Do an thuy dien 2

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THUỶ ĐIỆN 2 CHƯƠNG II – CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 3... - Tính toán các thiết bị chính cho nhà máy thủy điện.. TỔNG QUAN VỀ CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH NHÀ MÁY THUỶ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: THUỶ ĐIỆN 2

CHƯƠNG II – CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 3

CHƯƠNG I – NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN

I NHIỆM VỤ TÍNH TOÁN

Sinh viên vận dụng các kiến thức đã học để thiết kế một nhà máy thủy điện,

gồm:

- Bố trí tổng thể mặt bằng nhà máy thủy điện

- Tính toán các thiết bị chính cho nhà máy thủy điện

- Tính toán, thiết kế nhà máy thủy điện theo đề bài được giao

II SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

- Tài liệu cho trước là các thông số năng lượng của trạm thủy điện, bao gồm:

 Mực nước dâng bình thường: MNDBT = 151 (m)

CHƯƠNG II – CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

I TỔNG QUAN VỀ CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

- Chọn thiết bị chính cho nhà máy thuỷ điện bao gồm:

o Phân tích chọn số tổ máy của trạm thuỷ điện

o Chọn và xác định kích thước của các thiết bị chính trong nhà máy

(tuabin, ống hút, máy phát điện, máy biến áp, máy điều tốc, cầu trục)

- Số tổ máy của trạm thuỷ điện và các thông số của tuabin như công suất, đường kính bánh xe công tác, vòng quay có liên quan chặt chẽ với nhau Khi số tổ máy

z càng nhiều thì hiệu suất trung bình của trạm sẽ cao, an toàn cấp điệnhơn so với ít tổ máy Nhưng khi số tổ máy lớn thì vốn đầu tư thiết bị, cho công trình càng nhiều, chi phí vận hành lớn hơn so với ít tổ máy

- Phải thông qua tính toán kinh tế kỹ thuật để chọn ra phương án tối ưu nhất Tính toán với 3 phương án 2, 3, 4 tổ máy tính toán lựa chọn sao cho vừng nào nằm trong vùng hiệu suất cao

- Việc chọn số tổ máy của trạm sẽ quyết định đến công suất định mức tổ máy và các thông số của nó cũng như kích thước nhà máy Số tổ máy phải được chọn

thông qua tính toán kinh tế năng lượng và tính khả thi của phương án số tổ máy

II CHỌN TUABIN THUỶ LỰC

o Dùng biểu đồ sản phẩm hệ loại tuabin

- Dựa vào cột nước và công suất của tuabin, tra trên bảng hoặc biểu đồ hệ loại để

mf

N N

 (kW) Trong đó : Z = 2 – số tổ máy;

Nlm = 4000kW – công suất lắp máy tuabin;

mf : là hiệu suất của máy phát ; mf = 0,900,95; Chọn mf = 0,95

Tra trên hình PL2.3 – trang 34: ứng với cột nước HTK = 32,00m và NTB =

2105,3(kW) tra Hình PL2.3 – Tr.34 ta được tuabine nằm trong vùng số hiệu

32/300 Từ đó ta chọn được loại tuabin PO123-BM140

Trong đó: PO – tuabine tâm trục

123 – số hiệu BXCT

BM – tổ máy trục đứng buồng xoắn kim loại

D1(cm) = 140 – đường kính tiêu chuẩn của BXCT

n – vòng quay tuabine, n = 300v/ph

b) Kiểm tra vùng làm việc của tuabin

Sau khi chọn được tuabine ta có đường kính tiêu chuẩn D1 , vòng quay đồng bộ

n và công suất tuabine NTB ta tính ra được các dại lượng quy dẫn n ,1' Q ’ ứng với 1

dao động cột nước từ Hmin ÷ Hmax và đem chúng đặt lên đường đặc tính tổng hợp chính để kiểm tra; với TB = 0,88 0,9, chọn TB = 0,9

