|
[[fi:Vesiturbiini]]
[[sv:Vattenturbin]]
Các loại Turbine
Turbine[/b] thủy lực là loại động cơ chạy bằng sức nước, nó nhận năng lượng dòng nước để quay và kéo rô to máy phát điện quay theo để tạo ra dòng điện. Tổ hợp turbine thủy lực và máy phát điện gọi là "Tổ máy phát điện thủy lực".
Dựa vào việc sử dụng dạng năng lượng trong cơ cấu bánh xe công tác (BXCT) của turbine người ta chia turbine thủy lực ra làm hai loại: turbine xung kích và turbine phản kích. Trong các loại lại chia ra các hệ và các kiểu turbine
Từ những thành phần năng lượng trên ta có những loại turbine thuỷ lực sau:
* Turbine chỉ sử dụng phần động năng để làm quay BXCT gọi là loại turbine xung kích. Loại này còn gọi là turbine dòng chảy không áp vì dòng chảy trong môi trường khí quyển nên chuyển động của dòng tia trên cánh BXCT là chuyển động không áp, áp suất ở cửa vào và cửa ra như nhau và bằng áp suất khí trời. Turbine xung kích đuợc chia
ra các hệ sau:
+ Hệ turbine xung kích gáo (turbine Penton);
+ Hệ turbine xung kích kiểu phun xiên;
+ Hệ turbine xung kích hai lần (turbine Banki).
* Turbine sử dụng cả thế năng và động năng, trong đó phần thế năng là chủ yếu gọi là loại turbine phản kích . Loại này còn gọi là turbine dòng chảy có áp, áp lực dòng chảy ở cửa vào của BXCT luôn lớn hơn áp lực ở cửa ra của nó. Dòng chảy qua TB là dòng
liên tục điền đầy nước trong toàn bộ máng cánh. Loại này được chia ra các hệ sau:
+ Hệ TB xuyên tâm hướng trục ( gọi tắt là là turbine tâm trục, hay Franxis);
+ Hệ TB hướng trục ( gồm turbine cánh quạt và turbine cánh quay );
+ Hệ TB hướng chéo;
+ Hệ TB dòng ( gồm turbine dòng nửa thẳng và turbine dòng thẳng );
+ Hệ TB thuận nghịch ( làm việc theo hai chế độ: máy bơm và turbine).
[b]TURBINE XUNG KÍCH[/b]
{{Vi phạm bản quyền 2 (nguồn)
1. Turbine xung kích gáo ( còn gọi là turbine Penton )
|ngày = 23
Turbine này do người Mỹ tên là Penton đưa ra năm 1880 nên còn gọi là turbine Penton.
|tháng = 12
Turbine gáo sử dụng động năng để quay do vậy cần tạo nên vận tốc dòng phun lớn để tăng công suất turbine, măt khác kết cấu BXCT rất vững chắc do vậy turbine này được sử dụng với cột nước cao lưu lượng nhỏ. Turbine gáo loại lớn có phạm vi sử dụngcột nước từ 200÷2000m hoặc hơn nữa, turbine gáo loại nhỏ thì từ 40÷250m. Trục turbine gáo có thể đứng hoặc ngang. Trạm TĐ Bôgôta ở Côlombia đã đạt đến cột nước rất cao H = 2000m, công suất lắp máy N = 500 MW. Trạm Raisec ở Úc có cột nước H = 1767m. Nước ta có các trạm H = 500÷800m như Vĩnh Sơn và Đa Nhim, sử dụng hệ turbine xung kích gáo.
|năm = 2008
|1 = http://bulk-vietnam.com/forum/viewtopic.php?f=90&t=24
2. Turbine xung kích hai lần ( turbine Banki )
|2 =
Turbine xung kích hai lần có phạm vi sử dụng cột nước từ 6÷150m, thường từ 10÷60m. Kết cấu của nó rất đơn giản (hình1-4), dễ chế tạo nên được sử dụng rộng rãi ở các trạm thủy điện nhỏ có lưu lượng bé, cột nước vừa, trục thường nằm ngang.
