Tuabin nước là một thiết bị chuyển đổi năng lượng tiềm năng của nước thành năng lượng cơ học. Bằng cách sử dụng thiết bị này để vận hành máy phát điện, năng lượng nước có thể được chuyển đổi thành năng lượng.
Điện Đây là tổ máy phát điện thủy lực.
Theo nguyên lý dòng chảy của nước và đặc điểm cấu trúc, tuabin thủy lực hiện đại có thể được chia thành hai loại.
Một loại tuabin khác sử dụng cả động năng và thế năng của nước được gọi là tuabin va đập.
Phản công
Nước được lấy từ hồ chứa thượng nguồn trước tiên chảy vào buồng chuyển hướng nước (xoắn ốc), sau đó chảy vào kênh cong của cánh quạt thông qua cánh dẫn hướng.
Dòng nước tạo ra lực phản lực tác động lên các cánh quạt, làm cho cánh quạt quay. Lúc này, năng lượng của nước được chuyển hóa thành năng lượng cơ học, và nước chảy ra khỏi cánh quạt được thải ra ngoài qua ống dẫn.
Xuôi dòng.
Tuabin va đập chủ yếu bao gồm loại dòng chảy Francis, dòng chảy xiên và dòng chảy trục. Sự khác biệt chính nằm ở cấu trúc cánh quạt.
(1) Bộ quay Francis thường bao gồm 12-20 cánh xoắn khí động học và các bộ phận chính như vành bánh xe và vòng dưới.
Với kiểu dòng chảy vào và dòng chảy ra theo trục, loại tuabin này có phạm vi cột nước áp dụng rộng, kích thước nhỏ gọn và chi phí thấp, được sử dụng rộng rãi ở những nơi có cột nước cao.
Tuabin dòng chảy hướng trục được chia thành loại cánh quạt và loại quay. Loại trước có cánh cố định, trong khi loại sau có cánh quay. Tuabin dòng chảy hướng trục thường bao gồm 3-8 cánh, thân tuabin, nón thoát nước và các bộ phận chính khác. Khả năng lưu thông nước của loại tuabin này lớn hơn so với tuabin dòng chảy Francis. Đối với tuabin cánh guồng, vì cánh có thể thay đổi vị trí theo tải trọng, nên nó có hiệu suất cao trong phạm vi thay đổi tải trọng lớn. Khả năng chống xâm thực và độ bền của tuabin kém hơn so với tuabin dòng chảy hỗn hợp, và cấu trúc cũng phức tạp hơn. Nói chung, nó phù hợp với phạm vi cột nước thấp và trung bình từ 10.
(2) Chức năng của buồng chuyển hướng nước là làm cho nước chảy đều vào cơ cấu dẫn nước, giảm tổn thất năng lượng của cơ cấu dẫn nước và cải thiện bánh xe nước.
Hiệu suất máy. Đối với các tuabin cỡ lớn và trung bình có cột nước cao, người ta thường sử dụng vỏ xoắn ốc bằng kim loại có tiết diện hình tròn.
(3) Cơ cấu dẫn nước thường được bố trí đều xung quanh bánh công tác, với một số lượng nhất định các cánh dẫn hướng được thiết kế hợp lý và cơ cấu quay của chúng, v.v.
Chức năng của bộ phận này là dẫn dòng nước chảy vào cánh quạt một cách đồng đều, và bằng cách điều chỉnh độ mở của cánh dẫn hướng, thay đổi lưu lượng tràn của tuabin cho phù hợp.
Các yêu cầu về điều chỉnh và thay đổi tải máy phát điện cũng có thể đóng vai trò như một lớp nước bịt kín khi tất cả các van đều đóng.
(4) Ống xả: Vì một phần năng lượng còn lại trong dòng nước ở cửa ra của cánh quạt không được sử dụng, nên chức năng của ống xả là để thu hồi
Một phần năng lượng được sử dụng và nước được dẫn xuống hạ lưu. Các tuabin nhỏ thường sử dụng ống dẫn hướng hình nón thẳng, có hiệu suất cao, nhưng các tuabin lớn và trung bình thì khác.
