Đồ Án Thiết kế tuốc bin gáo và bộ điều chỉnh thủy lực vòi phun và cơ cấu cắt dòng

1. Mục đích và ý nghĩa kinh tế, xã hội của đề tài.
1.1. Mục đích của đề tài.
Nền kinh tế nước ta hiện nay nói chung các ngành công nghiệp nói riêng đang từng bước phát triển mạnh mẽ và có những bước tiến vững chắc, đồng thời với sự phát triển kinh tế, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao.
Trước đây ở miền Trung và miền Nam nguồn điện chủ yếu dựa vào các nhà máy nhiệt điện, các nhà máy điện Diesel đã có sẵn. Nhưng hiện nay các nhà máy này đã cũ, công suất đã giảm đi rất nhiều, bên cạnh đó các nguồn năng lượng khác chưa khai thác triệt để. Do vậy ngành điện chưa đáp ứng được nhu cầu điện năng cho các ngành công nghiệp và nhu cầu của nhân dân.
Đứng trước tình hình này, ngành công nghiệp điện năng đã và đang phát triển hệ thống năng lượng quốc gia trong đó việc tìm kiếm và xây dựng các nhà máy thuỷ điện công suất vừa và nhỏ là biện pháp cơ bản để tăng sản lượng điện năng.
Mặc khác, hiệp ước quốc tế về Nghị định thư Kyoto có hiệu lực vào tháng 2 năm 2005, đã thiết lập thị trường về môi trường lớn nhất và thực sự lần đầu tiên có trên thế giới cho việc mua bán “tín dụng cácbon”. Và lần đầu tiên nó cũng xác lập các mục tiêu về cắt giảm phát thải mang tính ràng buộc đối với các nước phát triển. Nghị định này cũng đề ra các cơ chế cho việc mua bán cácbon dựa trên các dự án, và cho đến nay, năng lượng tái tạo - đặc biệt là thuỷ điện – là một trong những hình thức dự án thành công nhất.

1.2. Ý nghĩa kinh tế.
Lợi ích lớn nhất của thuỷ điện là hạn chế được giá thành nhiên liệu. Các nhà máy thuỷ điện không phải chịu cảnh tăng giá của nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, khí ga tự nhiên hay than đá, và không cần phải nhập nhiên liệu. Các nhà máy thuỷ điện cũng có tuổi thọ lớn hơn các nhà máy nhiệt điện, một số nhà máy thuỷ điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng từ 50 đến 100 năm trước. Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hoá cao và có ít người làm việc tại chỗ khi vận hành thông thường.Theo đánh giá các chuyên gia trong ngành thuỷ điện, đa số các nhà máy thuỷ điện nói trên đều có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt. Suất đầu tư và thiết bị nhập ngoại tính trên đơn vị công suất thấp hơn nhiều so với nhiệt điện trong khi giá thành sản xuất điện năng chỉ bằng khoảng 20 % so với nhà máy nhiệt điện chạy bằng than
Các nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng bơm hiện là công cụ đáng chú ý nhất để tích trữ năng lượng về tính hữu dụng, cho phép phát điện ở mức thấp vào giờ thấp điểm (điều này xảy ra bởi vì các nhà máy nhiệt điện không thể dừng lại hoàn toàn hàng ngày) để tích nước sau đó cho chảy ra để phát điện vào giờ cao điểm hàng ngày. Việc vận hành cách nhà máy thuỷ điện hồ chứa bằng bơm cải thiện năng lực cung cấp của hệ thống phát điện.
Những hồ chứa được tạo thành bởi các nhà máy thuỷ điện thường là những cơ sở thư giãn tuyệt vời cho các môn thể thao nước, và trở thành điểm thu hút khách du lịch. Các đập đa chức năng được xây dựng để tưới tiêu, kiểm soát lũ, hay giải trí, có thể xây thêm một nhà máy thuỷ điện với giá thành thấp, tạo nguồn thu hữu ích trong việc điều hành đập.
Thủy điện là một trong những nguồn năng lượng tái tạo chủ đạo của nước ta. Năng lượng thủy điện có độ tin cậy cao, giá thành rẻ hơn so với những nguồn năng lượng tái tạo khác như gió, địa nhiệt, sinh khối hay năng lượng mặt trời.
1.3. Ý nghĩa xã hội.
Sự vận hành của các nhà máy thủy điện không phát thải khí CO[SUB]2[/SUB], SOx, NOx hay bất kỳ một khí độc hại nào khác. Thêm nữa chúng cũng không sản xuất ra bất kỳ một loại chất thải rắn nào.
So với các nguồn năng lượng khác thì thuỷ năng ở nước ta đặc biệt là Miền Trung là dồi dào do ở đây có nhiều thác nước rất cao đến vài trăm mét do vậy thuận lợi cho việc xây dựng các nhà máy thuỷ điện.
Ngoài ra thuỷ điện còn có những ưu thế khác nữa như khả năng mang lại lợi ích tổng hợp cho nền kinh tế quốc dân trên nhiều mặt:
-Tham gia chống lũ vào mùa mưa
-Tăng thêm nguồn nước cho hạ lưu trong mùa khô, kết hợp thuỷ lợi phục vụ sản suất nông nghiệp, phát triển nuôi trồng thuỷ sản.
Tuốc bin nước là thiết bị trực tiếp biến đổi năng lượng dòng nước thành cơ năng làm quay máy phát điện sinh ra điện năng. Do vậy việc khảo sát và thiết kế các bộ phận tuốc bin của trạm thuỷ điện nhằm đáp ứng nhu cầu trên.


