Giáo trình Thủy điện 2

1 0A B( , ) ( , )≡ ≡ tB ( , )1 0 . Vậy ta xác định được ba điểm trên hệ trục ξ ~ v. Áp dụng các phương trình truyền sóng mắc xích (14-13) và (14-14) cùng với các điều kiện biên cụ thể để giải như sau: + Để xác định áp lực nước va cuối pha thứ nhất tại A ( 2t Aξ ) tức là tìm điểm 2t 2t 2tA vA A( ,ξ ) ta viết phương trình truyền sóng thuận từ A đến B sau: t B A tB Av vξ ξ µ− = − −2t 2t2 ( ) . Phương trình này là đường thẳng đi qua điểm ) ã biết và làm với trục hoành ột gó t tB t BB v( ,ξ đ m c −α và điểm 2t 2t 2tA vA A( , )ξ cần tìm 2tA l. Điểm ại thuộc điều kiện biên tại A là . Vậy điểm 2tτ 2tA là giao diểm của đường thẳng đi qua ) và đường . + Xác định điểm ) , viết phương trình sóng nghịch từ B đến A: t tB t BB v( ,ξ 2tτ 3t 3t 3tB vB B( ,ξ 2t 3t 2t 3t2 A B A Bv vξ ξ µ− = −( ) Điểm nằm trên đường thẳng đi qua điểm 3tB 2tA và làm với trục hoành một góc α và nằm trên trục hoành (vì ). Vậy từBξ = 0 2tA kẻ đường thẳng trên và cắt trục hoành ta được điểm ần xác định. + Cũng bằng cách này ta tiếp tục xác định được các điểm 3tB c 4 5t 6 7t t tA B A B, , , , ... Nếu không kể tổn thất thì các điểm cứ giao động , tuy nhiên do có tổn thất nên chúng sẽ tắt dần quanh gốc toạ độ. Nối các điểm A tại ta được đường biểu diễn áp lực nước va dương tại mặt cắt A-A. Nhận xét chung: * Từ biểu đồ ta thấy Sau khi đóng kín turbine trong ống có phát sinh nước va âm, có khả năng sinh chân không làm bẹp đường ống. * Phương pháp đồ giải còn có khả năng xác định áp lực nước va tại một mặt cắt bất kỳ của đường ống. Ta hãy lấy ví dụ xác định áp lực nước va ở mặt cắt D-D nằm ở giữa đường ống. Vì D-D ở giữa ống nên thời gian truyền sóng từ A đến D và từ D đến B đều là 0,5t. Ta tiến hành đồ giải đê xác định áp lực nước va tại D như sau: Đầu thời đoạn ta cũng có điểm ; thời điểm 0,5t cũng có Vậy các điểm 0 1 0D ( , ) 0 5t 1 0, ( , )D . 0 5t0 0 0,D D B A Bt≡ ≡ ≡ ≡ ta đặt chúng lên hệ trục (hình 14-11). Tiến hành đồ giải như sau: nhieu.dcct@gmail.com 213 + Tìm điểm tA , nó là giao điểm của của phương trình sau: 0 5t 0 5t2, ,( ) D t A D tAv vξ ξ µ− = − − và điều kiện biên . Từ ẻ đường thằng này (nét đứt) gặp được tτ 0 5t,D k tτ tA . + Tìm điểm , nó là giao điểm của hai đường : 1 5t,D t A D tA Dv vξ ξ µ− = −1 5t 1 5t2, ,( ) được điểm t B D tB Dv vξ ξ µ− = − −1,5t 1,5t2 ( ) , 1 5t,D ≡ tA + Tìm điểm , nó là giao điểm của dường: và trục hoành. + Tìm điểm , nó là giao điểm của hai đường sau: 2tB 1,5t 2t 1,5t 2t2 D B D Bv vξ ξ µ− = −( ) 2,5tD 2t 2,5t 2t 2,5t2 A D A Dv vξ ξ µ− = −( ) + Tìm điểm 2t 2,5t 2t 2,5t2 B D B Dv vξ ξ µ− = − −( ) 3tA , nó là giao điểm của đường: 2,5t 3t 2,5t 3t2 D A D Av vξ ξ µ− = − −( ) và điều kiện biên 3tτ . + Tiếp tục như trên ta tìm được các điểm 3,5t 4 4 5t 5tD B D At, , ,, ng biểu diễn áp lực nướ ự truyền sóng nướ , ... Nối các điểm D lại với nhau (đường nét đứt) ta được đườ c va dương tại mặt cắt D-D. Tìm các điểm ở trên theo trình t c va sau: 0 0 5t 1,5t 2t 2,5t 3t 3,5tD D A D B D A Dt→ → → → → → →, ... * Chú ý ở trên ta vừa xét