Lời nói đầu

Mặc dù nguồn và l−ới điện quốc gia phát triển mạnh, nh−ng theo đánh giá

của ngành năng l−ợng, tới năm 2010 vẫn còn khỏang 400 xã ch−a đ−ợc sử dụng điện

từ l−ới quốc gia vì chi phí quá cao cho phát triển l−ới điện. Hơn nữa, với điều kiện tự

nhiên có nhiều thuận lợi cho phát triển thủy điện vừa và nhỏ thì việc phát triển thủy

điện nhỏ và các nguồn năng l−ợng tái tạo khác để cấp điện là một giải pháp kinh tế

bền vững, góp phần bảo vệ môi tr−ờng.

Trên thế giới, thủy điện vừa và nhỏ ngày càng đ−ợc quan tâm sử dụng không

chỉ ở các n−ớc đang phát triển mà còn ở ngay các n−ớc phát triển nh− Anh, Pháp,

Đức

Nghiên cứu, chế tạo tua bin thủy điện vừa đòi hỏi có đội nũ cán bộ có năng

lực nghiên cứu triển khai của nhiều nghành khoa học khác nhau (Cơ khí, Thủy lực,

Điện, Điều khiển tự động ) vừa mang tính đơn chiếc, tốn nhiều nhân công. Do

vậy, khả năng cạnh tranh của Việt Nam là rất cao trong lĩnh vực này. Do vậy, đẩy

mạnh nghiên cứu phát triển thủy điện vừa và nhỏ vừa cung cấp cho thị tr−ờng trong

n−ớc lại vừa có khả năng xuất khẩu.

Tua bin tia nghiêng là loại tua bin có đặc tính năng l−ợng tốt: hiệu suất khá

cao và đ−ờng hiệu suất phẳng, vùng làm việc t−ơng đối rộng. Tuy nhiên công nghệ

chế tạo chúng còn khá phức tạp (nhất là bánh công tác). Hiện nay, có rất ít tài liệu

nói về loại tua bin này. Để nghiên cứu và phát triển loại tua bin này ở Việt Nam,

chúng tôi lựa chọn nghiên cứu một tua bin tia nghiêng mô hình dựa trên cơ sở một

số lý thuyết tính toán của tua bin xung kích, các tua bin thực và dựa trên thực

nghiệm để hoàn thiện. Từ mô hình đã đ−ợc nghiên cứu, dựa trên nguyên tắc về các

tiêu chuẩn t−ơng tự, chúng ta sẽ có đ−ợc gam tua bin này.

Chương I. Mở đầu

1.1. Đặt vấn đề.

Tua bin tia nghiêng (TBTN) thuộc nhóm tua bin có tỷ tốc thấp, nằm giữa tua

bin gáo và tua bin XK2L. Trong thực tế chế tạo tua bin, nhiều tr−ờng hợp phảI lựa

chọn TBTN hoặc tua bin gáo nhiều vòi phun, vì nếu sử dụng các lọai tua bin khác là

không kinh tế hoặc hiệu suất thấp. ở Việt Nam, một số trạm thủy điện đã nhập thiết

bị TBTN của n−ớc ngoài nh− Trạm thuỷ điện Kỳ Sơn - Hà Tĩnh với hai tổ máy

250kW, Trạm thuỷ điện Nà Chá - Mộc Châu - Sơn La một tổ máy 130kW của hãng

GILKES (Anh) và đã nhập hàng ngàn tổ máy thủy điện siêu nhỏ (TĐSN) có công

suất 200 ữ 300W của Trung Quốc. Thực tế cho thấy rằng các tổ máy này có kết cấu

đơn giản, độ bền cao và hiệu quả năng l−ợng tốt. Do vậy đề tài đã đặt vấn đề nghiên

cứu TBTN cho thủy điện nhỏ trong giới hạn b−ớc đầu là các tua bin có công suất

d−ới 200kW với các nội dung:

- Nghiên cứu lý thuyết và mô hình để xây dựng biên dạng cánh, phần dẫn

dòng.

