Bài giảng - Thủy điện 2- chương 3&4

Chương III. HIỆN TƯỢNG KHÍ THỰC TRONG TURBINE THỦY LỰC III.1. HIỆN TƯỢNG KHÍ THỰC VÀ TÁC HẠI CỦA NÓ Khí thực là một hiện tượng vật lý phức tạp trong dòng chảy khi qua turbine. Khí thực phá hoại bề mặt các cánh BXCT và các bộ phận qua nước khác của TB. Khi xảy ra khí thực sẽ có tiếng động, các bộ phận TB sẽ bị rung động mạnh, hiệu suất, khả năng thoát nước và công suất của TB sẽ bị giảm đột ngột. Một trong những nguyên nhân chính để xuất hiện khí thực là...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng - Thủy điện 2- chương 3&4 Chương III. HIỆN TƯỢNG KHÍ THỰC TRONG TURBINE THỦY LỰCIII.1. HIỆN TƯỢNG KHÍ THỰC VÀ TÁC HẠI CỦA NÓ Khí thực là một hiện tượng vật lý phức tạp trong dòng chảy khi qua turbine. Khíthực phá hoại bề mặt các cánh BXCT và các bộ phận qua nước khác của TB. Khi xảy rakhí thực sẽ có tiếng động, các bộ phận TB sẽ bị rung động mạnh, hiệu suất, khả năngthoát nước và công suất của TB sẽ bị giảm đột ngột. Một trong những nguyên nhân chính để xuất hiện khí thực là mạch động mạnhcủa áp động lực ở những vị trí dòng chảy tại những vùng có chân không xuất hiện. Nếutrong một khu vực nào đó của dòng chảy, áp lực lực giảm xuống đến áp lực hóa hơi(phh) thì tại đó nước sẽ bốc hơi và hình thành các bọt khí, trong đó chứa đầy không khívà hơi nước. Các bọt đó bị cuốn vào vùng có áp lực cao hơn áp lực hóa hơi, ở đó hơinước bị ngưng tụ đột ngột với thể tích bé hơn rất nhiều lần so với thể tích của bọt khí.Vì vậy các phần tử nước ở xung quanh lập tức tràn vào lấp chỗ trống với vận tốc cựclớn. Tại trung tâm của các bọt khí, các phần tử đó gặp nhau và đột ngột dừng lại, làm áplực đột biến tăng lên đến hàng trăm, hàng nghìn át mốt phe. Sau đó, vì va chạm mạnh ởtrung tâm các bọt khí, các phần tử đó lại bắn trở ra làm cho áp lực ở trung tâm bọt khícũ lại giảm xuống. Như vậy, áp lực tại điểm đó lại bị giao động theo thời gian và bịcộng hưởng và khi đó áp lực có thể đạt đến một trị số rất lớn: 1500 át mốt phe. Nếu cácbọt khí xuất hiện gần bề mặt kim loại và bê tông tiếp xúc với dòng nước thì sẽ làm pháhoại các bề mặt đó như bị các viên đạn sắc nhọn bắn vào. Nếu các bọt khí không bị phávỡ ở các bề mặt của phần dẫn dòng thì do có chấn động mạnh, và nước sẽ chuyển cácchấn động đó đến các bề mặt của phần dẫn dòng cũng sẽ bị phá họai. Ngoài ra khi cókhí thực còn thấy xuất hiện hiện tượng điện phân do chênh lệch nhiệt độ và các phảnứng hóa học làm cho kim loại nhanh chóng bị oxy hóa,bởi ôxy có rất nhiều trong cácbọt khí. Trong turbine phản kích tại mép ra và bên dưới mặt cánhTB, tại buồng BXCT của TBcánh quay, vành BXCT turbine tâm trục là nơi có vận tốc lớn và áp lực bé nên thườngxảy ra khí thực và bị khí thực phá hoại. Ở TB xung kích gáo, khí thực thường xảy ra ởvòi phun, nơi có vận tốc lớn và