Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện Hòa Bình

g và thế năng). Người ta còn xây dựng nhà máy điện bằng cách khai thác năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời... ở nước ta có 3 nguồn năng lượng chính đã được khai thác là than, dầu khí, và năng lượng các lòng sông, suối lớn. Còn các nguồn năng lượng khác như: Năng lượng hạt nhân, gió, thuỷ chiều, sóng biển, mặt trời...đang được nghiên cứu sử dụng. Trong các nhà máy điện kể trên, thì phổ biến nhất là nhà máy thuỷ điện và nhiệt điện. Mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Nhà máy thuỷ điện gồm hàng loạt các ưu điểm sau : Hiệu suất nhà máy thuỷ điện có thể đạt được rất cao so với nhà máy nhiệt điện. Thiết bị đơn giản, dễ tự động hoá và có khả năng điều khiển từ xa. ít sự cố và cần ít người vận hành. Có khả năng làm việc ở phần tải thay đổi. Thời gian mở máy và dừng máy ngắn. Không làm ô nhiễm môi trường. Mặt khác, nếu khai thác thuỷ năng tổng hợp, kết hợp với tưới tiêu, giao thông và phát điện thì giá thành điện sẽ giảm xuống, giải quyết vấn đề triệt để của thuỷ lợi và môi trường sinh thái của một vùng rộng lớn quanh đó. Vốn đầu tư xây dừng nhà máy thuỷ điện đòi hỏi lớn hơn so với xây dựng nhà máy nhiệt điện. Nhưng giá thành 1 KWh của thuỷ điện rẻ hơn nhiều so với nhiệt điện, nên tính kinh tế vẫn là tối ưu hơn. Tuy nhiên, người ta cũng không thể khai thác nguồn năng lượng này bằng bất cứ giá nào. Xây dựng công trình thuỷ điện thực chất là thực hiện một sự chuyển đổi điều kiện tài nguyên và môi trường. Sự chuyển đổi này có thể tạo ra một điều kiện mới, gía trị mới sử dụng cho các lợi ích kinh tế xã hội nhưng cũng có thể gây ra những tổn thất về xã hội và môi trường mà chúng ta khó có thể đánh giá hết được. Người ta chỉ khai thác thuỷ năng tại các vị trí công trình cho phép về điều kiện kỹ thuật, có hiệu quả kinh tế sau khi đã so sánh giữa lợi ích và tổn thất. Đối với những thành phố và khu công nghiệp lớn phải kết hợp nhiều nhà máy nhiệt điện, điện nguyên tử và thuỷ điện. Chúng cần làm việc đồng bộ sao cho đạt hiệu quả cao nhất. ở nước ta năng lượng của các dòng chảy trong sông, suối (thuỷ năng) rất phong phú, đứng hàng thứ 22 trên thế giới về tiềm năng thuỷ điện. Nguồn năng lượng này được phân bố khắp đất nước. Nhà nước và chính phủ đã có những sự đầu tư phát triển hệ thống thủy điện như một số nhà máy lớn : Tuyên Quang, Sơn La, Hòa Bình … Một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng là tần số của lưới điện, tần số và sự suy giảm tần số của lưới nó phản ánh sự cung cấp năng lượng đủ hay thiếu của hệ thống. Trong hệ thống các nhà máy điện phải luôn luôn đảm bảo cung cấp đủ công suất cho tất cả các phụ tải của hệ thống và có dự phòng, đảm bảo tần số lưới dao động 49.5-50.5 Hz. ở lưới điện Việt Nam, tần số lưới điện bình thường là 50 Hz. Việc giữ tần số ổn định cho lưới điện là một vấn đề quan trọng, vì nó giữ ổn định cho mạng điện quốc gia. Khi tần số suy giảm dẫn đến giao động công suất trong khu vực làm mất ổn định hệ thống và hệ thống sẽ tan rã nếu không xử lý kịp thời. Thông qua việc điều khiển tốc độ quay tuabin ta có thể điều chỉnh tần số và phân bố công suất của máy phát từ đó có thể điều chỉnh tần số của lưới điện và phân bố công suất của tổ máy sao cho chi phí vận hành là nhỏ nhất. Do vậy sau khi tìm hiểu về nhà máy thủy điện, được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Văn Hòa và các thầy cô trong bộ môn Điều Khiển Tự Động, cùng với sự chỉ bảo dẫn dắt của các cô chú trong nhà máy thủy điện Hòa Bình, chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện Hòa Bình ”. Bản đồ án này gồm các chương: Chương 1 : Tổng quát chung nhà máy thuỷ điện. Chương 2 : Kết cấu của các thành phần cơ khí trong nhà máy thủy điện Hòa Bình Chương 3 : Hệ thống điều khiển tốc độ quay của Tuabin (Bộ điều tốc). Chương 4 : Mô phỏng quá trình điều khiển tần số của bộ điều tốc bằng Matlab. Để hoàn thành tốt đồ án này, trước hết chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo trong bộ môn Điều Khiển Tự Động – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo hành trang kiến thức nhất định và tạo mọi điều kiện trong học tập và nghiên cứu tại trường. Đặc biệt chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Văn Hòa đã nhận hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện nhiệm vụ của đồ án và chúng em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cô chú, các kỹ sư …tại Phân xưởng Tự động - Nhà máy thủy điện Hòa Bình. chương 1: tổng quát chung nhà máy thuỷ điện. 1.1. Tổng quan về năng lượng điện và vai trò của nhà máy thủy điện. Năng lượng điện hay còn gọi là điện năng, là dạng năng lượng thứ cấp được tạo ra từ nhiều nguồn năng lượng thứ cấp khác nhau như nhiệt năng (dầu, khí đốt, than, năng lượng phóng xạ, năng lượng mặt trời…), thủy năng (sông, suối, sóng biển, thủy chiều…), năng lượng gió… Đây là loại năng lượng đóng vai trò quan trọng và được sử dụng trên khắp thế giới trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống ngày nay như công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, sinh hoạt … Việc sử dụng dạng năng lượng khác để biến thành điện năng của mỗi nước là tùy vào tình hình tài nguyên và đường nối phát triển của nước đó. Thuỷ năng là một dạng năng lượng tái tạo được. Đây là đặc tính ưu việt nhất của nguồn năng lượng này, các nguồn năng lượng khác như : Nguyên tử, than, dầu … không thể tái tạo được. Trong quá trình biến đổi năng lượng, chỉ có thuỷ năng sau khi biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng lại được tái tạo thành dạng thủy năng, còn các dạng năng lượng khác trong quá trình biến đổi không tự tái tạo trong tự nhiên. Con người sử dụng nguồn thuỷ năng để phục vụ cho đời sống và sản xuất, đặc biệt là để phát điện. Tuỳ theo điều kiện từng nước mà tỷ lệ phát triển các loại nhà máy điện có khác nhau. Theo số liệu năm 1978 thì nhìn chung trên toàn thế giới năng lượng của thuỷ điện chiếm khoảng 1/3 tổng sản lượng điện năng. Trong khi các nguồn khai thác than đã hơn 40 % thì các nguồn thuỷ năng mới khai thác hơn 1,5 % (Điều đó không nói lên rằng sau này thuỷ điện sẽ phát triển mạnh). Theo thống kê năm 1978: ở Châu âu tỷ lệ thuỷ điện chiếm khoảng 34% tổng sản lượng điện năng. ở Liên Xô 19,8 %, Mỹ 18,6 %, Canada 95 %, Phần Lan 91,6 %, Triều Tiên 95-98 %, Na Uy 99 %, Thụy sỹ 99,5 % trái lại ở nhiều nước châu á và Châu Phi tuy nguồn thuỷ năng rất phong phú nhưng tỷ lệ chưa đáng kể chính vì sự kìm hãm của chủ nghĩa đế quốc. Ví dụ ở nước ta: Thời kỳ Pháp thuộc hầu như không để lại một thuỷ điện nào đáng kể, trong thời gian chiến tranh ta chủ trương phát triển các thủy điện nhỏ ở các vùng miền núi như : Lạng Sơn, Quảng Ninh, Sơn La, Lai Châu, giải quyết được ánh sáng, cơ sở xay xát, chế biến nhỏ, ở Thanh Hoá có thuỷ điện Bàn Thạch gồm 3x320 KW=960 KW, lợi dụng bậc núi Nông Giang. Thuỷ điện Thác Bà bị bom đạn tàn phá nặng nề, sau này đã khôi phục được xong cả 3 tổ máy 3x36=108 MW, ở miền Nam có thuỷ điện Đa Nhim, kiểu kênh dẫn, lợi dụng độ chênh mực nước giữa hai con sông, công suất 160 MW. Hiện nay, trữ năng lý thuyết của thuỷ điện trên cả nước ước tính 270-300 tỷ KWh/năm, với công suất khoảng 32.106 KW. Nhưng trữ năng thuỷ điện kỹ thuật (tiềm năng kinh tế) chỉ có khoảng 80 tỷ KWh, Với công suất lắp máy 17.438 MW. Tiềm năng kinh tế kỹ thuật thuỷ điện nhỏ khoảng 60 tỷ KWh/năm, với công suất lý thuyết 10.000 MW. Miền bắc nước ta có 1069 con sông lớn nhỏ, công suất thuỷ năng ước lượng với trữ lượng điện hàng năm trên 120 tỷ KWh, khả năng xây