ĐỒ án THIẾT kế THỦY điện 5

• Các thiết bị phụ bố trí tận dụng không gian nhà máy, không làm tăng kích thớc nhà máy.. Phần dới nớc của nhà máy thuỷ điện là phần đợc tính từ cao trình sàn máy phát trở xuống.. Phần d

Phần V: nhà máy

Chơng 1 nhà máy chính

1 khái niệm chung.

Nhà máy thuỷ điện là một xởng sản xuất điện năng, là nơi đặt các thiết bị

động lực chính và phụ để trực tiếp biến cơ năng của dòng chảy thành điện năng ở

đầu ra của máy phát

• Các thiết bị động lực chính gồm: turbin và máy phát

• Các thiết bị phụ: Có nhiệm vụ đảm bảo vận hành an toàn cho các thiết bị chính bao gồm: Máy điều tốc, tủ điều khiển, các hệ thống dầu , khí nén,

n-ớc kĩ thuật, xởng sửa chữa và các thiết bị thí nghiệm v.v

1.1 Yêu cầu khi thiết kế nhà máy.

• Tất cả các thiết bị bố trí trong nhà máy phải đảm bảo vận hành dễ dàng, an toàn và tiện lợi khi có nhu cầu sửa chữa

• Các thiết bị phụ bố trí tận dụng không gian nhà máy, không làm tăng kích thớc nhà máy

• Nhà máy phải có kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, thi công nhanh, đảm bảo

ổn định trong mọi điều kiện

1.2 Vị trí, kiểu nhà máy.

a) Vị trí nhà máy.

Trong phần thuỷ công , ta đã chọn bố trí nhà máy thuỷ điện ở phía bờ phải (nhìn từ thợng lu), ngay sau đập dâng nớc

b) Kiểu nhà máy.

Do trạm thuỷ điện Đồng Nai 5 có cột nớc Hmãx = 65,78m > 30 ữ 45m nên ta chọn kiể nhà máy là sau đập Đặc điểm của nhà máy thuỷ điện sau đập là không chịu áp lực nớc trực tiếp từ thợng lu Đập loại bê tông trọng lực nên cửa lấy nớc và

đờng ống áp lực dẫn nớc vào turbin đợc bố trí ngay trong thân đập Nhà máy thuỷ

điện có dạng kiểu kín do điều kiện khí hậu và ảnh hởng của mực nớc hạ lu khi có lũ lớn

Kết cấu nhà máy kiểu kín gồm có 3 phần cơ bản chính:

• Phần trên nớc

• Phần dới nớc

• Phần gian lắp ráp và sửa chữa

2 kích thớc và kết cấu phần dới nớc nhà máy thuỷ điện.

2.1 Khái niệm.

Phần dới nớc của nhà máy thuỷ điện là phần đợc tính từ cao trình sàn máy phát trở xuống đây là phần chính của nhà máy Phần này bố trí những thiết bị nh: máy phát, turbin, ống hút, buồng xoắn và một số thiết bị phụ trợ khác Phần dới nớc của nhà máy chịu tất cả các tải trọng chính nh: tải trọng tĩnh, tải trọng động, trọng lợng các thiết bị và các cấu kiện phần trên nớc của nhà máy thuỷ điện

Điều kiện địa chất nền có ảnh hởng trực tiếp đến kích thớc phần dới nớc của nhà máy Do trạm thuỷ điện Đồng Nai 5 nằm sau đập nên ta thiết kế khối nhà máy

và cửa lấy nớc không liền nhau Nớc đợc dẫn đến turbin bằng đờng ống áp lực, cuối

đờng ống áp lực có van đóng nhanh (van đĩa) Nhà máy thuỷ điện nằm trên nền đá cứng nên chiều dày tấm đáy là δ ≥ 0,1D1 + 0,2m, chọn chiều dày tấm đáy của nhà máy là 2m, các trụ pin đặt trực tiếp trên nền đá