cách đồ giải cho trường hợp đóng từ đầy tải đến đóng toàn bộ, từ đó suy ra các trường hợp đóng sua đây: - Đóng từ đầy tải ( ) đến độ mở cuối nào đó (0 1τ = cτ > 0 ) (hình 14-12,a) ; - Đóng từ chưa đầy tải ( 0 1τ < ) đến đóng hoàn toàn ( cτ = 0 ) (hình 14-12,b); - Đóng từ chưa đầy tải ( 0 1τ 0 ) (hình 14-12,c) . Hình 14-12. Một số trường hợp đồ giải và cách đồ giải. nhieu.dcct@gmail.com 214 iệc tiến ành giả đối vớ ặt c ương tự chỉ có khác là chọn điều ki b. Đồ giải trường hợp tăng tải Tiến hành đồ giải trường hợp tăng tải cũng tién hành tương tự, chỉ khác là thao tác từ trái sang phải và bên dưới trục hoành. Sau đây trình bày cách đồ giải cho trường hợp tăng tải từ độ mở ban đầu ( ) đến độ mở cuối ( V h đồ i i m ắt A-A cũng t ện ban đầu từ và điều kiện biên thích hợp với từng trường hợp. 0 0τ > cτ < 1 ) , quy luật mở tương đối như hình vẽ (14-13). Dựa vào quy luật mở τ = f t( ) ta vẽ các diều kiện biên tại A-A như hình vẽ. Vẽ tam giác cân có góc ±α . Xác định các điểm theo điều kiện ban đầu tại A và B ta có 0 0 0 00 0A v B vA B( , ) ( , ) ≡ ≡ t tBB v( ,0 ) vì 0 0A B tBv v v= = . Hình 14-13. Đồ giải trường hợp tăng tải. + Tìm áp lực nước va cuối pha thứ nhất, điểm 2t 2t 2tA vA A( , )ξ là giao điểm của: phương trình : t B A tB Av vξ ξ µ− = − −2t 2t2 ( ) và 2tτ . Ta xác định được 2tA . + Tìm điểm , nó là giao điểm của phương trình đường: 3t 3t 3tB vB B( , )ξ 2t 3t 2t 3t2 A B A Bv vξ ξ µ− = −( ) và trục hoành (vì + Và cứ tiếp tục cách như vậy ta sẽ lần lượt xác định các điểm Bξ = 0) . 4 5t 6t tA B A, , ... giao động xung quanh có toạ độ ( . Nối các điểm A lại ta có đường biểu diễn trị số áp lực nước va âm tương đối tại điểm mặt cắt A-A. Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy trường hợp tăng tải sóng nước va yếu dần. Hình thức yếu dần này theo hai khả năng: + Mang tính chu kỳ lúc (-) lúc (+) (xem hình vẽ); + Tắt dần không chu kỳ (không sinh nước va (+) 4. Đồ giải đối với ống có đặc tính thay đổi dọc ống Lấy ví dụ dồ giải cho đường ống (hình 14-14,a) có hai đoạn DB và DA, tương cv , )0 ứng có kích thước như hình vẽ và các thông số max max, ,DBv ,DA DB DAv c c , đoạn DB có DBµ nên có tg DBα µ= ± 2 , còn đoạn DA có tg DAβ µ= ± 2 tương ứng ta vẽ hai tam giác ngược với các góc ± α cho đoạn BD và góc ±β cho đoạn DA xem nhieu.dcct@gmail.com hình vẽ (14-14,b). Quy luật đóng τ = f t( ) cho ở hình (14-14,a). Thời gian truyền sóng ADt s= 0 2, , thời gian truyền sóng DBt s= 0 4, , thời gian đóng hết turbine sT s= 1 6, . Hình 14-14. Đồ giải áp lực nước va ống có đặc tính thay đổi dọc ống. Xác định các điều kiện ban đầu là: tại B-B luôn có nên các điểm B đều nằm trên trục hoành. Các điểm 6 Bξ = 0 0 0 0 0 2 0 2 0A B D D B B≡ ≡ ≡ ≡ ≡, , , và có toạ độ (1, 0). Điều kiện biên tại A-A là τ ξ= f v( , ) đã vẽ trên hình (14-14,a). Tiến hành đồ giải: + Tìm điểm 0 4 0 4 0 4, , ,( , )A vA Aξ , nó là giao điểm của phương trình đường thẳng: 0 2 0 4 0 2 0 42, , , ,( ) D A DA D Av vξ ξ µ− = − − và biên 0 4 0 75, ,=τ → điểm 0 4,A + Tìm điểm , nó là giao điẻm của hai đường thẳng sau: 0 6 0 6 0 6, , ,( , )D vD Dξ 0 4 0 6 0 4 0 62, , , ,( ) A D DA A Dv vξ ξ µ− = − + Tìm điểm 0 2 0 6 0 2 0 62, , , ,( ) B D DB B Dv vξ ξ µ− = − − → được điểm 0 6,D . + Tìm điểm 1 1 1B vB B( , )ξ , nó là giao điểm của trục hoành và đường thẳng; 0 6 1 0 6 12, ,( ) D B DB D Bv vξ ξ µ− = − được điểm 1B . 