hạn chế công suất máy phát và Htk đã xác định dễ dàng
trên hệ toạ độ H ~ N (hình 5-10,a). Đổi toạ độ điểm A sang toạ độ n'
1
~ Q'
1
trên đường
đặc tính tổng hợp chính của turbine mô hình (điểm A') bằng công thức quy dẫn:
62

1tk
1
'
n
n
D
=
và
H
tk
1A

1
232
981
/
,
N
'
Q
DH
A
tk
⋅⋅⋅
η
suy ra Q'
A
1A'

B
, làm các bước sau:
ắt đường ngang
và Q'
1
, tính ra η
B

=
Đặt điểm A' (Q'
1A'
, n'
1tk

) lên hình (9-10,b) và nội suy được a
0max
.
- Tính toán để xác định điểm B ứng với cột nước H
min
và N
+ Vẽ nội suy đường đồng độ mở a
0max
(hình 5-10,b), đường này c
n'
1M
ứng với cột nước H
min
tại điểm B' và nội suy ra η
B
'
M
+ Tính ra
B
B
N
Q
DH
= 981
1B
1
232
,. . . .
'
min

/
η
. Như vậy đã xác định được điểm B;
+ Nối điêm A với B ta được nhánh hạn chế công suất turbine phần H
≤ H

Hình 5-10. Xây dựng đường phụ trợ.


3. Xây dựng các đường đồng độ cao hút Hs
Để xây dựng đường đồng độ cao hút H
S
= f (N, H), ta cần vẽ các đường phụ trợ
N ~ Q
' (hình 5-10,c) dựa trên kết quả đã tính toán ở bảng
-1 , ho
, đồng thời cũng tra được Q'
1
tương ứng. Có Q'
1
tra ra công
ố liệu trên vào các cột từ 1 - 4 và
của các cột nước trên toạ độ
1
5 ặc bảng 5-2 ơ trên. Sau đó lập bảng tính (5-3) tính dưới đây:
- Lập bảng 5-3 với các cột nước cho trước (ít nhất ba cột nước H
min
, H
tk
, H

maxs
);
- Trên đường đặc tính tổng hợp chính (hình 5-10,d) ứng với từng cột nước ta có n'
1M
,
kẻ đường ngang n'
1M
, đường này gặp các đường đồng hệ số khí thực σ tại các điểm, tại
đó ta nội suy ra
η
M
, tính ra η
suất N tương ứng với cột nước trên (hình 5-10,c). Ghi s
tính các cột 5, 6 và H
S
= 10 - ∇/900 - kσH;
- Từ bảng 5-3 vẽ đường phụ trợ H
S
~ N, mỗi cột nước có một đường (hình 5-10,e);
- Giả thiết các trị số độ cao hút H
S
và kẻ các đường ngang gặp các đường H , ta được
các N tương ứng và xác định điểm có cặp toạ độ N, H. Với nhiều điểm ta sẽ vẽ được các
đường đồng H
S
= f (N, H) trên đường đặc tính tổng hợp vận hành.

63
Bảng 5-3. Bảng tính để xây dựng đường đồng độ cao hút
Hmin Htk Hmax
64
11
'
min
():
n
n
DH
=⋅
11
'
():
n
n
DH
tk
=⋅
11
'
max
():
n
n
DH
=⋅

1
M
11
'''
nnn
=−
∆

1
M
11
'''
nnn
=−
∆

1
M
11
'''
nnn
=−
∆

k = 1,05 - 1,10 k = 1,05 - 1,10 k = 1,05 - 1,10
σ
Q'
1
η
N

k
σH
H
S

1 2 3 4 5 6




Từ kết quả của các tính toán như đã trình bày ở trên vẽ lên cùng toạ độ N ~ H ta
xây dựng được đường đặc tính tổng hợp vận hành cho một turbine cụ thể (hình 5-7,a).