Phần dới nớc của nhà máy đợc bố trí các hệ thống thiết bị phụ để đảm bảo sự làm việc bình thờng của nhà máy và các hành lang để kiểm tra, vận hành và sửa chữa

2.2 Kết cấu và kích thớc phần dới nớc của nhà máy.

Kết cấu phần dới nớc nhà máy thuỷ điện đợc quyết định bởi đờng kính bánh

xe công tác, cột nớc, lu lợng qua nhà máy, độ cao hút Hs, kích thớc buồng xoắn, ống hút và điều kiện địa chất nền

a) Chiều dài đoạn tổ máy.

Chiều dài đoạn tổ máy phụ thuộc vào kích thớc lớn nhất của buồng xoắn, ống hút, BXCT turbin khi lu lợng qua turbin lớn cột nớc thấp hoặc phụ thuộc vào kích thớc máy phát khi cột nớc lớn, lu lợng bé

• Theo kích thớc buồng xoắn và ống hút:

Lđ = BBX + 2δ

Trong đó:

BBX: Chiều dài buồng xoắn lấy theo kích thớc lớn nhất dọc nhà máy

m R

R R

R

B BX = 345 0 + ( 345 0−180 0 ) = 345 0 + 165 0 = 7 , 755 + 6 , 085 = 13 , 84

δ: Chiều dày lớp bê tông bảo vệ buồng xoắn Lấy δ = 1m.

⇒ Lđ = 13,84 + 2.1 = 15,84m.

• Theo kích thớc máy phát

Lđ = Dh + 2.δ = 12,38 + 2 = 14,38m.

So sánh các kích thớc ở trên ta thấy rằng chiều dài đoạn tổ máy đợc xác định dựa vào kích thớc buồng xoắn và để tim tổ máy trùng với tim khối móng (tránh tạo tải trọng lệch tâm), chọn Lđ = 16m.

b) Chiều rộng phần dới nớc.

Để đảm bảo tính liên tục của nhà máy theo phơng dòng chảy, ta thờng bố trí nhà máy sao cho phần trên nớc luôn đặt trên phần dới nớc Do vậy chiều rộng phần dới nớc sẽ đợc quyết định trên cơ sở kích thớc ống hút và kích thớc phần trên nớc Sau khi xác định kích thớc phần trên nớc ta sẽ xác định chiều rộng phần dới nớc

c) Bố trí khe lún.

Ta bố trí phần gian lắp ráp tách rời phần gian máy bằng 1 khe lún và sau đó cứ

1 tổ máy có một khe lún Nh vậy sẽ đảm bảo điều kiện làm việc do lún không đều của nhà máy

2.3 Các cao trình phần dới nớc.

a) Cao trình lắp máy.

Cao trình lắp máy chính là cao trình lắp turbin Đối với turbin tâm trục trục

đứng, cao trình lắp máy là cao trình tơng ứng trung tâm cánh hớng nớc, nó đợc chon lam cao trình chuẩn để xác định các cao trình khác trong nhà máy Cao trình lắp máy đợc chọn sao cho turbin làm việc đảm bảo không sinh ra hiện tợng khí thhực Trong phần chọn thiết bị ta đã chọn :

∇lm = 225,2m.

b) Cao trình đáy ống hút.

∇đôh = ∇lm -

2

0

b

- hôh = 225,2 – 0,34 – 10 = 214,86m.

Trong đó:

b0: chiều cao cánh hớng nớc đã chọn b0 = 0,68m.

c) Cao trình đáy móng ống hút.

∇m = ∇đôh – t = 214,86 – 2 = 212,86m.

Trong đó:

t: Chiều dày tấm đáy nhà nhà máy phụ thuộc vào điều kiện địa chất nền

d) Cao trình mép trên cửa ra ống hút.

∇mép trên ôh = ∇đôh + h5 = 214,86 + 5,24 = 220,1m.

Trong đó:

h5: Chiều cao cửa ra ống hút đã tính ở trên; h5 = 5,24m.

