Thiết bị turbine trong nhà máy điện 1

JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【
Title

Frame

Mở đầu

Title

【【【

1/2

Frame

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

1


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【
Mở đầu

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

Title

【【【

2/2

Frame

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

2


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【
1. Năng lượng nước

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc)

101

1/10

【【101 Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc) 【【
1. Năng lượng của Dòng nước

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc

101

2/10

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

3


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Thủy điện là một dạng phát điện sử dụng động năng của thiên nhiên.
Nước trữ trong hồ chứa chảy qua đường dẫn, ống dẫn và được đổ vàotua bin đặt trong nhà máy.
Tua bin đóng vai trò chính chuyển hóa năng lượng dòng nước thành năng lượng quay và năng lượng này được
truyền đến máy phát điện.
Vậy thực chất của năng lượng nước, thứ mà có thể làm quay tua bin là gì?

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng Nước

Title

Frame

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc)

101

3/10

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

4


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Hãy so sánh dòng chảy của nước trong ống tại hai điểm bất kì, tại hai mặt cắt “A” và “B”.
Trong trường hợp này chúng ta bỏ qua sự cản trở dòng chảy.
Do chúng ta xét nước trong trạng thái không bị thay đổi thể tích khi bị nén nên lượng nước chảy qua điểm “A”
trong một giây và lượng nước chảy qua điểm “B”, đó là lưu lượng giữa “A” và “B” luôn luôn bằng nhau.
Nếu lưu lượng dòng chảy giữa “A” và “B” bằng nhau, tốc độ chảy tại “B” phải nhanh hơn tốc độ chảy tại “A”.
Hơn nữa, lưu lượng dòng nước trong ống luôn luôn bằng nhau tại bất cứ mặt cắt nao ta chọn.
Đây chính là “Nguyên lý liên tục của dòng chảy”.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc)

101

4/10

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

5


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Hãy xem xét về năng lượng có ở một vật thể.
Xét một cách tổng quát, Trọng lượng của vật thể được tính bằng “tích giữa Khối lượng và Gia tốc trọng trường”.
Năng lượng của vật thể tăng theo độ cao nhất định được tính bằng “tích giữa Khối lượng, Gia tốc trọng trường
và Độ cao”, và dạng này được gọi là “Thế năng”.
Năng lượng được sinh ra khi vật thể rơi được biểu diễn bằng “1/2mv 2”, và dạng này được gọi là “Động năng”.
Còn đối với nước thì cần hiểu như thế nào?
Đối với nước, khối lượng một đơn vị thể tích gọi là “Khối lượng đơn vị, kí hiệu là: ρ”
Như vậy, trọng lượng của một đơn vị thể tích nước là “ρg”, và “Thế năng” của nó là “ρgh”.
Tương tự, năng lượng lưu tốc của nước giống như “động năng” của vật thể rơi, và phần năng lượng này của
nước có thể biểu diễn bằng “1/2ρv2”.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc)

101

5/10

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

6


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Lấy thí dụ, khi so sánh nước ở vị trí cao “A” và nước ở vị trí thấp “B”, nếu lượng nước bằng nhau, “thế năng của
A” lớn hơn“thế năng của B”.
Kết quả tương tự khi so sánh nước chảy trong ống tại hai điểm bất kì “C” và “D”.
Trong trường hợp này, lưu lượng tại “C” và “D”bằng nhau, và trọng lượng của một mét khối nước cũng như
nhau.

Thế năng trong mỗi trường hợp có thể biểu diễn bằng “độ cao từ mặt phẳng nằm ngang dùng để tham khảo”.
Theo cách đó, đơn vị đo năng lượng của nước được gọi là “đầu nước”.
Ngoài ra, Thế năng của nước theo cách hiểu như vậy được gọi là “cột nước thế năng”.
Thành phần này kí hiệu bằng “z”.
“Cột nước thế năng” được gọi theo cách khác là “độ cao đầu nước”, và không liên quan đến độ dài của ống dẫn.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy
điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc)

101

6/10

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

7


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Xét một ống nghiêng, tại một điểm bất kì dọc theo ống đặt một ống thẳng đứng và nối thông cho nước chảy vào
nó.
Kết quả thu được là nước dâng lên đến độ cao nhất định.
Khi đầu nước tồn tại, nước ở vị trí cao có khả năng cung cấp năng lượng cho nước ở vị trí thấp.
Năng lượng này gọi là “áp năng”.
Nét đặc trưng của dòng chảy là “áp năng” được cấp không đổi.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc)

101

7/10

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

8


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Vì “áp năng” là “độ cao từ mặt phẳng nằm ngang so sánh đến điểm xét”, nên độ lớn của “áp năng” tại điểm
“A”chính là “tích giữa trọng lượng đơn vị và độ cao đó”.
Nói theo cách khác, độ cao của cột nước thể hiện áp suất của trọng lượng cột nước, và độ cao này được gọi là
“cột áp”.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc)

101

8/10

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

9


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Xét một dòng chảy liên tục của nước trong ống .
Khi nước chảy liên tục, độ cao cột nước bị giảm dần.
Vậy thì “độ cao cột nước” được gọi là “cột áp” thể hiện đièu gì.