Vì không thể đào đường ống dẫn nước quá sâu, nên người ta sử dụng các ống dẫn nước có khớp nối hình khuỷu.
Ngoài ra, trong tuabin va đập còn có các loại tuabin dạng ống, tuabin dòng chảy xiên, tuabin bơm đảo chiều, v.v.
Tuabin va đập:
Loại tuabin này sử dụng lực tác động của dòng nước tốc độ cao để quay tuabin, và loại phổ biến nhất là loại cánh gầu.
Tuabin gầu thường được sử dụng trong các nhà máy thủy điện cột nước cao nêu trên. Các bộ phận hoạt động chính của nó bao gồm máng dẫn nước, vòi phun và ống phun.
Kim phun, bánh xe nước và xoắn ốc, v.v., được trang bị nhiều gáo nước hình thìa chắc chắn ở mép ngoài của bánh xe nước. Hiệu suất của tuabin này thay đổi theo tải trọng.
Sự thay đổi tuy nhỏ, nhưng khả năng dẫn nước bị hạn chế bởi vòi phun, vốn nhỏ hơn nhiều so với dòng chảy hướng tâm. Để cải thiện khả năng dẫn nước, cần tăng lưu lượng và
Để nâng cao hiệu quả, tuabin gầu nước quy mô lớn đã được thay đổi từ trục ngang sang trục dọc, và được phát triển từ một vòi phun duy nhất thành nhiều vòi phun.
3. Giới thiệu về cấu trúc của tuabin phản lực
Phần chôn ngầm, bao gồm cả vỏ xoắn ốc, vòng đệm, ống dẫn hướng dòng chảy, v.v., đều được chôn trong móng bê tông. Đây là một phần của hệ thống dẫn nước và tràn của thiết bị.
Đường xoắn ốc
Ống xoắn ốc được chia thành ống xoắn ốc bằng bê tông và ống xoắn ốc bằng kim loại. Các tổ máy có cột nước dưới 40 mét chủ yếu sử dụng ống xoắn ốc bằng bê tông. Đối với các tuabin có cột nước lớn hơn 40 mét, ống xoắn ốc bằng kim loại thường được sử dụng do yêu cầu về độ bền. Ống xoắn ốc bằng kim loại có ưu điểm là độ bền cao, dễ gia công, thi công đơn giản và dễ dàng kết nối với đường ống dẫn nước của nhà máy điện.
Có hai loại đường xoắn ốc bằng kim loại, loại hàn và loại đúc.
Đối với các tuabin va đập cỡ lớn và trung bình có cột nước khoảng 40-200 mét, người ta thường sử dụng các ống xoắn ốc hàn bằng thép tấm. Để thuận tiện cho việc hàn, ống xoắn ốc thường được chia thành nhiều đoạn hình nón, mỗi đoạn có hình tròn, và phần đuôi của ống xoắn ốc do tiết diện nhỏ dần nên được chuyển thành hình bầu dục để hàn với vòng đỡ. Mỗi đoạn hình nón được tạo hình bằng máy cán tấm.
Trong các tuabin Francis cỡ nhỏ, người ta thường sử dụng các vỏ xoắn ốc bằng gang đúc nguyên khối. Đối với các tuabin có cột nước cao và công suất lớn, người ta thường sử dụng vỏ xoắn ốc bằng thép đúc, và vỏ xoắn ốc cùng vòng đỡ được đúc liền thành một khối.
Phần thấp nhất của vỏ xoắn ốc được trang bị van xả để thoát nước tích tụ trong quá trình bảo trì.