0 8 0 8 0 8, , ,( , )A vA Aξ nó là giao điểm của phương trình đường thẳng: 215 nhieu.dcct@gmail.com 0 6 0 8 0 6 0 82, , , ,( ) D A DA D Av vξ ξ µ− = − − và biên 0 8 0 5, ,=τ → được điểm 0 8,A . a hai phương trình đường thẳng: + Tìm điểm 1 1 1D vD D( , )ξ , nó là giao điểm củ 0 6 1 0 6 12, ,( ) B D DB B Dv vξ ξ µ− = − − 2 ( )0 8 1 0 8 1, , A D DA A Dv vξ ξ µ− = − → được điểm 1D . + Tìm điểm 1,2 1,2 1,2A vA A( , )ξ , nó là giao điểm của phương trình đường thẳng: 2D 216 1 1,2 1 1,2 A D A AD v vµ− = − − và 1,2 0 25= ,ξ ξ ( ) 1,2A . → được điểm τ + Tìm điểm 1,4D vD D( , )ξ , nó là giao điểm giữa hai đường thẳng: 1,4 1,4 1 1,4 1 1,42 B D DB B Dv vξ ξ µ− = − −( ) 21,2 1,4 1,2 1,4 A D A Dv vDAξ ξ µ− = −( ) → được điểm 1,4D . + Tìm điểm 1,6 1,6 1,6A vA A( , ξ ) , nó là giao điểm giũa phương trình: 1,4 1,6 1,4 1,62 D A DA D Av vξ ξ µ− = − −( ) và biên 1,6A . → được điểm c = 0τ + Và cứ thế ta lần lượt xác định các điểm tiếp theo. Nối các điểm A ta được ường biểu diễn áp lực nước va tại A-A, nối các điểm D lại ta có đường biểu biễn áp lực ước va tại D-D. Chú ý: Khi viết phương trình truyền sóng giữa A và D phải thời đoạn là 0,2 s, hi viết phương trình truyền sóng giữa B và D phải lấy thời đoạn là 0,4 s. 5. Đồ giải đối với ống phân nhánh Ta xét ống phân nhánh (hình 14-15,a) gồm hai nhánh AD' và CD''', với trường ợp mặt cắt C đóng từ đầu và trong suốt quá trình không mở, đầu ống A đóng mở theo uy luật á = f(t) (hình vẽ) và dựa vào quy luật này vẽ được điều kiện biên tại A là các . Các điều kiện khác gồm có: ξ = =0 0 D luôn có điều kiện : q q'' = Lập ba hệ toạ độ đ n k h q c τ τ B Cv, , tại D D D D D Dq v v v' ''' ' ' ' ' ' '+ ⇒ = + ξ τ~ ~v cho riêng ba đoạn ống : AD', CD''', D''B với các thông số AD CD D B''' ' ' và các góc ' , ,µ µµ ±α tương ứng (xem hìmh 14 i như sau: -15,b). Sau đó tiến hành đồ giả Trên đoạn AD': Trước khi đóng (mở) thì điểm 0 0 0A vA A( , )ξ trùng với điểm D' ở thời đoạn 1 s là 1 1 1D vD D' ( , )' 'ξ tại v = 1, nghĩa là: 0 0 1 1 0A D D≡ ≡ ' ( , ) . + Sau 2 s (tức 1 pha) ta có điểm 2 2 2A vA A( , )ξ là giao của phương trình đường: 1 2 1 22 D A AD D Av v' ' '( )ξ ξ µ− = − − và điều kiện biên 2τ , → được điểm 2A . + Tìm điểm ) sau thời gian 3s , nó nằm trên đường đi qua 3 3 3D vD D' ( ,' 'ξ 2A : 2 3 2 32 A D AD A Dv vξ ξ µ− = −' ' '( ) và một đường nữa chưa biết, cần phải phải xét thêm đoạn ống khác nữa để xác định. Trên đoạn CD''': Ở trạng thái ban đầu (tức là sau 2sec) khi ở A thay đổi thì ở C chưa thay đổi, nên 2 0 Cξ = còn 2 0Cv = (vì van C đóng) vậy điểm 2 0 0C ( , ) . nhieu.dcct@gmail.com 217 CD v vξ µ− = −' ' ' ( ) đi qua điểm Nhưng chưa xác định. Trên đoạn BD'': Các điểm có cùng toạ độ (1, 0): 3 Điểm 3 3 3D vD D''' ( , )'' ' ' ' 'ξ sau 3sec là giao điểm của phương trình đường thẳng: C D C D''' '' ' 2C . 