dựng thuỷ điện ở các con sông chính sau : Sông Cả khoảng 34 vạn KW Sông Đà khoảng 254 vạn KW Sông Mã khoảng 25 vạn KW Sông Thao khoảng 52 vạn KW Sông Thái Bình khoảng 3,2 vạn KW Các hệ thống Nông Giang khoảng 3 vạn KW Theo tính toán nếu xây dựng thuỷ điện được 4,8 triệu KW thuỷ điện thì hàng năm sẽ thu được độ , tiết kiệm được khoảng tấn than đá. Thấy được lợi thế này cùng với sự giúp đỡ của Liên Xô và các điều kiện kỹ thuật cho phép, nước ta đã tiến hành điều tra khảo sát và xây dựng thành công nhà máy Thuỷ điện Sông Đà với công suất đợt đầu khoảng 1,6 triệu KW gồm 8x200 MW, sau đó công suất có thể lên tới 3,2 triệu KW (Hiện nay công suất nhà máy đạt 1.92 triệu KW). Xây dựng công trình này nhằm sử dụng tổng hợp trong đó chống lũ là vấn đề cấp bách. Công trình này có thể làm hạ mực nước ở Hà Nội trong mùa lũ xuống 1,4 m. Đầu tư về thuỷ điện của nước ta không quá lớn như các nước khác. Ta có thể tự lực xây dựng thuỷ điện: Đầu tư cho thiết bị khoảng 30%, còn lại các công trình khác có thể tự lực được. Ngành thuỷ điện nước ta mở ra một triển vọng vô cùng to lớn, đòi hỏi một số lượng rất lớn các cán bộ thiết kế, thi công, vận hành rất giỏi, đủ sức thăm dò giải quyết những vấn đề kỹ thuật do hoàn cảnh đất nước ta đề ra, phải biết áp dụng những kỹ thuật tiến triển nhất vào trong lĩnh vực này. Ngành ta đào tạo kỹ sư điện thiết kế, vận hành mạng hệ thống điện, nhà máy điện và thuỷ điện, ta phải tự thiết kế thi công các nhà máy điện. Người kỹ sư vận hành điện ở nhà máy thuỷ điện ngoài những kiến thức tổng quát cần biết (công trình và thiết bị thuỷ lực) mà cần hiểu sâu về điều tiết hồ chứa để vận hành được tốt. Đây là một lĩnh vực nhiều lý thuyết khác nhau. 1.2. Vấn đề tự động hóa trong nhà máy thủy điện Hình 1.1 Sơ đồ điều khiển của nhà máy thuỷ điên Cấu trúc toàn bộ hệ thống có các bộ điều khiển vận hành trực tiếp trên các bộ phận riêng rẽ. Trong mỗi tổ máy phát gồm các bộ phận điều khiển động lực đầu tiên và các bộ điều khiển kích từ. Phần động lực đầu tiên bao gồm tuabin và hệ thống thủy lực, do vậy các bộ điều khiển động lực đầu tiên liên quan tới việc điều chỉnh tốc độ và điều khiển các biến số của hệ thống cung cấp năng lượng. Chức năng của điều khiển kích từ là điều chỉnh điện áp máy phát và công suất phản kháng. Công suất phát mong muốn của các tổ máy phát đơn lẻ được xác định bởi các quá trình điều khiển phát điện của hệ thống. Mục đích đầu tiên của điều khiển phát điện hệ thống là cân bằng tổng công suất phát của hệ thống với phụ tải hệ thống và các tổn thất, vì vậy tần số và công suất trao đổi với các hệ xung quanh được duy trì. Điều khiển truyền tải bao gồm các thiết bị điều khiển điện áp và công suất, như các bộ bù phản kháng tĩnh, các bộ bù đồng bộ, các cuộn cảm và điện dung chuyển mạch. Điều khiển các máy biến áp dịch pha và truyền tải dòng một chiều điện áp cao (HVDC) Các quá trình điều khiển đã mô tả ở trên góp phần cho sự thỏa mãn vận hành của hệ thống bằng cách duy trì điện áp và tần số hệ thống và các biến hệ thống khác trong giới hạn cho phép của chúng. Các đối tượng điều khiển phụ thuộc vào trạng thái vận hành của hệ thống. Với các trạng thái bình thường, đối tượng điều khiển vận hành có hiệu quả khi tần số và điện áp điều khiển gần với giá trị danh định. 1.3. Sơ đồ tổng quan về nhà máy thủy điện:. 1.3.1. Nguyên lý chung: Nước trên sông, suối chảy từ nguồn ra biển, đi từ cao đến thấp mang theo nó một năng lượng, năng lượng này gọi là thuỷ năng. Để xác định năng lượng đó ta chia dòng chảy trên sông thành đoạn ngắn có chiều dài là l, được giới hạn bởi các tiết diện I-I và II-II: Hình 1.2 Sơ đồ xác định năng lượng dòng chảy trên đoạn sông Theo phương trình Becnuli ta có năng lượng riêng tại từng mặt cắt: Trong đó: - áp năng, vị năng, vận tốc trung bình tại mặt cắt và hệ số điều chỉnh động năng. Hiệu năng lượng riêng của hai mặt cắt là năng lượng đơn vị của dòng chảy trên đoạn sông có chiều dài l và được gọi là cột áp của đoạn sông, ký hiệu là H. Nếu một đoạn sông có cột áp H, lưu lượng Q thì năng lượng dòng chảy trên đoạn sông đó là: Hay Trong đó: W – thể tích nước đoạn sông. Công suất nước của dòng chảy trên đoạn sông là: Để sử dụng năng lượng của đoạn sông thì phải tập trung năng lượng dòng nước phân bố trên đoạn sông đó tại một chỗ, tạo độ chênh mực nước thượng và hạ lưu, nghĩa là phải tạo nên cột áp. 1.3.2. Sơ đồ nhà máy thủy điện: Nhà máy thủy điện là một tổ hợp phức tạp, sử dụng năng lượng của sông suối, để sản xuất điện năng bao gồm 3 tuyến : Tuyến áp lực (tuyến đầu mối) Tuyến năng lượng. Tuyến hạ lưu. Tuyến năng lượng. +Kênh vào +Cửa van +Đường hầm (gồm Tháp và van) +Đường ống Nhà máy : + Thiết bị cơ khí : Chính : Tuabin cho từng tổ máy Phụ : (các thiết bị khác) + Thiết bị điện kỹ thuật Tổ máy Tuabin + Tuabin, cánh hướng … + Bộ điều tốc Máy phát + Máy phát + Hệ thống kích từ. Hạ lưu 1. Kênh xả 2. Các cửa van hạ lưu Tuyến áp lực 1.Hồ chứa + Bể áp lực + Bể lắng cát 2. Đập tràn 3. Các van xả Hình 1.3 Sơ đồ các tuyến của nhà máy thủy điện Các thiết bị chính trong nhà máy thủy điện. Hình 1.4 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong nhà máy thủy điện Cửa nhận nước 3. Bình tạo áp lực Hầm dẫn 4. Nhà van 5. ống áp lực 9. Hệ thống dầu áp lực và bộ điều tốc 6. Tuabin 10. Hệ thống nước làm mát 7. Máy phát 11. ống xả 8. Hệ thống kích thích máy phát 12. Cửa hạ lưu Trong thực tế có 3 phương pháp tập trung năng lượng của dòng nước tương ứng với ba sơ đồ nhà máy thủy điện: Nhà máy thủy điện kiểu lòng sông, nhà máy thuỷ điện đường dẫn và nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hơp. 1.3.2.1. Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông (hay sau đập). Để tập trung năng lượng người ta dùng đập cột áp H là độ chênh mực nước trước và sau đập (tương ứng thượng lưu và hạ lưu). Đập có hồ chứa nước lớn để điều tiết lưu lượng dòng sông. Nhà máy thường đặt sau đập đối với cột nước lớn, hoặc là một bộ phận của đập đối với cột nước nhỏ. Các trạm thuỷ điện với phương pháp tập trung năng lượng bằng đập gọi là nhà máy kiểu lòng sông hay sau đập. Nó áp dụng cho các con sông ở đồng bằng, trung du nơi có độ dốc lòng sông nhỏ, lưu lượng sông lớn. Trong thực tế, chiều cao của đập bị hạn chế bởi kỹ thuật đắp đập và diện tích bị ngập. Cột áp ở các trạm thủy điện này không lớn, thông thường không lớn hơn 30 – 40m. Tuy nhiên, nhà máy thủy điện kiểu này đã đạt cột áp cao nhất H = 300m là nhà máy thủy điện Nurec ở Liên Xô. Nhà máy thủy điện Thác Bà trên sông Chảy là nhà máy thủy điện lòng sông có cột áp H = 37m, N = 40MW, ba tổ máy. Hình 1.5 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông 1.3.2.2. Nhà máy thủy điện đường dẫn: Nước được ngăn bởi một đập thấp rồi chảy theo đường dẫn (Kênh, máng, tuy – nen, ống dẫn) đến nhà máy thủy điện. ở đây cột áp cơ bản là do đường dẫn tạo nên, còn đập chỉ để ngăn nước lại để đưa vào đường dẫn. Đường dẫn có độ dốc nhỏ hơn độ dốc lòng sông. Kiểu trạm này thường dùng ở các sông suối có độ dốc lòng sông lớn và lưu lượng nhỏ. Trạm thủy điện Đa Nhim (Ninh Thuận) có cột nước H = 800m, N = 160MW ( bốn tổ máy 40 MW/ tổ máy). Trạm thủy điện có cột nước lớn nhất thế giới hiện nay là trạm Bogota (Colombia) có H = 2000m, N = 500MW. Hình 1.6 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn. 1.3.2.3. Nhà máy thủy điện tổng hợp: Hình 1.7 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp. Năng lượng nước được tập trung là nhờ đập và cả đường dẫn. Cột áp của trạm gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên, phần còn lại do đường dẫn tạo nên. Nhà