Nghiên cứu, lựa chọn công nghệ và thiết bị để khai thác và sử dụng các loại năng lượng tái tạo trong chế biến nông, lâm, thủy sản, sinh hoạt nông thôn và bảo vệ môi trường

êng kÝnh cña vßi phun ph¶i t¨ng lªn. 3.5.2. TÝnh to¸n vßi phun cho tæ m¸y T§SN. HiÖn nay, c¸c vßi phun ®· ®−îc nghiªn cøu t−¬ng ®èi kü l−ìng c¶ vÒ lý thuyÕt vµ thùc nghiÖm. Cã 3 lo¹i vßi phun c¬ b¶n cã hiÖu suÊt kh¸ cao ®Ó tÝnh ®æi cho c¸c lo¹i tua bin kh¸c nhau ®ã lµ: lo¹i vßi phun ng¾n(850/600), lo¹i vßi phun trung b×nh(800/550), vµ lo¹i vßi phun dµi(620/450). Lo¹i vßi phun ng¾n cã −u ®iÓm lµ lùc ma s¸t nhá, hµnh tr×nh S vµ kÝch th−íc tæ m¸y nhá, ®Æc biÖt víi tæ m¸y nhiÒu vßi phun cho kÝch th−íc kÕt cÊu cµng nhá. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 22 Nh−ng do hµnh tr×nh cña kim phun biÕn ®æi kh«ng lín, l−u l−îng biÕn ®æi nhiÒu, viÖc ®iÒu tiÕt ®ßi hái ph¶i nh¹y. Còng v× vßi phun ng¾n, dßng ch¶y quÆt gÊp, cã thªm tæn thÊt do dßng rèi. §èi víi lo¹i vßi phun dµi th× kh¾c phôc ®−îc c¸c nh−îc ®iÓm cña vßi phun ng¾n nh−ng vÒ mÆt kÝch th−íc kÕt cÊu sÏ rÊt lín nÕu tæ m¸y cã Ýt vßi phun. Nh− vËy ta thÊy r»ng lo¹i vßi trung b×nh dung hoµ ®−îc c¸c −u nh−îc ®iÓm trªn cña hai lo¹i vßi phun ng¾n vµ dµi, do ®ã víi tæ m¸y T§SN chóng t«i chän lo¹i vßi phun trung b×nh. Thùc nghiÖm ®· x¸c ®Þnh biªn d¹ng vßi phun trung b×nh cã kÝch th−íc nh− h×nh 20. H×nh 20. Vßi phun 800/540 Theo c«ng thøc thùc nghiÖm: d = (1,15 ÷ 1,25)d0. (3.2) Chän d = 1,2d0 ta x¸c ®Þnh ®−îc ®−êng kÝnh dßng tia cña vßi phun m« h×nh: 3,83 2,1 100 2,1 === ddoM * TÝnh to¸n vßi phun cho tæ m¸y TN200 - 10/1x2,6. §−êng kÝnh dßng tia cña tæ m¸y lµ d0=26mm VËy hÖ sè ®ång d¹ng cña vßi phun m« h×nh so víi vßi phun thùc cÇn thiÕt kÕ lµ: 32,0 3,83 26 0 ≈== M o d dλ C¨n cø vµo hÖ sè λ, ta x¸c ®Þnh ®−îc c¸c kÝch th−íc cña vßi phun thùc. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 23 + TÝnh to¸n hµnh tr×nh cña kim phun: Hµnh tr×nh kim phun S cÇn ph¶i ®¶m b¶o ®−êng kÝnh dßng phun d0 vµ cÇn ®¶m b¶o sè d− lµ 5%. S = 40mm. * TÝnh tãan vßi phun cho c¸c tæ m¸y kh¸c. §−êng kÝnh dßng tia cña tæ m¸y lµ d0= 18mm 22,0 3,83 18 0 ≈== M o d dλ 3.5.3 VÞ trÝ vßi phun: MÆt dßng tia trô trßn c¾t mÆt ph¼ng cöa nhËn n−íc cã d¹ng h×nh « van (gäi lµ h×nh « van dßng tia). Thùc nghiÖm cho thÊy vÞ trÝ « van dßng tia cã h−íng ng−îc víi chiÒu chuyÓn ®éng. NÕu sù dÞch chuyÓn nµy (T) kh«ng g©y cho dßng tia vÊp ph¶i vµnh bao ngoµi cã thÓ n©ng cao tèc ®é ®¬n vÞ cña tua bin. §ång thêi gi¶m bít sù va ®Ëp vµo vµnh bao ngoµi cña tua bin hoÆc cã thÓ gi¶m bít sè c¸nh. Thùc nghiÖm cho thÊy kho¶ng dÞch chuyÓn hîp lý cña c¸c tæ m¸y T§SN lµ (4,5 x cotgα1) ≈ 10mm. 3.6. TÝnh to¸n thiÕt kÕ trôc: C¸c tæ m¸y TBTN siªu nhá lµ c¸c tæ m¸y cã sè vßng quay cao (ë chÕ ®é tÝnh to¸n n = 1000v/ph vµ 1500v/ph) do vËy d¹ng háng chñ yÕu lµ do mái, do t¸c ®éng l©u dµi cña øng suÊt thay ®æi cã chu kú. Ngoµi ra trong tr−êng hîp mÊt t¶i ®ét ngét, sè vßng quay t¨ng rÊt nhanh, trôc cßn cã thÓ bÞ háng do dao ®éng. Nh− vËy, víi tæ m¸y TBTN siªu nhá cÇn tÝnh to¸n trôc vÒ ®é bÒn, ®é cøng vµ H×nh 21. Thùc nghiÖm vÒ giao diÖn (« van) gi÷a dßng tia vµ BXCT nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 24 dao ®éng. D−íi ®©y, ta tÝnh to¸n trôc cho tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6 cßn c¸c tæ m¸y kh¸c viÖc tÝnh to¸n t−¬ng tù. 3.6.1. C¸c th«ng sè ®Ó tÝnh to¸n thiÕt kÕ. S¬ ®å chÞu lùc cña trôc nh− trªn h×nh 3.10. - C«ng suÊt N = 1,15kW - Vßng quay n = 1500v/ph - Lùc däc trôc P x¸c ®Þnh theo c«ng thøc thùc nghiÖm, ®èi víi TBTN: P = (20 ÷ 22).Q.H0,5.(sinβ1-sinγ2) (3.3) = 22x0,0105x140,5x(sin500 - sin150) = 0,44kG Nh− vËy lùc h−íng trôc cña TBTN siªu nhá cã gi¸ trÞ siªu nhá so víi träng l−îng b¶n th©n cña b¸nh c«ng t¸c cã thÓ bá qua. - Träng l−îng b¸nh c«ng t¸c G = 3,5kg; R« to R = 5kg - VËt liÖu chÕ t¹o trôc lµ thÐp 45 cã σb = 600MPa. 3.6.2. BiÓu ®å néi lùc. Tõ c«ng suÊt N = 1,15kW vµ sè vßng quay n = 1500v/ph, ta x¸c ®Þnh ®−îc m« men xo¾n trªn trôc: NmKNm n N w NM 3,70073,0 . .30 ==== π - Lùc däc trôc trªn ®o¹n l1: Nd1 = +3,5kg = 35N Q H×nh 22. S¬ ®å chÞu lùc cña trôc tæ m¸y T§SN nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 25 - Lùc däc trôc trªn ®o¹n l1: Nd2 = -5kg = -50N - Lùc ngang N R MQ 146 05,0 3,7 1 === BiÓu ®å néi lùc ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 23. 3.6.3. TÝnh s¬ bé ®−êng kÝnh c¸c ®o¹n trôc. C¨n cø vµo biÓu ®å néi lùc, ta x¸c ®Þnh ®−îc s¬ bé ®−êng kÝnh c¸c ®o¹n trôc theo c«ng thøc: 3 ][1,0 σ tdMd = (3.4) Trong ®ã: 22 75,0 xutd MMM += (3.5) H×nh 23. BiÓu ®å néi lùc trªn trôc tua bin TN1000 - 10/1x2,6 Trong ®ã: Mtd- m« men t−¬ng ®−¬ng t¹i mÆt c¾t tÝnh to¸n. Mu- m« men uèn 22 uyuxu MMM += Mux - M« men uèn theo trôc Ox Mu 14,6Nm 7,3Nm Q nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 26 Muy - M« men uèn theo trôc Oy Trôc z trïng víi t©m trôc Mx - m« men xo¾n t¹i mÆt c¾t tÝnh to¸n. Nh− vËy, trong ®o¹n l1 vµ l2 mÆt c¾t chÞu lùc nguy hiÓm nhÊt t¹i gèi ®ì trôc d−íi vµ ®−êng kÝnh mÆt c¾t x¸c ®Þnh s¬ bé theo c«ng thøc: mmMd td 7,14 50.1,0 146007300*75,0 ][1,0 3 22 3 =+== σ §Ó ®¶m b¶o an toµn ta chän ®−êng kÝnh trôc t¹i mÆt c¾t nµy lµ d = 20mm. 3.6.4. ThiÕt kÕ kÕt cÊu trôc. Do ®Æc ®iÓm kÕt cÊu cña tæ m¸y TBTN siªu nhá nh− ®· tr×nh bµy trong môc (2.4). §Ó t¨ng c−êng ®é cøng v÷ng cho trôc vµ ®¬n gi¶n cho viÖc th¸o l¾p, ta thiÕt kÕ kÕt cÊu trôc cña tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6 nh− h×nh 24. H×nh 24. C¸c kÝch th−íc trôc tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6 T¹i vÞ trÝ l¾p b¸nh c«ng t¸c vµ t¹i vÞ trÝ l¾p r« to m¸y ph¸t chän kiÓu l¾p láng k6. 3.6.5. TÝnh to¸n ®é bÒn mái cña trôc. V× c¸c tiÕt diÖn trôc ®Òu ®· lÊy t¨ng ®−êng kÝnh (®Ó ®¶m b¶o l¾p ghÐp) nªn trong tr−êng hîp ®ang xÐt chØ cÇn kiÓm nghiÖm hÖ sè an toµn ë tiÕt diÖn nguy hiÓm nhÊt (tiÕt diÖn l¾p vßng bi d−íi). KÕt qu¶ tÝnh to¸n nh− sau: - Trôc ®−îc gia c«ng trªn m¸y tiÖn cã ®é nh¸m Ra = 2,5 ÷ 0,63; víi σb = 600MPa hÖ sè tËp trung øng suÊt do tr¹ng th¸i bÒ mÆt nªn Kx = 1,06 kh«ng dïng ph−¬ng ph¸p t¨ng bÒn bÒ mÆt nªn Ky = 1. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 27 - HÖ sè kÝch th−íc phô thuéc vµo sù thay ®æi tiÕt diÖn trôc (tËp trung øng suÊt), chÕ ®é l¾p vßng trong cña æ bi vµ σb tra ®−îc: Kσ/εσ = 2,75; Kτ/ετ = 2,05 Nh− vËy c¸c hÖ sè kσd vµ kτd x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 81,21/)106,175,2(/)1( =−+=−+= yxd kkkk σ σσ ε 11,21/)106,105,2(/)1( =−+=−+= yxd kkkk τ ττ ε - §èi víi trôc quay 1 chiÒu, øng suÊt xo¾n thay ®æi theo chu kú m¹ch ®éng nªn ta cã: MPa w M x am 3,21571.2 7300 2 0 ====ττ - Trôc quay vµ chÞu m« men uèn nªn: σm =0; σa = 302,0* 32*14600 π=u u W M =18,6MPa - Víi σb = 600MPa, ψσ = 0,05; ψτ = 0 VËy ta cã: 6,1 0.05,06,18.81,2 600.436,0 .. 1 =+=+= − madk S σψσ σ σσ σ 1,32 3,2.03,2.05,2 600*436,0*58,0 .. 1 =+=+= − madk S σψτ τ ττ τ Trong ®ã: σ-1 = 0,436σb = 261,6Mpa τ-1 = 0,58σ-1 = 151,7MPa Nh− vËy hÖ sè an toµn mái S = 22 * τσ σ τ SS SS + ≈1,6 > [S] =1,5 vµ trôc ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn bÒn mái. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 28 3.6.6. TÝnh to¸n trôc tua bin vÒ dao ®éng. V× mét nguyªn nh©n nµo ®ã, trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña tæ m¸y, t¶i bÞ mÊt ®ét ngét lµm cho sè vßng quay tua bin t¨ng rÊt cao. §Ó ®¶m b¶o an toµn cho trôc ta cÇn tÝnh to¸n kiÓm tra kh¶ n¨ng chÞu lùc cña trôc trong tr−êng hîp nµy. NÕu toµn bé r« to cña tæ m¸y hoµn toµn ®ång t©m sÏ kh«ng cã dao ®éng x¶y ra. Trong thùc tÕ, ®iÒu nµy kh«ng thÓ ®¹t ®−îc. ë ®©y, ta gi¶ thiÕt ®é lÖch t©m cña r« to lµ e, khèi l−îng lÖch t©m lµ w, sè vßng quay ®ét biÕn lµ nl. Lùc qu¸n tÝnh ly t©m lµ: Fqt = mw 2(y + e) y lµ ®é vâng t¹i vÞ trÝ cña träng l−îng lÖch t©m(r« to m¸y ph¸t hoÆc b¸nh c«ng t¸c tua bin) - §èi víi ®o¹n trôc l1 ta cã ®é vâng: 11 3 11 1 .12 JE lF y qt= (3.6) - §èi víi ®o¹n trôc l2 + l3(l¾p r« to m¸y ph¸t) ta cã: 22 2 321 2 .48 )( JE llF y qt +≈ (3.7) Do ®o¹n trôc l1 cã l¾p ccong s«n b¸nh c«ng t¸c vµ do tiÕt diÖn nhá nªn ®é vâng t¹i ®ã lín h¬n, v× vËy ta chän ®o¹n nµy ®Ó kiÓm tra(Fqt1 = Fqt2) Gäi 3 1 1112 l JEc = lµ ®é cøng cña ®o¹n trôc 1, ta cã: Fqt = c.y Suy ra: m(y + e)w2 = cy hay 12 − = mw c ey trôc sÏ bÞ ph¸ háng khi m cww th == hay mcwn thth /)/30(/.30 ππ == Trong lý thuyÕt tÝnh to¸n trôc vÒ dao ®éng, cho phÐp chän n ≤ 0,7nth ta cã: 2103 1 11 /10.591,112 skg l JEc == nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 29 e = 0,05mm m = 3,5kg Thay vµo ta tÝnh ®−îc nth = 10730v/ph. Nh− vËy víi sè vßng quay lång cña tua bin nl ≈ 3000v/ph, trôc vÉn ®¶m b¶o an toµn vÒ dao ®éng. 3.6.7. KiÓm nghiÖm ®é bÒn dËp cña then. §é bÒn dËp cña then x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: ψσ ... 2 zAd M th x d = (3.8) Trong ®ã: Z, ψ ®èi víi then l¾p láng z = 1, ψ = 1 dth ≈ d A = h.l (then b»ng) [σd] øng suÊt dËp cho phÐp = 100MPa Thay sè vµo ta cã: MPaMPa dd 100][5,111.1.2,19.5.20 11000.2 =<== σσ VËy ®é bÒn dËp cña then ®¶m b¶o an toµn. 3.7. TÝnh to¸n lùa chän æ l¨n. Lo¹i æ l¨n cho æ ®ì vµ ®ì chÆn cña tæ m¸y TBTN siªu nhá ®−îc tÝnh chän theo tuæi thä cña æ. §Ó chän ®óng vµ chÝnh x¸c cÇn x¸c ®Þnh râ c¸c lùc t¸c dông lªn æ , c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña æ khi vËn hµnh. Qua ph©n tÝch lùc ®Ó tÝnh to¸n trôc ë môc 3 cho thÊy c¸c æ cña tæ m¸y tua bin tia nghiªng siªu nhá chñ yÕu lµ chÞu lùc däc trôc do träng l−îng cña toµn bé r« to g©y nªn, lùc h−íng t©m rÊt nhá do lùc qu¸n tÝnh ly t©m g©y ra (nguyªn nh©n lµ do sai sè trong chÕ t¹o). V× t¶i träng tÜnh t¸c dông lªn c¸c æ rÊt nhá nªn trong tÝnh chän æ chØ cÇn tÝnh tÝnh to¸n chän kÝch th−íc æ theo kh¶ n¨ng t¶i ®éng. Kh¶ n¨ng t¶i ®éng tÝnh to¸n cña æ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 30 C® = Q.L 1/m (3.9) Trong ®ã: Q lµ t¶i träng lµm viÖc quy −íc (KN) L lµ tuæi thä cÇn thiÕt (triÖu vßng) m = 3 ®èi víi bi cÇu, m = 10/3 ®èi víi bi ®òa. NÕu tuæi thä tÝnh b»ng giê Lh th× L = 60.10-6.n.Lh (3.10) Nh− vËy muèn x¸c ®Þnh ®−îc kh¶ n¨ng t¶i ®éng tÝnh to¸n C® cÇn x¸c ®Þnh Q. - TÝnh to¸n chän æ bi cho tæ m¸y TN1000-10/1x26: X¸c ®Þnh t¶i träng quy −íc: Q = (x.v.Fr + y.Fa)k®.kt Trong ®ã: v: hÖ sè ¶nh h−ëng cña vßng nµo quay, khi vßng trong quay v =1, khi vßng ngoµi quay v = 1,2. x,y: hÖ sè t¶i träng h−íng t©m vµ däc trôc: tra theo lo¹i æ vµ ®Æc tÝnh cña lùc. k®: hÖ sè kÓ ®Õn ®Æc tÝnh t¶i träng, t¶i träng tÜnh k® = 1 kt: hÖ sè ¶nh h−ëng cña nhiÖt ®é, t ≤ 1050 kt = 1 Fr : lùc h−íng t©m KN Fa: lùc däc trôc tïy thuéc vµo tõng lo¹i æ KN §èi víi æ chän cho T§SN, chän 2 lo¹i æ: æ bi ®ì phÝa trªn vµ æ bi ®ì lßng cÇu 2 d·y phÝa d−íi, lùc däc trôc Fa ®èi víi 2 lo¹i æ nµy ®Òu x¸c ®Þnh b»ng tæng c¸c lùc däc trôc ngoµi t¸c dông lªn trôc truyÒn lªn æ. VËy: Q = (x.Fr + y.Fa) §èi víi æ trªn: ewm F F roto qtroto r 2 1 .2 == mroto = 5kg e = 0,05mm w = πn/30 = 105rad/s nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 31 Fr1 = 5.105 2.0,5.10-3/2 = 13,8N §èi víi æ d−íi: NewmFFFF BCTrBCTqtrr 1,333,198,13..22 21 _ 1 2 =+=+=+= Lùc däc trôc ®èi víi 2 æ lµ nh− nhau: Fa1 = Fa2 = Fa = Groto + GBCT + Gtrôc ≈10kg = 100N HÖ sè x vµ y tra b¶ng theo Fr vµ Fa vµ lo¹i æ ta cã: x = 0,56 y = 2,3 VËy: Qæ trªn = (x.Fr + y.Fa) = (0,56.13,8 +2,3.100) = 237,7N Qæ d−íi = (x.Fr + y.Fa) = (0,56.33,1 +2,3.100) = 248,5N C¨n cø vµo kÕt cÊu cña tæ m¸y, chän lo¹i æ bi ®ì N06004 cho æ trªn vµ æ bi lßng cÇu 2 d·y cho æ d−íi sè hiÖu N01204 cña h·ng SKF cã c¸c th«ng sè sau: - æ N06004: C® = 9,63KN - æ N01204: C® = 12,7KN Tuæi thä cña c¸c æ lµ: - æ trªn: 3)( Q CL d= hay nQ CL dh .10.60 1.)( 6 3 −= (3.11) Trong ®ã: C® = 9,63KN Q = 0,2377KN n = 1500v/ph thay vµo (3.11) ta cã: 66 3 10.7,0 1500.10.60 1.) 2377,0 63,9( ≈= −hL (giê) - æ d−íi: 66 3 10.5,1 1500.10.60 1.) 