 Điểm A : ứng với Hmax là giao điểm của n’1Hmax với Q’1Hmax:

TB H

300 1, 4

32

TK H

TK

nD n

TK

TB H

mf

N N

 (kW) Trong đó : Z = 3 – số tổ máy;

Nlm = 4000kW – công suất lắp máy tuabin;

mf : là hiệu suất của máy phát ; mf = 0,900,95; Chọn mf = 0,95

Tra trên hình PL2.3 – trang 34: ứng với cột nước HTK = 32m và NTB =

1403,5(kW) tra Hình PL2.3 – Tr.34 được tuabine nằm trong vùng số hiệu

30/428 Từ đó ta chọn được loại tuabin PO123-BM100

Trong đó: PO – tuabine tâm trục

123 – số hiệu BXCT

BM – tổ máy trục đứng buồng xoắn kim loại

100 = D1(cm) – đường kính tiêu chuẩn của BXCT

428– vòng quay tuabine, n = 428v/ph

b) Kiểm tra vùng làm việc của tuabin

Sau khi chọn được tuabine ta có đường kính tiêu chuẩn D1 , vòng quay đồng bộ

n và công suất tuabine NTB ta tính ra được các dại lượng quy dẫn n ,1' Q ’ ứng với 1

dao động cột nước từ Hmin ÷ Hmax và đem chúng đặt lên đường đặctính tổng hợp chính để kiểm tra; với TB = 0,88  0,9, chọn TB = 0,9

 Điểm A : ứng với Hmax là giao điểm của n’1Hmax với Q’1Hmax:

TB H

428 1,0

32

TK H

TK

nD n

TK

TB H

Phương án này loại vì vùng làm việc của Tuabin nằm trong vùng hiệu suất thấp

mf

N N

 (kW) Trong đó : Z = 4 – số tổ máy;

Nlm = 4000kW – công suất lắp máy tuabin;

mf : là hiệu suất của máy phát ; mf = 0,900,95; Chọn mf = 0,95

Tra trên hình PL2.3 – trang 34: ứng với cột nước HTK = 32m và NTB =

1052,6(kW) tra được tuabine nằm trong vùng số hiệu 29/500 Từ đó ta chọn

được loại tuabin PO123-BM84

Trong đó: PO – tuabine tâm trục

123 – số hiệu BXCT

BM – tổ máy trục đứng buồng xoắn kim loại

84 = D1(cm) – đường kính tiêu chuẩn của BXCT

500 - vòng quay tuabine, n = 500 v/ph

b) Kiểm tra vùng làm việc của tuabin

Sau khi chọn được tuabine ta có đường kính tiêu chuẩn D1 , vòng quay đồng bộ

n và công suất tuabine NTB ta tính ra được các dại lượng quy dẫn n ,1' Q ’ ứng với 1

dao động cột nước từ Hmin ÷ Hmax và đem chúng đặt lên đường đặc tính tổng hợp chính để kiểm tra

 Điểm A : ứng với Hmax là giao điểm của n’1Hmax với Q’1Hmax:

TB H

500 0,84

32

TK H

TK

nD n

TK

TB H

BM – tổ máy trục đứng buồng xoắn kim loại

D1(cm) = 140 – đường kính tiêu chuẩn của BXCT

BM – tổ máy trục đứng buồng xoắn kim loại

D1(cm) = 100 – đường kính tiêu chuẩn của BXCT

n – vòng quay tuabine, n = 428v/ph

NTB = 2105,3(kW)

b) Kiểm tra vùng làm việc của tuabin

Sau khi chọn được tuabine ta có đường kính tiêu chuẩn D1 , vòng quay đồng bộ

n và công suất tuabine NTB ta tính ra được các dại lượng quy dẫn n ,1' Q ’ ứng với 1

dao động cột nước từ Hmin ÷ Hmax và đem chúng đặt lên đường đặc tính tổng hợp chính để kiểm tra

 Điểm A : ứng với Hmax là giao điểm của n’1Hmax với Q’1Hmax:

