CHƯƠNG 8: ĐIỀU CHỈNH TURBIN NƯỚC
8.5. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc phản hồi mềm có độ không đều còn dư
song song của các tổ máy ta thấy, muốn phân phối phụ tải được ổn định cho các tổ máy thì đường đặc tính điều chỉnh của máy điều tốc phải là đường nghiêng tức là có độ không đồng đều δ nhất định. Sơ đồ điều chỉnh cho ở hình (8.10) sẽ thoả mãn yêu cầu này.
Ở sơ đồ này (8.10a) điểm cuối (điểm F) của lò xo bộ hoãn xung được liên hệ với pittông của động cơ tiếp lực qua đòn EFD, do đó điểm F sẽ chuyển động lên hay xuống theo phương thẳng đứng với chuyển vị tỉ lệ với hành trình pittông
Hình 8.10a: Sơ đồ điều chỉnh quân bằng có độ không đồng đều còn dư
động cơ tiếp lực. Như vậy, khi lò xo ở trạng thái tự do (cũng là lúc tổ máy ở trạng thái cân bằng) thì điểm Z và H sẽ nằm ở vị trí khác nhau tuỳ theo trị số phụ tải N mà nó phải đảm nhận. Nếu dời điểm D cho trùng với điểm F thì đầu tiên lò xo bộ hoãn xung vẫn đứng im ở vị trí ban đầu mà không phụ thuộc hành trình của ĐCTL. Về thực chất sơ đồ này đã biến thành sơ đồ máy điều tốc có bộ phận phản hồi mềm.
Như vậy, nếu xê dịch điểm D dọc theo đòn ED sẽ làm thay đổi độ nghiêng của đường đặc tính điều chỉnh còn xe dịch điểm D lên cao hay xuống thấp tương đương với tịnh tiến đường đặc tính điều chỉnh. Độ không đồng đều của máy điều tốc có thể thay đổi trong phạm vi từ 0 ÷ 6% tuỳ theo yêu cầu làm việc cụ thể của tổ máy (làm việc độc lập hay song song).
Cũng cần chú ý, về nguyên tắc có thể sử dụng máy điều tốc gián tiếp có bộ phận phản hồi cứng cho các tổ máy làm việc song song. Tuy vậy do độ không đồng đều của loại máy này lớn (δmax = 10 ÷ 12%) nên trong thực tế không thể sử dụng được.
Hình (8.10b) là sơ đồ nguyên lý máy điều tốc bao gồm các bộ phận điều khiển và bộ phận điều chỉnh.
Các bộ phận điều khiển của máy điều tốc: Ta hãy nghiên cứu sơ đồ chuyển vận các cấu kiện của hệ thống điều chỉnh dùng máy điều tốc loại P (hình 8.10b).
Trong máy điều tốc loại này, con lắc li tâm gồm băng thép hình thoi và một quả văng treo trong băng đó.
Một động cơ điện 5 (có liên hệ bằng điện với máy phátđiện đồng bộ của
tổ máy) làm quay con lắc 6. Hình 8.10b: Máy điều tốc quân bằng có độ không đồng đều còn dư
Đầu dưới của băng bắt chặt vào một đầu hộp trục của ngăn kéo phụ dầu có áp lấy từ TĐA được dẫn đến ngăn kéo này qua ống dầu phía trên. Ngăn kéo phụ liên lạc với động cơ tiếp lực 17 qua ngăn kéo chính 18 bằng một ống dầu 4. Thân ngăn kéo chính là một pittông kiểu vi sai sao cho đường kính vành gờ trên lớn hơn vành gờ dưới. Khi dầu có áp được dẫn vào ngăn giữa của ngăn kéo chính thì chịu tác dụng của một lực đẩy theo hướng lên trên. Ở vị trí trung gian vì ngăn A vẫn bị đóng kín, nên thân ngăn kéo chính bị giữ lại bởi pittông ĐCTL phụ 18. Khi hộp trục 7 dịch lên trên, (khi tăng tốc), thì ngăn A thông với lỗ dầu xả của ống dầu 4 và llõ lên hộp trục 7, nên thân ngăn kéo chính bị dịch lên trên, dầu có áp chảy vào ngăn trái của ĐCTL còn ngăn phải của nó thông với lỗ dầu xả, pittông ĐCTL dịch theo chiều đóng. Khi giảm tốc, (trường hợp tăng tải), hộp trục 7 dịch xuống và ngăn ãe thông với dầu có áp qua ống 4 và lỗ tương ứng của ngăn kéo phụ. Đường kính pittông ĐCTL 17 và vành gờ của thân ngăn kéo 18 được chọn sao cho tổng diện tích mặt trên littông ĐCTL phụ 17 và bề mặt trên của vành gờ phía dưới của thân ngăn kéo chính lớn hơn bề mặt dưới của vành gờ trên. Vì vậy, khi ngăn A thông với dầu áp lực thì pittông ĐCTL phụ 17 và thân ngăn kéo 18 sẽ dịch chuyển xuống dưới chuyển dầu có áp vào ngăn phải của xilanh ĐCTL 1 (về phía mở).