3D'''2 3 2 32ξ 0 1 2B B B B≡ ≡ ≡ . Sau 3sec điểm nằm trên đường thẳng đi qua điểm sau: Điểm ũng chưa được xác định. 3 3 3D vD D'' ( , )'' ' 'ξ 1B 1 3 1 32 B D BD B Dv vξ ξ µ− = − −' ' ' ' ' '( ) . 3D'' c Hình 14-15. Đồ giải nước va ống rẽ nhánh. Cần tìm ba điểm trên: 3D' , 3D'' và 3D''' . Ta đã có ba phương trình chứa ba Ở đây ta dựa vào điều để giải nếu số a thoả mãn điều kiện thì giả thiết đúng. Vậy các điểm , được xác định và ta đồ giải tiếp. + Tìm điểm điểm trên, cần tìm thêm một điều kiên nữa để xác định chúng. iện tạ D D D' '' '' 'ξ ξ= và k i điểm giao D của ba ống: 3ξ = 3 3 3 3 3D D Dv v v'' ' ' ' '= + theo các bước sau: - Giả thiết 3 3 3 D D D' '' ' ' 'ξ ξ ξ= = = a ( là một giá trị nào đó); - Thay số a vào các phương trình trên để tìm ra các D D Dv v v' '' ' ' ', , , 3 3 3 3 3 3 D D Dv v v'' ' ' ' '= + 3D' 3D'' , 3D''' Trên đoạn AD': 4 4 4A vA A( , )ξ , nó là giao điểm của phương trình sau: 3 4 3 42 D A AD D Av v' ' '( )ξ ξ µ− = − − và biên 4τ . nhieu.dcct@gmail.com 218 + Tìm điểm ) nó là giao điểm của phương trình sau: 5 5 5D vD D' ( ,' 'ξ 4 5 4 52 A D AD A Dv vξ ξ µ− = −' ' '( ) đi qua điểm 4A và cần một điều kiện nữa mới m đượ ' ' ' (vì ). , )''' ξ , nó nằm trên đường thẳng đi qua điểm và còn một điều kiện nữa sẽ xét sau. Trên đoạn BD'': '' ( , )'' ' 'ξ t điều kiện nữa đẻ tìm điểm . Ta đã có ba phương trình chứa ba chúng. Ở đây ta dựa vào điều i trình trên để tìm ra các ' ' , điều kiện thì giả thiết đúng. được xác định và ta đồ giải tiếp. Và cách tiến hành tương tự như trên ta lần lượt xác định các điểm tiếp theo như ình (14-15,b). Nối các điểm A với nhau, nối các điểm D lại ta được các đường biểu Qua các công thức tính toán nước va chúng ta có thể nhận thấy những yếu tố có ảnh hưởng đến trị số của áp lực nước va sau đây: - Áp lực nước tăng khi vận tốc dòng chảy trong đường ống tăng; - Chiều dài đường ống càng lớn thì áp lực nước va càng lớn; - Đường kính ống càng nhỏ thì vận tốc càng lớn và áp lực nước va sẽ lớn; - Thời gian đóng mở turbine càng ngắn thì áp lực nước va càng lớn; - Áp lực nướcva phụ thuộc vào quy trình đóng mở turbine; - Vận tốc truyền sóng nước va có ảnh hưởng lớn đến trị số nước va. Dựa vào những yếu tố trên ta sẽ tìm biện pháp làm giảm áp lực nước đường ống. XIV. 3. 2. Các biện pháp giảm áp lực nước va đường ống Đối với lĩnh vực thiêt kế công trình thuỷ điện ta chú trọng giảm áp lực nước va theo hướng phương hướng: giảm chiều dài đường ống, tăng thời gian đóng mở turbine , tăng đường kính ống. Còn quy trình điều chỉnh turbine do nhà chế tạo máy thuỷ lực đảm nhận. Ta đề cập đến phương hướng công trình sau: tì c điểm D' , ta phải xét đoạn ống sau. 5 Trên đoạn CD''': C C+ Tìm điểm 4 4 4C v( , )ξ , nó là giao giữa phương trình đi qua điểm 3D''' : 3 4 3 4CD''' ( )− với trục tung D''' 2D C'''ξ ξ µ− = − D Cv v Cv = 0 + Tìm điểm D vD5 5''' ( 5 4C + Tìm diểm 5 5 5 , nó nằm trên đường thẳng đi qua điểm 3B sau: 3 5 3 52 B D