2485,0 7,12( ≈= −hL (giê) Trong ®ã: C® = 12,7KN Q = 0,2485KN n = 1500v/ph nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 32 Víi tuæi thä cña æ nh− tÝnh to¸n ë trªn, trong suèt qu¸ tr×nh lµm viÖc, nÕu ®−îc kiÓm tra b¶o d−ìng ®Þnh kú, kh«ng cÇn ph¶i thay æ. Trªn ®©y, trong môc 3 vµ môc 4 ®· tr×nh bµy ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ kÕt qu¶ tÝnh to¸n thiÕt kª trôc vµ æ ®ì cho tæ m¸y siªu nhá TBTN1000 - 10/1x2,6. §èi víi c¸c tæ m¸y kh¸c, viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ còng hoµn toµn t−¬ng tù, kÕt qu¶ thÓ hiÖn trong tËp b¶n vÏ c¸c tæ m¸y T§SN. 3.8. TÝnh to¸n tæn thÊt thñy lùc vµ lùa chän ®−êng èng. Nh÷ng tæn thÊt ¸p lùc cã trªn ®−êng dÉn n−íc tõ bÓ ¸p tíi van ë cöa vµo cña tuabin mµ chóng g©y ra sù kh¸c biÖt gi÷a cét ¸p tæng víi cét ¸p lµm viÖc bao gåm c¸c läai tæn thÊt vµ ®−îc tÝnh tãan nh− sau: 3.8.1. Tæn thÊt cét ¸p qua l−íi ch¾n r¸c. Htt1 = B. sinθ. 3 4 b t ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ . g2 V2 (3.12) Htt1 : Tæn thÊt cét ¸p qua l−íi ch¾n r¸c (m); B: Thµnh phÇn tæn thÊt l−íi ch¾n r¸c (m) θ: Gãc nghiªng cña l−íi ch¾n r¸c so víi ph−¬ng n»m ngang; t: ChiÒu dµy cña c¸c thanh l−íi ch¾n r¸c (mm); V: VËn tèc trung b×nh cña dßng ch¶y qua l−íi ch¾n r¸c (m/s). 3.8.2. Tæn thÊt cét ¸p ë cöa vµo cña èng dÉn. Htt2 = k. g2 V2 (3.13) Htt2 : Tæn thÊt cét ¸p ë cöa vµo cña èng; V: VËn tèc trung b×nh trong èng dÉn (m); k: HÖ sè ma s¸t; g: Gia tèc träng tr−êng (m/s2). HÖ sè ma s¸t ®èi víi c¸c cöa vµo kh¸c nhau cña èng dÉn ®−îc chän nh− sau: Cöa vµo s¾c mÐp k = 0,5; Cöa vµo gèc l−în nhá k = 0,23; Cöa vµo miÖng loe (elip) k = 0,04 nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 33 3.8.3. Tæn thÊt ¸p lùc ®−êng èng. Tæn thÊt ¸p lùc ®èi víi 1 mÐt ®−êng èng (Htt/1m) cã thÓ ®−îc tra trong b¶ng gäi lµ “tæn thÊt ®−êng èng” hoÆc cã thÓ tÝnh c«ng thøc tÝnh nh− sau: Htt3 = Htt/1m. L (3.14) Htt3 : Tæn thÊt trªn ®−êng èng (m) Htt/1m: Tæn thÊt cét ¸p ®èi víi 1 m ®−êng èng (m/m) L: Tæng chiÒu dµi cña ®−êng èng tõ bÓ ¸p lùc tíi lèi vµo cña cña tuabin (m). Do vËy tæng tæn thÊt cét ¸p trong hÖ thèng èng dÉn lµ: Htt = Htt1 + Htt2 + Htt3 (3.15) Ghi chó: 1. Sau khi xem xÐt tæn thÊt ¸p lùc do ma s¸t vµ tÝnh æn ®Þnh cña sù vËn hµnh tuabin, th× ®é dµi cña hÖ thèng èng dÉn cµng ng¾n cµng tèt nÕu nh− ®iÒu kiÖn ®Þa lý cña tr¹m thuû ®iÖn thiÕt kÕ cho phÐp . 2. Bëi v× nhiÒu kÝch th−íc cña hÖ thèng èng dÉn cã thÓ thay ®æi tr−íc khi tæ m¸y ®−îc l¾p ®Æt thùc sù, ng−êi mua m¸y ph¶i chÞu tr¸ch nhiÖm ®èi víi c¸c th«ng sè: Cét ¸p thùc tÕ vµ l−u l−îng, c¸c th«ng sè nµy sÏ gióp cho viÖc lùa chän cuèi cïng ®èi víi tæ m¸y. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 34 Ch−¬ng IV. ThÝ nghiÖm vµ x©y dùng ®Æc tÝnh vËn hµnh 4.1. HÖ thèng thÝ nghiÖm. HÖ thèng thÝ nghiÖm c¸c tæ m¸y T§SN gåm c¸c bé phËn chÝnh nh− trong s¬ ®å h×nh 25. H×nh 25. HÖ thèng thÝ nghiÖm c¸c tæ m¸y T§SN cét n−íc cao HÖ thèng thÝ nghiÖm gåm: - B¬m cÊp: H = 30m, Q = 30l/s nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 35 - B×nh tÝch ¸p: V = 2m3 - ThiÕt bÞ ®o l−u l−îng: Thïng ®ong b»ng tay cã l−ìi g¹t chuyÓn cho n−íc ch¶y vµo thïng hoÆc xuèng bÓ. - ThiÕt bÞ ®o cét ¸p: 0 ÷ 2,5 atm - Tñ thiÕt bÞ ®iÖn bao gåm: + T¶i tiªu thô lµ c¸c bãng ®Ìn sîi ®èt: 220Vx100w + §ång hå ®o ®iÖn ¸p: 250V + §ång hå ®o tÇn sè: 45 ÷ 55Hz + C¸c thiÕt bÞ ®ãng c¾t 4.2. Qui tr×nh thÝ nghiÖm vµ ®Æc tÝnh vËn hµnh. Quy tr×nh thÝ nghiÖm C«ng t¸c chuÈn bÞ. a. HiÖu chuÈn thiÕt bÞ: Ghi l¹i c¸c hÖ sè hiÖu chuÈn Ku, Ki cña c¸c thiÕt bÞ ®o ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn. b. Cho ch¹y m¸y æn ®Þnh víi cét ¸p vµ c«ng suÊt thiÕt kÕ víi thêi gian 30’, tËp bÊm gi©y ®o c¸c sè liÖu mùc n−íc, ®äc c¸c ®ång hå volt, Ampe, ¸p suÊt. TiÕn hµnh thÝ nghiÖm. a. §iÒu chØnh van sao cho ®ång hå ¸p suÊt chØ giíi h¹n cét ¸p d−íi cÇn ®o (kh«ng t¶i - vßi phun më hÕt). §ãng tÊm g¹t n−íc cho n−íc vµo bÓ ®îi ®Õn khi m¸y æn ®Þnh. - §äc c¸c trÞ sè U1, I1, H1, n1 - Më g¹t n−íc cho n−íc vµo thïng ®o, ®îi khi n−íc d©ng lªn ch¹m v¹ch 0, bÊm ®ång hå bÊm gi©y. - Mçi lÇn møc n−íc ch¹m 1 v¹ch (1, 2, 3, 4, 5, 6), chèt thêi gian trªn ®ång hå vµ ®äc ®Ó ghi vµo b¶ng .t1..t6 - §ãng g¹t n−íc, ®−a n−íc vµo bÓ - Th¸o n−ëc ra khái thïng ®o - §äc c¸c chØ sè U2, I2, H2, n2 - Gi÷ nguyªn van kim phun ,t¨ng t¶i víi ∆=50W(kho¶ng nµy cã thÓ thay ®æi tïy theo chÕ ®é) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 36 - §îi m¸y ch¹y æn ®Þnh, thùc hiÖn l¹i c¸c thao t¸c i… ®Õn vii. Thùc hiÖn cho ®Õn khi t¶i N = Nmax sau ®ã gi¶m t¶i víi ∆N = 50W vµ thùc hiÖn cho ®Õn khi t¶i N = 0 - Thùc hiÖn tiÕp 1 lÇn t¨ng vµ 1 lÇn gi¶m t¶i nh− trªn b. VÉn ®Æt van t¹i møc cét ¸p cò ,®iÒu chØnh vßi phun ®ãng 25%, thùc hiÖn c¸c déng t¸c i… cho ®Õn ix c. TiÕp tôc ®iÒu chØnh vßi phun 25% vµ thùc hiÖn nh− ®iÓm b. d. §iÒu chØnh van ®Ó t¨ng cét ¸p mét l−îng ∆H = 0,5m, thùc hiÖn l¹i a,b,c sau ®ã tiÕp tôc thay ®æi H víi ∆H cho ®Õn khi ®¹t Hmax. Xö lý sè liÖu vµ x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh. Sè liÖu sau khi ®o ®−îc cÇn xö lý b»ng c¸ch lo¹i bá c¸c gi¸ trÞ sai kh¸c qu¸ nhiÒu so víi c¸c gi¸ trÞ trung b×nh. Sau ®ã lÊy c¸c gi¸ trÞ trung b×nh t¹i mçi ®iÓm ®o ®Ó x©y dùng ®−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh. KÕt qu¶ x©y dùng ®Æc tÝnh vËn hµnh cña c¸c tæ m¸y ph¸t ®iÖn T§SN nh− c¸c h×nh sau: nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 37 §Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN200-10/1x26 Q=f(H) - R2 = 0.9909 N=f(H) - R2 = 0.9991 0 50 100 150 200 250 300 4 5 6 7 8 9 H (m) N ( W ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q ( l/ s ) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 38 §Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN500-10/2x30 Q=f(H) - R2 = 0.9909 N=f(H) - R2 = 0.9991 300 350 400 450 500 550 600 650 700 8 9 10 11 12 13 14 15 H (m) N ( W ) 0 2 4 6 8 10 12 14 Q ( l/ s ) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 39 §Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN1000-10/2x30 Q=f(H) - R2 = 0.9909 N=f(H) - R2 = 0.9991 300 500 700 900 1100 1300 1500 8 9 10 11 12 13 14 15 H (m) N ( W ) 0 5 10 15 20 25 30 Q ( l/ s ) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 40 §Æc tÝnh vËn hµnh tæ m¸y TN500-10/2x30 N=f(H) Q=f(H) R2 = 0,9993 R2 = 0,9991 0 100 200 300 400 500 600 700 4 5 6 7 8 9 H (m) N ( W ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Q ( l/ s ) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 41 4.3. C¸c kÕt luËn rót ra tõ thùc nghiÖm. - C¸c sè liÖu ®o ®¹c ®−îc trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm phï hîp víi c¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n. - ChÊt l−îng lµm viÖc cña c¸c tæ m¸y cao h¬n h¼n so víi c¸c tæ m¸y cung lo¹i do Trung quèc vµ mét sè h·ng kh¸c s¶n xuÊt. - §−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh c¸c tæ m¸y cho thÊy vïng lµm viÖc cña c¸c tæ m¸y kh¸ réng, cho phÐp phñ kÝn d¶i cét n−íc tõ 4 - 14m vµ hiÖu suÊt lµm viÖc Ýt thay ®æi. - Víi chÊt l−îng c¸c tæ m¸y thu ®−îc, cã thÓ ®−a vµo s¶n xuÊt hµng läat ®Ó phôc vô nhu cÇu cña ng−êi sö dông. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 42 Ch−¬ng V. HÖ thèng ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn §Ó ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ chÊt l−îng ®iÖn n¨ng kh«ng chØ lµ yªu cÇu ®èi víi c¸c tr¹m lín hoÆc l−íi lín. §èi víi c¸c m¸y Pico (m¸y ph¸t c«ng suÊt thÊp < 2kW) th× chÊt l−îng ®iÖn còng lµ vÊn ®Ò ®−îc quan t©m hµng ®Çu, kh«ng chØ ®¶m b¶o an toµn cho thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn mµ cßn b¶o ®¶m an toµn vËn hµnh m¸y ph¸t. C¸c tæ m¸y nhá th× viÖc ®¶m b¶o chÊt l−îng ®iÖn ®¬n gi¶n h¬n nhiÒu so víi c¸c hÖ thèng lín hay l−íi lín, nh−ng vÉn ®¶m b¶o yªu cÇu vÒ gi¸ thµnh (gi¸ thµnh h¹) V× hÖ thèng nhá kh«ng chó träng tíi viÖc tiÕt kiÖm nguån thuû n¨ng, do vËy ®Ó ®¹t ®−îc yªu cÇu vÒ chÊt l−îng ®iÖn (æn ®Þnh ®iÖn ¸p vµ tÇn sè) ng−êi ta sö dông mét thiÕt bÞ ®−îc gäi lµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶. HiÖn nay, do sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ ®iÖn tö, th× cµng ngµy cã c¸c lo¹i ®iÒu tèc kh¸c nhau ra ®êi, nh−ng ®Òu dùa trªn mét nguyªn t¾c chung lµ ®¶m b¶o c©n b»ng c«ng suÊt ph¸t vµ c«ng suÊt tiªu thô. 5.1. Ph©n lo¹i ®iÒu tèc t¶i gi¶ vµ nguyªn lý lµm viÖc. 5.1.1. HÖ thèng phô t¶i cè ®Þnh. HÖ thèng ®¬n gi¶n nhÊt lµ hÖ thèng cã c«ng suÊt ra cña tuabin kh«ng thay ®æi vµ phô t¶i còng kh«ng thay ®æi. Kh«ng cÇn thiÕt ph¶i dïng thiÕt bÞ hiÖu chØnh phô t¶i, do ®ã chi phÝ cña hÖ thèng lµ nhá nhÊt. HÖ thèng vËn hµnh b»ng c¸ch ®−a tuabin ®¹t tèc ®é råi ®ãng ®iÖn vµo phô t¶i ®iÖn. Sau ®ã n©ng c«ng suÊt cña tuabin lªn cho tíi khi ®iÖn ¸p ®¹t yªu cÇu. Ph−¬ng ph¸p phô t¶i cè ®Þnh cã mét sè nh−îc ®iÓm sau: - Th−êng rÊt khã kh¨n ®Ó ®¶m b¶o phô t¶i ®iÖn kh«ng thay ®æi. Ch¼ng h¹n, trong hÖ thèng thuû ®iÖn phô t¶i chØ gåm nh÷ng bãng ®Ìn th¾p s¸ng, kh«ng cã c¸c c«ng t¾c, ®−îc coi nh− phô t¶i cè ®Þnh lý t−ëng. - ViÖc ng¾t hÖ thèng do qu¸ t¶i rÊt bÊt tiÖn, ®Æc biÖt nÕu nh− m¸y ph¸t ®Æt xa trung t©m phô t¶i. §iÒu nµy lµm cho c¸c thiÕt bÞ dïng ®iÖn ho¹t ®éng kh«ng cã hiÖu qu¶, ®Æc biÖt lµ c¸c bãng ®iÖn. Kh¾c phôc: - Tr¸nh kh«ng nªn ®ãng ng¾t hÖ thèng th−êng xuyªn ®Ó ®¶m b¶o tuæi thä. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 43 - CÇn tr¸nh thay ®æi vµ ®ãng ng¾t phô t¶i ®ét ngét. NÕu cã thay ®æi th× nªn thay ®æi l−îng phô t¶i víi dung l−îng rÊt nhá so víi tæng phô t¶i. 5.1.2. HÖ thèng phô t¶i thay ®æi. §èi víi phô t¶i thay ®æi, cã mét sè ph−¬ng ¸n lùa chän ®Ó thay ®æi t¶i gi¶, ®iÒu chØnh gãc pha, bé ®iÒu chØnh t¶i nhÞ ph©n vµ bé ®iÒu chÕ ®é réng xung. a. §iÒu chØnh gãc pha. Ph−¬ng ph¸p nµy ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ nh− lµ chØnh ¸nh s¸ng th«ng th−êng: B»ng c¸ch ®iÒu khiÓn gãc pha. T¹i thêi ®iÓm bÊt kú trong mét nöa chu kú xung sin ®iÖn ¸p m¸y ph¸t, sau khi nhËn ®−îc xung kÝch thÝch hîp t¹i cùc cöa triac sÏ më cho tíi hÕt mét nöa chu kú cßn l¹i cña chu kú ®ã. Thêi ®iÓm xuÊt hiÖn xung kÝch më triac ®−îc coi lµ mét gãc pha. Quy −íc vÒ gãc pha nh− sau: T¹i ®iÓm b¾t ®Çu cña nöa chu kú, gãc pha lµ 00 vµ ®iÓm kÕt thóc cho mét nöa chu kú th× gãc pha lµ 180 (nh− vËy khi b¾t ®Çu mét nöa chu kú míi gãc pha l¹i tiÕp tôc lµ 0 do vËy kh«ng tån t¹i mét gãc pha trong kho¶ng 180 vµ 3600). Thyristor hoÆc triac ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng mét dßng kÝch rÊt ng¾n ë cùc cöa, chóng sÏ më th«ng cho tíi hÕt mét nöa chu kú tõ thêi ®iÓm ®−îc më trong mét nöa chu kú ®ã. Nh− vËy, khi ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®i qua ®iÓm 0, kh«ng cã dßng kÝch tíi cùc cöa lµm triac ng−ng dÉn. Triac cã thÓ dÉn ®iÖn trong c¶ hai nöa chu kú dßng ®iÖn nªn nã cã thÓ ho¹t ®éng trong c¶ nöa chu kú ©m vµ nöa chu kú d−¬ng cña ®iÖn ¸p m¸y ph¸t. Cßn thyristor chØ cã thÓ dÉn ®iÖn mét chiÒu nªn nã chØ cã thÓ më trong mét nöa chu kú cña dßng ®iÖn nªn ph¶i dïng hai thyristor ®Ó ®iÒu khiÓn mét t¶i gi¶. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 44 H×nh 26. TÝn hiÖu trong ph−¬ng thøc ®iÒu khiÓn gãc pha ¦u ®iÓm chÝnh cña viÖc ®iÒu khiÓn gãc pha lµ cã thÓ chän ®−îc lo¹i thyristor vµ triac phï hîp. C¶ hai lo¹i nµy cã tuæi thä vµ ®é bÒn rÊt cao. Cã nhiÒu lo¹i thyristor cã kh¶ n¨ng chÞu ®−îc hµng ngµn Ampe t¹i møc ®iÖn ¸p tíi cÊp kV vµ tÇn sè cùc cao. Nh−îc ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p nµy lµ c«ng suÊt hao phÝ trªn t¶i gi¶ ph¶i lín h¬n c«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y ph¸t mét chót vµ nh− vËy nhiÔu sÏ lµ ®¸ng kÓ. §iÒu ®ã còng ®ång nghÜa víi viÖc khi ®iÒu khiÓn gãc pha th× m¸y ph¸t sÏ ph¶i ho¹t ®éng trong t×nh tr¹ng qu¸ t¶i. b. §iÒu chÕ ®é réng xung. Mét c¸ch kh¸c ®Ó ®iÒu khiÓn t¶i lµ ®iÒu chÕ ®é réng xung hay cßn gäi lµ ph−¬ng ph¸p ®¸nh dÊu kho¶ng c¸ch. Ph−¬ng ph¸p nµy b¾t nguån tõ vÞªc ®iÒu khiÓn -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 0 30 6 0 9 0 120 150 0 30 6 0 9 0 120 150 180 Gãc pha : ®é C¸c ®iÖn ¸p nh− lµ ph©n sè cña ®iÖn ¸p V ®iÖn ¸p m¸y ph¸t =T¶i tiªu thô ®iÖn ¸p t¶i gi¶ nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 45 nguån dßng æn ®Þnh. §ãng ng¾t nhanh ®iÖn ¸p thø nhÊt ®Ó nhËn ®−îc ®iÖn ¸p thø hai. Tõ ®ã thÊy r»ng ®iÖn ¸p thø hai cã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn b»ng viÖc ®iÒu chØnh chu kú thùc cña dßng ®iÖn sö dông: HÖ sè thêi gian ®Ó ®ãng mét t¶i th−êng ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸ch thay ®æi ®é réng cña mçi xung trong khi ®ã kho¶ng