MỤC LỤC Trang
1. Mục đích và ý nghĩa kinh tế, xã hội của đề tài 1
1.1. Mục đích của đề tài . 1
1.2. Ý nghĩa kinh tế . 1
1.3. Ý nghĩa xã hội 2
2. Tổng quan về tuốc bin xung lực, tuốc bin gáo 3
2.1. Tuốc bin xung lực 3
2.1.1. Cách sử dụng năng lượng nước trong tuốc bin xung lực 3
2.1.2. Đặc điểm và phân loại tuốc bin xung lực 6
2.1.3. Phạm vi sử dụng của tuốc bin gáo . 7
2.2. Cấu tạo chung của tuốc bin gáo . 8
2.2.1. Bánh xe công tác . 9
2.2.2. Vòi phun, kim phun . 10
2.2.3. Vỏ và buồng thoát . 11
2.2.4. Cơ cấu cắt dòng 12
2.2.5. Tác động xung lực của tia nước lên gáo . 12
2.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất 17
2.3. Tính toán các thông số cơ bản của tuốc bin gáo 19
2.3.1. Công suất thủy lực của tuốc bin . 19
2.3.2. Đường kính bánh xe công tác . 21
2.3.3. Số vòng quay đặc trưng và qui dẫn . 22
2.3.4. Đường kính tia nước và miệng vòi phun 23
2.3.5. Lưu lượng qui dẫn . 25
2.3.6. Công suất qui dẫn . 25
2.3.7. Số vòng quay lồng của tuốc bin . 25
3. Thiết kế các kích thước cơ bản của tuốc bin gáo . 26
3.1. Bánh xe công tác 26
3.2. Vòi phun và cơ cấu cắt dòng 29
4. Vấn đề điều chỉnh tuốc bin 31
4.1. Nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh tuốc bin 31
4.2. Cấu tạo và đặc điểm của hệ thống điều chỉnh tuốc bin . 33
4.3. Các sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ tuốc bin 34
4.3.1. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp . 34
4.3.2. Máy điều tốc tác dụng gián tiếp . 36
4.3.3. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác dụng gián tiếp có bộ phận phục
hồi cứng 36
4.3.4. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác dụng gián tiếp có bộ phận phục
hồi mềm 38
4.3.5. Chọn sơ đồ điều chỉnh kép cho tuốc bin gáo 40
4.4. Tính toán hệ thống truyền động thủy lực để điều chỉnh tuốc bin gáo . 42
4.4.1. Hệ thống truyền động thủy lực của cơ cấu cắt dòng . 42
4.4.2. Hệ thống truyền động thủy lực của vòi phun, kim phun . 45
4.4.3. Thiết bị áp lực dầu 48
5. Thiết kế trục tuốc bin 48
5.1. Chọn vật liệu chế tạo trục tuốc bin . 49
5.2. Các lực tác dụng lên trục tuốc bin 49
5.2.1. Áp lực của nước tác dụng lên bánh xe công tác . 49
5.2.2. Lực vòng do mô men xoắn gây ra . 50
5.2.3. Trọng lượng bánh xe công tác 50
5.2.4. Tính toán kích thước và trọng lượng bánh đà 52
5.3. Tính sức bền trục . 54
5.3.1. Tính sơ bộ . 54
5.3.2. Tính gần đúng 55
5.3.3. Tính chính xác trục . 57
5.3.4. Tính chọn then . 61
6. Thiết kế gối đỡ trục 62
6.1. Vấn đề ma sát và bôi trơn ổ trượt 60
6.2. Thiết kế ổ trượt . 63
6.2.1. Chọn vật liệu ổ 63
6.2.2. Cấu tạo ổ trượt 63
6.2.3. Tính toán ổ trượt . 64
6.2.3.1. Chọn tỷ số l/d 64
6.2.3.2. Chọn khe hở tương đối . 65
6.2.3.3. Chọn loại dầu và độ nhớt dầu bôi trơn ổ . 66
6.2.3.4. Tính hệ số khả năng tải 67
6.2.3.5. Kiểm nghiệm về nhiệt 68
7. Hiện tượng va đập thủy lực và cách khắc phục . 71
7.1. Hiện tượng va đập thủy lực 71
7.2. Ảnh hưởng va đập thủy lực đến chế độ làm việc của trạm thủy điện 71
7.3. Các biện pháp khắc phục . 72
8. Lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng tuốc bin . 73
8.1. Lắp đặt tuốc bin . 73
8.2. Vận hành và bảo dưỡng tuốc bin 73
9. Kết luận 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO 76