máy kiểu này được dùng cho các đoạn sông mà ở trên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nước và hồ chứa, còn ở phía dưới có độ dốc lớn thì xây dựng đường dẫn. Nhà máy thủy điện Hoà Bình (H = 88m, N = 220MW, 8 tổ máy) và Trị An (H = 50 m, N = 100MW, 3 tổ máy) là trạm kiểu tổng hợp. 1.4. Tuabin nước trong nhà máy thủy điện . Tuabin nước là một trong các thiết bị quan trọng nhất của nhà máy thủy điện, nhiệm vụ chính là chuyển đổi thủy năng thành cơ năng làm quay rôto máy phát và sinh ra điện năng. 1.4.1 Sự ra đời của tuabin thủy lực. Tuabin nước là loại máy thuỷ lực đầu tiên loài người dùng để sử dụng nguồn năng lượng thiên nhiên để phục vụ đời sống và sản xuất, trước tiên là trong công việc lấy nước và chế biến lương thực. Tuabin nước đầu tiên là những bánh xe nước đơn giản sử dụng động năng của dòng chảy. Cho tới nay lịch sử chưa xác định được ai là người đầu tiên phát minh ra bánh xe nước. Người ta biết rằng hàng nghìn năm trước công nguyên ở Ai Cập, ấn Độ và Trung Quốc đã sử dụng bánh xe nước dưới dạng thiết bị biến đổi năng lượng. Đến nay ở nước ta bánh xe nước vẫn còn được sử dụng trên các suối vùng núi và trung du. Hình 1.8 Bánh xe nước Tại Pháp từ thế kỷ IV đã có máy xay xát chạy bằng năng lượng của nước. Tuy nhiên mãi đến thế kỷ thứ XVI với sự phát triển của chủ nghĩa tư bản thì việc sử dụng năng lượng nước mới có những cải tiến lớn. Nhưng từ bánh xe nước tới tuabin nước loài người phải trải qua tìm kiếm nghiên cứu lâu dài. Năm 1934 kỹ sư người Pháp là Fuaray đã chế tạo thành công tuabin nước đầu tiên. Hình 1.9 Tuabin nước Sau đó ít năm, năm 1937 người thợ mộc Nga- Xaphon cũng chế tạo tuabin nước kiểu li tâm. Năm 1838 Hopd (Mỹ) đã cải tạo tuabin li tâm trên thành tuabin hướng tâm. Năm 1847-1849 một kỹ sư mỹ là Dran Franxic đã cải tiến tuabin Hopd thành tuabin tâm trục có hiêu suất cao hơn. Ngày nay người ta gọi tuabin tâm trục là tuabin Franxic Năm 1837-1841 Ghensen (Đức) và Jonvan (Pháp) đã chế tạo tuabin hướng trục cánh cố định. Sau đó năm 1912-1924 một giáo sư người Tiệp Khắc cũ là Kaplan cải tiến tuabin hướng trục cánh cố định thành tuabin hướng trục cánh điều chỉnh gọi là tuabin Kaplan. Do điều chỉnh cánh làm tăng hiệu suất trong một phạm vi điều chỉnh công suất rộng. 1880 Penton (Mỹ) đã cải tiến bãnh xe nước và phát minh ra tuabin gáo. Vì thế tuabin gáo còn gọi là tuabin Penton. Ngày nay các loại tuabin nước kể trên đã được cải tiến và hoàn thiện ở mức độ cao. Nhiều kiểu tuabin đã được ra đời như: Tuabin hướng chéo, tuabin dòng thẳng (Capsun), tuabin bơm. Hiện nay ở nước ta đã có nhiều cơ sở đầu tư tiến bộ khoa học kỹ thuật cho việc chế tạo tuabin nước. Chúng ta đã chế tạo tuabin nhỏ (đến hàng ngàn KW). Trong tương lai chúng ta sẽ chế tạo loại tuabin lớn hơn, góp phần cho việc điện khí hoá và phục vụ sản xuất ở các địa phương xa lưới điện quốc gia. 1.4.2. Phân loại và phạm vi sử dụng của tuabin: * Phân loại theo dạng năng lượng của dòng chảy qua tuabin: Hình 1.10 Sơ đồ nhà máy thủy điện Ta khảo sát các thành phần năng lượng của dòng chảy. Năng lượng đợn vị của dòng chảy truyền cho bánh xe công tác tuabin bằng độ chênh năng lượng riêng giữa hai tiết diện trước và sau đó: Thế năng Động năng Vậy năng lượng riêng gồm hai phần : động năng và thế năng. Tùy thuộc vào dạng năng lượng này mà chia tuabin nước thành hai hệ khác nhau: tuabin xung lực và tuabin phản lực. Trong tuabin xung lực, chỉ có phần động năng của dòng chảy tác dụng lên bánh xe công tác còn phần thế năng bằng không. Hệ tuabin này phát ra công suất nhờ động năng của dòng chất lỏng, còn áp suất ở cửa vào và cửa ra của tuabin là áp suất khí trời. Tuabin phản lực là loại tuabin làm việc nhờ cả hai phần thế năng và động năng, mà chủ yếu là thế năng của dòng chảy. Trong hệ tuabin này, áp suất ở cửa vào luôn lớn hơn ở cửa ra. Dòng chảy qua tuabin là dòng liên tục điền đầy toàn bộ máng dẫn cánh. Trong vùng bánh xe công tác tuabin, dòng chảy biến đổi cả động năng và thế năng. Trong đó vận tốc dòng chảy qua tuabin tăng dần, áp suất giảm dần. Máng dẫn của cánh hình côn nên gây ra độ chênh áp mặt cánh, từ đó tạo ra momen quay. Tuabin phản lực và xung lực có tính năng và phạm vi sử dụng khác nhau. Tuabin phản lực dùng cho trạm có cột nước thấp, lưu lượng lớn còn tuabin xung lực dùng cho trạm có cột nước cao, lưu lượng nhỏ. 1.4.2.1 Tuabin phản lực: Tuabin phản lực là hệ tuabin được sử dụng rộng rãi nhất, bao gồm phạm vi cột nước từ 1,5m đến 600m. Tùy thuộc vào hướng dòng chảy của dòng nước đi qua cánh bánh xe công tác mà chia tuabin phản lực thành nhiều loại: tuabin hướng trục, tuabin tâm trục, tuabin hướng chéo. a. Tuabin hướng trục: Tuabin hướng trục là loại tuabin trong đó hướng chuyển động của dòng chảy trong phạm vi bánh xe công tác song song với trục quay tuabin (hình 1.8a,b ) Tuabin hướng trục có thể là loại cánh cố định hoặc là loại cánh điều chỉnh bánh công tác gồm nhiều cánh được gắn với bầu. Nếu cánh được gắn chặt với bầu thì gọi là tuabin hướng trục cánh cố định ( tuabin chong chóng ). Nếu cánh có thể quay quanh trục cánh cố định thường dùng cho các trạm cỡ nhỏ và trung bình. Tuabin hướng trục cánh điều chỉnh được sử dụng cho cỡ trung bình và lớn. Tuabin hướng trục cánh điều chỉnh phức tạp vì cơ cấu điều chỉnh cánh nằm trong bầu bánh công tác. Hình 1.11 Tuabin hướng trục b. Tuabin tâm trục (Hay còn gọi là tuabin Francis). Trong tuabin tâm trục, hướng của dòng chảy ở vùng bánh công tác ban đầu theo phương hướng tâm, sau đó chuyển sang phương song song với trục. Tuabin này còn gọi là tuabin Francis. Nó được sử dụng rộng rãi trong các trạm có cột nước cao : H = 30-600m. Đối với các trạm nhỏ tuabin này có thể làm việc với cột nước H > 4m. Bánh công tác gồm hệ thống cánh gắn chặt với hai vành đĩa trên và dưới thành một khối cứng. Cánh có dạng cong không gian và số cánh có từ 12 đến 22. Tuabin tâm trục có hiệu suất cao nhưng cánh cố định nên chỉ thích hợp với trạm có cột nước ít thay đổi (hình 1.8 d). Tuabin tâm trục có cột nước cao nhất thế giới H = 620m ở Khot-xen-van (Đức). ở nước ta các nhà máy thuỷ điện: Trị An, Hoà Bình, YaLy, Thác Mơ dùng tuabin tâm trục cỡ lớn và trung bình, còn trạm Ta Sa, Na Ngần, Suối Cùn…dùng tuabin tâm trục cỡ nhỏ. Hình 1.12 Tuabin tâm trục c. Tuabin hướng chéo: Tuabin hướng chéo kết hợp ưu điểm của cả hai loại tuabin tâm trục và hướng trục cánh điều chỉnh Dòng chảy qua vùng bánh xe công tác của tuabin này có hướng tạo với trục quay một góc nào đó (thường 45-60 độ). Bầu cánh là hình nón. Bầu cánh chứa toàn bộ cơ cấu điều chỉnh cánh như bầu cánh của tuabin hướng trục cánh điều chỉnh. Loại tuabin này làm việc trong phạm vi cột nước H = 30-150m. Nó có thể điều chỉnh cánh nên phạm vi điều chỉnh công suất có hiệu suất cao tương đối rộng so với tuabin tâm trục. Hình 1.13 Tuabin hướng chéo 1.4.2.2 Tuabin xung lực (xung kích): Tuabin gáo ( còn gọi là tuabin Pelton) hình vẽ 1.5/7 thanh 1.9: Trong đó : 1- ống dẫn 2- Mũi phun 3- Hướng tia nước 4- Cánh gáo 5- Trục 6- Vở tuabin Tuabin gáo là loại tuabin xung lực được sử dụng nhiều nhất. Phần dẫn dòng của nó gồm bánh công tác và vòi phun. Bánh công tác gồm nhiều cánh hình gáo được gắn chặt lên bánh công tác. Bánh công tác gắn liền trên trục tuabin, trục này nối với trục máy phát. Thông thường tuabin gáo đặt ngang, chỉ có một số tuabin cỡ lớn có tổ máy đặt đứng. Vòi phun gồm có ống hình côn nối với ống dẫn, trong ống hình côn có kim điều chỉnh lưu lượng ra của vòi phun. ở đây dòng chảy theo ống dẫn vào vòi phun, từ đó dòng chảy ra khỏi vòi phun với vận tốc đủ lớn tác dụng vào các cánh gáo và tạo thành momen quay. Ngoài ra vòi phun làm nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng qua bánh công tác. Tuabin gáo làm việc với cột nước H = 40-300m và lớn hơn nữa. ở nước ta trạm thuỷ điện Đa Nhim dùng tuabin gáo có công suất một tổ máy N = 40MW. b. Tuabin tia nghiêng: Tuabin này khác với tuabin gáo là dòng chảy vào vòi phun hướng vào bánh công tác dưới một góc nghiêng. Bánh công tác gồm các cánh cong gắn chặt lên hai đĩa bên bánh công tác có hình dạng đơn giản hơn dạng gáo nên dễ chế tạo. Vòi phun của loại này tương tự như vòi phun của tuabin gáo. Tuabin tia nghiêng được lắp cho những trạm thuỷ điện nhỏ. Hiệu suất của tuabin này thường nhỏ hơn hiệu suất của tuabin gáo. c. Tuabin tác dụng kép (Tuabin xung kích hai lần ) (Hình vẽ 2.6): Dòng chảy từ vòi phun tác dụng lên bánh công tác hai lần : dòng chảy đi từ ngoài vào tâm sau đó lại hướng từ tâm ra ngoài, nên gọi loại này là tuabin tác dụng kép. Vòi phun của tuabin này có tiết diện chữ nhật chứ không phải tiết diện tròn. ở đây thay đổi lưu lượng bằng cách thay đổi một thành trong để thay đổi tiết diện vòi phun. Tuabin tác dụng kép còn có tên gọi là tuabin xung kích hai lần, hay tuabin Banki. Nó được dùng cho các trạm thuỷ điện cỡ nhỏ N = 5-100KW. 1.4.3. Các bộ phận chính của tuabin nước: Trong tuabin nước, bộ phận ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tuabin đó là phần dẫn dòng. Phần dẫn dòng gồm có ba bộ phận chính: Buồng dẫn tuabin. Bánh công tác. Buồng hút tuabin. Trong đó bánh công tác là bộ phận chính làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng. Hai bộ phận buồng dẫn và buồng hút không trực tiếp biến đổi năng lượng nhưng vai trò của chúng rất quan trọng giúp bánh công tác làm nhiệm vụ biến đổi năng lượng có hiệu quả tốt. Các bộ phận phụ của phần dẫn dòng gồm có: các van điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, van đóng nhanh khi có sự cố, lưới chắn rác… Nếu tuabin làm việc đồng bộ với máy phát điện thì một bộ phận quan trọng giúp cho sự đồng bộ này là máy điều tốc. Trong các trạm thuỷ điện còn có các thiết bị phụ trợ khác như: các tổ máy bơm, các tổ máy nén khí, thiết bị nâng hạ, hệ thống điện…ở đây ta chỉ xét bộ phận chính của phần dẫn dòng tuabin. chương 2 : Tổng quát chung nhà máy thuỷ điện Hoà bình  2.1.Đường năng lượng của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình: Thủy năng - Cơ năng - Điện năng: Nhà máy thủy điện Hoà Bình được thiết kế theo phương pháp nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp. Năng lượng nước được tập trung là nhờ đập và cả đường dẫn. Cột áp của trạm gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên, phần còn lại do đường dẫn tạo nên. Kiểu thiết kế này áp dụng cho các đoạn sông mà ở trên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nước và hồ chứa, còn ở phía dưới có độ dốc lớn thì xây đường dẫn. Nước được tập trung trên hồ chứa nhờ đập sau đó được chảy qua các đường dẫn tới tuabin. Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình có 8 tổ máy tương ứng với 8 đường dẫn và 8 tuabin. Nước chảy tới tuabin qua đường dẫn rồi tới buồng xoắn. Buồng xoắn sẽ thay đổi dòng chảy từ hướng tâm sang hướng trục qua cánh hướng nước tới bánh xe công tác. Nước chảy làm bánh xe công tác quay và kéo theo rôto của máy phát điện quay. Rô to quay làm bộ phận máy phát hoạt động và phát ra điện. Tuyến năng lượng của nhà máy được thể hiện rất rõ qua hình vẽ kèm theo. 2.2.Cửa nhận nước nhà máy thuỷ điện Hoà Bình Cửa nhận nước là cửa quan trọng của nhà máy thủy điện, nó là cửa ngõ khi vào nhà máy. Tại đây dòng nước được lọc rác bằng lưới chắn rác, sau đó được dẫn vào tuabin. Dòng nước này được điều chỉnh bởi cửa sửa chữa và cửa vận hành. Như vậy cửa nhận nước đã thực hiện một điều chỉnh trong toàn bộ hệ thống của nhà máy. Trong đó : Cẩu trục chân đê: Nhiệm vụ điều khiển gầu cào rác, nâng hạ gầu cào rác và di chuyển tới nơi thải rác. Bên cạnh đó, nó còn thực hiện việc nâng hạ lưới chắn rác phục vụ cho việc tu sửa lưới chắn rác. Gầu cào rác: Để vớt rác ra khỏi lưới rác và vận chuyển tới nơi thải rác từ lưới chắn rác thu gom được. Xi lanh thủy lực nâng hạ : Nhiệm vụ nâng hạ cửa vận hành. ổ hướng: Nhiệm vụ định hướng cho trục của xilanh thủy lực đúng hướng vì trục của xilanh dài. Lưới chắn rác: Ngăn các vật trôi theo dòng nước không cho vào trong đường ống áp lực để không gây sự cố cho tổ máy. Cửa sửa chữa: Có nhiệm vụ đóng nhanh cửa nhận nước vào tuabin, bảo vệ tuabin khi có sự cố. Thường đóng trong trường hợp nước tĩnh để không gây chấn động. Tuy nhiên trong trường hợp cần đóng nhanh khi dòng chảy lớn vẫn phải đảm bảo an toàn. Cửa vận hành: Nó được điều chỉnh bởi xilanh thủy lực chính và được thiết kế dùng trọng lượng đóng lại ở điều kiện dòng không bình thường. 2.3. Bộ dẫn động thuỷ lực nâng hạ cánh phai đập tràn xả đáy Công dụng : Nâng cánh phai dưới áp lực Giữ cánh pha ở tận cùng phía trên Hạ cánh phai xuống đến vị trí đóng hoàn toàn của xả đáy Nâng tự động cánh phai về vị trí ban đầu khi bị lún xuống 300mm Trong đó : Cẩu trục chân đê : Nâng hạ phai sửa chữa xả mặt và phai sửa chữa xả sâu. Thiết bị dầu áp lực : Tạo áp lực dầu để điều khiển xilanh thủy lực. Xilanh thủy lực : Nâng hạ van cung xả. Van cung xả mặt. Phai sửa chữa xả mặt. Van cung xả sâu. Phai sửa chữa xả mặt. 2.3.1. Đập tràn xả đáy bao gồm 12 cửa van cánh cung có kích thước (6x10) m được chuyển động nhờ các xi lanh thuỷ lực, một cánh phai tương ứng với một xi lanh thuỷ lực. 2.3.2. 12 cánh phai này được chuyển động nhờ có 6 bộ dẫn động thuỷ lực.Thành phần của mỗi bộ dẫn động thuỷ lực bao gồm : (Máy bơm, Bảng panen, Xilanh thuỷ lực, Khối điều khiển, Thùng dầu, Trụ điều khiển, Trụ xi lanh, ống dẫn dầu ). 2.4. Hệ thống khí nén OPY – 220/110 KV 2.4.1 Khái niệm : Hệ thống khí nén dùng để cung cấp khí nén cho các máy ngắt không khí, khí nén này có tác dụng dập hồ quang giữa các cực khi cắt mạch điện, truyền động, hoặc để thông gió bên trong máy ngắt đề phòng hơi ẩm ngưng tụ tại đó. Các thiết bị hệ thống khí OPY đảm bảo Duy trì tự động áp lực 32 kg/cm2 và 20 kg/cm2 ở các hệ thống khí nén 220 KV và 110 KV Sấy nhiệt độ không khí tới độ ẩm tương đối cần thiết Độ tổn hao cố định không khí để thông gió và dẫn trong hệ thống bằng 70m3 /giờ, khi đó áp lực đủ trong các bình chứa khí, sau thời gian các máy nén khí tạm dừng làm việc 2 tiếng đồng hồ mà vẫn đảm bảo độ ẩm không khí theo yêu cầu. Thời gian khôi phục đầy đủ áp lực trong hệ thống sau khi có sự cố nặng nhất là bé hơn 2 giờ mà không cần phải chạy máy nén khí dự phòng. 1.4.2. Cấu tạo hệ thống nén khí : Hệ thống này bao gồm: có 4 máy nén khí (trong đó có 3 máy làm việc, 1 để dự phòng) và 3 cụm chai chứa mỗi cụm có dung tích 3m3. Mỗi máy nén cung cấp riêng cho từng cụm chai đặc biệt máy nén dự phòng có thể cấp đồng thời cho cả 3 cụm. Kết cấu riêng của các máy nén khí : Có pít tông định hướng cố định và các xi lanh lắp vuông góc với nhau khi pít tông chuyển động tạo chân không thì không khí tràn đầy vào Xi lanh qua van hút, lượng không khí đủ thì pít tông chuyển động ngược lại van hút đóng lại không khí được nén tới một áp lực nhất định sau đó được đưa qua van đẩy. 2.5. Hệ thống khí nén cao và hạ áp gian máy trong nhà máy. Công dụng: Hệ thống khí nén hạ áp dùng để cung cấp khí nén áp lực 0,8 Mpa (8 kg/cm2) cho các hộ tiêu thụ sau : Hệ thống phanh các tổ máy. Các đồng hồ thuỷ khí. Các dụng cụ làm việc bằng khí nén dùng trong các công tác sửa chữa của hệ thống 2.6. Hệ thống dầu xả của các biến thế tự ngẫu và các máy biến thế tự dùng. Công dụng : Hệ thống này có tác dụng thu gom dầu, lọc dầu, xả nước mưa, xả nước ngầm cho hệ thống cứu hoả. ..của các máy biến thế tự ngẫu và các máy biến thế tự dùng ở hệ thống khí né._.n (OPY). 