Ta thấy mực nớc hạ lu min ∇Zhl min = 224,22m > 220,1m Vậy luôn đảm bảo

không cho không khí bên ngoài lọt vào bên trong ống hút làm giảm hiệu suất

turbin

e) Cao trình sàn turbin.

Cao trình này có liên quan đến lớp bê tông bảo vệ của buồng xoắn Độ dày của lớp bê tông bảo vệ này thông qua tính toán kết cấu mới xác định đợc, nhng trong thiết kế ta có thể sơ bộ chọn là 1m Vậy cao trình sàn turbin là:

∇STB = ∇lm + ρmax + δ1 = 225,2 + 2,34 + 1 = 228,54m.

Trong đó:

- ρmax: Bán kính tiết diện tròn lớn nhất của buồng xoắn ρmax = 2,34m.

- δ1: Chiều dày lớp bê tông bảo vệ buồng xoắn δ1 = 1m.

f) Cao trình lắp máy phát.

Là cao trình đáy stato máy phát

∇LMP = ∇STB + hcửa + d + h2 + a

Trong đó:

- hcửa: Chiều cao cửa vào giếng turbin Chọn hcửa = 2,5m.

- d: Chiều dày lớp bê tông đỡ máy phát chọn d = 0,5m.

- h2: Chiều cao giá chữ thập dới đã tính ở phần trên h2 = 0,6m.

- a: Khoảng cách từ mặt trên giá chữ thập dới đến mặt dới stato máy phát a

= 0,25m.

⇒∇LMP = 228,54 + 2,5 + 0,5 + 0,6 + 0,25 = 232,39m.

g) Cao trình sàn máy phát (cao trình sàn nhà máy).

∇SMP = ∇LMP + hst = 232,39 + 2,33 = 234,72

Trong đó:

hst: Chiều cao stato máy phát đã tính ở phần trên hst = 2,33m.

3 kích thớc và kết cấu phần trên nớc của nhà máy.

3.1 Khái niệm và các nhân tố liên quan.

Phần trên nớc của nhà máy là phần đợc tính từ cao trình sàn máy phát trở lên Tại đó có thể bố trí toàn bộ hoặc một phần của máy phát và các thiết bị nh: Cầu trục, tủ điều tốc, tủ điện, thùng dầu áp lực Kết cấu và kích thớc phần trên nớc của nhà máy có liên quan chặt chẽ đến việc bố trí các thiết bị trong gian máy, điều kiện thi công, phơng thức cẩu khi lắp ráp sửa chữa các thiết bị đợc thực hiện trong gian máy và gian sửa chữa Kết cấu chịu lực của nhà máy gồm hệ thống cột và dầm đỡ,

ở những vị trí đặt khớp lún cũng phải đặt tách ra

3.2 Kích thớc mặt bằng phần trên nớc.

a) Chiều rộng nhà máy.

Chiều rộng nhà máy phụ thuộc vào kích thớc cầu trục, phơng thức cẩu vật, việc bố trí các thiết bị: Máy phát, buồng xoắn và các thiết bị bố trí tầng máy phát,

tủ điện, tủ điều tốc, thùng dầu áp lực

• Chiều rộng nhà máy xác định theo kích thớc máy phát:

Bk = Dh + 2.∆ + 2d

Trong đó:

Dh - Đờng kính hố máy phát Dh = 12,38m.

∆ - Chiều rộng hành lang đi lại trên sàn máy phát ∆ = 2,5m.

d – Chiều dày tờng nhà máy d = 0,4m.

⇒ Bk = 12,38 + 2,5 2 + 2 0,4 = 18,18m.

• Tính lại theo nhịp cầu trục

Ta thấy rằng: nhịp cầu trục đã chọn là [Lk] = 21m >18,18m Do đó ta nên cắt

ngắn bớt nhịp cầu trục để giảm chiều rộng nhà máy Khi đó nhịp cầu trục đã cắt có chiều dài là: Lk = 19m.

