Phần mở đầu

Việc sử dụng các nguồn năng l−ợng mới và tái tạo đã và đang đ−ợc nghiên cứu

và triển khai ở Việt nam. Năng l−ợng thuỷ điện có những −u điểm nổi bật nh− hiệu

suất cao, giá thành thấp và đảm bảo vệ sinh môi tr−ờng.

Tua bin thuỷ điện là bộ phận quan trọng của trạm thuỷ điện, kiểu loại tua bin

phụ thuộc vào điều kiện thuỷ năng nh− cột n−ớc, l−u l−ợng. Các vị trí có điều kiện

thuỷ năng thuận lợi với cột n−ớc địa hình cao cho các trạm thuỷ điện nhỏ đã đ−ợc

khai thác nhiều. Còn lại phổ biến là các điểm có cột n−ớc thấp, l−u l−ợng lớn. Mặt

khác xây dựng các trạm thuỷ điện cực nhỏ cột n−ớc thấp là rất cần thiết phục vụ cho

nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của đồng bào vùng núi cao, xa l−ới điện quốc gia.

Từ những năm 1980 trở lại đây đã có nhiều cơ sở sản xuất và nghiên cứu tham

gia vào việc thiết kế chế tạo thiết bị thuỷ điện nhỏ. Song kết cấu và các mẫu cánh

tua bin cột n−ớc thấp mới chỉ đ−ợc nghiên cứu rất sơ bộ, chủ yếu là việc sao chép từ

các bản vẽ n−ớc ngoài, nên việc ứng dụng tua bin cột n−ớc thấp còn rất hạn chế.

Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó phần đề tài nhánh của đề tài KC07 - 04 đề cập

đến các nội dung sau:

- Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng tua bin cột n−ớc thấp. Phần này đề cập

một cách khái quát đến nhu cầu khai thác năng l−ợng cột n−ớc thấp ở n−ớc ta,

tóm tắt quá trình nghiên cứu và ứng dụng các tổ máy cột n−ớc thấp của các

n−ớc trên thế giới và ở Việt Nam.

- Tính toán thiết kế tua bin h−ớng trục. Trong phần này chúng tôi trình bày cơ

sở lý thuyết của ph−ơng pháp thiết kế tua bin h−ớng trục, đánh giá tổn thất và

hiệu suất của tua bin. Cũng nh− tổng kết việc áp dụng công cụ máy tính và

khai thác các ch−ơng trình tính toán đã đ−ợc thiết lập.

- Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm tổ máy thuỷ điện nhỏ cột n−ớc thấp. Với

mục đích thiết lập một qui trình thiết kế chế tạo tổ máy thuỷ điện cột n−ớc thấp

và đáp ứng nhu cầu cụ thể về tổ máy thuỷ điện cực nhỏ, sau khi phân tích và

lựa chọn kết cấu chúng tôi thiết kế cánh bánh xe công tác có ứng dụng ph−ơng

pháp tính toán với trợ giúp của máy tính. Các kết quả của việc chế tạo và thử

nghiệm tổ máy cho phép kiểm tra đánh giá quá trình tính toán thiết kế tổ máy

và kiểm tra khả năng ứng dụng thực tế của tổ máy thuỷ điện nhỏ.

Mục lục

Trang

Mở đầu 1

Chương I. Tổng quan về thuỷ điện nhỏ cột n−ớc thấp. 2

1.1 Phạm vi làm việc của tuabin h−ớng trục: 2

1.2. Nghiên cứu và sản xuất tua bin h−ớng trục thủy điện nhỏ của các

n−ớc.