Vòng ghế
Vòng đỡ là bộ phận cơ bản của tuabin va đập. Ngoài việc chịu áp lực nước, nó còn chịu trọng lượng của toàn bộ cụm và bê tông của phần cụm, do đó cần có đủ độ bền và độ cứng. Cơ cấu cơ bản của vòng đỡ bao gồm một vòng trên, một vòng dưới và một cánh dẫn hướng cố định. Cánh dẫn hướng cố định đóng vai trò là giá đỡ vòng đỡ, thanh chống truyền tải tải trọng dọc trục và bề mặt dòng chảy. Đồng thời, nó là bộ phận tham chiếu chính trong việc lắp ráp các thành phần chính của tuabin, và là một trong những bộ phận được lắp đặt sớm nhất. Do đó, nó phải có đủ độ bền và độ cứng, đồng thời phải có hiệu suất thủy lực tốt.
Vòng đệm ghế vừa là bộ phận chịu tải vừa là bộ phận dẫn dòng, do đó bề mặt dẫn dòng có hình dạng khí động học để đảm bảo tổn thất thủy lực tối thiểu.
Vòng đỡ van thường có ba dạng cấu trúc: dạng trụ đơn, dạng bán liền khối và dạng liền khối. Đối với tuabin Francis, vòng đỡ van có cấu trúc liền khối thường được sử dụng.
Ống thông gió và vòng móng
Ống dẫn dòng là một phần của đường dẫn dòng chảy trong tuabin, và có hai loại: thẳng, hình nón và cong. Ống dẫn dòng cong thường được sử dụng trong các tuabin cỡ lớn và trung bình. Vòng đế là bộ phận cơ bản kết nối vòng đỡ của tuabin Francis với phần đầu vào của ống dẫn dòng, và được chôn trong bê tông. Vòng dưới của cánh quạt quay bên trong vòng đế này.
Cấu trúc dẫn nước
Chức năng của cơ cấu dẫn hướng nước trong tuabin nước là tạo hình và thay đổi thể tích tuần hoàn của dòng nước chảy vào cánh quạt. Cơ cấu điều khiển đa cánh dẫn hướng quay với hiệu suất cao được sử dụng để đảm bảo dòng nước chảy vào đều dọc theo chu vi với tổn thất năng lượng nhỏ dưới các lưu lượng khác nhau. Điều này đảm bảo tuabin có đặc tính thủy lực tốt, điều chỉnh lưu lượng để thay đổi sản lượng của tổ máy, bịt kín dòng nước và dừng quay của tổ máy trong quá trình dừng hoạt động bình thường và khi xảy ra sự cố. Cơ cấu dẫn hướng nước cỡ lớn và trung bình có thể được chia thành hình trụ, hình nón (tuabin kiểu bóng đèn và tuabin dòng chảy xiên) và hình xuyên tâm (tuabin xuyên suốt) theo vị trí trục của các cánh dẫn hướng. Cơ cấu dẫn hướng nước chủ yếu bao gồm các cánh dẫn hướng, cơ cấu vận hành cánh dẫn hướng, các bộ phận hình vòng, ống lót trục, gioăng và các bộ phận khác.
Cấu trúc thiết bị cánh dẫn hướng.
Các bộ phận hình vành khuyên của cơ cấu dẫn nước bao gồm vòng đáy, nắp trên, nắp đỡ, vòng điều khiển, giá đỡ ổ trục, giá đỡ ổ trục chặn, v.v. Chúng chịu lực phức tạp và đòi hỏi kỹ thuật chế tạo cao.
Vòng dưới
Vòng đáy là một phần hình vành khuyên phẳng được cố định vào vòng đế, hầu hết được cấu tạo bằng phương pháp đúc hàn. Do hạn chế về điều kiện vận chuyển đối với các cụm lớn, nó có thể được chia thành hai nửa hoặc kết hợp nhiều cánh. Đối với các nhà máy điện có hiện tượng mài mòn do cặn lắng, một số biện pháp chống mài mòn được thực hiện trên bề mặt dòng chảy. Hiện nay, các tấm chống mài mòn chủ yếu được lắp đặt trên các mặt cuối, và hầu hết chúng sử dụng thép không gỉ 0Cr13Ni5Mn. Nếu vòng đáy và các mặt cuối trên và dưới của cánh dẫn hướng được làm kín bằng cao su, thì phải có một rãnh đuôi hoặc rãnh làm kín bằng cao su kiểu tấm ép trên vòng đáy. Nhà máy của chúng tôi chủ yếu sử dụng tấm làm kín bằng đồng thau. Lỗ trục cánh dẫn hướng trên vòng đáy phải đồng tâm với nắp trên. Nắp trên và vòng đáy thường được sử dụng để khoan cùng một lỗ cho các cụm vừa và nhỏ. Các cụm lớn hiện đang được khoan trực tiếp bằng máy khoan CNC tại nhà máy của chúng tôi.