Chiều rộng nhà máy lúc này là:

Bk = Lk + 2δ + 2d

Trong đó:

Lk – Khoảng cách giữa 2 tim đờng ray cầu trục (khẩu độ cầu trục) Lk = 19m.

δ - Khoảng cách từ tim đờng ray cầu trục đến tờng nhà máy δ = 1m.

d – Chiều dày tờng nhà máy d = 0,4m.

⇒ B = 19 + 2.1 + 2 0,4 = 21,8m.

Chọn tiết diện cột đỡ ray cầu trục nhà máy: Dài ì Rộng = 1,5 ì 1m.

Vậy chiều rộng lòng nhà máy là:

Bl = 21,8 – 2.1,5 = 18,8m.

b) Kích thớc gian lắp giáp.

Gian lắp ráp đợc dùng để lắp ráp tổ máy khi xây dựng và để sửa chữa các tổ máy, thiết bị Tại đây, các thiết bị đợc vận chuyển từ nơi khác đến (máy biến áp) hoặc đợc đa ra từ tổ máy để sửa chữa Vì vậy nên tôi chọn cao trình sàn lắp ráp bằng với cao trình sàn máy phát và bằng với cao trình đờng giao thông vào nhà máy Chiều rộng gian lắp ráp bằng chiều rộng nhà máy bằng 21,8m Chiều dài gian

lắp ráp phụ thuộc vào tất cả các thiết bị đặt trong đó Do nhà máy chỉ có 2 tổ máy nên theo kinh nghiệm chỉ có nhiều nhất 1 tổ máy cần sửa chữa Trong phạm vi gian lắp ráp thờng đặt các thiết bị: BXCT, nắp turbin, ổ trục, rôtô + trục, máy kích từ, giá chữ thập trên + dới, máy biến áp Yêu cầu lối đi lại tối thiểu là 1,2m Do đó các

thiết bị đặt cách nhau tối thiểu là 1 ữ1,2m

Theo kinh nghiệm thì chiều dài gian lắp ráp đợc tính bằng:

LLR = (1,1 ữ1,3).Lđ = (1,1 ữ1,3).16 = (17,6 ữ 20,8)m.

Chọn LLR = 22m.

Sau khi bố trí các thiết bị nh: Hố máy biến áp, nắp máy phát, máy kích từ, rôtô, BXCT tôi thấy LLR = 22 là hợp lý Việc bố trí các thiết bị phải tuân theo nguyên tắc nằm trong phạm vi cẩu đợc của cầu trục

c) Chiều dài nhà máy.

Chiều dài nhà máy đợc xác định theo công thức sau:

LNM = Z.Lđ + LLR + ∆L + 2t

Trong đó:

Lđ: Chiều dài đoạn tổ máy Lđ = 16m.

LLR: Chiều dài gian lắp ráp LLR = 22m.

Z: Số tổ máy Z = 2

t: Chiều dày tờng nhà máy t = 0,5

∆L: Chiều dài nhà máy tăng thêm nhằm mục đích để cầu trục cẩu đợc toàn bộ thiết bị của tổ máy cuối cùng ∆L chỉ có khi: BC.TR > Lđ - 2δ

ở đây: BC.TR = 14,15m < Lđ - 2.δ = 16 – 2.0,5 = 15m.

(Với δ là khoảng cách an toàn)

Vậy không cần xây thêm ∆L Song để an toàn phần kết cấu tôi chọn ∆L = 1m.

⇒ LNM = 2.16 + 22 + 1 + 2.0,5 = 56m.

3.3 Các cao trình phần trên nớc.

a) Cao trình sàn nhà máy.

Thiết kế cao trình sàn nhà máy bằng cao trính lắp máy phát

∇SNM = ∇LMP = 234,72m.

b) Cao trình cầu trục.