TB H

428 1,0

32

TK H

TK

nD n

TK

TB H

c) Hiệu chỉnh hiệu suất

Hiệu suất của TuaBin thiết kế :  = m + 

Trong đó :

 : là hiệu suất của TuaBin thiết kế

m : hiệu suất TuaBin mẫu

 : số gia hiệu suất, được tính

D

D1

5 

 = |0,897 - 0,90| = 0,003 < 3%max=0,027 nên không phải hiệu chỉnh

Vậy: TB = 0,90 = 90%

4 Kết luận chọn tuabin

Trong phạm vi đồ án môn học, do không đủ điều kiện xét đến điều kiện kinh tế của các phương án số tổ máy nên chỉ chọn số tổ máy theo điều kiện kỹ thuật Dựa vào vùng làm việc hiệu suất cao ta nhận thấy với phương án 2 tổ máy tuabine làm việc với hiệu suất cao nhất Chọn phương án 2 tổ máy là phương án tính toán

- Turbine: PO123-BM100, số hiệu 30/428 có:

PO – tuabine tâm trục

123 – số hiệu BXCT

BM – tổ máy trục đứng buồng xoắn kim loại

D1(cm) = 100 – đường kính tiêu chuẩn của BXCT

III TÍNH TOÁN THỦY LỰC BUỒNG XOẮN

1 Chọn loại buồng xoắn

Theo kết quả tra tuabine ta có buồng tuabine là buồng xoắn kim loại, chọn tiết diện tròn Tính toán thiết kế buồng xoắn do cơ khí thủy lợi thiết kế, ở đây chỉ tính toán kích thước buồng xoắn dựa trên tuabine đã chọn

2 Tính toán thủy lực xác định kích thước buồng xoắn

Trong phạm vi đồ án môn học, sử dụng phương pháp tốc độ vòng là hằng số (Vu = const) để tính toán thủy lực xác định kích thước buồng xoắn

Khi đó coi vận tốc dòng chảy tại các mặt cắt của buồng xoắn là bằng nhau: v = const

vk H (m/s) Trong đó: kv – hệ số tốc độ, lấy theo kinh nghiệm như sau:

Khi Htt = 2m, lấy kv = 1,14 Khi Htt = 500m, lấy kv = 0,8 Với Htt = 32m; nội suy ta được kv = 1,12 Suy ra: v1,12 32 6,34m s/ 

- Chọn buồng xoắn mặt cắt ngang hình tròn

- Chọn góc bao lớn nhất max = 3450

- Tính sơ bộ một số kích thước sau:

 Chiều cao cánh lấy nước:

b0 = (0,35÷0,45)D1 = (0,35÷0,45).1,0 = 0,35÷0,45 (m)  chọn b0 = 0,4(m)

 Đường kính trong của vòng bệ:

n D

tt

n N n

 Cột (1): tên mặt cắt: từ cửa vào đến cửa ra

 Cột (2): góc  tương ứng với tên mặt cắt

 Cột (3): bán kính cong của buồng xoắn:

max max

( )

360

tt Q

m V

( )360

i

Q

m v

Bảng tính toán kích thước buồng xoắn tiết diện tròn

3 Vẽ mặt cắt ngang buồng xoắn

Hình 3.3 Đường bao buồng xoắn và mặt cắt ngang buồng xoắn

IV CHỌN ỐNG HÚT

Nước sau khi làm bánh xe công tác của Tuabin quay sẽ được dồn về phía hạ lưu qua ống xả, ống xả ngoài việc dẫn nước về hạ lưu với tổn thất năng lượng nhỏ nhất, nó còn có những tác dụng sau đây :

+ Sử dụng thêm phần lớn động năng còn lại của dòng chảy sau khi ra khỏi BXCT

+ Tận dụng thêm cột nước tĩnh Hs (gọi là độ chân không tĩnh) tính từ mặt cắt cửa

ra BXCT đến mực nước hạ lưu ở hầm xả nước

Sau khi xem xét và so sánh các loại ống xả, quyết định chọn loại ống hút hình cong cho tuabin tâm trục trục đứng đang tính toán PO123-BM100

