Báo Cáo Nghiên cứu tua bin nghiêng phục vụ phát triển thủy điện nhỏ ở việt nam

Lời nói đầu
Mặc dù nguồn và lưới điện quốc gia phát triển mạnh, nhưng theo đánh giá
của ngành năng lượng, tới năm 2010 vẫn còn khỏang 400 xã chưa được sử dụng điện
từ lưới quốc gia vì chi phí quá cao cho phát triển lưới điện. Hơn nữa, với điều kiện tự
nhiên có nhiều thuận lợi cho phát triển thủy điện vừa và nhỏ thì việc phát triển thủy
điện nhỏ và các nguồn năng lượng tái tạo khác để cấp điện là một giải pháp kinh tế
bền vững, góp phần bảo vệ môi trường.
Trên thế giới, thủy điện vừa và nhỏ ngày càng được quan tâm sử dụng không
chỉ ở các nước đang phát triển mà còn ở ngay các nước phát triển như Anh, Pháp,
Đức
Nghiên cứu, chế tạo tua bin thủy điện vừa đòi hỏi có đội nũ cán bộ có năng
lực nghiên cứu triển khai của nhiều nghành khoa học khác nhau (Cơ khí, Thủy lực,
Điện, Điều khiển tự động ) vừa mang tính đơn chiếc, tốn nhiều nhân công. Do
vậy, khả năng cạnh tranh của Việt Nam là rất cao trong lĩnh vực này. Do vậy, đẩy
mạnh nghiên cứu phát triển thủy điện vừa và nhỏ vừa cung cấp cho thị trường trong
nước lại vừa có khả năng xuất khẩu.
Tua bin tia nghiêng là loại tua bin có đặc tính năng lượng tốt: hiệu suất khá
cao và đường hiệu suất phẳng, vùng làm việc tương đối rộng. Tuy nhiên công nghệ
chế tạo chúng còn khá phức tạp (nhất là bánh công tác). Hiện nay, có rất ít tài liệu
nói về loại tua bin này. Để nghiên cứu và phát triển loại tua bin này ở Việt Nam,
chúng tôi lựa chọn nghiên cứu một tua bin tia nghiêng mô hình dựa trên cơ sở một
số lý thuyết tính toán của tua bin xung kích, các tua bin thực và dựa trên thực
nghiệm để hoàn thiện. Từ mô hình đã được nghiên cứu, dựa trên nguyên tắc về các
tiêu chuẩn tương tự, chúng ta sẽ có được gam tua bin này.

Chương I. Mở đầu
1.1. Đặt vấn đề.
Tua bin tia nghiêng (TBTN) thuộc nhóm tua bin có tỷ tốc thấp, nằm giữa tua
bin gáo và tua bin XK2L. Trong thực tế chế tạo tua bin, nhiều trường hợp phảI lựa
chọn TBTN hoặc tua bin gáo nhiều vòi phun, vì nếu sử dụng các lọai tua bin khác là
không kinh tế hoặc hiệu suất thấp. ở Việt Nam, một số trạm thủy điện đã nhập thiết
bị TBTN của nước ngoài như Trạm thuỷ điện Kỳ Sơn - Hà Tĩnh với hai tổ máy
250kW, Trạm thuỷ điện Nà Chá - Mộc Châu - Sơn La một tổ máy 130kW của hãng
GILKES (Anh) và đã nhập hàng ngàn tổ máy thủy điện siêu nhỏ (TĐSN) có công
suất 200 ữ 300W của Trung Quốc. Thực tế cho thấy rằng các tổ máy này có kết cấu
đơn giản, độ bền cao và hiệu quả năng lượng tốt. Do vậy đề tài đã đặt vấn đề nghiên
cứu TBTN cho thủy điện nhỏ trong giới hạn bước đầu là các tua bin có công suất
dưới 200kW với các nội dung:
- Nghiên cứu lý thuyết và mô hình để xây dựng biên dạng cánh, phần dẫn
dòng.
- Xây dựng gam tua bin
- ứng dụng để thiết kế một số tổ máy: 200W, 500W, 1000W, 5kW và 10kW.
- Làm cơ sở cho thiết kế các tổ máy có công suất tới 200kW.
1.2. Phương pháp nghiên cứu.
Khi bắt đầu bước vào nghiên cứu TBTN, đề tài gặp phải các khó khăn lớn là:
- Cơ sở lý thuyết về TBTNT là không hòan chỉnh, dựa trên lý thuyết đơn giản
với rất nhiều giả thiết làm đơn giản hóa bài tóan.
- Tài liệu nước ngòai cũng rất thiếu.
Do vậy đề tài sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Nghiên cứu lý thuyết: Dựa vào lý thuyết đơn giản của TBTN, các nghiên cứu
về tua bin gáo có thể ứng dụng cho TBTN.
- Nghiên cứu theo mẫu: Lựa chọn các mẫu có chất lượng tốt, đo đạc và phân
tích các số liệu mẫu.
- Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm trên mô hình, xử lý số liệu.
- Thử nghiệm hiện trường.
- Xây dựng các chỉ tiêu thiết kế chung để nhân rộng từ mô hình ra tua bin thực.