BD B Dv vξ ξ µ− = − −' ' ' ' ' '( ) . Còn mộ D vD D 5D'' Cần tìm ba điểm trên: 5D' , 5D'' và 5D''' điểm trên, cần tìm thêm một điều kiên nữa để xác định kiện tại điểm giao D của ba ống: D D D' '' '' 'ξ ξ ξ= = và D D Dv v v'' ' ' ' '= + để giả5 5 5 5 5 5 theo các bước sau: - Giả thiết 5 5 5 D D D' '' ' ' 'ξ ξ ξ= = = b ( là một giá trị nào đó); phương 5 5 5D D Dv v v' '' ', , - Thay số b vào các 5 5 5 D D Dv v v'' ' ' ' '= + nếu số b thoả mãn Vậy các điểm 5D' , 5D'' , 5D''' h diễn quá trình áp lực nước va tương đôi của các mặt cắt. XIV. 3. BIỆN PHÁP GIẢM ÁP LỰC NƯỚC VA TRONG ỐNG XIV. 3. 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số áp lực nước va trong đường ống sT sT nhieu.dcct@gmail.com 219 1. Biện pháp giảm chiều dài đường ống: khi đường ống dài có thể rút ngắn chiều dài ống chịu nước va bằng cách tạo mặt thoáng trên đường ống có áp khi xây buồng điều áp (BĐA) trên đường ống. Lúc này chỉ đoạn ống có áp từ BĐA đến turbine mới chịu áp lực nước va. Vấn đề này sẽ được nghiên cứu ở chương XV sau. 2. Biện pháp tăng thời gian đóng mở turbine: Trong việc nghiên cứu quy trình đóng mở turbine từ từ ta đã thấy cùng với việc kéo dài thời gian đóng mở, phản sóng nước va sẽ xoá bớt áp lực nước va làm giảm trị số nước va gián tiếp và loại trừ hiện tượng nước va trực tiếp trong ống. Tuy nhiên cũng cần thấy rằng việc tăng cũng có giới hạn ví nếu tăng thời gian nhiều vì sẽ làm thay đổi vòng quay của turbine quá trị số quy định của điều kiện ổn định hệ thống điện và độ ền tổ máy. Vấn đề này sẽ được đề cập rõ ở phần " Tính toán bảo đảm điều chỉnh tổ máy thuỷ lực". 3. Biện ệc tăng ở ên để g nước còn có thể: lắp đặt van tháo không ở uồng mô men cản, phần năng lượng thừa (hoặc thiếu) sẽ sẽ làm cho vòng quay tổ áy tăng lên (hoặc giảm) so với vòng quay định mức làm thay đổi tần số và điện áp của lưới điện (tần số lưới điện chỉ cho phép thay đổi không vượt quá sT sT sT b sT pháp giảm tốc độ thay đổi vận tốc dòng nước : Ngoài vi tr giảm tốc độ thay đổi vận tốc dòn b xoắn turbine để khi đóng turbine một phần lưu lượng sẽ được tháo bỏ xuống hạ lưu mà không qua BXCT, do vậy mà dù CCHD đóng nhành nhưng vận tốc dòng nước trong ống vẫn thay đổi chậm. Ở turbine gáo người ta dùng thiết bị tách dòng để cắt phần nước thừa khỏi vào BXCT để van kim đóng từ từ giảm áp lực nước va trong vòi phun. 4. Tăng đường kính hay kích thước ngang đường ống: Việc tăng đường kính ống cũng tức là giảm vận tốc dòng nước trong ống, làm giảm lực quán tính dòng nước. Tuy nhiên biện pháp này làm tăng giá thành xây dựng, do vậy phải thông qua so sánh kinh tế dể chọn đường kính ống, như đã được trình bày ở chương đường ống áp lực. XIV. 4. TÍNH TOÁN BẢO ĐẢM ĐIỀU CHỈNH TỔ MÁY THUỶ LỰC XIV. 4. 