2.7. Hệ thống dầu tuabin. Hệ thống dầu tuabin đảm nhiệm mọi công việc tiếp nhận bảo quản làm sạch, phân phối kiểm tra số lượng, chất lượng loại dầu T/7-30 đang sử dụng tại nhà máy thuỷ điện Hoà Bình.Thiết bị dầu tuabin được bố trí tại nhà bờ trái và gian máy. Hệ thống ở gian máy được nối với hệ thống đặt ở nhà bờ trái qua tuyến ống công nghệ nằm ở hầm giao thông. 2.8. Thiết bị dầu áp lực (MHY) và hệ thống làm mát dầu. Thiết bị dầu áp lực dùng để cung cấp dầu áp lực T/7-30 (OCT 9972-74) hoặc dầu tương đương với nó cho bộ điều chỉnh tốc độ tuabin. Để thao tác điều tốc cần có hệ thống dầu áp lực làm nguồn cung cấp năng lượng, thiết bị dầu áp lực là khâu trung gian truyền lực cho động cơ sexcvomoto. Hệ thống MHY gồm có : Bình chứa dầu áp lực MHY, tổ máy bơm dầu, rơle điều khiển và thiết bị làm mát dầu được nối với nhau và nối với hệ thống thuỷ lực bằng các đường ống. *Bình chứa dầu áp lực MHY chứa dung tích 12.5 m3 có kết cấu hình trụ làm bằng kiểu hàn, đáy hình elíp làm bằng thép tấm, bình có cửa chui để kiểm tra và sửa chữa, có các chân để lắp đặt lên móng, các tai cheo để vận chuyển, có mặt bích và các ống để nối với các ống dẫn dầu và khí. Có trang bị các áp kế, ống thuỷ báo mức dầu, van khí một chiều, các đát trích báo mức, đát trích áp lực và các van khác. Trong bình dầu chỉ chiếm 3040% thể tích, phần còn lại là không khí nén. Nhờ tính đàn hồi của không khí nén mà sóng áp lực sinh ra khi thao tác điều chỉnh tuabin được giảm đi nhiều. Lượng dầu và áp lực dầu trong bình là nguồn dự trữ năng lượng, nên giảm nhẹ công suất bơm dầu(so với việc dùng bơm trực tiếp vào bộ phận điều chỉnh ). Trong quá trình làm việc, dầu và không khí nén trong bình bị hao hụt do rò rỉ. Vì vậy cần thường xuyên kiểm tra và bổ xung dầu vào bình chứa bằng hệ thống bơm, còn không khí nén được cung cấp bởi các hệ thống nén khí. áp lực khí nén trong bình chứa dầu thường là 25, 40, do thao tác điều khiển động cơ secvo làm áp lực trong bình chứa sụt xuống. Khi áp lực trong bình sụt xuống 23 so với bình thường thì các bơm dầu hoạt động nhờ các rơle áp lực. Khi áp lực đạt bình thường thì rơ le tự động điều chỉnh dừng máy bơm. * ống thuỷ báo mức dầu của bình MHY được lắp trên thành bình dầu khí, dùng để kiểm tra bằng mắt thường mức dầu trong bình MHY. ống thuỷ có các van chặn, ống trong suốt đánh dấu thang đo và vỏ trong suốt bảo hiểm. * Van chặn gồm có van chặn trên và van chặn dưới, ngoài ra còn có các van bi một chiều. Trường hợp ống đo dầu bị vỡ thì các viên bi sẽ đậy các lỗ thông, không cho dầu chảy ra ngoài. Thang đo của ống thuỷ có các vạch chia độ tính bằng % so với thể tích bình dự trữ. * Van không khí một chiều được lắp trên đường ống dẫn có áp lực nối bình MHY với bình chứa khí của nhà máy và dùng để ngăn không khí không cho ra khỏi bình MHY sau khi nạp. * Bộ điều chỉnh mức dầu ở bình MHY. Bộ điều chỉnh mức dầu PYM-3 dùng để nạp bổ xung không khí vào bình MHY trong suốt quá trình MHY làm việc. Mức dầu trong bình MHY tăng quá mức (35% thể tích bình MHY) khoảng từ 15-20mm thì phao bộ điều chỉnh nổi lên và đẩy con đợi để mở van. Không khí từ bình chứa khí của nhà máy qua bộ lọc và đi vào bình MHY. Nếu mức dầu tụt quá mức thì phao cũng tụt xuống, giải phóng van bi áp lực dư của không khí sẽ làm bịt kín van. * Bể xả dầu. Bể xẩ dầu có kết cấu kim loại hàn bằng thép tấm dùng để thu gom dầu từ hệ thống thuỷ lực, lọc và khử không khí trong dầu. * Để duy trì chế độ nhiệt bình thường trong hệ thống thuỷ lực, MHY được nắp thiết bị làm mát dầu (MY-3b) có trị số chỉnh định chạy bơm ở 42 độ C và cắt bơm ở 38 độ C phát tín hiệu ở 37 độ C nhờ đát trích nhiệt độ báo hiệu. * Nhiệt độ toả ra trong hệ thống thuỷ lực do tổn thất năng lượng được làm nguội bằng phương pháp bức xạ tự nhiên và phương pháp đối lưu qua thiết bị làm mát dầu. Nhờ đó đảm bảo duy trì nhiệt độ môi trường trong phạm vi cho phép. 2.9. Hệ thống cấp nước kỹ thuật tổ máy và biến thế. Hệ thống cấp nước kỹ thuật phải được đảm bảo cấp nước sạch không ngừng cho các hộ tiêu thụ như: Bộ làm mát không khí, bộ làm mát dầu ổ hướng tuabin, ổ đỡ, ổ hướng máy phát, hệ thống cấp dầu điều khiển tổ máy, bộ làm mát hệ thống thiết bị bán dẫn động lực kích thích máy phát và các bộ phận có nhu cầu làm mát khác, để giữ ổn định cho các thiết bị đó trong quá trình làm việc. Lượng nước sạch này được thiết kế tính toán sao cho lưu lượng và áp lực của nước phải đảm bảo yêu cầu. Cấu tạo : Nó gồm có hai hệ thống : Hệ thống nước làm mát tổ máy bao gồm cả hệ thống làm mát bộ biến đổi thiristor. Hệ thống nước làm mát nhóm biến thế một pha. 2.10. Hệ thống cung cấp nước sản xuất nhà máy thuỷ điện Hoà Bình. Hệ thống cung cấp nước sản xuất đảm bảo dẫn nước sạch đến cho các thiết bị tiêu thụ để giữ nhiệt độ theo quy định va bôi trơn các thiết bị đang vận hành của nhà máy thuỷ điện ở tất cả các chế độ ổn định, quá độ của tổ máy. 2.11. Hệ thống trạm bơm thải sau cứu hoả các máy biến áp và hầm cáp: Trạm bơm thải nước và dầu dùng để bơm thải nước sau cứu hoả các máy biến áp và hầm cáp ở cao độ 24,6m. Trạm bơm nằm ở cao độ 9,8m trong gian máy biến áp. Để gom nước cứu hoả máy biến áp, các hầm cáp ở cao độ 24.6m và xả dầu sự cố ở các máy biến áp và cáp dầu áp lực, người ta làm bể số 2 ở cao độ 8.6m trong gian máy biến áp. 2.12. Hệ thống làm khô phần nước qua các tổ máy của nhà máy thuỷ điện. Hệ thống làm khô dùng để tháo cạn nước ở các bộ phận phần nước hạ lưu và giữ cho chúng trong tình trạng khô ráo để sữa chữa, những bộ phận này gồm có: Phần nước của ống dẫn nước có áp lực, buồng xoắn, buồng bánh xe công tác và ống xả. 2.13. Kết cấu các thành phần cơ khí của tổ máy thuỷ lực. 2.13.1. Công dụng : Máy tuabin thuỷ lực trục đứng kiểu PO 150/810-B-567,2 dùng để dẫn động cho máy phát điện 3 pha có công suất định mức 240.000KW. Điều khiển tuabin được thực hiện bằng bộ điều tốc thuỷ lực, trong hộp với thiết bị dầu áp lực MHY. Tổ máy có khả năng làm việc ở cả chế độ bù. 2.13.2. Một số thông số kỹ thuật. Kiểu tuabin trục đứng hướng tâm : PO150/810-B-567,2 Đường kính bánh xe công tác : 5672 mm Chiều quay : Phải Cột áp tính toán : 88 m Cột áp tối đa : 109 m Cột áp tối thiểu : 60 m Công suất định mức : 245 MW Lưu lượng nước qua tuabin ở công suất định mức và cột áp tính toán : 301,5 m3/h Tần số quay định mức : 125 vòng /phút Tần số quay lồng tốc : 240 vòng /phút Hiệu suất tối đa ở cột áp định mức : 95 % Tải trọng tính toán tối đa trên ổ đỡ : 16,1 tấn Tổng tổn thất tính toán ở ổ đỡ : 380 KW áp lực trung bình trên xéc măng ở tải trọng tính toán : 31,5 kg/cm2 áp lực tối đa xéc măng chịu được : 7,6 kg /cm2 Số lượng xéc măng : 16 Khối lượng dầu trong bể : 10 m3 Loại dầu tuabin : T/7.30/OCT9972-74 Tốc độ quay tuabin : 20,6 m/s Độ lệch tâm : 9% 2.13.3. Kết cấu của tuabin. 