Bài giảng - Thủy điện 2- chương 5

Chương V. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VÀ ĐẶC TÍNH TURBINEV. 1. MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM Hiện nay những phương pháp tính toán lý thuyết vẫn chưa đủ để xác định hình dáng tốt nhất của các bộ phận qua nước của turbine (BXCT, CCHD, vòng bệ, buồng turbine, ống xả ....) ở phần lớn các chế độ làm việc. Đặc biệt khó, hoặc không thể, xác định được các tính chất năng lượng và khí thực cuả turbine ở chế độ làm việc khác với chế độ thiết kế nếu chỉ dựa vào lý thuyết....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng - Thủy điện 2- chương 5 Chương V. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VÀ ĐẶC TÍNH TURBINEV. 1. MÔ HÌNH VẬT LÝ VÀ HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM Hiện nay những phương pháp tính toán lý thuyết vẫn chưa đủ để xác định hìnhdáng tốt nhất của các bộ phận qua nước của turbine (BXCT, CCHD, vòng bệ, buồngturbine, ống xả ....) ở phần lớn các chế độ làm việc. Đặc biệt khó, hoặc không thể, xácđịnh được các tính chất năng lượng và khí thực cuả turbine ở chế độ làm việc khác vớichế độ thiết kế nếu chỉ dựa vào lý thuyết. Vì vậy, để thiết kế các turbine hiện đại thườngngười ta đưa ra một số phương án phần qua nước và tính toán chúng theo các công thứclý thuyết. Theo kết quả tính toán, chế tạo ra các mô hình của phần qua nước của turbinerồi đem thí nghiệm ở phòng thí nghiệm, từ kết quả thí nghiệm và thông qua luật tươngtự tính toán chỉnh lý thành các đường đặc tính mô hình, từ đó xây dựng thành các đườngđặc tính khác của turbine thực tế. Việc thí nghiệm cũng có thể tiến hành trực tiếp quanhững turbine đang hoạt động ở các TTĐ nhưng tốn kém và không đủ điều kiện bằngtrong phòng thí nghiệm. Việc thí nghiệm tiến hành trong môi trường nước do vậy chủ yếu cần đảm bảoba điều kiện tương tự và chuẩn số Raynon. Để xác định các đặc tính năng lượng và khíthực của turbine, cần xây dựng những hệ thống thí nghiệm.Hệ thống thí nghiệm bao gồm những bộ phận chính sau: - Hai bể chứa nước có dung tích đủ lớn để đóng vai trò bể nước thượng và hạ lưu; - Turbine mô hình, thường có đường kính BXCT D1M thường 250 và 460 mm; - Máy bơm để bơm nước từ bể hạ lưu lên bể thượng lưu để lưu thông nước giữa cácbể và tạo cột nước cho turbine mô hình; - Thay thế máy phát điện là một thiết bị đo công suất trên trục turbine mô hình; - Các thiết bị đo các thông số cần thiết như Q, H, n, ... Thường có hai loại hệ thống thí nghiệm: hệ thống hở và hệ thống kín.V. 1. 1. Hệ thống thí nghiệm hở Hình (5-1,a) trình bày sơ đồ hệ thống thí nghiệm hở. Đặc điểm của nó là có mặtthoáng ở hai bể nước thượng và hạ lưu, mặt thoáng chịu áp suất khí trời. Cột nước củamô hình là hiệu chênh lệch mực nước của hai bể, vì vậy cột nước tạo được là nhỏ. Môhình hở chỉ có thể thí nghiệm năng lượng mà không thể thí nghiệm khí thực. Theo sơ đồ thí nghiệm này, khi làm việc nước từ bể thượng lưu 2 chảy qua ốngáp lực vào turbine 4 tháo qua ống xả xuống bể hạ lưu 7, ở đây lưu lượng Q được đobằng đập tràn thành mỏng tam giác vuông 8. Nước qua đập tràn xuống bể dưới và đượcbơm lên bể 2 nhờ máy bơm 1 và quá trình lại tuần hoàn. Khi làm thí nghiệm, để tiến hành đo các đại lượng chính như: lưu lượng Q, cộtnước H, số vòng quay n, mômen xoắn M, cần dùng những thiết bị và cơ cấu sau: Lưu lượng Q chảy qua turbine được xác định theo chiều cao lớp nước trên đỉnhđập tràn h (m), biết h có thể xác định lưu lượng theo công thức kinh nghiệm sau: Q = 1,343 ⋅ h 2,47 (l/s)Để chính xác hơn có thể đo Q bằng phương pháp thể tích, tức là dùng thùng đong. 50 Đo cột nước H bằng ống đo áp nối riêng ở bể thượng lưu và bể hạ lưu khi mựcnước ở hai bể ổn định, hoặc đo theo hiệu số vị trí phao của mực nước ở hai bể. Đo số vòng quay n (v/ph) trục turbine bằng vòng quay kế kiểu ly tâm hoặc dùngmáy đếm vòng quay bằng điện. Đo mômen xoắn trên trục turbine bằng bộ hãm kiểu ma sát (hình 5-1,b). Mômenxoắn được tính theo công thức: M = P.l, từ M có thể tính ra công suất hữu ích Nh = Mω. Hình 5-1. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm hở. Nội dung thí nghiệm để xác định đặc tính năng lượng của turbine trên các băngthử gồm: Thí nghiệm với một số độ mở cánh hướng dòng a0 và góc đặt cánh ϕ. - Với mỗi độ mở cánh hướng dòng không đổi a0 = const, và góc đặt cánh không đổi(đối với turbine cánh quay) ϕ = const, ta điều chỉnh van khoá trên đường ống áp lực củaturbine. Ứng với mỗi độ mở van khoá ta đo được thông số: cột nước H, số vòng quayn,lưu lượng Q, công suất hữu ích Nh của turbine. Tiến hành thay đổi độ mở van khoá theo thứ tự từ lớn đến nhỏ (khoảng chừng 6 - 8độ mở) và đo các đại lượng H, n, Q, Nh tương ứng với từng độ mở khoá. - Sau khi có các giá trị H, n, Q, Nh của các điểm ứng với mỗi độ mở khoá, tính hiệusuất và xây dựng các đường cong quan hệ giữa từng cặp thông số với nhau. Từ cácđường đặc tính quan hệ xây dựng đặc tính tổng hợp của mô hình.V. 1. 2. Hệ thống thí nghiệm kín Đặc điểm của hệ thống thí nghiệm kín là bể thượng và hạ lưu đóng kín khôngthông với khí trời và cột nước thí nghiệm do máy bơm tạo ra. Hình (5-2) là một sơ đồ của hệ thống thí nghiệm kín. Hệ thống gồm nguồn tạoáp bơm 1, van khoá 12, nước vào bình cao áp 13, trên ống áp lực đặt thiết bị đo lưulượng 11, nước vào bình ổn định vận tốc 8, 9 trước khi vào turbine 4, rồi theo ống xảxuống bể kín hạ lưu 2, trở về máy bơm 1, và quá trình lặp lại. Thiết bị để đo các thôngsố gồm có: đo vòng quay 5, đo cô ...