1. Ýnghĩa và nhiệm vụ tính toán bảo đảm điều chỉnh tổ máy thuỷ lực Công suất của trạm luôn thay đổi theo biểu đồ phụ tải, do vậy cơ cấu hướng dòng hoặc van kim luôn phải điều chỉnh nhanh chóng để đảm bảo công suất phát ra cân bằng với phụ tải. Do đóng mở nhanh sinh ra hiện tường nước va uy hiếp đến an toàn của đường ống và thiết bị turbine. Mặt khác, khi thay đổi phụ tải do khả năng nhạy cảm của CCHD hoặc van kim không thể tức thời do vậy làm phá vỡ sự cân bằng giữa mô men quay và m ± ÷0 1 0 2, , ớ đầy tải sang d ệ thống điệ Hz so với trị số định mức), không đam bảo chất lượng cấp điện. Khi vòng quay quá l n còn làm mất độ bền của máy, đặc biệt nguy hiểm là quá trình cắt tải từ ừng đột ngột khi có sự côt (lưu lượng turbine từ Qmax xuống Q = 0). Để h n làm việc an toàn và ổn định thì thời gian đóng mở ấy nhỏ sẽ có lợi, tuy nhiên nhỏ sẽ làm cho áp lực nước va tăng lên làm cho độ an toàn của đường ống và turbine s giảm. Vậy, nhiệm vụ của tính toán bảo đảm điều chỉnh tổ máy thuỷ lực là khi thiết k Đ cần xác định thời gian đóng mở turbine hoặc các biện pháp khác sao cho vòng quay của tổ máy và trị số áp lực nước va lớ t do điều chỉnh turbine phải nằm trong giới hạn cho phép. Phần trên ta đã biế định trị số áp lực nước va tương đối lớn nhất sT l sT ẽ ế TT sT n nhấ t cách xác maxξ , nếu gọi độ tăng số vòng quay tương đối lớn nhất là max maxβ = −n n n 0 0 (trong nhieu.dcct@gmail.com 220 đó là vòng quay lớn nhất, là vòng quay định mức) thì tiêu chuẩn tính toán bảo đảm điều chỉnh tổ máy là: maxn 0n maxξ < và [ ]maxξ [ ]max maxβ β≤ (14-15) Các giá trị cho phép lấy sơ bộ theo tiêu chuẩn ở bảng (14-2) sau đây: Bảng (14-2). Trị số áp lực nước va lớn nhất cho phép H (m) > 100 100 - 40 < 40 [ ]maxξ 0,15 - 0,3 0,3 - 0,5 0,5 - 0,7 Các trị số cho phép khi cắt toàn bộ phụ tải nằm trong phạm vi: 0,3 - 0,4. Khi đường ống ngắn hay TTĐ có vị trí quan trọng trong hệ thống thì có thể lấy nhỏ hơn. Trường hợp đặc biệt có thể lấy ≥ 0,5 song phải có luận chứng xác đáng. Trị số sẽ được trình bày cụ thể hơn ở phần tiếp sau đây. Khi thiết kế TTĐ, các cơ quan thiết kế công trình và nhà máy chế tạo turbine, máy phát điện phải phối hợp tính toán để định ra thời gian đóng mở turbine, mô men đà của máy phát, số vòng quay lớn nhất có thể xảy ra trong vận hành, trị số áp lực nước va trong ống ... sao cho đầu tư vào đường ống kinh tế và đảm bảo an toàn vận hành tổ máy. 1. Thành lập công thức tính quy luật giảm công suất theo đường thẳng thì: 0 N ST ∫ [ ]maxβ [ ]maxβ [ ]maxβ XIV. 3. 2. Tính toán xác định độ thay đổi vòng quay tổ máy Giả sử ở một thời điểm nào đó công suất turbine là N0 bằng phụ tải lức đó là P0. Sau đó phụ tải giảm xuống P1 còn công suất turbine phải qua một thời gian TS mới giảm đến trị số N1 , vì vậy công sản ra sẽ thừa một lượng là ( )0 1N N dt ST −∫ , lấy gần đúng 0 1 2 0 2 ( )0 1N dt− ≅ 0 12 −N N TS = J 2 (14-16 ω ω− ) Hình 14-16. Quá trình thay đổi công suất khi đóng mở turbine. Trong đó: 0 0 30ω π= .n - tốc độ góc ứng với vòng quay định mức n0 (ứng với N0) 1 1 30ω π= .n là tốc độ góc ứng với vòng quay n1 (khi công suất là N1). nhieu.dcct@gmail.com 221 J = i i G D g G D g . 