CHƯƠNG 8: ĐIỀU CHỈNH TURBIN NƯỚC
8.3. Các sơ đồ nguyên lý điều chỉnh tốc độ turbin
Theo nguyên lý tác dụng, chia ra hai loại máy điều tốc: máy điều tốc tác động trực tiếp và máy điều tốc tác động gián tiếp.
8.3.1. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động trực tiếp.
Sơ đồ nguyen lý máy điều tốc tác động trực tiếp cho ở hình (8.2)
Cấu tạo của MĐT loại này gồm có:
con lắc ly tâm 4, tay đòn HZS và vn điều tiết lưu lượng 3, con lắc ly tâm 4 quay được nhờ động cơ điện 2 có liên hệ bằng cơ hay điện với trục turbin.Đầu bên trái của tay đòn HZS được nối với con lắc nhờ hộp trục H còn bên phải nó được nối với van điều tiết 3 tại điểm S.
Khi cắt phụ tải, vì độ mở ao của các cánh hướng nước chưa thay đổi nên số vòng quay của turbin cũng như số vòng
Hình 8.2: Sơ đồ nguyen lý MĐT tác động trực tiếp
quay của quả lắc li tâm tăng lên, quả lắc văng ra xa, kéo hộp trục H lên trên, lú đó tay đòn HZS sẽ quay quanh điểm tựa Z theo chiều kim đồng hồ và đẩy van 3 xuống thấp để giảm bớt lưu lượng Q qua turbin, đảm bảo cho công suất turbin bằng công suất máy phát điện.
Khi tăng tải thì quá trình này cũng xảy ra như thế, nhưng chiều chuyển động của các bộ phận trên ngược lại.
Đường nét đứt trên hình (8.2) tương đương với vị trí tay đòn HZS ở cuối thời điểm điều chỉnh. Từ hình vẽ này ta thấy máy điều tốc tác động trực tiếp có cấu tạo rất đơn giản. Nhưng khuyết điểm cơ bản của nó là sai số về số vòng quay turbin khá lớn, khi phụ tải tăng từ 0 đến phụ tải toàn phần. Đồng thời lực để đóng mở các bộ phận điều chỉnh do quả lắc tạo ra rất nhỏ không đủ để đóng mở các bộ phận điều chỉnh của turbin cỡ lớn. Bởi những lẽ đó nên hầu hết các máy điều tốc hiện đại đều được thiết kế theo sơ đồ nguyên lí tác động gián tiếp.
8.3.2. Sơ đồ nguyên lý máy điều tốc tác động gián tiếp.
Theo sơ đồ này thì quả lắc ly tâm không trực tiếp tác động vào bộ phận điều chỉnh mà giữa quả lắc và bộ phận điều chỉnh được lắp thêm một động cơ đặc biệt gọi là động cơ tiếp lực (viết tắt là ĐCTL) cùng với van phân phối (hoặc van trượt). Điều đó cho phép dùng con lắc có trọng lượng nhỏ mà độ nhạy khá cao để chuyển dời kim trượt lắp trong van trượt đó. Theo nguyên lí làm việc của bộ phận ổn định, máy điều tốc được chia ra mấy kiểu sau:
1. Máy điều tốc tác động gián tiếp không có bộ phận liên hệ ngược (phản hồi ngược).
Sơ đồ nguyên lí của máy điều tốc loại này cho ở hình (8.3).
Theo sơ đồ này con lắc được liên hệ với van trượt 4 qua tay đòn 2. Chất lỏng có áp (dầu có áp) được dẫn vào van trượt 4, van này có tác dụng phân phối dầu vào các ngăn của ĐCTL.
Lực tác động của động cơ tiếp lực phụ thuộc kích thước và áp suất của dầu áp lực.
Cấu
tạo ĐCTL gồm một pittông chuyển động trong một xilanh và pittông này được nối với vành điều chỉnh của bộ phận hướng dòng qua thanh kéo đẩy. Van trượt được thông với 2 ngăn của ĐCTL nhờ 2 ống dầu đặt ở 2 đầu của xilanh. Cấu tạo van trượt gồm có vỏ hình trụ và một chiếc kim trượt trong đó. Trên thành vỏ có khoét 5 lỗ nhỏ (cửa sổ); cửa sổ ở giữa được thông với dầu có áp lấy từ thiết bị dầu có áp tới van trượt qua cửa này: 2 cửa almf việc (ở vị trí cân bằng thì 2 cửa sổ này sẽ bị khép kín bởi phần lồi trên và dưới của kim) thông với
Hình 8.3: Sơ đồ máy điều tốc tác động gián tiếp, không có bộ phận phản hồi
ngăn tương ứng của ĐCTL qua 2 ống dẫn dầu, 2 cửa xả dầu trên và dưới cùng thông với thùng dầu xả. Như vậy, khi chuyển dời khỏi vị trí cân bằng thì dầu có áp sẽ từ cửa sổ giữa đi vào một ngăn nào đó của động cơ tiếp lực, còn dầu có áp trong ngăn khác của ĐCTL sẽ theo cửa sổ làm việc và lỗ xả trở về thùng dầu xả, hai phía của ĐCTL có độ chênh áp lực làm chuyển động bộ phận điều chỉnh turbin.
