Tua bin Francis là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Trong các loại tua bin dùng cho nhà máy thủy điện, tua bin Francis là loại phổ biến nhất trên thế giới. Nhờ khả năng làm việc hiệu quả ở dải cột nước và lưu lượng rộng, tua bin Francis xuất hiện trong phần lớn các nhà máy thủy điện vừa và lớn. Bài viết này của TB Hydro Việt Nam sẽ giúp bạn hiểu rõ tua bin Francis là gì, gồm những bộ phận nào, hoạt động ra sao và khi nào nên lựa chọn loại tua bin này.

Tua bin Francis là gì?

Tua bin Francis là loại tua bin phản kích (tua bin phản lực), được kỹ sư James B. Francis phát triển vào giữa thế kỷ 19. Khác với tua bin xung kích, nước đi qua tua bin Francis vừa mang động năng vừa mang áp năng. Dòng nước chảy vào theo hướng hướng tâm rồi thoát ra theo hướng dọc trục, truyền năng lượng cho bánh xe công tác để quay trục máy phát.

Tua bin Francis thường được dùng ở các công trình có cột nước trung bình, từ vài chục đến vài trăm mét. Ở điểm vận hành tối ưu, hiệu suất có thể vượt 90%.

Cấu tạo chính của tua bin Francis

Một tổ tua bin Francis gồm các bộ phận cơ bản sau:

• Buồng xoắn (volute): dẫn nước từ đường ống áp lực vào tua bin, phân phối đều dòng nước xung quanh bánh xe công tác.
• Cánh tĩnh (stay vanes): định hướng dòng nước và chịu tải kết cấu của buồng xoắn.
• Cánh hướng (guide vanes): điều chỉnh lượng nước đi vào bánh xe công tác, qua đó điều chỉnh công suất tổ máy. Cánh hướng được điều khiển bởi servomotor.
• Bánh xe công tác (runner): bộ phận quan trọng nhất, nhận năng lượng từ dòng nước và biến thành cơ năng quay.
• Ống hút (draft tube): dẫn nước sau bánh xe công tác ra kênh xả, đồng thời thu hồi một phần năng lượng còn lại.
• Trục và ổ đỡ: truyền mô-men quay sang máy phát, được đỡ bằng các ổ dẫn hướng và ổ chặn.

Nguyên lý hoạt động

Nước từ hồ chứa theo đường ống áp lực đi vào buồng xoắn, qua cánh tĩnh và cánh hướng rồi đi vào bánh xe công tác. Tại đây, dòng nước tác dụng lực lên các cánh của bánh xe công tác làm bánh xe quay. Trục tua bin nối trực tiếp với rô-to máy phát nên khi tua bin quay, máy phát sinh ra điện. Nước sau khi ra khỏi bánh xe công tác đi qua ống hút và thoát về hạ lưu.

Công suất tổ máy được điều chỉnh bằng cách đóng mở cánh hướng, thông qua hệ thống điều tốc, để giữ tốc độ quay ổn định theo tải của lưới điện.

Phân biệt tua bin Francis, Pelton và Kaplan

Những vấn đề cần lưu ý khi vận hành và bảo trì

• Xâm thực (cavitation): khi áp suất cục bộ giảm thấp, các bọt khí hình thành rồi vỡ, gây rỗ và ăn mòn bề mặt bánh xe công tác.
• Mài mòn do bùn cát: ở những dòng sông nhiều phù sa, cánh hướng, bánh xe công tác và các gioăng làm kín bị mài mòn nhanh hơn.
• Độ mòn của bạc dẫn hướng và các chi tiết chuyển động: cần kiểm tra định kỳ để tránh rung động và hư hỏng thứ cấp.
• Hệ thống điều tốc và servomotor: phải hoạt động chính xác để đảm bảo ổn định tần số và an toàn cho tổ máy.

Vì vậy, kế hoạch bảo dưỡng định kỳ và chuẩn bị sẵn phụ tùng thay thế đúng chủng loại là yếu tố quan trọng để nhà máy vận hành liên tục.

Lựa chọn thiết bị và phụ tùng tua bin

Khi cần thay thế hoặc bổ sung thiết bị cho tổ tua bin, chủ đầu tư và đơn vị vận hành nên chuẩn bị đầy đủ thông số kỹ thuật (cột nước, lưu lượng, công suất, kích thước, mã hiệu thiết bị), đồng thời yêu cầu nhà cung cấp cung cấp đầy đủ chứng chỉ xuất xứ và chất lượng (CO-CQ).

Nếu cần tư vấn hoặc báo giá thiết bị thủy điện, bạn có thể liên hệ với TB Hydro Việt Nam qua:

• Hotline: 0984250964
• Email: [email protected]
• Website: tbhydrovietnam.com
• Fanpage: TB Hydro Việt Nam
• Địa chỉ: Số 345A khu Park River, khu đô thị Ecopark, Xã Phụng Công, Tỉnh Hưng Yên, Việt Nam