2 2 4 4 ∑ = ủa các bộ phậ c coi là một khối (m)). là mô men quán tính của vật quay (trong đó G là tổng trọng lượng c n quay (kG), D - đường kính quán tính khi tất cả các bộ phận quay đượ gọi là mômen đà của các bộ phận quay, khi tính toán vì mô men đà của BXCT turbine nhỏ nên chỉ tính với rô to máy phát. Thay các trị số trên vào công thức (14-16) và rút gọn ta có: 2GD ( ) ( ) →0 1 2 2 1 2 0 2 3600N N T G D g n nS − = −π ∆ ∆N T G D g n n nS = + 2 2 03600 2 π ( ) ∆ (trong đó đặt: ∆N N N= −0 1và ∆ n n n= −1 0 ). Biến đổi vế phải, sẽ có dạng: ∆ ∆ ∆N T G D g n n n n nS = + 2 2 0 2 0 03600 2 π ( ) (14-17) Đặt β = ∆ n n0 gọi là trị số tương đối của độ chênh tạm thời vòng quay, vậy (14- 7) viết lại là: 1 ∆N T G D 2 2π g n +03600 2 β β( ) (1S = 4-18) 2 Do công suất N tính bằng kW (1kW = 102 kGm/s) còn mô men đà máy phát điện GD2 tính theo T.m2 (1T.m2 = 1000 kGm2), g = 9,81 m/s2.Vậy công thức (14-18)là: 102∆N T G Dg nS = + 1000 3600 2 2 2 0 2. ( ) π β β (14-19) Giải phương trình (14-19) và biện luận chọn nghiệm ta β ta có : - Trường hợp giảm tải: β = + −1 364 1∆N TS 2 0 2G D n (14-20) - Trường hợp tăng tải: β = − −1 1 364 2 0 2 ∆N T G D n S (14-21) 2. Hiệu chỉnh kết quả tính β Các công thức tính (14-20) và (14-21) đều là gần đúng do khi thành lập công thức đã không xét đến một số nhân tố ảnh hưởng đến β , vì vậy chúng có sai số trong khoảng (20 - 30) %, nên chúng chỉ được dùng trong tính toán sơ bộ. Để trị số đúng β hơn cần đưa thêm vào các công thức trên các hệ số sau: *β β η ξ= ⋅ Các hệ số trên có ý nghĩa và cách xác định như sau: - Hệ số xét đến sự phụ thuộc thực tế của công suất turbine vào độ mở cánh hướng dòng và g đặc tính tổng ⋅ ⋅ ⋅k k k kdt pt (14-22) vòng quay turbine. Sự phụ thuốc này biểu thị qua đườn hợp chính của turbine. Được xác định theo công thức sau: η εk = (a) 1 αm1 β+ nhieu.dcct@gmail.com 222 Ở đây : m n n α = −( )max 1 ; trong đó maxn là vòng quay cực hạn của turbine khi 0 cắt toàn bộ phụ tải máy phát mà độ mở turbine chưa thay đổi. Nếu không biết số vòng quay cực hạn này thì mα có thể lấy gần đúng như sau: + Đối với turbine phản kích: m snα = +0 0016 350, ( ) ; + Đối với turbine xung kích: mα = 0,8. ε = 0,55 dùng cho turbine xung kích hoặc phản kích có tỷ tốc sn <150 ε = 0,45 dùng cho turbine phản kích thông thường ( sn = 200 - 300 ); ε = 0,35 dùng cho turbine phản kích có tỷ tốc lớn. - Hệ số xét đến độ nhạy của thiết bị điều tốc, trong thực tế điều tốc khởi động chậm trễ so với sự thay đổi phụ tải, thời gian chậm trễ ∆T = 0,15 - 0,3 sec: dtk T= +1 2 sT ∆ (b) - Hệ số xét đến ảnh hưởng của nước va làm thay đổi cột nước, ảnh hưởng công suất của turbine: ξ α α ξk t T t T m m f s f s = + + − +⎡⎣⎢ ⎤ ⎦⎥1 0 5 1 3 1 2, ( ) ) . max (c) - Hệ số xét đến ảnh hưởng của sự thay đổi phụ tải trong quá trình điều chỉnh. Hệ số này phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố, như tính chất của các nguồn điện, công suất và loại TTĐ khác cùng làm việc trong hệ thống điện ... Trị số bao giờ cũng nhỏ hơn 1 vì có hiện tượng tự điều chỉnh phụ tải, nghĩa là phụ tải tự ơi tăng lên một chút khi giảm tải (vì số vòng quay và tần số tăng khi giảm tải) ho m đi một chút khi tăng tải. Ngoài ra còn vì khi bỏ phụ tải hiện tăng số