Cao trình cầu trục là cao trình đỉnh đờng ray của cầu trục, cao trình này phụ thuộc vào kích thớc vật cẩu và phơng thức cẩu Có 2 phơng thức cẩu là cẩu đỉnh và cẩu bên Nếu là cẩu đỉnh thì vật đợc cẩu di chuyển dọc nhà máy trên đỉnh máy phát, còn cẩu bên thì vật đợc cẩu di chuyển ở bên máy phát

Vì kiểu máy phát là kiểu treo, nên chiều cao giá chữ thập trên lớn do đó làm cho cao trình đỉnh tổ máy tăng lên trong trờng hợp này để giảm chiều cao nhà máy

ta chọn phơng thức cẩu bên

Với cầu trục và chiều rộng nhà máy đã chọn, do bị hạn chế phạm vi hoạt động nên khi dùng phơng thức cẩu bên thì cũng chỉ có thể cho vật cẩu đi trên giá chữ thập chứ không thể đi trên sàn nhà máy đợc Vì vậy trong trờng hợp này tác dụng giảm chiều cao nhà máy chỉ đợc một lợng bằng chiều cao chóp máy phát + chiều

cao ổ chặn nhng chiều ngang nhà máy không tăng lên Với lập luận nh trên ta có cao trình cầu trục đợc xác định nh sau:

∇C.TR = ∇SNM + h1 + δ + Lmax + hmóc + Ldây Trong đó:

∇SNM = 234,72m.

h1 – Chiều cao giá chữ thập trên, h1 = 1,6m.

δ - Khoảng cách an toàn từ vật cẩu đến mặt giá chữ thập trên δ = 0,5m.

Lmax – Chiều dài lớn nhất trong các thiết bị cần cẩu Lmax = 7,78m.

hmóc – chiều dài móc cầu trục hmóc = 0,775m.

Ld – Chiều dài dây cáp Ld = 2m.

han toàn – Khoảng cách an toàn trong quá trình cẩu vật Lấy han toàn = 1m.

⇒∇C.TR = 234,72 + 1,6 + 0,5 + 7,78 + 0,775 + 2 + 1 = 248,375m.

Chọn ∇C.TR = 248,6m.

c) Cao trình trần nhà máy.

∇TR = ∇C.TR + HC.TR + ∆ Trong đó:

∇C.TR = 248,6m.

HC.TR – Chiều cao cầu trục kể cả xe con; HC.TR = 8m.

∆ - Khoảng cách an toàn từ đỉnh xe con tới đỉnh nhà máy Chọn ∆ = 1m.

Vậy: ∇TR = 248,6 + 8 + 1 = 257,6m.

d) Cao trình đỉnh nhà máy.

∇đ = ∇TR + hm = 257,6 + 2 = 259,6m.

Với hm là chiều cao kết cấu mái nhà máy gồm dầm đỡ, lớp bê tông và các tấm panen Chọn hm = 2m.

Chơng 2 nhà máy phụ và các thiết bị phụ trợ.

1 nhà máy phụ.

1.1 Khái niệm.

Khi thiết kế nhà máy thuỷ điện, ngoài việc bố trí nhà máy chính ta còn phải bố trí nhà máy phụ một cách hợp lý Nhà máy phụ là nơi bố trí các thiết bị phụ nh: Hệ thống dầu, hệ thống khí nén, hệ thống nớc kĩ thuật, các thiết bị phân phối điện và

là nơi để cán bộ công nhân vận hành, làm việc và điều hành sự hoạt động của nhà máy

• Hệ thống các phòng phụ trong nhà máy bao gồm:

• Phòng điều khiển trung tâm

• Phòng quản lý vận hành

• Phòng điện một chiều

• Phòng ắc quy, axít

• Phòng cơ khí

• Các phòng chức năng khác

1.2 Phòng điều khiển trung tâm.

Phòng này đợc trang bị các thiết bị theo dõi, quan sát hiện đại để theo dõi,

điều khiển quá trình vận hành của nhà máy, là trung tâm đầu não của nhà máy, th-ờng đợc bố trí cùng cao trình với sàn nhà máy, thích hợp cho việc bao quát toàn bộ nhà máy Trong phòng bố trí bảng phân phối điện, đồng hồ đo điện, thiết bị kiểm tra, thiết bị bảo vệ, hệ thống thông tin liên lạc và xử lý tín hiệu