áp lực bé.III. 2. NHỮNG BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG KHÍ THỰC Khí thực xuất hiện cùng với việc tăng vận tốc của dòng chảy, đầu tiên chỉ chiếmmột vùng nhỏ, sau đó phát triễn thành vùng lớn hơn. Trong turbine không cho phép khíthực phát triên nhanh, bởi lẽ khi đó hiệu suất turbine giảm nhanh chóng, tổ máy bị rungđộng mạnh có thể bị cộng hưởng làm phá hoại, các chi tiết của turbine ở vùng xảy ra khíthực sẽ bị phá hoại. Cho nên từ khâu thiết kế đến việc lựa chọn turbine, bố trí lắp đặt vàcuối cùng là vận hành turbine cần xem xét kỹ vấn đề này: - Trong việc thiết kế turbine: Các chi tiết làm việc ở vùng dễ xảy ra khí thực nên làmbằng kim loại có tính chống khí thực cao. Ví dụ thép không rỉ có hàm lượng crôm chímtừ 12÷14%. Ngoài ra, bề mặt các chi tiết đó cần chế tạo nhẵn để hạn chế bớt sự xuấthiện của khí thực. Mặt khác, để tăng đặc tính tốt về chống khí thực thì phải tăng sốlượng cánh hay tăng tỷ số giữa bề dài và bước của cánh, nghĩa là tăng diện tích mặtcánh. - Về mặt thiết kế công trình: Chọn loại BXCT cũng như chọn chiều cao hút nước Hsphải đảm bảo turbine vận hành không xảy ra khí thực trong mọi chế độ làm việc. Tuy 37nhiên trong thực tế yêu cầu turbine làm việc hoàn toàn không có khí thực thường khôngkinh tế vì phải đặt turbine sâu nên làm tăng khối lượng phần dưới nước của nhà máykhá nhiều. Vì vậy nhà máy chế tạo turbine thường cho thêm một chiều dày kim loại dựtrữ cho những bộ phận dẫn dòng của turbine có thể bị phá hoại do khí thực gây ra.Những bộ phận có thể thay thế bằng cách hàn tại chỗ mà không tháo turbine để sửachữa thì mới cho phép bị phá hoại do khí thực. - Về mặt vận hành: nếu phát hiện khí thực như giảm hiệu suất đột ngột, tổ máy bịrung động mạnh thì cần tìm biện pháp khắc phục. Một trong những biện pháp có hiệuquả là mở van phá chân không để đưa không khí có áp lực bằng hoặc cao hơn áp lựckhông khí bên ngoài vào vùng ngay dưới BXCT càng gần trục turbine càng tốt. Mộtbiện pháp khác để khắc phục khí thực là làm tăng tổn thất thủy lực ống xả. Biện phápnày tuy có làm giảm hiệu suất turbine tuy vậy nhưng lại tăng an toàn của turbine. Tóm lại để khắc phục hiện tượng khí thực phải có sự phối hợp tất cả các biệnpháp trong chế tạo turbine, trong thiết kế lựa chọn và trong vận hành turbine.III. 3. ĐIỀU KIỆN XẢY RA KHÍ THỰC VÀ HỆ SỐ KHÍ THỰC Để thiết lập phương trình biểu thị điều kiện xảy ra khí thực trong vùng BXCTcủa turbine ta giả thiết có mặt cắt x - x (hình 3-1) nào đó, gần mếp ra 2 - 2, có xảy ra ápsuất thấp. Xét một dòng nguyên tố qua turbinr và viết phương trình Becnulli cho hai mặtcắt x - x và 2 - 2: W2 U2 px W2 U2 p x x = Z2 + 2 + 2 − 2 + h x − 2 Zx + + − γ γ 2g 2g 2g 2g Viết phương trình Becnulli cho mặt cắt 2-2 và 5-5: p2 C2 p5 C2 2 2 Z2 + + = − Z2 + + +h γ 2g 2 −5 γ 2g p p c ...