Vòng điều khiển
Vòng điều khiển là một bộ phận hình vành khuyên truyền lực của rơ le và làm quay cánh dẫn hướng thông qua cơ cấu truyền động.
Cánh dẫn hướng
Hiện nay, các cánh dẫn hướng thường có hai hình dạng lá tiêu chuẩn, đối xứng và không đối xứng. Cánh dẫn hướng đối xứng thường được sử dụng trong các tuabin dòng chảy hướng trục có tốc độ riêng cao với góc xoắn ốc không hoàn chỉnh; cánh dẫn hướng không đối xứng thường được sử dụng trong các tuabin có góc xoắn ốc hoàn chỉnh và hoạt động với dòng chảy hướng trục có tốc độ riêng thấp với khe hở lớn, cũng như các tuabin Francis có tốc độ riêng cao và trung bình. Các cánh dẫn hướng (hình trụ) thường được đúc nguyên khối, và các cấu trúc đúc hàn cũng được sử dụng trong các đơn vị lớn.
Cánh dẫn hướng là một bộ phận quan trọng của cơ cấu dẫn hướng nước, đóng vai trò chủ chốt trong việc hình thành và thay đổi lưu lượng tuần hoàn nước đi vào cánh quạt. Cánh dẫn hướng được chia thành hai phần: thân cánh dẫn hướng và đường kính trục cánh dẫn hướng. Thông thường, người ta sử dụng phương pháp đúc nguyên khối, và các đơn vị sản xuất quy mô lớn cũng sử dụng phương pháp hàn đúc. Vật liệu thường là ZG30 và ZG20MnSi. Để đảm bảo sự quay linh hoạt của cánh dẫn hướng, các trục trên, giữa và dưới của cánh dẫn hướng phải đồng tâm, độ lệch tâm không được lớn hơn một nửa dung sai đường kính của trục trung tâm, và sai số cho phép của mặt cuối cánh dẫn hướng không vuông góc với trục không được vượt quá 0,15/1000. Hình dạng bề mặt dòng chảy của cánh dẫn hướng ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng tuần hoàn nước đi vào cánh quạt. Đầu và đuôi của cánh dẫn hướng thường được làm bằng thép không gỉ để cải thiện khả năng chống xâm thực.
Ống bọc cánh dẫn hướng và thiết bị đẩy cánh dẫn hướng
Ống lót cánh dẫn hướng là một bộ phận cố định đường kính của trục trung tâm trên cánh dẫn hướng, và cấu trúc của nó liên quan đến vật liệu, gioăng và chiều cao của nắp trên. Nó thường có dạng hình trụ liền khối, và trong các cụm lớn, nó thường được chia thành nhiều đoạn, điều này có ưu điểm là điều chỉnh khe hở rất tốt.
Thiết bị đẩy cánh dẫn hướng ngăn cánh dẫn hướng nổi lên dưới tác động của áp suất nước. Khi cánh dẫn hướng vượt quá trọng lượng tịnh của nó, cánh dẫn hướng sẽ nâng lên, va chạm với nắp trên và tác động lên thanh truyền. Tấm đẩy thường được làm bằng đồng nhôm.
gioăng cánh dẫn hướng
Cánh dẫn hướng có ba chức năng làm kín, một là giảm tổn thất năng lượng, hai là giảm rò rỉ khí trong quá trình vận hành điều chế pha, và ba là giảm hiện tượng xâm thực. Các loại gioăng làm kín cánh dẫn hướng được chia thành gioăng nâng và gioăng đầu.