Tra PL2.5 Bảng tra chọn ống hút – trang 116 , ta có:

V CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN

Máy phát điện là thiết bị biến cơ năng của tuabin thành điện năng cung cấp cho hệ thống điện, nó là loại máy phát đồng bộ ba pha Các bộ phận chính của máy phát gồm: phần quay rotor, phần tĩnh stator, hệ thống kích từ, hệ thống làm nguội máy phát, hệ thống chống cháy

Khi chọn máy phát điện ở nhà máy thủy điện, cần lưu ý các thông số sau: công suất lắp máy (Nlm), số vòng quay đồng bộ của tuabin (n) và hình thức lắp máy (trục đứng hay trục ngang)

lm mf

Nmf = 2105,3×0,95 = 2000 (kW)

Tra PL2.2 – bảng PL2.20 thông số kỹ thuật máy phát thủy lực – trang 97,

ta chọn được loại máy phát điện loại BГC260/44-14 có các thông số kỹ thuật sau:

STT Kiểu máy phát n (v/p) Công suất U (kV) Khi phụ tải định mức

Trọng lượng lắp ráp (tấn) Kiểu U (V) N (kW)

VI CHỌN MÁY BIẾN ÁP CHÍNH

Việc truyền tải điện năng đi xa được tiến hành với điện áp cao nhằm giảm tổn thất trên dây tải và giảm tiết diện dây tải, khoảng cách tải càng xa và công suất tải càng lớn thì điện áp phải càng cao

Để chọn máy biến áp, cần dựa vào các thông số sau:

Công suất cần tải:

kt – hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ; lấy kt = 0,75

Vậy máy biến áp đã chọn là hợp lý

Tra Bảng PL2.26 Trọng lượng và kích thước máy biến áp 2 cuộn dây – trang 113, ta chọn được các thông số của MBA TM- 3200/10

Xuất xưởng

Chiều cao

Chiều dài

B

Khoảng cách (B1)

Bề rộng



khoảng cách ray Д

Điểm cao nhất

A Nắp Ƃ

TM-3200/10 13130 5070 5200 2860 11700 4000 2830 4150 1790 2600 1594

VII CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC

Để chọn được thiết bị điều tốc phù hợp ta dựa vào các yếu tố sau:

- Loại điều tốc: lựa chọn các loại điều tốc đơn hoặc điều tốc kép Điều tốc đơn dùng cho tuabin tâm trục, tuabin cánh quạt, tuabin gáo loại nhỏ Điều tốc kép dùng cho tuabin cánh quay, tuabin gáo

- Quy mô máy điều tốc:

Khái niệm “năng lực công tác của MĐT” ký hiệu là A:

TB tk

kN

H

Trong đó: k – hệ số an toàn, lấy k = 3  4

NTB = 2105,3 kW – công suất của tuabin

Như vậy A  3000 kGm nên ta chọn máy điều tốc loại nhỏ

Tra PL2.3 Bảng tra chọn thiết bị điều tốc – trang 107, ta chọn máy điều tốc

K1000

VIII CHỌN CẦU TRỤC TRONG NHÀ MÁY

Trong nhà máy thủy điện, để phục vụ cho việc lắp ráp và sửa chữa tổ máy cần phải có cầu trục

Chọn cầu trục trong nhà máy căn cứ vào trọng lượng và kích thước vật nâng lớn nhất (rotor máy phát + trục, BXCT tuabin + trục, máy biến áp ) và kích thước đủ bố trí các thiết bị và đi lại theo bề rộng gian máy, có sự kết hợp với nhịp cầu trục Lk đã có sẵn

Gmax = max(GrotorMF , GBXCT + Trục , GMBA) Trong đó:

 GrotorMF: Trọng lượng Rôto+trục của máy phát (trọng lượng lắp ráp lớn nhất)

trọng tải nâng Chiều dài

nhịp

Lk

Độ cao nâng Móc

chính

Móc phụ

Móc chính

Móc phụ

CHƯƠNG III – THIẾT KẾ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

I XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH LẮP MÁY

1 Xác định độ cao hút nước cho phép

Khi xác định cao trình lắp tuabin (cao trình lắp máy) cần lưu ý đến điều kiện phát sinh khí thực cũng như khối lượng đào hố móng trong nhà máy Điều kiện để không phát sinh khí thực tại mc x-x bất kỳ:

hh s

Từ điều kiện chuẩn nhiệt độ bình thường (15o- 30o) thì:

 Áp suất hóa hơi khoảng (0,18- 0,43m cột nước), lấy phh=0,33m cột nước

 : là cao trình đặt tuabin, thực chất ta chưa biết, tuy vậy do tỷ số /900 quá

bé, sai số khơng đáng kể do vậy cĩ thể lấy áng chừng cao trình dự định đặt tuabin (thường cĩ thể lấy bằng cao trình mực nước hạ lưu Zhl)

Tuabin PO123-BM100 là tuabin tâm trục trục đứng nên lm được tính như sau:

Q Q

n

 trạm   (m3/s) Với: n = 2 là số tổ máy

Qmax= Qtrạm = 15,63 (m3/s) Tra đường quan hệ (Q~Zhl) ta cĩ các mực nước cần tìm:

b0 = 0,4m – chiều cao cánh hướng nước

II XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH SÀN MÁY PHÁT

Cao trình sàn máy phát là cao trình mặt sàn gian máy phát Cao trình này cĩ liên quan với chiều cao phần dưới tầng turbine và phần stator máy phát Khơng gian bên dưới phải đủ chiều cao đặt thiết bị và để nhân viên vận hành đi lại an tồn, thường lấy từ 2,7 - 3 m Cao trình sàn cịn phải đảm bảo cao hơn mực nước

hạ lưu lớn nhất, hoặc được che chắn khơng để nước tràn vào trong mọi trường hợp

smf = lm + l + l1 + h0 = 113,3 + 3,3 +1,1 + 1,33 = 119,03 (m) Trong đó:

l – tra Bảng PL2.19 Kích thước cơ bản của tuabin tâm trục, trục đứng,

buồng xoắn kim loại PO82 (123) – BM – trang 96

Tuabin PO123-BM100 có: l = 330cm = 3,3m

l1 – tra Bảng PL2.22 Kích thước máy phát BГC () – trang 103:

Máy phát BГC () 260 có: l1 = 110cm = 1,1m

III XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH SÀN LẮP MÁY

 Là nơi lắp ráp, sửa chữa các thiết bị của nhà máy

 Là nơi tiếp nhận các thiết bị và nguyên vật liệu chở đến nhà máy

 Bố trí phải thuận tiện với đường giao thong ra vào

 Chọn: slm = smf = 119,03m

IV XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH CẦU TRỤC

- Cao trình cầu trục: là cao trình của mặt đường ray dưới bánh xe lăn của

cầu trục Điều kiện để xác định cao trình này là thỏa mãn rút được vật cao

và nặng nhất của tổ máy và vận chuyển chúng trong không gian máy mà không va quệt các vật khác

ct = slm + a + hcc + hvai (m) Trong đó: slm = 119,03m

a – khoảng cách an toàn với sàn, lấy d = 1,5m

hcc – chiều cao lớn nhất của vật cần cẩu

1 Chiều dài đoạn tổ máy L a

Kích thước bao ngoài của một tổ máy Sau khi xác định các kích thước các thiết bị và bố trí chúng, ta xác định được chiều dài của đoạn tổ máy: La = 7,2m

2 Chiều dài gian lắp ráp

Chọn Llr theo nhu cầu bố trí các thiết bị khi tổ hợp lắp ráp,sửa chữa