2.13.3.1. Bánh xe công tác : (đường kính 5672 mm, chiều quay phải ) Là bộ phận làm việc chính của tuabin dùng để biến đổi năng lượng dòng chảy của nước thành cơ năng quay rôto máy phát, bánh xe công tác gồm có vành trên 16 cánh và vành dưới được hàn với nhau bằng hàn điện, ở phía dưới của vành trên có các bulông bắt ghép nắp rẽ dòng. Nắp này tạo nên sự đổi hướng của dòng chảy từ hướng kính sang hướng dọc trục một cách êm dịu, để tháo nước từ buồng phía trên bánh xe công tác ở vành trên có 10 lỗ xả D 130mm, để giảm bớt tổn thất năng lượng rò rỉ giữa bánh xe công tác và nắp tuabin và vành dưới của cánh hướng với vành dưới của bánh xe công tác có rãnh chèn hình răng lược. *Buồng bánh xe công tác : Là chỗ lắp đặt bánh xe công tác, buồng bánh xe công tác có dạng hình trụ. Khe hỡ giữa buồng và bánh xe công tác nằm trong phạm vi (0.00050.001)D. Trong đó D là đường kính bánh xe công tác. Nước được đổ vào bánh xe công tác qua các cánh hướng (lưu lượng nước là 301,5 m3/h) 2.13.3.2. Cánh hướng nước (bộ phận hước dòng): nằm ở phía stato Bộ máy cánh hướng nước điều chỉnh lưu lượng nước qua tuabin khi thay đổi công suất tổ máy cũng như ngăn không cho nước vào bánh xe công tác lúc dừng máy. Các cánh hướng được bố trí đều xung quanh và được gắn vào hai vành trên và dưới. Cánh hướng nước có dạng hình trụ và gồm những bộ phận sau: Số lượng cánh hướng là 20 cánh. Đều có 3 gối đỡ và được đúc bằng thép cácbon, các cánh đều có bạc định hướng làm bằng thép trong có phủ một lớp vật liệu chống mài mòn mà không cần bôi trơn. ổ đỡ giữa và dưới được làm kín bằng gioăng cao su định hình, tất cả các gối trục của cánh hướng đều được ốp bọc bằng thép không rỉ. ổ đỡ giữa cũng đồng thời là ổ chắn để bắt giữ chặt cánh hướng khỏi bị lực nước nâng lên trên. Để giảm bớt lượng nước rò qua cánh hướng đã đóng khi lắp ráp phải mài nhẵn các bề mặt tiếp giáp giữa các cánh, còn gioăng cao su giữa các khe rãnh của nắp tuabin và vành đỡ dưới là để chèn kín nước ở các đầu cánh. Mỗi cánh đều được treo lên nhờ bulông ở trên nắp chuyên dùng qua tay đòn và mặt bích của gối đỡ. Nắp này ép chặt vào nắp tuabin và cũng nhờ các bulông treo này để điều chỉnh vị trí nâng cánh và các khe hở ở hai đầu cánh việc quay cánh hướng thực hiện nhờ 4 xécvômôtơ được truyền qua vành điều chỉnh thanh giằng. Bản giằng tay đòn để truyền đến cho cánh hướng, Tay đòn được ghép với nhau bằng các chốt sắt, chốt sắt là khâu yếu nhất làm chức năng bảo vệ cánh hướng khỏi gẫy khi điều chỉnh không đều các thanh giằng hoặc các vật lạ lọt vào giữa các khe hở của cánh hướng. Các khớp bản lề của phần cơ khí quay động cơ đều có đặt các ống lót bằng nhựa pôlime tổng hợp không yêu cầu bôi trơn trong quá trình vận hành thanh giằng cánh hướng nước có thể điều chỉnh được chiều dài. Có thể làm cho các cánh hoàn toàn sát kín với nhau khi các cánh hướng nước đóng hết, gối đỡ tiếp nhận lực dọc trục của rôto, tổ máy cũng như mômen xoắn do ổ trục của tổ máy tạo ra kho rôto quay, để cố định cánh hướng ở vị trí mở hết, hoặc đóng hết có đặt 4 chốt hãm chịu được lực tổng hợp của 4xécvômôtơ. Việc quay các cánh hướng nước, khi khởi động và ngừng máy được thực hiện bằng 4 xéc vô mô tơ trục thẳng đứng tác động 2 chiều. Đường kính của pittông là 500 mm và hành trình của pittông là 730 mm áp lực định mức của xéc vô mô tơ lấy từ hệ thống điều chỉnh là 40kg/cm2. Cấu trúc của xéc vô mô tơ có 1 ống xi lanh thép kiểu hàn có các nắp được bắt chặt 2 đầu bằng gioăng, pittông gang, thanh giằng của xéc vô mô tơ có 1 đầu tự do được lắp vào lỗ của chốt trục. Chốt này được nối khớp với bản lề với vành điều chỉnh và có các ê cu chặn để bắt kẹp các thanh giằng với nó và cũng nhờ các ê cu này để đảm bảo điều chỉnh thanh giằng theo hướng dọc trục. Trong xéc vô mô tơ có hệ thống điều tiết làm chậm chuyển động của pittông ở cuối hành trình đóng có hệ thống xả dầu từ 2 khoang của xéc vô mô tơ vào tổ máy vét dầu. 2.13.3.3. Buồng xoắn stato : Là bộ phận dẫn nước vào bánh xe công tác có cấu tạo hình xoắn có tiết diện thay đổi không khép kín gồm có 20 khâu và một ống nối được cấu tạo từ thép tấm có độ dày khác nhau. Để vào được buồng xoắn có một lỗ tròn và có nắp đậy. 2.13.3.4. ống hút : Tác dụng Dẫn nước từ bánh xe công tác tuabin xuống hạ lưu với ít tổn thất thủy lực nhất. Sử dụng được phần lớn động năng còn lại của nước sau khi ra khỏi bánh xe công tác. Khi đặt bánh xe công tác cao hơn mực nước hạ lưu hơn mực nước hạ lưu để tiện sửa chữa và giảm bớt khối lượng nhà máy thủy điện, nhờ có ống hút mà phần cột nước từ bánh xe công tác đến mức nước hạ lưu được sử dụng. 2.13.3.5. Stato tuabin : Nhận toàn bộ tải trọng của tổ máy, khối bê tông phía trên và lực ép do áp suất nước trong buồng xoắn, cánh hướng bánh xe công tác tạo nên. 2.13.3.6. Cấu trúc của roto gồm có hai phần : Phần đai trên và đai dưới cấu tạo từ 4 phần gắn với các vành đó là 48 trụ chịu lực, trong đó 5 trụ ở vành đầu vào buồng xoắn được chế tạo từ thép đúc còn các trụ khác được làm bằng thép tấm, đai trên của stato được nối đai tăng cường chịu áp lực bằng bê tông cốt sắt. 2.13.3.7. Trục tuabin : Truyền mô men quay từ bánh xe công tác đến trục của máy phát có cấu tạo nguyên khối, kiểu rỗng có vành riêng để lắp ổ hướng tuabin, đường kính trục là 1500 mm. Độ dày thành trục là 130 mm, tổng chiều dài là 6800 mm, đường kính của vành chỗ lắp ổ hướng là 1900 mm, mặt dưới của trục được nối bằng 20 bu lông M140 với mặt trên của bánh xe công tác tương tự như vậy đối với điểm nối của trục tuabin và roto máy phát. 2.13.3.8. ổ hướng : Có tác dụng định vị trí của trục tuabin. Trong quá trình làm việc ổ hướng chịu tác dụng của lực hướng kính do không cân bằng về lực cơ thuỷ lực và lực điện của roto. ổ hướng gồm có 12 xéc măng bằng thép trên bề mặt có phủ một lớp ba bít qua ống lót cách điện. Vỏ của ổ hướng : Bằng thép và được bắt chặt lên nắp tuabin nhờ bu lông và chốt định vị, phía dưới vỏ ổ hướng là thùng dầu có thể tích 1m3 để bôi trơn các xéc măng. Việc tuần hoàn dầu trong ổ hướng được thực hiện khi các trục quay nên nó có tính năng giống như bơm li tâm dẫn dầu trong thùng dầu và khoang giữa các xéc măng và vỏ của ổ hướng làm cho mức dầu ở đó đẩy lên tới mức cần để bôi trơn các xéc măng. Sau đó dầu qua lỗ ở thanh đứng của vỏ và đi theo đường ống xả đến 12 bộ làm mát bằng xung quanh thùng dầu dưới, từ dưới lên và tiếp tục vào thùng dầu. Do đó trong qúa trình làm việc phải thường xuyên kiểm tra mức dầu, nhiệt độ của dầu và nhiệt độ các xéc măng bằng các đát trích để biết tình trạng làm việc của tổ máy. 2.13.4. Các phần tử của hệ thống điều chỉnh tốc độ tuabin : Bộ điều tốc Thiết bị dầu áp lực Thiết bị tự động MHY Thiết bị tự động tuabin . Các thành phần của bộ điều tốc thuỷ lực Tủ điều tốc Bảng thiết bị Cơ cấu phản hồi Thiết bị chỉ huy Dầu áp lực từ bình chứa MHY được dẫn theo đường ống tới khối ngăn kéo chính, từ đây có 3 đường ống dẫn tới ngăn kéo sự cố rồi sau đó dẫn dầu tới các xéc vô mô tơ. Ngăn kéo sự cố : Có đường ống phụ nối với đường ống dầu áp lực và thông với bình chứa MHY, nó được sử dụng để đóng cánh hướng nước trong trường hợp bộ điều tốc bị hỏng, ngăn kéo có truyền động điện từ để điều khiển ngăn kéo sự cố. Khi tổ máy làm việc bình thường dầu dễ dàng chảy qua ngăn kéo sự cố, còn khi bộ điều tốc bị hỏng và tốc độ quay của roto tăng cao thì rơ le tần số quay sẽ được tín hiệu đi khởi động ngăn kéo sự cố có bộ dẫn động điện từ. Sau khi ngăn kéo sự cố tác động khi đó dầu sẽ được nối thông với khoang đóng các xéc vô mô tơ cánh hướng với đường dầu áp lực, còn khoang mở thông với đường xả do đó cánh hướng nước được đóng lại. Để đưa ngăn kéo sự cố trở lại vị trí đóng bình thường thì trước tiên ta phải cắt mạch điện cho ngăn kéo có truyền động điện từ để kiểm tra áp lực dầu trong buồng xéc vô mô tơ bằng các đồng hộ đo áp lực mạch phản hồi và đưa các phần tử của bộ điều tốc thuỷ lực về vị trí ban đầu. Cáp truyền : Thực hiện phản hồi cơ giữa cánh hướng nước và tủ điều tốc sẽ làm cho thiết bị chỉ huy (thực chất là các tiếp điểm hành trình) chuyển động và nó cho những tín hiệu khác nhau tuỳ theo vị trí của cánh hướng nước. Các tổ máy bơm vét dầu : Sử dụng