3

1.2.1. Tuabin h−ớng trục thủy điện nhỏ của Trung Quốc: 3

1.2.2. Tuabin h−ớng trục thủy điện nhỏ của Tiệp khắc (cũ). 3

1.2.3. Tuabin h−ớng trục của Liên Xô (cũ). 4

1.2.4. TBHT của hãng Kushiro (Nhật) . 5

1.2.5. TBHT của hãng Toshiba (Nhật) . 6

1.2.6. Gam TBHT của hãng Turboatom (Nga). 8

1.2.7. Gam tuabin h−ớng trục của hãng Sulzer (Thụy Sĩ ) 9

1.2.8. Một số loại kết cấu đặc biệt khác: 11

1.3. Nghiên cứu và sản suất tuabin h−ớng trục ở Việt Nam: 14

1.4 Tổng kết về các nghiên cứu TBHT. 16

1.5 Ưu điểm của tổ máy tua bin h−ớng trục kiểu dòng chảy thẳng trục

ngang.

17

1.6 Nhiệm vụ nghiên cứu khoa học của đề tài nhánh. 17

Chương II. NC lý thuyết thiết kế tbht cột n−ớc thấp. 19

2.1. Chọn ph−ơng pháp thiết kế tua bin mô hình. 19

2.1.1. Tổng quan về ph−ơng pháp thiết kế tua bin h−ớng trục. 19

2.1.2. Thiết kế tua bin h−ớng trục theo ph−ơng pháp phân bố xoáy. 23

2.2. Cơ sở lý thuyết của ph−ơng pháp phân bố xoáy. 25

2.3. Xác định tọa độ đ−ờng nhân profile và xây dựng profile có độ

dày:

31

2.4. Xác định phân bố vận tốc và áp suất trên profile cánh: 32

2.5. Đánh giá tổn thất và hiệu suất của tua bin: 37

2.6. Tính toán bánh công tác trên máy vi tính: 42

2.6.1 Ch−ơng trình tính toán thiết kế profile cánh: 42

2.6.2. Tính toán profile cánh theo ph−ơng pháp phân bố xoáy. 43

2.6.3. Xâu cánh (xếp các profile) theo ph−ơng chiếu đứng và ph−ơng

chiếu bằng.

46

2.6.4. Ch−ơng trình tính toán phân bố vận tốc và áp suất trên profile

cánh.

46

2.6.5 Ch−ơng trình tính toán tổn thất và hiệu suất của bánh công tác: 49

2.7. Kết luận 49

Chương III. Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm tua bin mô hình.

52

3.1.Chọn kết cấu tổ máy. 52

3.1.1. Tua bin dạng capxun: 52

3.1.2 Tua bin dòng nửa thẳng: 52

3.1.3. Phần dẫn dòng của tua bin thí nghiệm: 53

3.2. Thiết kế BXCT tuabin mô hình. 53

3.2.1. Xác định các thông số của l−ới cánh và các thành phần vận tốc

của dòng chảy qua BCT tua bin (cho mẫu cánh 4K84)

53

3.2.2. Xác định các thông số của l−ới cánh và các thành phần vận tốc

của dòng chảy qua BCT(cho mẫu cánh ΠΛΓ9a1).

57

3.2.3. Tính toán, thiết kế profile cánh: 58

3.2.4.Tính toán hiệu suất các mẫu cánh. 60

3.3. Thử nghiệm tua bin mô hình. 62

3.3.1. Đ−ờng đặc tính tổng hợp chính của tua bin và các thông số cần

phải đo đạc.

62

3.3.2.Giá thử nghiệm tua bin. 63

3.3.2.1 Mô tả chung hệ thống. 63

3.3.2.2. Các thông số chính của các bộ phận trong hệ thống. 65

3.3.3. Xác định các thông số của tua bin mô hình cột n−ớc thấp và hệ

thống thí nghiệm.

68

3.3.3.1 Chọn đ−ờng kính bánh công tác tua bin mẫu. 68

3.3.3.2 Chọn các thông số chính của hệ thống thí nghiệm. 68

3.3.4. Ph−ơng pháp thực nghiệm Tua bin. 69

3.3.4.1. Các số liệu thực nghiệm. 69

3.3.4.2. Quá trình đo. 70

3.3.4.3. Xử lý dữ liệu thí nghiệm. 70

3.3.4.4 Xử lý bộ dữ liệu. 7