Qua trình điều chỉnh tốc độ quay của turbin theo sơ đồ này sẽ không ổn định, bởi vì pittông của ĐCTL không thể đứng im ở một vị trí cân bằng nào cả (do kim van trượt đã không kịp trở về vị trí ban đầu). Hiện tượng dao động độ mở cánh hướng, công suất, cúng bắt nguồn từ đây. Để khắc phục khuyết điểm trên ta sử dụng sơ đồ điều chỉnh khác.
2. Máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phản hồi cứng.
Trong sơ đồ này, ngoài bộ phận ĐCTL và van trượt kể trên còn có thêm bộ phận phản hồi kiểu đòn bẩy HZS, nó có tác dụng đưa kim trượt kịp thời trở về vị trí trung gian. Từ sơ đồ nguyên lí cho ở hình (8.4) ta thấy, lúc đầu tay đòn ở vị trí 1 và sua khi pittông ĐCTL chuển động về phía đóng bộ phận điều chỉnh thì hệ thống phản hồi cứng kiểu đòn sẽ đẩy điểm Z cùng điểm S (nối với kim van) lên trên (ở vị trí 2), kết quả là kim trượt sẽ trở về vị trí trung gian. Khác với sơ đồ không có phản hồi, ở đây khi quá trình điều chỉnh kết thúc, động cơ tiếp lực sẽ đứng im tại vị trí cân bằng mới và số vòng quay của turbin cũng sẽ ổn định ở vị trí mới tương ứng với vị trí mới của hộp trục H. Hình (8.4) vẽ cho trương hợp giảm phụ tải của máy phát điện. Ngược lại trường hợp phụ tải của máy phát tăng lên, hai quả lắc xếp lại, kim trượt bị đẩy lên trên và dầu có áp sẽ đi vào ngăn bên trái của ĐCTL, còn ngăn phải của nó thông với ống dầu xả làm cho pittông ĐCTL chuiyển dịch sang bên phải để mở to bộ phận điều chỉnh. Như vậy bộ phận phản hồi cứng đưa kim van trở về vị trí trung gian. Qua trình điều chỉnh
kết thúc thì số vòng quay của turbin sẽ nhỏ hơn số vòng quay ban đầu vì điểm H thấp hơn vị trí ban đầu.
Hình 8.4: Sơ đồ nguyên lí máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phản hồi cứng
Hình 8.5: Sơ đồ nguyên lí máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phản hồi mềm 3. Máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phản hồi mềm.
Trong sơ đồ máy điều tốc loại này, điểm Z của đòn HZS được nối với pittông của động cơ tiếp lực qua một bộ phận dặc biệt gọi là bộ hoãn xung, nhờ đó mà điểm H có thể trở về vị trí ban đầu và đứng im ở vị trí đó trong suốt cả thời gian làm việc ổn định của turbin.
Trong bộ phận phản hồi mềm điểm Z của đòn 2 (hình 8.5) liên hệ với lò xo 3 và điểm Z sẽ ở vị trí ban đầu nếu lò xo này ở trạng thái tự do. Bộ hoãn xung gồm một ống xilanh (có chứa đầy dấu) và pittông, trên pittông này có khoét một lỗ nhỏ để khi pittông của bộ hoãn xung trở về vị trí trung gian thì dầu có thể chảy chậm từ một ngăn này vào ngăn khác của xilanh qua lỗ nhỏ đó.
Ta nghiên cứu cách chuyển vận của bộ hoãn xung. Trong trường hợp cắt phụ tải, số vòng quay tăng và động cơ tiếp lực chuyển động về phía đóng bộ phận đièu chỉnh. Lúc đầu vì dầu chưa kịp chảy từ ngăn dưới lên ngăn trên của xilanh của bộ hoãn xung, do tác dụng tiết lưu lên cả pittông và xilanh cùng điểm Z đầu dịch lên trên để kịp thời đưa kim trượt (điểm S) trở về vị trí ban đầu, và lò xo bị nén lại. Cho đến thời điểm này thì quá trình điều chỉnh giống như sơ đồ máy điều tốc tác động gián tiếp với bộ phận phản hồi cứng.
Sau đó, do tác dụng đàn hồi của lò xo 3, lò xo dãn ra và đẩy điểm Z xuống dưới, đòn 2 quay quanh điểm H theo chiều kim đồng hồ và pittông của động cơ tiếp lực lại tiếp tục chuyển động về phía đóng. Số vòng quay liên tục giảm dần cho đến khi điểm H trở về vị trí ban đầu thì quá trình điều chỉnh kết thúc. Số vòng quay sau cùng sẽ bằng số vòng quay ban đầu. Đó là đặc điểm chính của loại máy điều tốc này. Thời gian cần để cho điểm Z chuyển động (dưới tác dụng của lực lò xo) nhanh hay chem. Phụ thuộc vào sức cản thủy lực ở lỗ tiết lưu cũng tức là phụ thuộc vào độ mở của lỗ tiết lưu trong bình hoãn xung.