Diện tích phòng phụ thuộc vào kích thớc các loại thiết bị và cách bố trí Nó có quan hệ với sơ đồ đấu điện chính, số tổ máy, công suất từng tổ máy và khả năng tự

động hoá trong nhà máy Việc bố trí phòng điều khiển trung tâm là một vấn đề hết sức quan trọng Đối với trạm thuỷ điện Đồng Nai 5, tôi bố trí phòng điều khiển trung tâm phía hạ lu của nhà máy, gần gian lắp ráp nhằm mục đích quan sát đợc quá trình vận hành của các tổ máy Cao trình phòng điều khiển trung tâm bằng cao trình sàn nhà máy

1.3 Phòng điện một chiều, ắc quy, axít, nạp điện.

Để cung cấp dòng điện một chiều phục vụ đo lờng và chiếu sáng khi nhà máy

bị sự cố, trong nhà máy phải có hệ thống điện một chiều gồm có: Phòng ắc quy, nạp điện, axít để cung cấp điện một chiều phục vụ cho phòng điều khiển trung tâm

Vị trí phòng này bố trí ở tầng dới gian phòng điều khiển trung tâm và có hành lang cách ly với phòng điều khiển trung tâm

1.4 Phòng các thiết bị phụ trợ máy thuỷ lực.

Gồm các phòng nh: Phòng chứa dầu bôi trơn, dầu cách nhiệt tổ máy và xử lý dầu, phòng đặt máy nén khí, phòng đặt máy bơm nớc kĩ thuật, máy bơm tiêu nớc trong buồng xoắn và ống hút khi sửa chữa tổ máy

Các hệ thống thiết bị phụ trợ máy móc trong nhà máy thuỷ điện chủ yếu đảm bảo chế độ làm việc bình thờng của tổ máy, nó gồm các hệ thống: Hệ thống dầu, hệ thống khí nén, hệ thống cung cấp nớc kĩ thuật, hệ thống tháo nớc tổ máy, hệ thống thiết bị kiểm tra đo lờng

1.5 Bố trí máy biến áp và trạm phân phối điện.

a) bố trí máy biến áp.

Trạm thuỷ điện Đồng Nai 5 có 2 tổ máy, nhà máy kiểu sau đập, nên để tận dụng khoảng không gian giữa nhà máy với đập ta bố trí các máy biến thế trong khoảng không gian đó Cao trình đặt máy cùng với cao trình gian lắp giáp để sử dụng cầu trục trong gian máy khi sửa chữa, và đặt gần gian máy nhằm rút ngắn cáp dẫn, tiết kiệm chi phí, vận hành thuận tiện, giảm phát sinh sự cố

b) Bố trí trạm phân phối điện cao thế.

Căn cứ vào điều kiện địa hình, tôi bố trí trạm phân phối điện cao thế ở phía bên phải (nhìn từ thợng lu) sau đập, tại cao trình 360 trên đỉnh đồi (san đồi, bạt mái) và bố trí theo kiểu bậc thang để giảm bớt khối lợng đào

2 hệ thống thiết bị phụ.

Trong nhà máy thuỷ điện, để đảm bảo tổ máy vận hành an toàn nhất thiết phải

bố trí hệ thống các thiết bị phụ trợ Đặc biệt là đối với những nhà máy có công suất vừa và lớn, có vai trò quan trọng trong hệ thống thì hệ thống các thiết bị phụ trợ phải có tính tự động hoá và độ chính xác cao để tăng mức độ an toàn, thuận tiện và quan trọng nhất là giảm sự cố