CHƯƠNG 6: THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VÀ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TUABIN
6.3. Đường đặc tính tuabin
Các thông số làm việc của tuabin có thể biểu thị bởi một tương quan hàm số nhất định. Chẳng hạn. đối với tuabin tâm trục và cánh quạt, quan hệ đó có thể biểu thị với dạng tổng quát như sau:
⎪⎪
⎩
⎪⎪
⎨
⎧
=
=
=
=
) n , H , a , D ( f H
) n , H , a , D ( f
) n , H , a , D ( f Q
) n , H , a , D ( f N
o s
o o o
1 4
1 3
1 2
1 1
η
Đối với tuabin cánh quay và chéo trục, quan hệ đó có dạng sau đây:
⎪⎪
⎩
⎪⎪
⎨
⎧
=
=
=
=
) n , H , , a , D ( f H
) n , H , , a , D ( f
) n , H , , a , D ( f Q
) n , H , , a , D ( f N
o s
o o o
ϕ ϕ η
ϕ ϕ
1 4
1 3
1 2
1 1
Như vậy hệ tuabin trên có 4 biến số độc lập, còn hệ tuabin sau có 5 biến số độc lập(thêm ϕ-góc đặt của cánh BXCT).Góc ϕ=0 ứng với chế độ tính toán của tuabin, từ đó nếu cánh quay theo chiều kim đồng hồ thì ϕ>0, còn nếu theo chiều ngược kim đồng hồ thì ϕ<0(hình6.4).
Các quan hệ cụ thể nói trên gọi là đặc tính tuabin và nó thường được biểu thị dưới dạng đồ thị đường cong gọi là đường đặc tínhtuabin.
Tuỳ theo số biến số độc lập có trong mỗi quan hệ hàm số người ta chia ra hai loại đường đặc tính: đường đặc tính tuyến tính và đường đặc tính tổng hợp.
6.3.1. Đường đặc tính tuyến tính
Đường cong chỉ sự liên hệ giữa hai thông số của tuabin, còn có các thông số khác coi như không đổi, gọi là đường đặc tính tuyến tính của tuabin. Đối với tuabin điều chỉnh đơn(tâm trục, cánh quạt) thì các thông soó khác không đổi gồm có 3 biến số, còn đối với tuabin điều chỉnh kép(cánh quay,chéo trục) thì gồm 4 biến số.Các dạng cơ bản của đường đặc tính tuyến tính của tuabin cho ở hình(6.5). Trong đó, hình(6.5a) là đường đặc tính tuyến tính cột nước η, N = f(H) chỉ sự liên hệ giữa hiệu suất(hoặc công suất) với cột nước làm việc của tuabin khi đường kính nước làm việc của tuabin khi đường kính D1; độ mở a0 và số vòng quay n không đổi; hình(6.5b) là đường đặc tính tuyến tính số vòng quay chỉ sự liên hệ giữa công suất(hiệu suất v.v....) với số vòng quay khi D1, a0, H không đổi; hình(6.5c) là đường đặc tính tuyến tính lưu lượng η, N, a0=f(Q) chịư liên hệ giữa hiệu suất (hoặcN, a0) với lưu lượng tuabin khi D1,n,H=const;
còn hình (6.5d) là đường đặc tính tuyến tính công suất(còn gọi là đường đặc tính công tác ) chỉ sự liên hệ giữa hiệu suất, độ mở a0 và các thông số khác với công suất tuabin khi D1, n, H=const.
Như vậy, tên của đường đặc tính tuyến tính được gọi theo tên của biến số độc lập, chẳng hạn để dơn giản gọi đường η=f(H) là đường đặc tính cột nước(H là biến số độc lập).
Các đường đặc tính tuyến tính có cấu tạo đơn giản và dễ thấy, nhưng chúng không thể phản ánh đầy đủ tính chất của tuabin. Chẳng hạn dùng đường đặc tính η=f(N) ta chỉ thấy được quan hệ giữa hiệu suất với công suất tuabin. Nếu muốn biết hiệu suất thayđổi ra sao khi tuabin làm việc với các trị số cột nước H khác nhau thì ta phải có một loại đường đặc tính tuyến tính nói trên được xây dựng với nhiều trị số cột nước H khác nhau.
Muốn biểu thị đầy đủ tính chất của tuabin phải sử dụng đường đặc tính tổng hợp.
6.3.2. Đường đặc tính tổng hợp
Đường cong chỉ sự liên hệ giữa các thông số riêng biệt của tuabin với hai biến số độc lập gọi là đường đặc tính tổng hợp. Như vậy, muốn vẽ đường này cần cho trước hai biến số độc lập (đối với tuabin điều chỉnh đơn). Trong thực tế tồn tại một số dạng đường đặc tính tổng hợp sau đây: đường đặc tính tổng hợp chính và đường dặc tính tổng hợp vận hành.