Có các vòng đệm ở giữa và dưới đường kính trục của cánh dẫn hướng. Khi đường kính trục được bịt kín, áp suất nước giữa vòng đệm và đường kính trục của cánh dẫn hướng sẽ được giữ kín hoàn toàn. Do đó, có các lỗ thoát nước trong ống lót. Vòng đệm ở đường kính trục dưới chủ yếu để ngăn chặn sự xâm nhập của cặn bẩn và hiện tượng mài mòn đường kính trục.
Có nhiều loại cơ cấu truyền động cánh dẫn hướng, và có hai loại thường được sử dụng. Một là loại đầu chĩa, có khả năng chịu lực tốt và phù hợp với các thiết bị cỡ lớn và trung bình. Loại kia là loại tay cầm tai, chủ yếu có đặc điểm là cấu trúc đơn giản và phù hợp hơn với các thiết bị cỡ nhỏ và trung bình.
Cơ cấu truyền động tay quay chủ yếu bao gồm tay đòn dẫn hướng, tấm nối, then chia đôi, chốt cắt, ống lót trục, nắp cuối, tay quay, chốt thanh truyền ống lót quay, v.v. Lực truyền động không mạnh nhưng cấu trúc đơn giản, do đó phù hợp hơn cho các thiết bị cỡ nhỏ và vừa.
Cơ cấu truyền động càng nâng
Cơ cấu truyền động đầu càng nâng chủ yếu bao gồm tay đòn dẫn hướng, tấm nối, đầu càng nâng, chốt đầu càng nâng, vít nối, đai ốc, bán then, chốt cắt, ống lót trục, nắp cuối và vòng bù, v.v.
Cần gạt dẫn hướng và cánh dẫn hướng được nối với nhau bằng một khớp nối hình chữ U để truyền trực tiếp mô-men xoắn hoạt động. Một nắp đậy được lắp trên cần gạt dẫn hướng, và cánh dẫn hướng được treo trên nắp đậy bằng một vít điều chỉnh. Nhờ sử dụng khớp nối hình chữ U, cánh dẫn hướng di chuyển lên xuống khi điều chỉnh khe hở giữa hai mặt trên và dưới của thân cánh dẫn hướng, trong khi vị trí của các bộ phận truyền động khác không bị ảnh hưởng.
Trong cơ cấu truyền động đầu càng nâng, tay đòn dẫn hướng và tấm nối được trang bị chốt an toàn. Nếu các tay đòn dẫn hướng bị kẹt do vật lạ, lực tác động lên các bộ phận truyền động liên quan sẽ tăng đột ngột. Khi ứng suất tăng lên đến 1,5 lần, các chốt an toàn sẽ bị đứt trước, giúp bảo vệ các bộ phận truyền động khác khỏi bị hư hại.
Ngoài ra, tại điểm nối giữa tấm nối hoặc vòng điều khiển và đầu càng, để giữ cho vít nối nằm ngang, có thể lắp thêm vòng bù để điều chỉnh. Ren ở hai đầu vít nối lần lượt là ren trái và ren phải, cho phép điều chỉnh chiều dài thanh nối và độ mở của cánh dẫn hướng trong quá trình lắp đặt.
Bộ phận quay
Bộ phận quay chủ yếu bao gồm cánh quạt, trục chính, ổ đỡ và thiết bị làm kín. Cánh quạt được lắp ráp và hàn bởi vành trên, vòng dưới và các cánh. Hầu hết các trục chính của tuabin đều được đúc. Có nhiều loại ổ đỡ dẫn hướng. Tùy thuộc vào điều kiện vận hành của nhà máy điện, có một số loại ổ đỡ như bôi trơn bằng nước, bôi trơn bằng dầu loãng và bôi trơn bằng dầu khô. Nói chung, nhà máy điện chủ yếu sử dụng loại ổ đỡ hình trụ hoặc ổ đỡ khối bôi trơn bằng dầu loãng.