Bộ phận phản hồi của máy điều tốc: Gồm một bộ truyền động kiểu đòn bẩy, trục ngắt 3 và cơ cấu quân bằng 16.
Độ không đồng đều của máy điều tốc được điều chỉnh nhờ thanh kéo 15 nối với trục ngắt 3, còn đầu trên được liên kết với tay đòn 13. Khi pittông ĐCTL 1 nằm ở các vị trí khác nhau (tức là với các giá trị phụ tải khác nhau, từ 0 đến đầy tải) thì đầu bên phải của tay đòn 10 cũng sẽ nằm ở vị trí khác nhau tương ứng với trị số phụ tải cho trước, tay đòn 9 và thân ngăn kéo phụ 8 cũng sẽ nằm ở vị trí tương ứng. Nhờ đó sẽ có được một độ không đồng đều điều chỉnh cần thiết cho sự ổn định khi tổ máy làm việc song song. Có thể tuỳ ý điều chỉnh độ không đồng đều trong phạm vi từ 0 ÷ 10% qua một vít 14 chuyển dịch điểm tựa của tay đòn 13.
Ta hãy khảo sát sự chuyển vận các cơ cấu của hệ thống điều chỉnh khi cắt giảm một phần phụ tải của tổ máy. Trong trương hợp này, tốc độ quay trục tổ máy (cũng tức là tốc độ quay của con lắc li tâm) sẽ tăng lên. Dưới tác dụng của lực li tâm quả văng sẽ văng ra xa, kéo hộp trục 7 lên trên, kim trượt (thân của ngăn kéo phụ 8 nằm trong hộp trục 7) và nối liên với tay đòn 9 lúc này vấn đứng yên. Ngăn A của ĐCTL phụ 17 thông với lỗ xả, thân ngăn kéo chính 18 sẽ dịch lên trên chuyển dầu vào động cơ tiếp lực 1 về phía đóng...ĐCTL sẽ dừng lại ở một vị trí mới khi ngăn kéo chính 18, phụ 8 và hộp trục 7 trở về vị trí trung gian (tương ứng với một trị số công suất mới của tổ máy). Nhờ có hệ thống truỳen đồng đòn bẩy 2 và bộ phận quân bằng 16 có liên kết động học với cần pittông ĐCTL 1. Khi pittông ĐCTL dịch chuyển sang bên phải (đóng) thì trục ngắt 3 quay theo chiều kim đồng hồ đẩy xilanh pittông và cần của bộ quân bằng (một đầu cần nối với pittông bộ quân bằng và một đầu khác nối với tay đòn 10 ở điểm M). Tay đòn 10 quay quanh điểm P theo chiều kim đồng hồ và đẩy điểm B của tay đòn 9 lên trên. Tay đòn 9 quay quanh khớp bên phải và dịch thân ngăn kéo 8 lên trên, dầu áp lực được chuyển vào ngăn A qua ống dầu 4. Lúc đó pittông ĐCTL phụ 17 và thân ngăn kéo 18 bắt đầu dịch về vị trí chính giữa ĐCTL và cánh hướng sẽ dừng lại. Quá trình điều chỉnh sẽ kết thúc. Tại thời điểm mà quá trình phản hồi đã kết thúc, thì tốc độ quay của rôto tổ máy sẽ hơi lớn hơn tốc độ định mức.
Khi xi lanh và pittông của bộ quân bằng dịch chuyển lên trên thì lò xo của nó sẽ bị nén chặt lại một ít. Dưới tác dụng của lực đàn hồi lò xo, đầu trái của tay đòn 10 và 9 sẽ chuyển dịch từ từ (do tác dụng của bộ quân bằng) xuống dưới và đẩy thân ngăn kéo phụ 8 xuống dưới. Lúc này ống dầu 4 và ngăn A của ĐCTL phụ 17 sẽ thông với lỗ xả dầu, thân ngăn kéo 18 sẽ dịch lên trên, còn pittông ĐCTL 1 và cánh hướng sẽ dịch về phía đóng. Tốc độ quay của tổ máy sẽ giảm dần tới trị số định mức (tốc độ ban đầu).
Quá trình điều chỉnh sẽ kết thúc khi toàn bộ hệ thống đạt tới trạng thái cân bằng, cũng là lúc hộp trục 7 ngăn kéo 8 và 18, lò xo của bộ quân bằng 16 nằm ở vị trí chính giữa.
Khi tăng tải, thì toàn bộ quá trình điều chỉnh cũng sẽ diễn ra theo một thứ tự như trên, có điều là sự chuyển dịch của các cơ cấu của máy điều tốc theo chiều ngược lại.