để thu dọn dầu từ các cơ cấu điều chỉnh và kiểm tra tuabin cũng như định kỳ bơm dầu vào bể xả, ngoài ra còn dùng để tháo xả dầu cho đường ống của hệ thống điều chỉnh và tốc độ Thiết bị chỉ huy : Đảm bảo ghép và tách các mạch của hệ thống tự động điều khiển ở các vị trí xác định của cánh hướng. Thiết bị dầu áp lực và thiết bị tự động MHY : Dùng để cung cấp dầu áp lực cho các phần thuỷ lực của hệ thống điều chỉnh. Thiết bị tự động MHY : Dùng để tự động điều khiển các bộ phận của MHY thiết bị này được xác định trên cơ sở sử dụng các hệ thống không tiếp điểm và gồm có : Phần thông báo, Phần lôgic, và cơ cấu chấp hành. Ngoài ra còn một số các van xả để tháo hết nước khi cần sửa chữa hoặc kiểm tra tổ máy khi dừng. 2.13.5. Kết cấu của máy phát thuỷ lực : 2.13.5.1. Máy phát thuỷ lực : (kiểu CB1190/215 ) Trục của máy phát điện được nối trực tiếp với trục tuabin nên máy phát sẽ quay cùng với tốc độ quay của tuabin, do vậy việc điều chỉnh tần số và điện áp cảu máy phát chính là việc điều khiển tốc độ của tuabin thủy lực. Máy phát là nơi biến cơ năng do nước sinh ra thành điện năng phát lên lưới điện quốc gia. Được cấu tạo theo kiểu ô dù có 1 ổ đỡ được tỳ nên nắp tuabin và có 1 ổ hướng ở phần trung tâm của giá chữ thập trên. 2.13.5.2 Stato máy phát (phần đứng yên ): Vỏ của stato có cấu tạo từ thép tấm được hàn lại với nhau, stato được ghép vào bệ nhờ các bu lông bệ. Lõi của stato được được ghép bằng thép kỹ thuật điện cán nguội và được sơn cả hai mặt bằng sơn cách điện chịu nhiệt. Theo chiều cao của lõi thép được chia thành 41 ngăn mà giữa các ngăn có khe hở không khí làm mát. Cuộn dây của stato có dạng thanh dẫn uốn sóng hai lớp có 4 nhánh song song trên một pha và có 6 đầu ra trung tính. Số rãnh : Z= 576 Số cực : 2P=48 pha Số rãnh cho một cực và một pha : g=4 Bước quấn dây : 1-15-25 Số nhánh song song : a=4. 2.13.5.3 Roto máy phát (phần chuyển động ): Gồm có đĩa roto, thân roto có gắn đĩa phanh, các cực có cuộn dây kích từ và cuộn cảm, vành chổi than và may ơ của ổ đỡ. Đĩa roto là cấu trúc hàn đúc gồm có : Sáu nan hoa tiết diện hình hộp có thể tháo ra được. Phần trung tâm có ống lót đúc, đĩa gân và các tấm nối để bắp giữ các nan hoa. Mặt trong phía dưới của ống được đấu ghép với trục tuabin bằng các bu lông, mặt bích trên ống lót roto nối với trục phụ. 2.13.5.4 Máy phát phụ. Máy phát phụ dùng để cung cấp cho hệ thống kích thích độc lập bằng thiristor của máy phát thuỷ lực. Stato máy phát phụ được ép vào chân giá chữ thập trên còn roto được gắn vào khung bệ của roto máy phát thuỷ lực. 2.13.5.5. Máy phát điều chỉnh. Máy phát điều chỉnh thực chất là bộ xung tần số cho bộ điều tốc thuỷ lực của tuabin và nó cũng được làm máy phát đồng bộ 3 pha với phần kích thích bằng nam châm vĩnh cửu được nắp trên các cửa của roto. Để từ hoá các nam châm, mỗi cực từ có một cuộn dây đặc biệt. Cần phải tiến hành nạp từ điện áp stato thấp dưới 110 V. Tiến hành nạp từ bằng dòng một chiều 600 A, thời gian nạp không quá 1 giây. Trong thời gian làm việc, cuộn dây nạp từ phải được nối ngắn mạch. 2.13.5.6. Hệ thống thông gió. Để làm mát phần tác dụng của máy phát chính có dùng hệ thống thông gió tuần hoàn làm mát bằng không khí. Roto máy phát làm việc giống như quạt li tâm tạo nên áp lực gió làm mát cần thiết, làm mát các cực từ roto, cuộn dây và lõi thép stato và đi vào các bộ làm mát gió bằng nước, khi ra khỏi bộ làm mát khí theo hướng gió khép kín quanh stato, không khí lạnh được chia làm hai đường quay trở lại roto. Các bộ làm mát khí được nắp vào thân stato máy phát chính. 2.13.5.7. Hệ thống phanh. Để phanh roto khi ngừng máy và khi sửa chữa. tổ máy có bố trí 24 bộ phanh kích, các phanh này có các êcu và các vít nâng 3 ngả để giữ roto, ở trạng thái nâng phanh làm việc. Thiết bị phanh gồm có van chặn không khí có bộ dẫn động điện áp kế. .. và có khả năng điều khiển bằng tay. 2.13.5.8. Hệ thống kiểm tra nhiệt độ. Máy phát được kiểm tra nhiệt độ nhờ các bộ biến đổi nhiệt điện trở và nhiệt điện kế áp lực có tín hiệu được nắp ở đầu nối để kiểm tra nhiệt độ của lõi sắt stato máy phát cả 3 pha, kiểm tra nhiệt độ các xéc măng của ổ đỡ và ổ hướng, trong bể dầu cũng có lắp các nhiệt điện trở nhiệt kế áp lực có tín hiệu. 2.13.5.9. Hệ thống cứu hoả. Máy phát thuỷ lực được trang bị hệ thống cứu hoả bằng nước phun. Thiết bị dập lửa máy phát chính có cấu tạo từ hai vòng ống dẫn bố trí xung quanh phần trên và dưới stato. Theo vòng tròn của ống góp có rất nhiều lỗ nhỏ trong đó có lắp các ống phun. Nguốn cung cấp nước cứu hoả máy phát thuỷ lực phải là nguồn độc lập. Máy phát phụ cũng được bố trí 1 ống phòng hoả riêng, trên đường ống dẫn có lắp thiết bị van chặn tác động điện. 2.14. Máy biến áp. Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên tắc cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp máy phát lên cấp điện áp truyền tải 110kV, 220kV, 500kV... với tần số không thay đổi. Công suất của máy biến áp được tính sao cho có thể đáp ứng được công suất tối đa của máy phát. * Các loại máy biến áp được dùng trong nhà máy thuỷ điện Hoà Bình. Các máy biến áp 1 pha, 2 cuộn dây kiểu //-105000/220-85-TB-B dùng để đấu nối 3 pha và lắp đặt vào khối máy phát biến áp. Máy biến áp tự ngẫu 3 pha, 3 cuộn dây kiểu ATD//TH6-3000/220/110-TL, có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải, dùng để liên lạc OPY-220 và cung cấp cho tự dùng nhà máy. Máy biến áp 3 pha, 2 cuộn dây kiểu TMH-6300/35-74-71 có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải, máy biến áp này được đấu vào các cuộn dây 35 KV của máy biến áp tự ngẫu và các thanh dẫn điện áp máy phát, dùng để cung cấp điện tự dùng cho nhà máy. 2.15. Kháng điện Chức năng chính của kháng điện là hạn chế dòng điện khi có sự cố sảy ra như ngắn mạch, quá điện áp khí quyển(như do sét đánh) 2.16. Máy cắt Máy cắt dùng để đóng cắt điện áp ở chế độ bình thường và tác động cắt tải hay máy phát ra khỏi lưới điện khi có sự cố sảy ra theo dòng điện. 2.17. Dao cách ly và dao nối đất. Chức năng tạo sự an toàn khi có nhu cầu kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa phần mạng điện của hệ thống. Tùy thuộc vào vị trí dao cách ly mà nó có những chức năng nhất định. Như dao cách ly đặt nối đất của đường dây có tác dụng giải phóng các điện áp dư trên mạng điện mà đã ngắt ra khỏi nguồn điện nhằm đảm bảo an toàn khi kiểm tra và sửa chữa. Toàn bộ thao tác này được thực hiện bằng động cơ. 2.18. Hệ thống chống sét. Có tác dụng bảo vệ đường dây, các thiết bị động lực khác khi có hiện tượng quá điện áp hệ thống hoặc quá điện áp khí quyển sinh ra. 2.19. Thanh cái Là nơi tập trung chuyển công suất điện áp từ hệ thống máy phát lên lưới điện và đến các hộ tiêu thụ khác. 2.20. Biến điện áp (TU) và biến dòng điện (TI) Biến điện áp và biến dòng điện thuộc bộ phận đo lường và chỉ thị có tác dụng biến các điện áp siêu cao, cao, trung và hạ thế về các cấp điện áp nhỏ có thể tiếp xúc được các thiết bị đo lường và hiển thị các thông số của nhà máy và đường dây. 2.21. Hệ thống điện tự dùng. Hệ thống điện tự dùng công suất lấy ra từ đầu cực máy phát hay một phần công suất điện áp đưa vào trạm điện để phục vụ các hộ tiêu thụ nhỏ đây là việc nội bộ trong nhà máy thủy điện. Chương 3: bộ điều khiển tốc độ quay tuabin (Bộ điều tốc) của nhà máy thủy điện hòa bình: 3.2. Hệ thống điều khiển tốc độ quay của tuabin: Các chương trước, chúng ta đã tìm hiểu về các thiết bị trong nhà máy, gồm cả các thiết bị cơ và điện, đặc biệt là tuabin thủy lực. Song hệ thống dầu áp lực và bộ điều tốc là các thiết bị quan trọng trong nhà máy thủy