vòng quay không những bị mô men đà của tổ máy ấy cản trở mà còn bị cản trở bởi mô men đà củ ng máy điện khác trong hệ thống điện nữa. Trong t toán để an toàn lấy = 1 ứng với trường hợp c tải toàn bộ khi có sự cố. 3. Một số quy định về trị số giới hạn ptk nó h ặc giả a nhữ ptk maxβ trong tính bảo đảm đc tổ máy Trị số thường lấy ứng với chế độ cắt tàon bộ phụ tải, do nhà máy chế tạo cho trước. Nếu không có số liệu thì có thể lấy như sau: - Đối với TTĐ sau đập có đường ống dẫn thì maxβ maxβ = 0,4; - Đối với TTĐ ngang đập: maxβ = 0,25 - 0,3; - Đối với TTĐ có máy phát nhỏ, vòng quay lớn: maxβ ≤ 0,50; - Đối với TTĐ có turbine cánh quay: maxβ ≤ 0,3; ng dẫn, công suất nhỏ: maxβ ≤ 0,70 - Đối với TTĐ đườ maxβ - Trường hợp nhậ tải đột ngột từ 0 đến đầy tải thì = 0,50. Tuy nhiên điều này hiếm có vì chỉ có thể tăng trong thời gain từ 15 - 30 sec chứ không thể trong 2, 3 sec, nhất là đối với turbine cánh quay có công suất lớn. Do đó để tránh phức tạp cho công trình và giá thành xây dựng cao, nên thường chấp nhận maxβ > 0,5. - Trường hợp cắt giảm phụ tải khi máy ph không chạy hết công suất thì: + Giảm từ 75 % công suất đến 0 thì: β = 0,65 maxβ + Giảm từ 50 % công suất đến 0 thì: β = 0,45 maxβ nhieu.dcct@gmail.com + Giảm từ 25 % công suất đến 0 thì: β = 0,25 maxβ Chương XV: BUỒNG ĐIỀU ÁP XV. 1. CÔNG DỤNG VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BUỒNG ĐIỀU ÁP Như đã trình bày ở chương XIV, một trong những biện pháp giảm áp lực nước va trong đường ống áp lực có chiều dài lớn là xây dựng buồng điều áp (BĐA). Khi có n - BĐA - ống turbine. Buồng điều áp dùng để bảo vệ đường dẫn nước áp lực khỏi nước va, làm giảm trị số áp c nước va trong ống turbine và cải thiện việc điều chỉnh công suất của turbine thủy mặt BĐA sẽ tạo thành hệ thống dẫn nước áp lực: đường dẫ lự lực. Hình 15-1. Sơ đồ bố trí BĐA và sơ đồ làm viêc của BĐA. 1- cửa lấy nước; 2- BĐA thượng lưu; 3- đường dẫn áp lực; 4- vị trí đặt BĐA có lợi về nước va; 5- ống turbine; 6- nhà máy ; 7- BĐA hạ lưu; 8- đường tháo áp lực; 9- giếng thông khí. 223 nhieu.dcct@gmail.com 224 ng BĐA là hằng số quán tính của đường ống Tl xác định Việc cần thiết phải xây dựng BĐA hay không tùy thuộc vào chiều dài đường dẫn hoặc đường tháo nước có áp (đối với TTĐ ngầm) và tốc độ dòng chảy trong ống. Chỉ tiêu chung để đặt vấn đề xây dự theo công thức: ∑ = ng giảm được á được đặt gần trực tiếp ở cửa ra của ống xả. Hình (15-1,b) trình bày sơ đồ nguyên lý làm việc của buồng điều áp thượng lưu. BĐA sẽ làm việc khi lưu lượng của đường ống áp lực thay đổi, có liên quan đến thay đổi công suất turbine. Khi phụ tải giảm, cơ cấu hướng dòng đóng bớt, lưu lượng trong ống dẫn turbine đột ngột giảm từ lưu lượng đầu (Qđ) đến lưu lượng cuối (Qc). Lúc nầy do quán tính, nước phía đường dẫn vẫn chảy về và làm dâng mực nước trong BĐA. Ở chế độ ổn định khi lưu lượng trong đường dẫn ( Qđd ) cân bằng với lưu lượng trong đường ống turbine ( Qtb ) thì mực nước trong BĐA nằm thấp hơn mực nước hồ một đoạn bằng tổng của tổn thất cột nước và cột