|3 =
Hình dáng BXCT turbine xung kích hai lần gần giống lồng sóc. Dòng nước từ vòi phun tác dụng vào các cánh phía trên (nhận khoảng chừng 80% năng lượng của dòng nước) đẩy BXCT lần thứ nhất, xong lại đi vào khoảng trống giữa BXCT rồi lại tác dụng lần thứ hai vào cánh trước khi ra khỏi bánh xe công tác (nhận thêm 20÷30% phần năng lượng còn lại). Cũng chính vì thế ta gọi nó là turbine xung kích hai lần. Hiệu suất của loại turbine này tùy thuộc vào số cánh của BXCT và vào khoảng 80÷85%. Ưu điểm
|4 =
cơ bản của turbine xung kích hai lần là có thể chọn đường kính BXCT và số vòng quay turbine trong một phạm vi rộng mà không phụ thuộc vào lưu lượng, bởi vì lưu lượng không chỉ phụ thuộc vào đường kính mà còn phụ thuộc vào chiều rộng BXCT nữa. Như vậy có thể chế tạo turbine với đường kính bé để có vòng quay lớn, do vậy giảm giá thành chế tạo turbine và tổ máy thủy lực.
|5 =
Turbine xung kích phun xiên
}}
Turbine xung kích phun xiên có hình dạng giống turbine gáo chỉ khác ở kết cấu BXCT và hướng của tia nước vào BXCT. Tia nước bắn vào BXCT không trực giao với cánh mà làm với cánh một góc α, nhờ thế có thể làm vành ghép mép ngoài của BXCT nên đơn giản hóa được cách ghép cánh vào đĩa. Hình dạng cánh loại này cũng dễ chế tạo hơn. Nó cho phép gia công hàng loạt bằng cách đập. Turbine tia nghiêng ít được sử dụng rộng rãi, nó chỉ được sử dụng ở TTĐ nhỏ có cột nước vào khoảng H = 30÷400m.
[b]TURBINE PHẢN KÍCH[/b]
1. Bánh xe công tác của turbine tâm trục (turbine Franxis )
Turbine tâm trục là một trong những hệ TB phản kích được sử dụng rộng rãi nhất. Chất lỏng vào cửa vào cánh BXCT theo hướng xuyên tâm rồi chuyển chuyển hướng 90đôộ và ra khỏi BXCT để vào ống xả theo hướng dọc trục. Do vậy gọi là turbine tâm trục. Turbine này do kỹ sư người Pháp tên là Franxis hoàn chỉnh năm 1849 nên còn gọi là turbine Franxis
Tùy theo cột nước sử dụng, đường kính lớn nhất cửa vào D1 (đường kính tiêu chuẩn) và đường kính lớn nhất cửa ra D2 mà người ta chia turbine tâm trục làm 3 dạng:
- Dạng D1 < D2 gọi là turbine tỷ tốc cao loại này dùng với cột nước thấp (H< 80m) vì cấu tạo của chúng có khả năng chịu lực không cao
- Dạng D 1 > D2 gọi là turbine tỷ tốc thấp loại này có cấu tạo vững chắc do vậy chúng được dùng với cột nước cao, đã có turbine làm việc với cột nước 550m;
- Dạng D1 = D2 gọi là turbine tỷ tốc trung bình, nó là loại trung gian giữa 2 loại trên.
Turbine tâm trục có phạm vi sử dụng cột nước thường từ vài mét đến 550m. Ở nước Nga, Trạm thủy điện Cracnoarck sử dụng loại này với công suất mỗi turbine là 508MW, đường kính D1 = 7,5m. Ở nước ta, TTĐ sông Đà và Trị An đều dùng turbine tâm trục, TTĐ Hòa Bình dùng 8 turbine tâm trục, công suất mỗi turbine là 240MW, H =88m.
2. Bánh xe công tác của turbine hướng trục
Gọi là turbine hướng trục vì hướng chảy của dòng nước trong phạm vi BXCT theo hướng trục quay của turbine.
BXCT gồm có bầu 1 được nối bích với trục turbine 2, xung quanh bầu bố trí các cánh hình vặn vỏ đổ để áp lực nước tác động lên cánh làm quay BXCT. Liên kết giữa cánh và bầu theo kết cấu côngxôn nên chịu áp lực thấp, số cánh thường ít do vậy khả năng tháo nước lớn. Trong hệ hướng trục dựa vào sự liên kết giữa cánh và bầu người ta chia hệ hướng trục ra hai dạng: turbine có cánh gắn cố định với bầu là turbine cánh quạt, còn turbine cánh có thể quay quanh trục của nó trên bầu là turbine cánh quay.