Tốc độ quay của turbin được thay đổi nhờ xê dịch điểm P của tay đòn 10. Muốn thay đổi tốc độ, ta làm quay thanh 12 bằng hộp giảm tốc 11, khi vặn trục vít thì ê cu sẽ dịch chuyển lên hoặc xuống mà đẩy điểm P của tay đòn 10 theo chiều tương ứng.
Trong sơ đồ này sự điều chỉnh bằng tay được thực hiện nhờ cơ cấu hạn chế độ mở (không vẽ trong hình này).
Để thoả mãn các yêu cầu vận hành còn phải lắp thêm trong máy điều tốc một số bộ phận điều khiển khác để thay đổi số vòng quay: hạn chế độ mở cánh hướng, đóng mở máy v.v...Ta lần lượt timg hiểu tác dụng và cách chuyển vận của mỗi bộ phận đó (hình 8.11).
8.5.1. Bộ phận thay đổi số vòng quay.
Bộ phận thay đổi số vòng quay có tác dụng điều chỉnh số vòng quay để hoà điện vào lưới cũng như để thay đổi phụ tải, khi tổ máy làm việc song song trong hệ thống điện.
Bộ phận thay đổi số vòng quay được mô tả ở hình (8.11) gồm đòn abc có liên hệ về mặt cơ với van trượt và quả lắc. Số vòng quay hoặc phụ tải được thay đổi bằng cách vặn vít A, lúc đó điểm Z lẫn kim van trượt sẽ chuyển động về phía đóng bộ phận điều chỉnh của turbin (nú điểm a đi xuống), hoặc về phía mở bộ phận điều chỉnh (nếu điểm a đi lên). Sau khi điều chỉnh kết thúc thì điểm S sẽ trở về vị trí ban đầu (vị trí như hình vẽ) còn điểm H và điểm Z sẽ dời chỗ tuỳ theo chuyển vị của điểm a, vị trí mới của điểm H tương ứng với số vòng quay sau khi được thay đổi của quả lắc và tổ máy.
Hình 8.11: Sơ đồ máy điều tốc có lắp cả bộ phận điều khiển
Như vậy, khi làm việc độc lập, tịnh tiến đường đặc tính điều chỉnh sẽ làm thay đổi số vòng quay turbin còn khi làm việc song song, nếu tịnh tiến đường đặc tính điều chỉnh sẽ phân phối lại phụ tải giữa các tổ máy. Chẳng hạn nếu tổ máy làm việc độc lập, khi phụ tải của tổ máy N1 = 0,8Nmax (hình 8.8) ứng với điểm a trên đường AB và số vòng quay là n1, còn khi tịnh tiến đường đặc tính điều chỉnh xuống ở vị trí A'B' thì vì làm việc độc lập với phụ tải không đổi nên số vòng quay giảm đến n2 (điểm b), nếu tổ máy làm việc song song thì vì số vòng quay không đổi nên công suất giảm xuống N2
và turbin sẽ làm việc ở điểm C.
8.5.2. Bộ phận hạn chế độ mở.
Bộ phận này là đòn efk ở hình vẽ (8.11). Trong vận hành đôi khi ta muốn hạn chế công suất hoặc độ mở a0 của bộ phận hướng nước không được vượt quá trị số cho phép (ví dụ khi hồ chứa thiếu nước hoặc độ mở a0 không vượt quá đường dự trữ công suất 5%) thì phải sử dụng bộ phận hạn chế độ mở.
Từ hình vẽ ta thấy, lúc đầu tổ máy chạy không tải ứng với độ mở không tải akt, nếu vặn vít B sao cho điểm e cách điểm S một đoạn nhất định ứng với độ mở hạn chế aoh
thì máy điều tốc không thể mở to hơn hoặc bằng độ mở hạn chế đó. Cụ thể giải thích như sau: Nếu máy điều tốc muốn ĐCTL chạy về phía phải, thì điểm e sẽ dịch chuyển
xuống dưới và tỳ lên điểm S. Kết quả là kim trượt không thể dịch lên trên (về phía mở) để mở to cánh hướng. Bộ phận hạn chế độ mở sẽ không làm cản trở việc giảm độ mở a0,vì khi pittông ĐCTL dịch chuyển sang trái thì điểm e dời xa điểm S và kim trượt chuyển động dễ dàng về phía đóng. Bộ phận này cũng được điều khiển tự động từ phòng trung tâm của TTĐ. Trong các máy điều tốc hiện nay, ngượi ta còn dùng bộ phận này để đóng máy do sự cố hoặc để mở máy và điều chỉnh bằng tay.
Ngoài ra trong máy điều tốc còn có các đồng hồ để kiểm tra, theo dõi sự làm việc của hệ thống điều chỉnh đó là: đồng hồ đo số vòng quay của turbin, đo áp lực dầu, kim chỉ độ mở bộ phận điều chỉnh của turbin, kim chỉ mức dầu trong thiết bị dầu áp lực (TĐA) v.v...