Tua bin nước Trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc)

101

9/10

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

10


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Theo nguyên nhân phát sinh dòng chảy liên tục của nước, cột áp thấp dần, phần thấp hơn của độ cao cột nước
thể hiện động năng của nước.
Nếu toàn bộ thế năng của nước chuyển thành động năng, thì áp năng sẽ không còn.
Như vậy, "phần thấp hơn của cột nước" được tính bằng "v 2/2g”, và độ cao này gọi là “cột áp lưu tốc”.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy
điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Cột nước(Vị trí/Áp suất/Lưu tốc)

101

10/10

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

11


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Trong trường hợp này, nếu hoàn toàn bỏ qua sự cản trở trong dòng chảy, dòng chảy với cột nước gồm thế năng,
áp năng và động năng.

Độ lớn của các thành phần năng lượng này có thể thể hiện theo cách như của đầu áp, cột nước áp suất, và cột
nước lưu tốc.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Định luật Béc - Nu - Li

102

1/4

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

12


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

【【102 Định luật Béc - Nu - Li 【【
Xét cụ thể về năng lượng cần thiết để tạo mô men cho tua bin, đó là “đầu áp, cột nước áp suất và cột áp lưu tốc”.
Mối liên quan giữa ba loại cột nước này là gì?

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Định luật Béc - Nu - Li

102

2/4

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

13


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Khi một vật rơi từ dộ cao nhất định, thế năng của vật đó giảm dần.
Tuy nhiên, động năng của vật tăng dần đúng bằng lượng giảm của thế năng.
Điều đó có nghĩa là, nếu bỏ qua sự cản của không khí, mặc dù nếu có sự thay đổi dạng năng lượng, tổng của
chúng vẫn giữ nguyên.
“Luật bảo toàn năng lượng ” này cũng phù hợp với dòng chảy của nước.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Định luật Béc - Nu - Li

102

3/4

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

14


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Cột nước thế năng của nước chứa trong bể là “độ cao từ mặt phẳng nằm ngang so sánh ” đến mặt nước.
Khi nối ống dẫn với bể và cho nước chảy, cột nước thế năng, cột nước áp suất, và cột nước lưu tốc tại điểm bất kì
“A” trong dòng chảy của nước trong ống dẫn từ bể sẽ như sau.
Chọn điểm “B” bất kì dọc theo dòng chảy từ điểm “A”, cột nước thế năng tại “B” nhỏ hơn tại “A”. Lưu lượng
dòng chảy tại “B” bằng lưu lượng tại“A”.
Như vậy, cột nước lưu tốc tại “B” có cùng độ lớn với cột nước lưu tốc tại “A”.
Do đó, cột nước áp suất tại “B” lớn hơn cột nước áp suất tại “A”.
Nếu giả sử hoàn toàn không có sự cản trở đối với dòng chảy của nước trong ống, tổng năng lượng không thay
đổi.
Nghĩa là tổng của cột nước thế năng, cột nước áp suất, cột nước lưu tốc tại mọi điểm là hoàn toàn như nhau khi
ta so sánh.
Đây chính là “Định lí Bec - Nu - Li” và tổng của "cột nước thế năng, cột nước áp suất và cột nước lưu tốc" được
gọi là “tổng đầu nước”.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Định luật Béc - Nu - Li

102

4/4

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

15


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Tuy nhiên, trong thực tế, sự cản trở sản sinh dưới dạng ma sát v. v.từ dòng chảy, vì vậy tổn thất năng lượng phát
sinh.
Khi lượng tổn thất năng lượng này được thể hiện bằng độ cao, gọi là “Tổn thất cột nước”.
Khi “Tổn thất cột nước” được đưa vào tính toán, “Định luật Béc - Nu - Li” có thể phát biểu như sau: “Tổn
thất cột áp” có khuynh hướng tăng dọc theo dòng chảy của nước.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Công suất lí thuyết và các loại Tua bin