[i]Turbine cánh quạt[/i]
BXCT của turbine cánh quạt gồm có bầu, có gắn từ 3 đến 9 cánh, thông thường là 4 đến 8 cánh. Cánh có thể chế tạo liền với bầu tạo thành một khối thống nhất hoặc chế tạo riêng biệt sau đó gắn chặt vào bầu bằng bulông. Khi đi qua các mặt cong của cánh, dòng nước buộc phải đổi hướng chuyển động do đó tạo ra một áp lực tác dụng lên cánh làm quay BXCT. Nhược điểm của loại BXCT này là có đường đặc tính công tác dốc, do vậy khi lưu lượng, cột nước hoặc công suất thay đổi lệch với chế độ thiết kế thì hiệu suất turbine sẽ giảm đi rất nhanh. Đối turbine tỷ tốc cao chỉ cần lưu lượng giảm đến còn 45% lưu lượng tính toán thì hiệu suất và công suất có thể giảm đến không. Do vậy nên cho turbine cánh quạt đảm nhận công suất và cột nước ít thay đổi. Turbine cánh quạt được sử dụng ở Trạm thuỷ điện có cột nước H = 1,5÷40m, hiện nay thường dùng ở TTĐ nhỏ, tuy rằng đã có turbine dạng này đường kính đạt đến 9 m.
[i]Turbine cánh quay ( Kaplan )[/i]
Turbine cánh quay là loại ra đời sau cánh quạt. Năm 1924 giáo sư người Tiệp tên là Kaplan đã cải tiến thành công turbine cánh cố định thành cánh quay được, nên turbine này còn được gọi là turbine Kaplan. Nhờ cánh có thể quay được xung quanh bầu, do vậy thích ứng được các chế độ làm việc khác chế độ thiết kế dẫn đến vùng làm việc của turbine với hiệu suất cao được mở rộng. Do vậy TB cánh quay có khả năng làm việc với công suất và cột nước thay đổi nhiều. BXCT của TB cánh quay gồm có: bầu, cánh, chóp thoát nước và bộ phận quay cánh xung quanh BXCT. Bầu phải
có hình cầu để giảm bớt khe hở giữa cánh với bầu khi quay cánh. Chóp thoát nước có tác dụng làm cho nước chảy khỏi BXCT thuận dòng hơn và giảm được tác dụng mạch động. Khi làm việc, các cánh BXCT hướng trục chịu tác dụng áp lực nước ở dạng sơ đồ chịu lực kiểu dầm côngxôn do không có vành dưới, tại nơi tiếp giáp cánh với bầu chịu mômen uốn lớn nhất. Người ta đã đo được áp lực nước tác dụng lên một cánh có thể đạt tới 240 tấn. Do vậy phải sử dụng động cơ tiếp lực dầu cao áp mới quay được cánh .
Cùng với turbine tâm trục, turbine cánh quay được sử dụng rất rộng rãi. Ngày nay thế giới đã có những turbine cánh quay cực lớn, như ở TTĐ Xaratôp ở Nga có đường kính tiêu chuẩn D1 = 10,3m, cột nước thiết kế H = 9,7m, với công suất N = 59,3MW, vòng quay định mức n = 50 vòng/phút, trọng lượng 1229tấn. Turbine ở trạm TĐ Porto Primavera ở Brasil có D1 = 8,6m, N = 105MW, cột nước H = 22m.
3. Turbine cánh chéo
Turbine cánh chéo được ra đời chậm hơn các loại turbine trên, nó là loại trung gian giữa tâm trục và hướng trục. Nó kết hợp được các ưu điểm của hai hệ turbine trên. Turbine cánh chéo được sử dụng ở các TTĐ có cột nước H = 30÷150m. Nó thuộc loại turbine cánh quay. BXCT gồm 10 đến 14 cánh được gắn vào bầu 3 hình chóp nhờ các trục cánh 2. Trục cánh làm với trục turbine một góc 300,450,600 nên dòng chảy trong BXCT chéo góc với trục. Cũng như turbine cánh quay, các cánh BXCT quay được quanh trục của nó, nhờ cơ cấu quay cánh gồm vành sao 5 và thanh truyền 4 nằm trong bầu nên hiệu suất bình quân của nó cao hơn turbine tâm trục ở hầu hết các chế độ làm việc. Mặt khác số cánh BXCT của turbine này nhiều hơn so với turbine cánh quay nên
có thể làm việc với cột nước cao hơn mà vẫn không bị khí thực. Loại turbine này đã được chế tạo ở Nga dùng cho TTĐ Buctamin có công suất N = 77MW, cột nước H = 61m, đường kính D1 = 4,35m, n =150 vòng/phút.