Francis chạy bộ
Cánh quạt Francis bao gồm một vành trên, các cánh quạt và một vòng dưới. Vành trên thường được trang bị một vòng chống rò rỉ để giảm thiểu thất thoát nước và một thiết bị giảm áp để giảm lực đẩy nước theo trục. Vòng dưới cũng được trang bị một thiết bị chống rò rỉ.
cánh quạt trục
Cánh quạt hướng trục (bộ phận chính để chuyển đổi năng lượng) bao gồm hai phần: thân và trục quay. Chúng được đúc riêng biệt, và sau khi gia công, chúng được kết hợp với các bộ phận cơ khí như ốc vít và chốt. (Thông thường, đường kính của cánh quạt lớn hơn 5 mét). Vật liệu thường được sử dụng là ZG30 và ZG20MnSi. Số lượng cánh của cánh quạt thường là 4, 5, 6 và 8.
Thân hình vận động viên
Thân trục quay được trang bị đầy đủ các cánh quạt và cơ cấu vận hành, phần trên nối với trục chính, phần dưới nối với nón thoát nước, có hình dạng phức tạp. Thông thường thân trục quay được làm bằng ZG30 và ZG20MnSi. Hình dạng chủ yếu là hình cầu để giảm tổn thất thể tích. Cấu trúc cụ thể của thân trục quay phụ thuộc vào vị trí bố trí của rơle và hình dạng của cơ cấu vận hành. Trong kết nối với trục chính, vít nối chỉ chịu lực dọc trục, còn mô-men xoắn được chịu bởi các chốt hình trụ phân bố dọc theo hướng xuyên tâm của bề mặt khớp nối.
Cơ chế hoạt động
Cơ cấu liên kết thẳng với khung vận hành:
1. Khi góc lưỡi cưa ở vị trí giữa, cần gạt nằm ngang và thanh truyền động thẳng đứng.
2. Cần quay và lưỡi dao sử dụng các chốt hình trụ để truyền mô-men xoắn, và vị trí xuyên tâm được định vị bằng vòng hãm.
3. Thanh truyền được chia thành thanh truyền trong và thanh truyền ngoài, và lực được phân bố đều.
4. Trên khung thao tác có một tay cầm hình tai, thuận tiện cho việc điều chỉnh trong quá trình lắp ráp. Mặt tiếp xúc giữa tay cầm hình tai và khung thao tác được giới hạn bởi một chốt định vị để ngăn thanh truyền bị kẹt khi tay cầm hình tai được cố định.
5. Khung vận hành có hình chữ “I”. Hầu hết chúng được sử dụng trong các thiết bị cỡ nhỏ và vừa với 4 đến 6 cánh quạt.
Cơ cấu liên kết thẳng không có khung điều khiển: 1. Khung điều khiển được loại bỏ, thanh truyền và tay quay được dẫn động trực tiếp bởi piston rơ. Trong các đơn vị lớn.
Cơ cấu liên kết xiên với khung vận hành: 1. Khi góc quay của lưỡi dao ở vị trí giữa, tay đòn xoay và thanh nối có một góc nghiêng lớn. 2. Hành trình của rơ le được tăng lên, và trong bộ phận quay có nhiều lưỡi dao hơn.
phòng chạy bộ
Buồng cánh quạt là kết cấu hàn bằng thép tấm toàn phần, các bộ phận dễ bị xâm thực ở giữa được làm bằng thép không gỉ để cải thiện khả năng chống xâm thực. Buồng cánh quạt có độ cứng vững cần thiết để đáp ứng yêu cầu về khe hở đồng đều giữa các cánh quạt và buồng cánh quạt khi thiết bị hoạt động. Nhà máy chúng tôi đã hình thành một phương pháp gia công hoàn chỉnh trong quá trình sản xuất: A. Gia công bằng máy tiện đứng CNC. B. Gia công bằng phương pháp tạo hình. Phần hình nón thẳng của ống dẫn hướng được lót bằng thép tấm, được tạo hình tại nhà máy và lắp ráp tại công trường.
Thời gian đăng bài: 26/09/2022