Phần 1 ta đã xét các đường đặc tính đơn, biểu thị quan hệ giữa từng cặp thông số với nhau khi các thông số khác là hằng số. Trong thực tế sử dụng tuabin nước ở một chế độ có rất nhiều thông số a, ϕ, H, Q, N, n, σ ... Vì vậy đường dặc tính đơn không thể biểu thị quan hệ cùng một lúc của nhiều thông số nên trong tuabin nước thường sử dụng rộng rãi đường đặc tính tổng hợp. Do là đường đặc tính cùng một lúc có hai loại đường đặc tính tổng hợp
- Đường đặc tính tổng hợp chính.
- Đường đặc tính tổng hợp vận hành.
a. Đường đặc tính tổng hợp chính.
Đường đặc tính này biểu thị các quan hệ của hiệu suất, độ mở cánh hướng, hệ số xâm thực, góc đặt cánh, đường giới hạn công suất trong đồ thị có trục toạ độ là các đại lượng qui dẫn n1’, Q1’ khi D1=1m và h=1m. Hay nói cách khác đường đặc tính tổng hợp chính (hoặc đường đặc tính mô hình) hiển thị quan hệ của các thông số:
- Đường đồng hiệu suất: η=f(n1' ,Q'1) - Đường đồng độ mở rộng: a0 =f(n1' ,Q'1) - Đường đồnghệ số xâm thực σ =f(n1' ,Q'1) - Đường giới hạn công suất 5% tuabin tâm trục.
- Đường đồng góc đặt cánh đối với tuabin cánh quay.
H-6.6 - đường đặc tính tổng hợp chính của tuabin tâm trục D1M = 460mm H-6.7 - đường đặc tính tổng hợp chính của tuabin cánh quay D1M = 460mm H -6.7 - đường đặc tính tổng hợp chính của tuabin gáo.
Đường đặc tính này được xây dựng từ kết quả thực nghiệm tuabin mô hình trong phòng thí nghiệm. Đặc tính này là lý lịch của tuabin mô hình và qua nó đánh giá khả năng làm việc và chất lượng của tuabin mô hình. Nó là tài liệu gốc để chọn tuabin, chọn chế độ làm việc cho tuabin thực trên trạm.
So sánh đặc tính tổng hợp chủ yếu của ba loại tuabin chúng ta thấy:Hình dáng của chúng đại thể giống nhau nhưng phạm vi trên giấy toạ độ thì khác nhau, trị số toạ độ của điểm hiệu suất cao nhất cũng khác nhau.
1 1 ' '
Q , n
1' '1
Q , n
- Đường đặc tính của tuabin gáo bao gồm đường ηvà đường a0 (d0) không có đường σ , đường đặc tính của tuabin xuyên tâm hướng trục bao gồm đường η, đường a0, đườngσ và đường ϕ không có đường hạn chế 5%N.
- Tuabin gáo có cột nước cao, lưu lượng nhỏ trị số toạ độ của điểm hiệu suất cao nhất là nhỏ nhất vị trí toàn bộ đường đặc tính chiếm cũng rất nhỏ hình hẹp và dài.
Tuabin cánh quay có cột nước thấp, lưu lượng lớn nên trị số của điểm hiệu suất cao nhất là lớn nhất. Vị trí toàn bộ đường đặc tính chiếm cũng lớn nhất, hình rổng và dẹt còn của tuabin tâm trục ở giữa hai trường hợp đó (H-6-9).
b. Đường đặc tính tổng hợp vận hành.
Đường đặc tính tổng hợp vận hành là dường đặc tính tổng hợp của tabin thực làm việc ở nhà máy thuỷ điện. Nó là đường biểu diễn các đường cong:
- Đường đồng hiệu suất η=f(N<H) - Đường đồng chiều cao hút Hs=f(N, H)
- Đường giới hạn công suất theo máy phát và tuabin khi đường kính bánh xe công tác D1 và tốc độ quay n của tuabin là hằng số. Trong hệ toạ độ N,H. Đường đặc
tính này giúp cho người vận hành xác định các chế đọ làm việc của tuabin, xác định các thông số tại cac chế độ đang làm việc. Đường đặc tính này cho phép xác định khả năng phát ra công suất của tuabin, giúp cho người làm việc ở bộ phận điều độ của lưới điện phân phối phụ tải cho các tổ máy. Ngoài ra đường đặc tính vận hành còn là số liệu quan trọng so sánh về năng lượng và khả năng chống xâm thực tuabin khi chọn loại tuabin, đường kính và số vòng quay của tuabin.
Về hình dạng bề ngoài thì đường đặc tính tổng hợp vận hành của tuabin tâm trục và hướng trục là giống nhau nhưng phạm vi của H và N là khác nhau. H của tuabin tâm trục tương đối lớn còn H của tuabin cánh quay tương đối nhỏ thêm nữa đường hạn chế công suất của hai loại tuabin về tính chất cũng có khác nhau. Đường hạn chế N của tuabin tâm trục chỉ đường hạn chế công suất 5%N, còn đường hạn chế công suất của tuabin cánh quay là chỉ đường hạn chế công suất của độ mở lớn nhất cánh hướng nước khi cột nướclà Htt.