thêi gian gi÷a c¸c xung lµ h»ng sè. H×nh 27. S¬ ®å ®iÒu khiÓn ®é réng xung cho m¹ch mét pha §èi víi hÖ thèng nµy, nÕu dïng trong c¸c tr¹m ph¸t c«ng suÊt lín yªu cÇu thµnh phÇn c«ng suÊt ph¶i lµ thyristor. Khi cã dßng kÝch ®ñ lín, thyristor sÏ më vµ tù ®éng ng−ng dÉn t¹i ®iÓm cuèi cña mét nöa chu kú. ChÝnh v× vËy cÇn ph¶i cã mét m¹ch ®iÒu khiÓn thyristor ®ã. Trong c¸c hÖ thèng siªu nhá th× ®©y lµ mét vÊn ®Ò kh¸ phøc t¹p vµ cÇn ph¶i sö dông c¸c lo¹i transistor c«ng suÊt hiÖn ®¹i nh− lµ IGBT hay lµ c¸c hä MOSFET. C¸c thµnh phÇn c«ng suÊt nµy cã thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn trùc tiÕp bëi mét IC: Chóng chØ dÉn ®iÖn khi mµ ®iÖn ¸p ë cùc cöa hoÆc ë ®iÓm nèi c¬ b¶n lµ ë møc cao. ¦u ®iÓm chÝnh cña viÖc ®iÒu chÕ ®é réng xung lµ yªu cÇu mét m¹ch ®iÖn ®¬n gi¶n ®Ó ®iÒu khiÓn mét transistor c«ng suÊt. Nh−îc ®iÓm lµ víi m¹ch ®iÖn nh− vËy nã sÏ ®Èy gi¸ thµnh cña bé ®iÒu khiÓn lªn rÊt cao, ®é tin cËy kh«ng ®¶m b¶o, h¬n n÷a ®é nh¹y cña c¸c transistor lín. Ngoµi ra ®é tiªu t¸n trong bé ®iÒu khiÓn sÏ t¨ng lªn tr−íc khi ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ®−îc ®−a vµo bé chØnh l−u ®Ó t¹o nguån nu«i cho c¸c transistor c«ng suÊt. Vµ nh− vËy bé t¶n nhiÖt cho thyristor cña bé ®iÒu khiÓn cßn lín h¬n c¶ bé ®iÒu khiÓn ®ã. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 46 c. T¶i nhÞ ph©n. BiÖn ph¸p thø ba lµ sö dông mét bé t¶i nhÞ ph©n. §ã lµ mét sè c¸c t¶i gi¶ ®Êu song song nhau víi dung l−îng c¸c t¶i nh− ®−îc m« t¶ ë h×nh sau. Theo h×nh vÏ, nÕu nh− cã n t¶i gi¶ th× tæng c«ng suÊt lín nhÊt cña t¶i gi¶ lµ 2n. ViÖc ®ãng bao nhiªu chiÕc sÏ quyÕt ®Þnh c«ng suÊt d− thõa tõ m¸y ph¸t ra t¶i gi¶ vµ víi mçi sè l−îng t¶i kh¸c nhau ®−îc ®ãng sÏ cã l−îng c«ng suÊt kh¸c nhau t−¬ng øng víi nã. §Ó ®ãng ng¾t c¸c t¶i gi¶ nµy cÇn ph¶i cã mét dÉy r¬le m¾c song song nhau (r¬le Solid state). C¸c r¬le nµy sÏ g©y ra nhiÔu khi ®−îc ph¸t ®éng cïng mét lóc ngay t¹i ®iÓm b¾t ®Çu cña mét nöa chu kú, hoÆc duy tr× ng¾t hoµn toµn. T−¬ng tù nh− thyistor vµ triac, nã còng cÇn cã mét m¹ch ®iÒu khiÓn riªng cho m×nh. Nh−îc ®iÓm cña biÖn ph¸p nµy lµ: - Gi¸ thµnh cña lo¹i r¬le nµy ®¾t h¬n nhiÒu so víi gi¸ thµnh cña triac ë bªn trong chóng v× mçi mét r¬le cÇn mét m¹ch ®iÒu khiÓn riªng cña m×nh. - Sè l−îng cña t¶i gi¶ vµ viÖc ®Êu nèi phøc t¹p, h¬n n÷a muèn ®iÒu khiÓn mÞn th× ®iÖn trë cña c¸c t¶i gi¶ nµy ph¶i tuyÖt ®èi chÝnh x¸c. - NÕu muèn ®iÒu chØnh mÞn th× c¸c t¶i gi¶ ph¶i cã ®iÖn trë kh«ng qu¸ lín ®Ó kh«ng t¹o thµnh c¸c kho¶ng qu¸ réng gi÷a c¸c t¶i trong c¶ bé t¶i nhÞ ph©n. ¦u ®iÓm chÝnh c¸c ph−¬ng ph¸p nµy lµ kh«ng bÞ biÕn d¹ng sãng ®iÖn ¸p nÕu t¶i gØa lµ lo¹i thuÇn trë. Nh−îc ®iÓm chÝnh lµ tÝnh phøc t¹p do yªu cÇu vÒ phÝa t¶i gi¶, d©y nèi cña thiÕt bÞ ®ãng c¾t. T¶i gi¶ ph¶i cã mét trÞ sè ®iÖn trë chÝnh x¸c, ®iÒu nµy khã cã thÓ ®¹t ®−îc víi thiÕt bÞ ®èt nãng, ®Æc biÖt lµ ®èi víi c«ng suÊt nhá. H¬n n÷a v× t¶i gi¶ chØ thay ®æi tõng møc cè ®Þnh mét (t¶i gi¶ thay ®æi d¹ng On/off), nªn ®iÖn ¸p chØ cã 1R 1 2R 2 4R 3 Id H×nh 28. Khèi t¶i nhÞ ph©n nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 47 thÓ ®−îc ®iÒu khiÓn trong mét giíi h¹n nhÊt ®Þnh. §Ó vËn hµnh æn ®Þnh theo c¸c ®iÒu kiÖn cho phÐp, th× ph¶i t¨ng giíi h¹n nµy. §ã chÝnh lµ nguyªn nh©n ®iÖn ¸p ®iÒu chØnh kÐm. 5.2. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y c«ng suÊt nhá h¬n 1kW. §Ó ®¸p øng yªu cÇu kh«ng thÓ thiÕu ®èi víi c¸c tr¹m Pico, Trung t©m Thuû ®iÖn ®· nghiªn cøu chÕ t¹o mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ ®i kÌm víi tæ m¸y do trung t©m chÕ t¹o. 5.2.1. Nguyªn lý. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ (ELC) thùc chÊt lµ mét m¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p. M¹ch nµy cïng víi hÖ thèng t¶i gi¶ nèi víi nã ho¹t ®éng nh− mét cÇu dao ®iÖn ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p ph¸t ra cña tæ m¸y. ViÖc ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p thùc chÊt lµ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ dùa trªn nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn gãc pha nh− ®· tr×nh bµy ë trªn. V× phô t¶i ®−îc nèi víi m¸y ph¸t th«ng qua mét sè thiÕt bÞ b¶o vÖ nh− lµ ELCB, MCB ... do vËy khi l−îng phô t¶i nèi vµo m¸y ph¸t kh«ng thay ®æi th× ®iÖn ¸p m¸y ph¸t còng kh«ng thay ®æi nh−ng khi cã sù thay ®æi ë phÝa phô t¶i cã thÓ lµ t¨ng hay gi¶m phô t¶i lµm cho ®iÖn ¸p thay ®æi theo. Cô thÓ khi ta gi¶m phô t¶i, tèc ®é m¸y ph¸t sÏ t¨ng lªn theo ®ã lµm t¨ng ®iÖn ¸p m¸y ph¸t ng−îc l¹i khi ta t¨ng l−îng phô t¶i, tèc ®é m¸y ph¸t bÞ gi¶m xuèng, ®iÖn ¸p m¸y ph¸t còng bÞ tôt xuèng theo. NhiÖm vô cña bé ®iÒu ¸p lµ ph¶i æn ®Þnh l¹i ®−îc ®iÖn ¸p còng nh− tÇn sè cña m¸y ph¸t mçi khi cã sù thay ®æi phô t¶i, tr¸nh kh«ng ®Ó m¸y ho¹t ®éng trong t×nh tr¹ng mÊt hoÆc sôt t¶i ®ét ngét, ¶nh h−ëng tíi tuæi thä cña tæ m¸y. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña bé ®iÒu ¸p lµ dùa vµo ®é sai lÖch gi÷a ®iÖn ¸p ph¸t ra thùc tÕ víi gi¸ trÞ ®Þnh møc cña m¸y ph¸t ®Ó ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p ra t¶i gi¶ thÝch hîp. T¶i gi¶ lµ mét thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn n¨ng cã ®iÖn trë ph¶i ®−îc tÝnh to¸n phï hîp víi dung l−îng cña hÖ thèng. Yªu cÇu ®èi víi t¶i gi¶ lµ c«ng suÊt tiªu thô lín nhÊt trªn t¶i gi¶ ph¶i lín h¬n tõ 12 tíi 15 % c«ng suÊt ®Þnh møc cña m¸y ph¸t. PGen = Pt¶i + P tiªu thô (5.1) C«ng suÊt ®æ ra t¶i : Pt¶i = Rt V2 (5.2) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 48 Trong ®ã: Pt¶i: C«ng suÊt tiªu thô trªn t¶i Rt : §iÖn trë t¶i. V: §iÖn ¸p m¸y ph¸t. Ptiªu thô: C«ng suÊt tiªu hao trªn t¶i tiªu thô. Pgen: C«ng suÊt ph¸t ra thùc tÕ Khi phô t¶i thÊp, toµn bé c«ng suÊt d− thõa cña m¸y ph¸t sÏ ®−îc chuyÓn hÕt ra t¶i gi¶ vµ ng−îc l¹i khi c«ng suÊt tiªu thô lín, dùa vµo l−îng ®iÖn tiªu thô, m¹ch sÏ ®iÒu chØnh l−îng c«ng suÊt ®æ ra t¶i gi¶ hîp lý ®Ó ®¶m b¶o ®−îc c«ng suÊt ®Þnh møc m¸y ph¸t lµ mét h»ng sè. H×nh 29. S¬ ®å hÖ thèng thuû ®iÖn nhá khi nèi víi bé ®iÒu khiÓn 5.2.2. Khèi t¶i gi¶. T¶i gi¶ th«ng th−êng lµ phÇn tö ph¸t nãng vµ chØ lµ phÇn