Ngoài ra, TB cánh quay làm việc với cột nước thấp, muốn chịu được cột nước cao hơn thì phải tăng số lượng cánh BXCT của nó lên từ 6 đến 10 cánh. Như vậy bầu BXCT phải có đường kính lớn. Để có thể tăng số cánh mà không phải tăng đường kính
thì tốt hơn hết là trên mỗi trục cánh lắp hai cánh kép (hình1-12). Loại này đã được lắp đặt ở nhà máy thủy điện Thác Bà với đường kính D1 = 4,5m, H = 32m.
4. Turbine dòng
Turbine dòng gồm hai loại: dòng chảy thẳng và nửa thẳng. Turbine dòng thực chất là turbine cánh quay trục ngang, nên BXCT của nó hoàn toàn giống turbine cánh quay. Loại này dùng với cột nước rất thấp và lưu lượng rất lớn.
[i]Turbine dòng nửa thẳng turbine này còn gọi là turbine Capxun.[/i]
Tổ máy có turbine trục ngang nối liền trục với trục máy phát điện đặt trong bọc kín bằng kim loại (gọi là cáp xun) có dạng thuận dòng. Cáp xun chứa máy phát điện có thể nằm trước BXCT hoặc nằm sau BXCT trong ống hút thẳng . Các cánh hướng dòng thuộc loại hướng tâm hoặc hình chóp. Stator thuộc loại và cùng với các trụ tựa sẽ truyền tải trọng tổ máy lên móng máy. Liên hệ giữa các thiết bị đặt trong cáp xun với gian máy bằng các tháp . Turbine cap xun có hiệu suất cao hơn so với turbine phản kích khác đến 30% do khả năng tháo nước của nó. Turbine cap xun được sử dụng rộng rãi ở Nga, Nhật, Mỹ... ở các sông vùng đồng bằng hoặc ở các TTĐ thủy triều. Trạm TĐ
Trereparec có công suất mỗi turbine N = 20MW, H = 14,9m. Trạm thuỷ điện có turbine cáp xun lớn nhất là Kiev có N = 320MW
[i]Turbine dòng thẳng[/i]Ở turbine dòng thẳng, dòng nước theo buồng turbine hình trụ thẳng đi qua Stator trước 1 vào bộ phận hướng dòng 2 và tác động vào BXCT 3 về hạ lưu theo dòng thẳng. Rôtor máy phát điện 4 được gắn vào mút cánh TB, do vậy khi BXCT quay thì cũng chính là rotor quay. Turbine dòng thẳng có cấu tạo phức tạp, đặc biệt là ở các vòng đệm chống thấm vòng quanh mà hiệu suất không cao hơn turbine hướng trục bình thường mấy, nên ít được sử dụng. Trạm thuỷ điện Ortatran ở Liên Xô cũ sử dụng turbine này với công suất turbine N = 6,3MW, cột nước H = 10,5m.
5. Turbine thuận nghịch
Turbine thuận nghịch được dùng trong " tổ máy hai máy" ở các TTĐ tích năng, có khả năng làm việc ở hai chế độ: bơm nước và phát điện. Tổ máy gồm có hai máy: turbine thuận nghịch và máy điện ( "máy phát điện - động cơ điện") làm việc ở 2 chế độ máy phát và động cơ. Tổ máy loại này thay cho các loại tổ máy làm việc ở các chế độ riêng biệt không kinh tế hoặc " tổ máy ba máy ". Nguyên lý làm việc của turbine và máy bơm trái ngược nhau, do vậy để làm việc ở một chế độ cụ thể phải chỉnh chiều quay cánh thích hợp với từng chế độ làm việc
| 