điện, có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ tuabin phục vụ cho điều chỉnh tần số để hệ thống điện luôn luôn ổn định. Vì vậy chương này chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu nghiên cứu về nhiệm vụ cũng như nguyên lý hoạt động của bộ điều tốc. Hình vẽ tổng quan hệ thống dầu áp lực và bộ điều tốc (hình chụp sau 3.1) Hệ thống dầu áp lực gồm có : Thùng chứa dầu áp lực. 1.4 Hệ thống làm mát dầu Bảng điều khiển 1.5 Hệ thống trao đổi dầu Máy bơm dầu Hệ thống điều tốc điện thủy lực: 2.1 Tủ điều tốc 2.2 Tủ khởi động bộ điều tốc 2.3 Van sự cố bộ điều chỉnh van định hướng xecvomoto 2.4 Thiết bị phản hồi 2.5 Bộ bảo vệ tần số và chống lồng tốc. Hệ thống tự động điều chỉnh tuabin: 3.1 Tủ điều khiển tự động 3.6 Đo mức dầu ổ trục 3.2 Bảng dụng cụ đo và điều khiển 3.7 Đo độ mở trục ổ hướng 3.3 Vòng hướng đo nhiệt độ 3.8 Đo mức nước nắp tuabin 3.4 Đồng hồ đo lưu lượng 3.9 Đo áp suất của nước dưới 3.5 Khóa van cánh hướng bánh xe công tác. * Nhiệm vụ và nguyên lý làm việc của bộ điều tốc: 3.2.1. Nhiệm vụ: - Giữ số vòng quay của tổ máy không thay đổi (thay đổi trong giới hạn cho phép ) trong phạm vi thay đổi phụ tải của máy phát. - Phân bố phụ tải của các tổ máy làm việc song song. - Thực hiện qúa trình mở và tắt máy trong điều kiện bình thường và trong điều kiện có sự cố. 3.2.2. Nguyên lý làm việc: Phương trình chuyển động của rôto máy phát có dạng: MT - MC =J . (1) Trong đó : MT - Mômen của tuabin. MC - Mômen cản, phụ thuộc vào phụ tải. J – Mô men quán tính của roto tổ máy - Vận tốc góc. Mômen của tuabin được xác đinh theo công thức: MT = ; hoặc MT = . (2) Trong đó : Q lưu lượng nước H Chiều cao cột nước N Công suất tuabin Hiệu suất của tuabin Từ biểu thức (2) ta thấy trong điều kiện trạm làm việc, cột áp suất trong ngày hầu như không thay đổi, hiệu suất gần như không đổi, mômen của tuabin phụ thuộc vào lưu lượng. Nhiệm vụ cơ bản của bộ điều tốc là làm thay đổi lưu lượng qua tuabin, để thay đổi mômen tuabin sao cho bằng mômen cản và giữ cho số vòng quay không đổi. Từ phương trình (1), trạng thái làm việc của hệ thống có thể mô tả qua 3 phương trình: J = 0 (3) J = const (4) MT - MC = 0 (5) Tương ứng với ba phương trình này, ta có ba nguyên lý điều chỉnh tuabin: * Theo phương trình (3) người ta chế tạo ra bộ điều tốc có nhiêm vụ điều chỉnh gia tốc sao cho d/dt =0. Bộ điều tốc này gọi là điều tốc gia tốc. * Theo phương trình (4) người ta chế tạo ra bộ điều tốc thay đổi sự thay đổi của vận tốc góc và tác động sao cho J = const. * Theo phương trình (5) người ta chế tạo ra bộ điều tốc có khả năng theo dõi sự thay đổi của mômen MC, hay là theo dõi sự thay đổi của phụ tải, để điều chỉnh mômen động lực của tuabin MT, sao cho MT cân bằng với MC. Có thể đạt được điều này bằng hai cách: Điều chỉnh MT thông qua việc điều chỉnh lưu lượng qua tuabin, sao cho MT = MC. Điều chỉnh MC thông qua việc điều chỉnh tổng mômen cản của phụ tải, sao cho MT = MC. Theo hướng này ta có loại điều tốc điều chỉnh phụ tải. Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình dùng tuabin tâm trục, nên việc điều chỉnh thực hiện nhờ hệ thống cánh hướng dòng, từ đó điều chỉnh dễ dàng MT theo MC . 3.3. Cấu tạo và hoạt động của phần cơ khí của tủ điều tốc Tủ điều tốc kiểu )/P-150-11 là phần cơ khí thủy lực của bộ điều chỉnh điện thủy lực dùng để tự động điều chỉnh tần số quay và điều khiển tuabin thủy lực hướng tâm, hướng trục ở các chế độ khác nhau, đồng thời dùng để điều chỉnh riêng và điều chỉnh theo nhóm công suất hữu công của tổ máy. Trọn bộ điều tốc gồm có: tủ điều tốc, bảng thiết bị điện, cơ cấu liên lạc ngược và máy chỉ huy. Các số liệu kỹ thuật: - Đường kính quy ước của ngăn kéo chính:150mm - áp lực làm việc của dầu trong hệ thống điều chỉnh: 40kg/cm2 - Mác dầu trong hệ thống điều chỉnh (Dầu tuabin): T/7-30 - Nhiệt độ dầu của hệ thống điều chỉnh: +10..50oC - Thời gian làm việc của động cơ bộ hạn chế độ mở từ 0 đến 100% hoặc ngược lại: 10..30s - Hành trình lớn nhất của bộ biến đổi điện thủy lực: +(-)6mm - Kích thước tủ điều tốc (Không có ngăn kéo chính): 500x500x1715 - Trọng lượng tủ điều tốc: 1610kg Cấu tạo tủ điều tốc: Tủ điều tốc gồm các bộ phận chính sau đây: Bộ biến đổi điện thủy lực Ngăn kéo chính Cơ cấu hạn chế độ mở Cơ cấu điều chỉnh theo cột nước Cơ cấu liên lạc ngược điều chỉnh theo cột nước Trục của các bộ hạn chế Trục liên lạc ngược Bộ phát tín hiệu đứt dây cáp phản hồi Bộ lọc dầu kép ở mặt trước của tủ điều tốc có lắp vô lăng điều khiển cơ cấu hạn chế độ mở, nhờ vậy có thể điều khiển tổ máy bằng tay và khoá điều khiển cơ cấu thay đổi tần số và công suất khi tô máy làm việc ở chế độ phát điện và các đồng hồ cần thiết để theo dõi sự làm việc của tổ máy và của bộ điều tốc. - Đồng hồ tốc độ điện báo tần số quay của tổ máy - Đồng hồ chỉ độ mở của máy hướng nước và vị trí của bộ hạn chế. - Đồng hồ cân bằng chỉ giá trị và chiều dòng điện điều khiển trong cuộn dây của bộ biến đổi điện thủy lực - Các đèn tín hiệu báo vị trí các chốt vành điều khiển - áp kế báo áp lực dầu đưa vào bộ biến đổi điện thuỷ lực và các bộ báo cột nước nằm ở trong tủ điều tốc. - Dây cáp phản hồi cơ và tất cả các đường ống dẫn đến tủ điều tốc từ phía dưới. Nguyên lý hoạt động: 3.3.1: Bộ biến đổi điện thủy lực [] gồm các bộ biến đổi điện từ [M)/7]-1 và bộ khuếch đại thủy lực-2. Bộ biến đổi điện từ là bộ phân gắn liền phần điện và cơ khí thủy lực của bộ điều tốc. Nó là một hệ thống điện từ làm việc trên nguyên lý tác động tương hỗ giữa từ trường của cuộn 1.3 và nam châm vĩnh cửu 1.4. Nếu trong cuộn dây có dòng điện đi qua thì cuộn dây sẽ chuyển động do tác động của lực điện từ giá trị và chiều chuyển động này tương ứng với giá trị và chiều tín hiệu điện vào cuộn dây. Cuộn dây 1.3 truyền chuyển động với bản chắn 1.5, khi bản chắn này chuyển động sẽ làm thay đổi áp lực dầu trong các khoang của bộ khuếch đại thủy lực, làm cho pittông 2.1 dịch chuyển lên trên hoặc xuống dưới ứng với chiều chuyển động của cuộn dây. Khi pittông 2.1 rời khỏi vị trí giữa thì khoang trên pittông sẽ thông với hoặc là đường dầu áp lực hoặc là đường dầu xả, do đó làm cho pittông chuyển động xuống dưới hoặc lên trên cho đến khi mạch phản hồi thông qua đát trích chuyển dịch 2.6 tác động cắt tín hiệu điều khiển vào cuộn dây1.3. Để nâng cao độ nhạy của bộ khuếch đại thuỷ lực 2, người ta dùng dòng điện xoay chiều vào cuộn dây 1.3 để tạo rung cho hệ thống chuyển động của bộ biến đổi điện từ. Biên độ dao động trên cần pittông 2.4 = +[-]0.15..0.2. Thông qua các mối liên kết cơ khí thuỷ lực tương ứng, độ dao động được truyền tới kim ngăn kéo kích thích 8.4. Đồng hồ cân bằng 10 báo giá trị về chiều dòng điện điều khiển trong cuộn dây. áp lực dầu làm việc trong bộ khuếch đại thuỷ lực là 18-20kg/cm2. Tiết lưu 4 tách dùng để giảm áp lực từ 40kg/cm2 xuống trị số nêu trên. Khi điều khiển tổ máy bằng tay thì bộ khuếch đại thuỷ lực được tách ra bằng cách bẻ cần 2.3 về vị trí “Bằng tay” khi đó áp lực dầu sẽ đưa pittông 2.4 lên vị trí trên cùng và không hạn chế độ chuyển dịch củ thanh truyền 8.6 và kim 8.4. 3.3.2: Ngăn kéo chính 8 về mặt cấu tạo được hợp nhất với ngăn kéo kích thích 8.4 và xéc vô mô tơ phụ 8.2. Lò xo đảm bảo ép giữa kim ngăn kéo kích thích 8.4 với thanh truyền 8.6 và hệ thống truyền động, bằng thanh truyền do ngăn kéo chính điều khiển và do tính sai áp của kim ở ngăn kéo kích thích nên giữa các đĩa của nó tạo ra hướng áp lực. Do tính sai áp của thân ngăn kéo chính 8.3 nên tạo ra lực hướng lên phía trên, cân bằng với lực từ phía pittông xéc vô mô tơ phụ 8.2. Kim 8.4 chuyển ._.