Báo Cáo Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử nghiệm tua bin thủy điện cột nước thấp

Phần mở đầu

Việc sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo đã và đang được nghiên cứu
và triển khai ở Việt nam. Năng lượng thuỷ điện có những ưu điểm nổi bật như hiệu
suất cao, giá thành thấp và đảm bảo vệ sinh môi trường.
Tua bin thuỷ điện là bộ phận quan trọng của trạm thuỷ điện, kiểu loại tua bin
phụ thuộc vào điều kiện thuỷ năng như cột nước, lưu lượng. Các vị trí có điều kiện
thuỷ năng thuận lợi với cột nước địa hình cao cho các trạm thuỷ điện nhỏ đã được
khai thác nhiều. Còn lại phổ biến là các điểm có cột nước thấp, lưu lượng lớn. Mặt
khác xây dựng các trạm thuỷ điện cực nhỏ cột nước thấp là rất cần thiết phục vụ cho
nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của đồng bào vùng núi cao, xa lưới điện quốc gia.
Từ những năm 1980 trở lại đây đã có nhiều cơ sở sản xuất và nghiên cứu tham
gia vào việc thiết kế chế tạo thiết bị thuỷ điện nhỏ. Song kết cấu và các mẫu cánh
tua bin cột nước thấp mới chỉ được nghiên cứu rất sơ bộ, chủ yếu là việc sao chép từ
các bản vẽ nước ngoài, nên việc ứng dụng tua bin cột nước thấp còn rất hạn chế.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó phần đề tài nhánh của đề tài KC07 - 04 đề cập
đến các nội dung sau:
- Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng tua bin cột nước thấp. Phần này đề cập
một cách khái quát đến nhu cầu khai thác năng lượng cột nước thấp ở nước ta,
tóm tắt quá trình nghiên cứu và ứng dụng các tổ máy cột nước thấp của các
nước trên thế giới và ở Việt Nam.
- Tính toán thiết kế tua bin hướng trục. Trong phần này chúng tôi trình bày cơ
sở lý thuyết của phương pháp thiết kế tua bin hướng trục, đánh giá tổn thất và
hiệu suất của tua bin. Cũng như tổng kết việc áp dụng công cụ máy tính và
khai thác các chương trình tính toán đã được thiết lập.
- Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm tổ máy thuỷ điện nhỏ cột nước thấp. Với
mục đích thiết lập một qui trình thiết kế chế tạo tổ máy thuỷ điện cột nước thấp
và đáp ứng nhu cầu cụ thể về tổ máy thuỷ điện cực nhỏ, sau khi phân tích và
lựa chọn kết cấu chúng tôi thiết kế cánh bánh xe công tác có ứng dụng phương
pháp tính toán với trợ giúp của máy tính. Các kết quả của việc chế tạo và thử
nghiệm tổ máy cho phép kiểm tra đánh giá quá trình tính toán thiết kế tổ máy
và kiểm tra khả năng ứng dụng thực tế của tổ máy thuỷ điện nhỏ.


Mục lục
Trang
Mở đầu 1
Chương I. Tổng quan về thuỷ điện nhỏ cột nước thấp. 2
1.1 Phạm vi làm việc của tuabin hướng trục: 2
1.2. Nghiên cứu và sản xuất tua bin hướng trục thủy điện nhỏ của các
nước.
3
1.2.1. Tuabin hướng trục thủy điện nhỏ của Trung Quốc: 3
1.2.2. Tuabin hướng trục thủy điện nhỏ của Tiệp khắc (cũ). 3
1.2.3. Tuabin hướng trục của Liên Xô (cũ). 4
1.2.4. TBHT của hãng Kushiro (Nhật) [34]. 5
1.2.5. TBHT của hãng Toshiba (Nhật) [34]. 6
1.2.6. Gam TBHT của hãng Turboatom (Nga). 8
1.2.7. Gam tuabin hướng trục của hãng Sulzer (Thụy Sĩ ) 9
1.2.8. Một số loại kết cấu đặc biệt khác: 11
1.3. Nghiên cứu và sản suất tuabin hướng trục ở Việt Nam: 14
1.4 Tổng kết về các nghiên cứu TBHT. 16
1.5 Ưu điểm của tổ máy tua bin hướng trục kiểu dòng chảy thẳng trục
ngang.
17
1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu khoa học của đề tài nhánh. 17

Chương II. NC lý thuyết thiết kế tbht cột nước thấp. 19
2.1. Chọn phương pháp thiết kế tua bin mô hình. 19
2.1.1. Tổng quan về phương pháp thiết kế tua bin hướng trục. 19
2.1.2. Thiết kế tua bin hướng trục theo phương pháp phân bố xoáy. 23
2.2. Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân bố xoáy. 25
2.3. Xác định tọa độ đường nhân profile và xây dựng profile có độ
dày:
31
2.4. Xác định phân bố vận tốc và áp suất trên profile cánh: 32
2.5. Đánh giá tổn thất và hiệu suất của tua bin: 37
2.6. Tính toán bánh công tác trên máy vi tính: 42
2.6.1 Chương trình tính toán thiết kế profile cánh: 42
2.6.2. Tính toán profile cánh theo phương pháp phân bố xoáy. 43
2.6.3. Xâu cánh (xếp các profile) theo phương chiếu đứng và phương
chiếu bằng.
46
2.6.4. Chương trình tính toán phân bố vận tốc và áp suất trên profile
cánh.
46
2.6.5 Chương trình tính toán tổn thất và hiệu suất của bánh công tác: 49

2.7. Kết luận 49

Chương III. Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm tua bin mô hình.
52
3.1.Chọn kết cấu tổ máy. 52
3.1.1. Tua bin dạng capxun: 52
3.1.2 Tua bin dòng nửa thẳng: 52
3.1.3. Phần dẫn dòng của tua bin thí nghiệm: 53
3.2. Thiết kế BXCT tuabin mô hình. 53
3.2.1. Xác định các thông số của lưới cánh và các thành phần vận tốc
của dòng chảy qua BCT tua bin (cho mẫu cánh 4K84)
53
3.2.2. Xác định các thông số của lưới cánh và các thành phần vận tốc
của dòng chảy qua BCT(cho mẫu cánh ΠΛΓ9a1).
57
3.2.3. Tính toán, thiết kế profile cánh: 58
3.2.4.Tính toán hiệu suất các mẫu cánh. 60
3.3. Thử nghiệm tua bin mô hình. 62
3.3.1. Đường đặc tính tổng hợp chính của tua bin và các thông số cần
phải đo đạc.
62
3.3.2.Giá thử nghiệm tua bin. 63
3.3.2.1 Mô tả chung hệ thống. 63
3.3.2.2. Các thông số chính của các bộ phận trong hệ thống. 65
3.3.3. Xác định các thông số của tua bin mô hình cột nước thấp và hệ
thống thí nghiệm.
68
3.3.3.1 Chọn đường kính bánh công tác tua bin mẫu. 68
3.3.3.2 Chọn các thông số chính của hệ thống thí nghiệm. 68
3.3.4. Phương pháp thực nghiệm Tua bin. 69
3.3.4.1. Các số liệu thực nghiệm. 69
3.3.4.2. Quá trình đo. 70
3.3.4.3. Xử lý dữ liệu thí nghiệm. 70
3.3.4.4 Xử lý bộ dữ liệu. 71