103

1/7

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

16


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

【【103 Công suất lí thuyết và các loại Tua bin nước 【【
Tại các Nhà máy Thủy điện, Khi tua bin đứng yên, độ chênh lệch cột nước thế năng giữa cao trình mặt nước vào
và cao trình mặt nứoc ra chính là "Tổng độ cao cột nước".
Tổn thất cột nước của dòng chảy giữa cao trình mặt nước vào và cửa vào tua bin, cột nước lưu tốc ở ống hút (tổn
thất xả) là phần mất mát, phần cột nước được sử dụng để quay tua bin gọi là "cột nước hữu ích" và được sử dụng
như sau :
"Cột nước hữu ích" và "Lưu lượng " chảy vào tua bin được sử dụng dể tính toán "Công suất lí thuyết" của tua
bin.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Công suất lí thuyết và các loại Tua bin

103

2/7

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

17


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

"Cột nước hữu ích" tác dụng lên bánh công tác tua bin được tính bằng “H Mét”, lưu lượng dòng nước chảy vào
tua bin tính bằng “Q m 3/giây” với trọng lượng của một mét khối nước bằng 1000 ki lô gam, khi đó lượng công
được thực hiên bởi tua bin “P” bằng tích của "trọng lượng đơn vị" nhân với “Lưu lượng” nhân với “cột nước hữu
ích”.
Khi biểu diễn theo công suất, nó trở thành “9,800 QH Jun / giây”.
Tính theo đơn vị Ki lô oát, một kW bằng 1000 Jun / giây, công suất lí thuyết của tua bin tính bằng “9.8 QH kW”.
Vậy tua bin sử dụng năng lượng của dòng nước phát công suất lí thuyết này như thế nào?
Chúng ta nghiên cứu vấn đề này bằng cách sử dụng một tua bin mô hình.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Công suất lí thuyết và các loại Tua bin

103

3/7

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

18


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Trục gắn vào " bánh công tác " quay do bị tác động bởi năng lượng dòng nước.
Mở van cho nước chảy.
Nước từ vòi phun tác động vào bánh công tác vàbánh công tác quay.
Động năng của dòng nước truyền "xung lực" lên bánh công tác và kết quả bánh công tác quay.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Công suất lí thuyết và các loại Tua bin

103

4/7

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

19


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Áp dụng nguyên lí tương tự như mô hình trên, áp năng trong dòng nước được chuyển thành động năng, động
năng này truyền cho bánh công tác, hệ thống này được gọi là hệ thống "Tua bin xung kích".

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Công suất lí thuyết và các loại Tua bin

103

5/7

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

20


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Các ôống dẫn có dạng chữ “L” được gắn vào xung quanh vành ngoài của bánh công tác nơi nước chảy ra.
Khi nước chảy, nước đượcdẫn bởi các ống hình chữ “L” và chảy ra ngoài qua các ống thoát, kết quả là bánh công
tác quay.
Bánh công tác gắn với trục nhận tác động của năng lượng nước và bánh công tác được đặt bên trong thùng nước.
Cho nước chảy qua bánh công tác.
Nước được dẫn từ xung quanh bánh công tác vào bên trong sau đó được xả từ cửa thoát.
Khi nước chảy ra từ cửa thoát, áp năng của dòng nước tạo cho bánh công tác “phản lực”, và phản lực này làm
bánh công tác quay.

Tua bin nước trong các Nhà máy Thủy
điện

Title

Frame

Công suất lí thuyết và các loại Tua bin

103

6/7

1. Năng lượng nước

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

21


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Giống như đối với mô hình, tua bin với cấu trúc, trong đó dòng chảy của nước truyền trực tiếp áp năng cho bánh
công tác gọi là "Tua bin phản kích".

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Công suất lí thuyết và các loại Tua bin

103

7/7

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

22

JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Tua bin nước được phân loại thành "Tua bin xung kích" hoặc " Tua bin phản kích" tùy théọư tác động của nước
vào bánh công tác.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Bài kiểm tra (1)

104

1/2

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

23


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

【【104 Bài kiểm tra tổng hợp (1) 【【
Các câu hỏi về Định lu ật Béc - Nu - Li và Công suất lí thuyết của tua bin.
Hãy chọn kết quả phù hợp từ bảng chọn và gắn vào các ô trống.

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

Bài kiểm tra (1)

104

2/2

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

24


JMAM-CAI【Hydraulic Turbine Course in Hydro Power Station【

Tua bin nước trong Nhà máy Thủy điện

1. Năng lượng nước

Title

Frame

105

Giải lao

1/2

JMA MANEGEMENT CENTER INC.

25