- Xây dựng gam tua bin

- ứng dụng để thiết kế một số tổ máy: 200W, 500W, 1000W, 5kW và 10kW.

- Làm cơ sở cho thiết kế các tổ máy có công suất tới 200kW.

1.2. Phương pháp nghiên cứu.

Khi bắt đầu b−ớc vào nghiên cứu TBTN, đề tài gặp phải các khó khăn lớn là:

- Cơ sở lý thuyết về TBTNT là không hòan chỉnh, dựa trên lý thuyết đơn giản

với rất nhiều giả thiết làm đơn giản hóa bài tóan.

- Tài liệu n−ớc ngòai cũng rất thiếu.

Do vậy đề tài sử dụng các ph−ơng pháp nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu lý thuyết: Dựa vào lý thuyết đơn giản của TBTN, các nghiên cứu

về tua bin gáo có thể ứng dụng cho TBTN.

- Nghiên cứu theo mẫu: Lựa chọn các mẫu có chất l−ợng tốt, đo đạc và phân

tích các số liệu mẫu.

- Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm trên mô hình, xử lý số liệu.

- Thử nghiệm hiện tr−ờng.

- Xây dựng các chỉ tiêu thiết kế chung để nhân rộng từ mô hình ra tua bin thực.

Lời nói đầu

Chương I. Mở đầu 2

1.1. Đặt vấn đề. 2

1.2. Ph−ơng pháp nghiên cứu.

2

Chương II. Tổng quan về tua bin tia nghiêng 3

2.1. TBTN của hãng GILKES. 4

2.2. TBTN do Trung Quốc sản xuất. 6

2.3. Một số thông tin khác. 8

2.4. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng TBTN ở Việt Nam. 8

Chương III. Cơ sở lý thuyết và các kết quả nghiên cứu tBTN 9

3.1. Cơ sở lý thuyết TBTN. 9

3.1.1. Tác động t−ơng hỗ giữa dòng tia và tấm bản. 9

3.1.2. Lý thuyết đơn giản của TBTN. 14

3.2. Thiết kế TBTN. 17

3.2.1. Biên dạng phần dẫn dòng của TBTN. 18

3.2.2. Thiết kế bộ phận h−ớng dòng (vòi phun). 22

3.2.3. Bộ phận lái, cắt dòng. 27

3.2.4. Dòng tia tự do trong không khí. 28

3.2.5. Nghiên cứu, thiết kế bánh xe công tác. 29

3.2.6. Vỏ tua bin. 33

3.2.7. Bố trí các bộ phận cơ bản của TBTN. 33

3.3. Chọn kết cấu tổ máy, số vòi phun. 34

3.4. Ph−ơng pháp thiết kế TBTN. 36

3.4.1. Chọn các kích th−ớc cơ bản. 36

3.4.2. Xây dựng ch−ơng trình tính các thông số chính của TBTN. 38

Chương IV. Nghiên cứu thực nghiệm tBTN 43

4.1. H−ớng nghiên cứu TBTN. 43

4.1.1. Vòi phun. 43

4.1.2. Bánh xe công tác. 43

4.1.3. T−ơng quan giữa vòi phun và bánh công tác. 43

4.2. Thiết kế TBTN mô hình. 44

4.2.1. Lựa chọn kết cấu. 44

4.2.2. Lựa chọn kích th−ớc, thông số cơ sở TBTN mô hình. 44

4.2.3. Tính toán các thông số cơ bản của TBTN mô hình. 44

4.2.4. Thiết kế bánh xe công tác. 45

4.2.5. Lựa chọn vòi phun. 46

4.3. Mô hình hoá tua bin. 47

4.4. Thực nghiệm tua bin mô hình. 49

4.4.1. Hệ thống thí nghiệm. 49

4.4.2. Thí nghiệm tua bin mô hình 53

4.5. Xây dựng đặc tính tổng hợp chính của tua bin mô hình. 60

4.6. Các kết luận rút ra từ thực nghiệm. 63

Kết luận 65

Tài liệu tham khảo 67

Phụ lục 68