Lời nói đầu

Chương I. Mở đầu 2
1.1. Đặt vấn đề. 2
1.2. Phương pháp nghiên cứu.
2
Chương II. Tổng quan về tua bin tia nghiêng 3
2.1. TBTN của hãng GILKES. 4
2.2. TBTN do Trung Quốc sản xuất. 6
2.3. Một số thông tin khác. 8
2.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng TBTN ở Việt Nam. 8

Chương III. Cơ sở lý thuyết và các kết quả nghiên cứu tBTN 9
3.1. Cơ sở lý thuyết TBTN. 9
3.1.1. Tác động tương hỗ giữa dòng tia và tấm bản. 9
3.1.2. Lý thuyết đơn giản của TBTN. 14
3.2. Thiết kế TBTN. 17
3.2.1. Biên dạng phần dẫn dòng của TBTN. 18
3.2.2. Thiết kế bộ phận hướng dòng (vòi phun). 22
3.2.3. Bộ phận lái, cắt dòng. 27
3.2.4. Dòng tia tự do trong không khí. 28
3.2.5. Nghiên cứu, thiết kế bánh xe công tác. 29
3.2.6. Vỏ tua bin. 33
3.2.7. Bố trí các bộ phận cơ bản của TBTN. 33
3.3. Chọn kết cấu tổ máy, số vòi phun. 34
3.4. Phương pháp thiết kế TBTN. 36
3.4.1. Chọn các kích thước cơ bản. 36
3.4.2. Xây dựng chương trình tính các thông số chính của TBTN. 38

Chương IV. Nghiên cứu thực nghiệm tBTN 43
4.1. Hướng nghiên cứu TBTN. 43
4.1.1. Vòi phun. 43
4.1.2. Bánh xe công tác. 43
4.1.3. Tương quan giữa vòi phun và bánh công tác. 43
4.2. Thiết kế TBTN mô hình. 44
4.2.1. Lựa chọn kết cấu. 44
4.2.2. Lựa chọn kích thước, thông số cơ sở TBTN mô hình. 44
4.2.3. Tính toán các thông số cơ bản của TBTN mô hình. 44
4.2.4. Thiết kế bánh xe công tác. 45
4.2.5. Lựa chọn vòi phun. 46
4.3. Mô hình hoá tua bin. 47
4.4. Thực nghiệm tua bin mô hình. 49
4.4.1. Hệ thống thí nghiệm. 49
4.4.2. Thí nghiệm tua bin mô hình 53
4.5. Xây dựng đặc tính tổng hợp chính của tua bin mô hình. 60
4.6. Các kết luận rút ra từ thực nghiệm. 63

Kết luận 65
Tài liệu tham khảo 67
Phụ lục 68