thuÇn trë. §Ó c«ng suÊt ®Çu ra nhá ta th−êng sö dông t¶i lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ do c«ng suÊt tiªu hao trªn t¶i gi¶ cña c¸c tr¹m thuû ®iÖn siªu nhá kh«ng lín. (lo¹i t¶i gi¶ nµy th−êng ®−îc HiÖu suÊt m¸y ph¸t η η 1 C«ng suÊt trªn t¶i tiªu thô T¶i gi¶ Bé ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p C«ng suÊt ph¸t ra C«ng suÊt kh«ng sö dông tíi C«ng suÊt trªn t¶i gi¶ C«ng suÊt c¬ khÝ tõ tuabin nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 49 lùa chän cho c¸c tr¹m c«ng suÊt nhá h¬n 10kw). §èi víi c¸c tr¹m c«ng suÊt lín h¬n nªn sö dông lo¹i t¶i gi¶ lµm m¸t b»ng n−íc v× c«ng suÊt tr¹m lín h¬n, yªu cÇu tiªu hao c«ng suÊt trªn t¶i gi¶ còng ph¶i lín h¬n do vËy nhiÖt l−îng cÇn tiªu hao lµ kh¸ lín. L−u ý c«ng suÊt trªn t¶i gi¶ ph¶i lín h¬n c«ng suÊt ph¸t ®Þnh møc tõ 10 tíi 15%. §iÖn trë t¶i ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: Rt¶i = it¶ 2 P U (5.3) C¸c h×nh d−íi ®©y chØ ra c¸ch ®Êu nèi c¬ b¶n cña thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ víi c¸c cÊp c«ng suÊt kh¸c nhau. 5.3. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá. VÒ nguyªn lý, bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y lµ gièng nhau, d−íi ®©y t¸c gi¶ chØ ®−a ra c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña thiÕt bÞ C¸c th«ng sè cña thiÕt bÞ. §Æc ®iÓm: - Toµn bé thiÕt bÞ ®−îc l¾p trong mét hép bao gåm m¹ch ®iÒu khiÓn, triac vµ t¶n nhiÖt. - D¶i tÇn sè lµm viÖc: 50Hz ± 2%. - D¶i ®iÖn ¸p lµm viÖc : 220VAC ± 1%. Khi n»m ngoµi d¶i ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ tù ®éng ngõng ho¹t ®éng ®iÒu khiÓn ®Ó b¶o vÖ c¸c thiÕt bÞ tiªu thô vµ b¶o vÖ ®éng c¬. ChØ tiªu kü thuËt. - ThiÕt kÕ cho hÖ thèng ®iÖn 1 pha - B¶o vÖ c¸c thiÕt bÞ tiªu thô ®iÖn - TÇn sè 50hz hoÆc 60Hz tuú theo yªu cÇu cña ng−êi sö dông. - §iÖn ¸p lµm viÖc: 220V - §iÒu khiÓn tøc thêi khi ®iÖn ¸p sai lÖch 1%. - Mét khèi ®iÒu khiÓn c«ng suÊt øng víi mét khèi t¶i gi¶. Mét khèi ®iÒu khiÓn ®−îc c«ng suÊt lín nhÊt lµ 500W nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 50 - T¶i lµ lo¹i thuÇn trë, lµm m¸t b»ng n−íc, kh«ng khÝ... - NhiÖt ®é lµm viÖc: 450C. - NhiÖt ®é cao nhÊt cña t¶n nhiÖt: 750C C¸ch l¾p ®Æt vµ hiÖu chØnh. KiÓm tra vµ thay thÕ, Tr−íc khi vËn hµnh - Lùa chän lo¹i d©y ®¬n tiÕt diÖn φ 0.5mm2 ®èi víi m¸y ph¸t c«ng suÊt 200W cho viÖc cÊp nguån cho thiÕt bÞ, tõ thiÕt bÞ ra t¶i gi¶, tõ m¸y ph¸t tíi t¶i tiªu thô. - KiÓm tra l¹i tÊt c¶ c¸c d©y nèi. - KiÓm tra l¹i nh÷ng chç bã d©y, nh÷ng n¬i cã dÔ bÞ ng¾n m¹ch, ®øt m¹ch hoÆc hë m¹ch khi quan s¸t b»ng m¾t th−êng. - §Êu d©y tõ thiÕt bÞ ra t¶i gi¶ - SiÕt l¹i èc vÝt ë nh÷ng c¸c mèi nèi ra t¶i, ra triac... - CÊp ®iÖn cho thiÕt bÞ ho¹t ®éng. - ChØnh biÕn trë l¹i cho tíi khi cã ®iÖn ¸p ra t¶i gi¶ (nÕu cÇn thiÕt) theo chØ dÉn chi tiÕt cña nhµ s¶n xuÊt (chØ nh÷ng ng−êi cã chuyªn m«n míi ®−îc thùc hiÖn b−íc nµy). V Gen. AC ELC ` Phase to village load Neutral to village load H×nh 30. S¬ ®å ®Êu nèi cho tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 51 S¬ ®å kÕt cÊu vµ ph−¬ng ph¸p sö dông bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá nh− h×nh vÏ trang sau (trªn h×nh vÏ lµ bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ cho tæ m¸y 500W). nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 52 nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 53 Ch−¬ng VI. C«ng tr×nh tr¹m vµ qu¶n lý vËn hµnh 6.1. Lùa chän vÞ trÝ l¾p ®Æt tæ m¸y. §Ó sö dông c¸c tæ m¸y T§SN mét c¸ch hiÖu qu¶ nhÊt, cÇn ph¶i ®¸nh gi¸ mét c¸ch chÝnh x¸c nguån n−íc cung cÊp cho tæ m¸y. Do c¸c tæ m¸y T§SN cã quy m« sö dông cho c¸c hé gia ®×nh nªn chóng t«i ®−a ra ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt ®Ó tù c¸c hé gia ®×nh cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc lo¹i tæ m¸y cã thÓ dïng cho chÝnh m×nh. 6.1.1. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh cét n−íc. Cét n−íc ®Ó tæ m¸y ho¹t ®éng chÝnh lµ chªnh lÖch n−íc tõ ®iÓm ®Çu cña ®−êng èng(nÕu cã bÓ thu n−íc t¹i ®Çu ®−êng èng th× tÝnh tõ møc mÆt n−íc cña bÓ) ®Õn vÞ trÝ cuèi cïng cña ®−êng èng(t¹i vÞ trÝ ®−êng èng nèi vµo vßi phun cña tua bin). Ph−¬ng ph¸p ®o chiÒu cao ®Ó x¸c ®Þnh cét n−íc ®−îc tiÕn hµnh nh− h×nh 31. H×nh 31. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh cét n−íc cho tæ m¸y T§SN Trong tr−êng hîp cã ®ång hå ®o ¸p th× viÖc x¸c ®Þnh ®¬n gi¶n h¬n, dïng mét d©y dÉn nhá, dÉn n−íc tõ phÝa trªn xuèng vÞ trÝ l¾p m¸y vµ nèi víi ®ång hå. §¬n vÞ trªn ®ång hå cã thÓ lµ mÐt cét n−íc(mH2O), kg/cm2hoÆc bar. Mçi ®¬n vÞ mH2O t−¬ng ®−¬ng b»ng 1 mÐt chiÒu cao cét n−íc vµ mçi ®¬n vÞ kg/cm2 hoÆc bar x¸c ®Þnh b»ng 10 mÐt chiÒu cao cét n−íc. Sau khi x¸c ®Þnh ®−îc chiÒu cao cét n−íc , cã thÓ s¬ bé chän lo¹i tæ m¸y theo cét n−íc (kÕt hîp víi l−u l−îng cã thÓ cã) nh− sau: H = 5 ÷ 9 m chän tæ m¸y TN200 - 10/1x26 nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 54 H = 10 ÷ 16 m chän tæ m¸y TN200 - 10/1x18 hoÆc TN500 - 10/1x26 H = 17 ÷ 22 chän tæ m¸y TN500 - 10/1x18 hoÆc TN1000 - 10/1x26 Chó ý: NÕu ®−êng èng ¸p lùc (dÉn n−íc tõ nguån vÒ tæ m¸y) qu¸ dµi (>100m) th× mçi 100m chiÒu dµi ph¶i trõ ®i 0,5m cét n−íc ®o ®−îc. 6.1.2. X¸c ®Þnh l−u l−îng cña nguån n−íc. L−u l−îng cña nguån n−íc tÝnh b»ng ®¬n vÞ l/s(sè lÝt n−íc ch¶y qua ®−êng èng trong mét gi©y). Th«ng sè nµy cïng víi cét n−íc quyÕt ®Þnh c«ng suÊt cã thÓ ph¸t ra ®−îc cña tæ m¸y. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh l−u l−îng nh− h×nh 32. H×nh 32. Ph−¬ng ph¸p ®o l−u l−îng nguån n−íc Dïng mét èng dÉn n−íc tõ nguån n−íc (®o¹n èng ng¾n 1 ÷ 2m, tèt nhÊt lµ ®o¹n èng cã ®−êng kÝnh b»ng ®−êng kÝnh èng ¸p lùc ®Ó dÉn n−íc khi l¾p m¸y) ®Õn mét thïng chøa kho¶ng 100 ÷ 200lÝt n−íc. Dïng ®ång hå bÊm gi©y ®Ó x¸c ®Þnh thêi gian b¾t ®Çu h−íng n−íc tíi khi ®Çy thïng. L−u l−îng cña nguån n−íc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: t VQ = (6.1) Trong ®ã: Q: lµ l−u l−îng cña nguån n−íc(l/s) nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 55 V: ThÓ tÝch cña thïng ®ong (l) t : Thêi gian b¾t ®Çu ®o ®Õn lóc ®Çy thïng. §Ó t¨ng ®é chÝnh x¸c cña phÐp ®o, tiÕn hµnh cµng nhiÒu lÇn cµng tèt sau ®ã lÊy gi¶tÞ trung b×nh cña c¸c lÇn ®o. CÇn chó ý r»ng, l−u l−îng cña nguån n−íc ph¶i ®o trong mïa kh« (kiÖt) ®Ó ®¶m b¶o r»ng ®Ó ®¶m b¶o r»ng tæ m¸y thñy ®iÖn cã thÓ cung cÊp ®iÖn trong suèt c¶ n¨m. Khi ®· x¸c ®Þnh ®−îc l−u l−îng nguån n−íc th× kÕt hîp víi cét n−íc ®o ®−îc ®Ó chän ®−îc chÝnh x¸c lo¹i tæ m¸y ph¸t ®iÖn. 6.1.3. Chän vÞ trÝ l¾p ®Æt m¸y. VÞ trÝ ®Æt m¸y ®¶m b¶o mét sè yªu cÇu sau: - §¶m b¶o an toµn cho ng−êi, sóc vËt. CÇn cã rµo b¶o vÖ tr¸nh cho trÎ nhá vµ ®éng vËt vµo khu ®Æt m¸y. - Tïy theo ®Þa h×nh mµ ®Æt m¸y sao cho cã lîi nhÊt vÒ mÆt kinh tÕ: ®−êng èng dÉn n−íc ng¾n nhÊt, ®−êng d©y dÉn ®iÖn tõ tæ m¸y vÒ n¬i tiªu thô ng¾n nhÊt. Tham kh¶o trªn h×nh 33. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 56 H×nh 33. C¸c c¸ch dÉn n−íc vÒ tæ m¸y - VÞ trÝ ®Æt m¸y còng cÇn ®¶m b¶o sao cho khi cã n−íc lò hoÆc m−a lín bÊt th−êng kh«ng lµm ngËp tæ m¸y g©y háng thiÕt bÞ. 6.2. C«ng tr×nh tr¹m tæ m¸y T§SN. S¬ ®å tæng thÓ c¸c bé phËn cña mét tr¹m thñy ®iÖn siªu nhá sö dông TBTN nh− h×nh 34. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 57 6.2.1. BÓ ¸p lùc. BÓ ¸p lùc lµ bé phËn thu nguån n−íc tõ s«ng suèi ®Ó cÊp cho tæ m¸y ho¹t ®éng qua ®−êng èng ¸p lùc. §èi víi c¸c tr¹m thñy ®iÖn siªu nhá hé gia ®×nh cét n−íc cao th× cã thÓ kh«ng cÇn bÓ ¸p lùc mµ lÊy n−íc trùc tiÕp tõ th©n t−êng(®Ëp)ng¨n dßng trªn s«ng suèi. Trong tr−êng hîp ®ã, ®Çu ®−êng èng ph¶i cã bé phËn ch¾n r¸c vµ ®Êt c¸t kh«ng cho ch¶y vµo ®−êng èng. Tuy nhiªn, tèt nhÊt lµ x©y dùng ®−îc mét bÓ ¸p lùc nh− h×nh 5.4. C¸c kÝch th−íc tèi thiÓu cña bÓ ®−îc ghi trªn b¶n vÏ vµ bÒ réng cña bÓ ≥ 0,5m. N−íc tr−íc khi vµo bÓ ®−îc läc r¸c qua l−íi ch¾n r¸c cã c¸c nan läc, khe hë gi÷a c¸c nan ch¾n tõ 0,5 ÷ 1cm. Trªn ®Ønh bÓ ®−îc ®Ëy n¾p ®Ó ®¶m b¶o kh«ng cã c¸c vËt r¾n r¬i vµo trong bÓ g©y h¹i cho tæ m¸y. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m ¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn K hoa häc Thñy lîi 58 H×nh 34. S¬ s®å c«ng tr×nh tr¹m tæ m¸y T§SN nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 59 6.2.2. §−êng èng ¸p lùc. §−êng èng ¸p lùc cã nhiÖm vô dÉn n−íc tõ bÓ ¸p lùc cung cÊp cho tæ m¸y ho¹t ®éng. Víi c¸c tæ m¸y thñy ®iÖn siªu nhá do cét n−íc kh«ng lín nªn cã thÓ sö dông èng PVC hoÆc èng kim lo¹i. Khi l¾p ®¹t ®−êng èng ¸p lùc cÇn chó ý nh÷ng ®iÓm ®· tr×nh bµy ë môc 6.1.3 vµ ph¶i cÇn gi¶m tèi thiÓu c¸c gãc ngoÆt trªn ®−êng èng ®Ó tr¸nh c¸c tæn thÊt thñy lùc lµm gi¶m kh¶ n¨ng ph¸t ®iÖn cña tæ m¸y. Däc theo ®−êng èng ¸p lùc tèt nhÊt nªn cã c¸c mè nÐo ®Ó gi÷ cho ®−êng èng ®−îc v÷ng ch¾c trong suèt thêi gian sö dông. KÝch th−íc cña ®−êng èng phô thuéc vµo c¸c tæ m¸y, ®−êng kÝnh tèi thiÓu cña c¸c tæ m¸y cô thÓ nh− sau: - Tæ m¸y TN200 - 10/1x2,6: D0 = 80mm - Tæ m¸y TN200 - 10/1x1,8: D0 = 60mm - Tæ m¸y TN500 - 10/1x2,6: D0 = 80mm - Tæ m¸y TN500 - 10/1x1,8: D0 = 60mm - Tæ m¸y TN1000 - 10/1x2,6: D0 = 80mm §−êng kÝnh èng ¸p lùc còng cßn phô thuéc vµo chiÒu dµi. Khi chiÒu dµi dÉn n−íc lín cÇn ph¶i t¨ng ®−êng kÝnh èng. 6.2.3. Van tr−íc tua bin. Van tr−íc tæ m¸y cã nhiÖm vô ®Ó ®ãng kh«ng cho n−íc ch¶y xuèng khi dõng tæ m¸y vµ khi cã yªu cÇu söa ch÷a, b¶o d−ìng. KÝch th−íc cña van chän theo kÝch th−íc cña ®−êng èng. Van còng cã thÓ chän lo¹i van PVC hoÆc van kim lo¹i. Van tr−íc tua bin còng cã thÓ kh«ng cÇn, khi ®ã t¹i ®Çu ®−êng èng ph¶I cöa van chÆn n−íc trong tr−êng cÇn söa ch÷a tæ m¸y. 6.2.4. Tæ m¸y T§SN. Lùa chän theo nhu cÇu dïng ®iÖn vµ kh¶ n¨ng cña nguån n−íc cung cÊp nh− ®· tr×nh bµy trong h×nh 31. 6.2.5. Mãng m¸y. Mãng m¸y cÇn ®−îc ®æ b»ng bª t«ng ®Ó cho tæ m¸y ho¹t ®éng ch¾c ch¾n vµ an toµn. Ngoµi ra phÝa d−íi cña mãng m¸y lµ kªnh tho¸t ®Ó tho¸t hÕt n−íc sau sö nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 60 dông. Chän vÞ trÝ ®Æt mãng m¸y nh− ®· tr×nh bµy trong môc 5.1.3 kÝch th−íc mãng m¸y thÓ hiÖn trªn h×nh 35. KÝch th−íc mãng c¸c tæ m¸y thÓ hiÖn trong b¶ng 6. H×nh 35. KÝch th−íc mãng m¸y B¶ng 6 Tªn tæ m¸y A B C H TN200 - 10/1x26 200x200 260 350x350 300 TN200 - 10/1x18 200x200 260 350x350 350 TN500 - 10/1x26 200x200 260 350x350 350 TN500 - 10/1x18 208,5x208,5 260 400x400 400 TN1000 - 10/1x26 208,5x208,5 260 400x400 450 nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 61 6.3. C«ng t¸c qu¶n lý vËn hµnh. 6.3.1. L¾p ®Æt vµ vËn hµnh. TiÕn hµnh l¾p m¸y sau khi c¸c c«ng viÖc kh¸c ®· chuÈn bÞ s½n sµng ®¸p øng: - BÓ ¸p lùc ®· thi c«ng xong ®¹t ®é cøng yªu cÇu. - §−êng èng ¸p lùc vµ van tr−íc tua bin ®· l¾p ®Æt xong. - Mãng m¸y ®· ®æ bª t«ng xong vµ ®¹t ®é cøng cÇn thiÕt, phÇn kªnh dÉn ra h¹ l−u ®· th«ng thãat tèt. TiÕn hµnh l¾p m¸y vµo bÖ, xiÕt chÆt c¸c bu l«ng mãng vµ mÆt bÝch nèi gi÷a van vµ vßi phun. L¾p ®−êng d©y t¶I ®iÖn tõ m¸y vÒ n¬I tiªu thô. CÇn ph¶I ®¶m b¶o r»ng c¸c ®iÓm nèi d©y ph¶I ch¾c ch¾n, kh«ng hë ®iÖn ra vá m¸y, c¸c cùc ®iÖn ra kh«ng ch¹m chËp víi nhau. Thïng t¶I gi¶ ®−îc ®Æt t¹i n¬I sö dông ®iÖn vµ cÇn ph¶I ®−îc b¶o vÖ an tßan tr¸nh nh÷ng nguy hiÓm cã thÓ x¶y ra do ®iÖn ro rØ hoÆc bÞ ch¸y chËp do thïng t¶I gi¶ kh«ng cã, hoÆc bÞ c¹n hÕt n−íc. VËn hµnh tæ m¸y: - KiÓm tra xem bÓ ¸p lùc vµ ®−êng èng ¸p lùc ®· ch¾c ch¾n ch−a, nguån n−íc ®· s½n sµng ch−a. - §ãng chÆt van tr−íc tua bin vµ van tæ m¸y (ë vßi phun), tÊt c¶ ®−êng d©y ®−îc cè ®Þnh ch¾c ch¾n, ®iÒu tèc t¶i d· ®−îc ®ãng vµo d©y nguån, ®−êng d©y vµo c¸c t¶i tiªu thô ®· ®−îc t¾t hÕt, thïng t¶i gi¶ ®· ®−îc ®æ n−íc ®óng theo qui ®Þnh. - Khi mäi viÖc ®· chuÈn bÞ xong, më hÕt van tr−íc tua bin. - Më van vßi phun tõ tõ, kiÓm tra xem ®iÖn ¸p trªn ®ång hå v«n ë bé ®iÒu khiÓn t¶i gi¶ xem cã v−ît qu¸ trÞ sè 230V kh«ng, ®iÒu chØnh nót chØnh ®iÖn ¸p trªn bé ®iÒu khiÓn t¶I gi¶ ®−a ®iÖn ¸p vÒ trÞ sè trong kháang 190V - 230V, tiÕp tôc më vßi phun ®Õn hÕt. NÕu tÊt c¶ hÖ thèng æn ®Þnh, ®iÖn ¸p n»m trong kháang 190V- 230V, cã nghÜa lµ hÖ thèng ®· vËn hµnh b×nh th−êng. Nèi c¸c phô t¶I vµo l−íi ®iÖn ®Ó sö dông. - Trong lÇn ®Çu tiªn vËn hµnh tæ m¸y cÇn theo dâi kiÓm tra xem tæ m¸y co häat ®éng ªm dÞu kh«ng, nhiÖt ®é trªn th©n m¸y vµ c¸c æ bi cã qu¸ nãng kh«ng, n−íc ë nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 62 thïng t¶i gi¶ cã qu¸ nãng kh«ng. - Khi cã bÊt kú hiÖn t−îng bÊt th−êng nµo do nguyªn nh©n kü thuËt, cÇn dõng m¸y ngay vµ b¸o cho ng−êi cung cÊp m¸y ®Ó t×m ph−¬ng ph¸p xö lý. 6.3.2. Qu¶n lý vµ b¶o d−ìng söa ch÷a. 1. C«ng t¸c qu¶n lý: §Ó t¨ng tuæi thä vµ kh¶ n¨ng lµm viÖc cña tæ m¸y th× c«ng t¸c qu¶n lý vµ b¶o d−ìng lµ mét vÊn ®Ò quan träng. Sau ®©y lµ mét sè vÊn ®Ò cÇn quan t©m trong qu¸ tr×nh sö dông tæ m¸y: Tèt nhÊt lµ l¾p ®Æt tæ m¸y ë n¬i kh«ng x¶y ra ngËp lôt, cã m¸i che tr¸nh m−a hay trong mét khoang kÝn cã khãa an tßan. NÕu ph¸t hiÖn thÊy bªn trong m¸y bÞ −ít th× ph¶i th¸o ngay ra kiÓm tra vµ ®em ph¬i kh«. Tr¸nh sÊy gÇn löa v× r« to bäc nhùa epoxy dÔ bÞ ph¸ hñy do nhiÖt. - Tr−íc khi dïng trë l¹i cÇn ph¶i b¶o ®¶m r»ng tßan bé tæ m¸y kh« r¸o, cÇn chän n¬i cã ®é Èm thÊp ®Ó ®Æt m¸y ph¸t tr¸nh ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh vËn hµnh cña m¸y. - Do tèc ®é quay cña tæ m¸y kh¸ cao, nªn trong qu¸ tr×nh lµm viÖc c¸c æ bi cÇn ph¶I ®−îc b¬m bæ xung mì ®Þnh kú kháang 3 th¸ng mét lÇn. - Trong qu¸ tr×nh sö dông, nªn dù phßng cho tæ m¸y mét bé bi vµ phít lµm kÝn ®Ó cã thÓ thay thÕ khi cÇn thiÕt. Th«ng sè kü thuËt cña c¸c chi tiÕt nµy ®−îc ghi trong c¸c s¸ch h−íng dÉn sö dông göi kÌm khi b¸n hµng. 2. Thay thÕ c¸c chi tiÕt tiªu chuÈn. C¸c tæ m¸y T§SN sÏ hÇu nh− rÊt Ýt sù cè nÕu ®−îc b¶o d−ìng vµ ch¨m sãc tèt. Tuy nhiªn mét sè chi tiÕt tiªu chuÈn nªn thay thÕ ®Þnh kú ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng lµm viÖc cña tæ m¸y, ®ã lµ c¸c vßng bi vµ phít lµm kÝn, chóng nªn ®−îc thay thÕ ®Þnh kú kháang 3 n¨m mét lÇn. Sau ®©y lµ ph−¬ng ph¸p thay thÕ thñ c«ng, ng−êi sö dông m¸y cã thÓ tù thao t¸c: - Ng¨n hÕt n−íc kh«ng cho ch¶y vµo bÓ ¸p lùc hoÆc nÕu cã van tr−íc tua bin th× ®ãng hÕt van nµy l¹i ®Ó ngõng tæ m¸y. - Th¸o hÕt c¸c thiÕt bÞ ®iÖn vµ th¸o c¸p ra khái tæ m¸y. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 63 - Chê ®Õn khi kh«ng cßn n−íc ch¶y trong tæ m¸y n÷a. - Th¸o bu l«ng l¾p ®−êng èng víi tua bin vµ bu l«ng nÒn ®−a m¸y ph¸t ra khái bÖ ®Ó ®Õn chç kh« r¸o s¹ch sÏ, ®Æt ®øng ®Ó gi÷ cho m¸y ph¸t ®−îc kh«. - Th¸o n¾p bÝch trªn cña m¸y ph¸t. - Më n¾p m¸y ph¸t ra th¸o ªcu kÑp ro to m¸y ph¸t, dïng hai bu l«ng M8 b¾t vµo 2 lç ë ®Ønh roto ®Ó th¸o ro to ra, c«ng viÖc nµy cÇn tiÕn hµnh cÈn thËn ®Ó tr¸nh ¶nh h−ëng xÊu ®Õn nam ch©m vÜnh cöu. - Th¸o th©n m¸y ph¸t, trong qu¶ tr×nh th¸o tr¸nh ®Ó dông cô va ®Ëp vµo c¸c cuén d©y lµm háng líp c¸ch ®iÖn cã thÓ g©y ch¹m chËp. - §Æt n»m tæ m¸y xuèng. - Th¸o ªcu kÑp vµ rót b¸nh c«ng t¸c tua bin ra. - Th¸o côm æ d−íi vµ trôc tæ m¸y ra khái vá m¸y. - §ãng nhÑ vµo ®Çu d−íi cña trôc (®Öm mét miÕng kim läai trªn ®Çu trôc hoÆc dïng bóa gç ®Ó ®ãng) ®Ó th¸o trôc vµ vßng bi d−íi ra khái æ. - Th¸o vßng bi vµ phít ra khái n¾p m¸y ph¸t vµ æ trôc b»ng c¸ch dïng hai ®äan thÐp D = 5mm ®ãng ®Òu hai bªn. - L¾p c¸c vßng bi vµ phít míi theo tr×nh tù ng−îc l¹i víi qu¸ tr×nh th¸o. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 64 Ch−¬ng VII. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 7.1. C¸c kÕt qu¶ mµ ®Ò tµi ®· ®¹t ®−îc. - Tõ c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ tua bin tia nghiªng, ®· ®−a ra ®−îc c¸c tÝnh tãan thiÕt kÕ cho lo¹i tæ m¸y T§SN cét n−íc cao phï hîp víi nhu cÇu sö dông cña hé gia ®×nh vïng s©u vïng xa, n¬i ch−a cã ®iÖn l−íi ®i qua. - ChÊt l−îng c¸c tæ m¸y cao h¬n h¼n so víi s¶n phÈm do Trung quèc vµ mét sè h·ng kh¸c s¶n xuÊt. - C¸c ®−êng ®Æc tÝnh thùc nghiÖm cho thÊy chØ víi 4 läai tæ m¸y T§SN cã thÓ sö dông ®−îc cho mäi nhu cÇu vÒ ®iÖn ®Õn 1000W trong ph¹m vi d¶i cét n−íc lµm viÖc réng (tõ 4m ®Õn 14m). - X©y dùng ®−îc ®−êng ®Æc tÝnh vËn hµnh cña c¸c tæ m¸y tõ ®ã gióp cho ng−êi sö dông dÔ dµng lùa chän ®−îc lo¹i phï hîp v¬Ý nhu cÇu dïng ®iÖn vµ kh¶ n¨ng ®¸p øng cña nguån n−íc s½n cã trong tù nhiªn. - Cung cÊp tµi liÖu h−íng dÉn thiÕt kÕ c«ng tr×nh tr¹m, c¸c kiÕn thøc qu¶n lý sö dông vµ söa ch÷a gióp cho ng−êi sö dông cã thÓ sö dông c¸c tæ m¸y mét c¸ch an tßan vµ cã hiÖu qu¶ cao nhÊt. - B−íc ®Çu ®· xuÊt khÈu ®−îc mét sè tæ m¸y vµo thÞ tr−êng EU vµ ®−îc ®¸nh gi¸ cao më ra c¬ héi cho viÖc h−íng tíi c¸c thÞ tr−êng khã tÝnh ®Ó thu nguån ngäai tÖ m¹nh vÒ cho ®Êt n−íc. 7.2. KiÕn nghÞ. §Ò nghÞ Bé N«ng NghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n vµ c¸c c¬ quan h÷u quan t¹o ®iÒu kiÖn ®Çu t− trang thiÕt bÞ ®Ó tiÕp tôc nghiªn cøu, hßan thiÖn c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c tæ m¸y siªu nhá theo h−íng tiªu chuÈn hãa vµ sö dông c¸c c«ng nghÖ gia c«ng hiÖn ®¹i ®Ó ®−a vµo s¶n suÊt hµng läat nh»m n©ng cao chÊt l−îng s¶n phÈm, h¹ gi¸ thµnh ®Ó phôc vô tèt h¬n nhu cÇu sö dông trong n−íc vµ xuÊt khÈu. nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 65 Tµi liÖu tham kh¶o [1] Ch−¬ng tr×nh hµnh ®éng n¨ng l−îng t¸i t¹o ViÖt nam [2] Qui häach tæng thÓ ph¸t triÓn ®iÖn ViÖt nam (Tæng s¬ ®å 5) [3] TrÞnh chÊt (1994), C¬ së thiÕt kÕ m¸y vµ chi tiÕt m¸y, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt. [4] Vâ Sü Huúnh – NguyÔn ThÞ Xu©n Thu (1992), Tua bin n−íc, Nhµ xuÊt b¶n Gi¸o Dôc, Hµ néi. [5] Vò Duy Quang (1996), Thñy khÝ ®éng lùc häc øng dông, Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa, Hµ néi. [6] NguyÔn Tµi – L−u C«ng §µo (1984), Sæ tay tÝnh tãan thñy lùc, Nhµ xuÊt b¶n N«ng nghiÖp, Hµ néi. [7] ViÖn nghiªn cøu thñy ®iÖn Trung Quèc (1968), TÝnh to¸n, thiÕt kÕ tua bin thuû ®iÖn – Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc kü thuËt B¾c Kinh, b¶n dÞch tiÕng ViÖt. [8] ю.Y. Эдель (1963), Kовшовыe гидpoтуpбины, гocyдapcтвeннoe нayчнo - тexничecкoе издaтельc вo мaшинocтpoитeльнoй литepaтypы мocква. [9] Gilkes Brochuers [10] Helmut Scheurer – Reinold Metzler – Bob Yoder (1980), Federal Republic of Germany. [11] SKF (1997), Popular bearing range nghiªn cøu, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o tæ m¸y thñy ®iÖn cùc nhá cét n−íc cao §Ò tµi KC07 - 04 ViÖn Khoa häc Thñy lîi 66 Phô lôc