tính toán thủy năng, turbin chọn thiết bị cho trạm thủy điện

Mục đích tính toán thủy năng là xác định các thông số cơ bản của hồ chứa và trạm thủy điện TTĐ cũng nh các cột nớc - Số giờ lợi dụng công suất lắp máy h.. Do vậy để đánh giá mức độ an to

Trang 1

Đồ ỏn mụn học: Thủy Điện

thủy năng

Mục đích tính toán thủy năng là xác định các thông số cơ

bản của hồ chứa và trạm thủy điện (TTĐ) cũng nh các cột nớc

- Số giờ lợi dụng công suất lắp máy (h)

I xác định các thông số của hồ chứa:

1 Chọn tần suất thiết kế và năm tính toán.

a Tần suất thiết kế của trạm thuỷ điện.

Trang 2

Ta biết rằng tình hình làm việc của Trạm thuỷ điện (TTĐ)luôn phụ thuộc vào tình hình thuỷ văn Trong điều kiện lu lợngthiên nhiên thuận lợi thì TTĐ làm việc bình thờng đảm bảo antoàn cung cấp điện, còn trong những năm ít nớc công suất củaTTĐ giảm thì TTĐ không đảm bảo an toàn cung cấp điện Mặtkhác đối với một số TTĐ kiểu đập có cột nớc thấp thì TTĐ có thểkhông đảm bảo cung cấp điện ngay trong mùa nhiều nớc (domực nớc ở hạ lu dâng cao ngay trong thời kỳ này, làm cho cột nớccủa TTĐ giảm nhiều) Khi đó ta phải cắt giảm các hộ dùng điện,

điều đó cũng có nghĩa là sẽ gây ra thiệt hại đối với nền kinh tếquốc dân Do vậy để đánh giá mức độ an toàn cung cấp điệncủa TTĐ, ngời ta dùng khái niệm “ mức bảo đảm” và mức bảo

đảm đợc tính theo công thức sau:

Tức là trong suốt thời gian làm việc (vận hành), TTĐ sẽ đảmbảo cung cấp điện bình thờng trong P% tổng thời gian còn(100-P)% thời gian không thể cung cấp đầy đủ công suất và

điện lợng do tình hình thủy văn bất lợi Nh vậy phần công suất

và điện năng thiếu hụt sẽ do các trạm khác trong hệ thống bù lại Mức bảo đảm đợc dùng để xác định các thông số của TTĐ vàdùng để xác định vai trò của TTĐ trong cân bằng công suất của

kế

Trong đồ án này, TTĐ có hồ điều tiết năm, nhiệm vụ là phát

điện, theo yêu cầu của giáo viên hớng dẫn chọn tần suất thiết kếvới mức đảm bảo tính toán là P=90%

b Chọn năm tính toán và các đặc trng về thuỷ văn.

Trang 3

toán theo phơng pháp 3 năm điển hình theo tài liệu đã cho,

đó là:

- Năm kiệt thiết kế ứng với tần suất P = 90 %

- Phần dung tích nằm dới MNC gọi là dung tích chết ( Vc )

Để tìm độ sâu công tác có lợi nhất của hồ, ta phải xác địnhtheo các điều kiện sau:

2.1 Xác định độ sâu công tác cho phép h cp

ct theo tiêu chuẩn điều kiện làm việc của Turbin và điều kiện bồi lắng bùn cát của lòng hồ chứa: h cp

Trang 4

Hmax : Là cột nớc lớn nhất của TTĐ: Hmax = MNDBT – Zhl( Qmin)

Zhl( Qmin) : Là mực nớc hạ lu ứng với lu lợng nhỏ nhất chảy qua tổ

máy về hạ lu

Trong thực tế trị số này đợc lấy bằng lu lợng yêu cầu ở hạ lu

đối với trờng hợp có yêu cầu lợi dụng tổng hợp, còn nếu không cóyêu cầu lợi dụng tổng hợp thì nó đợc lấy thông qua lu lợng nhỏnhất chảy qua một tổ máy ứng với từng loại turbin Nhng vìkhông có tài liệu cụ thể về yêu cầu nớc ở hạ lu và cha xác định

ta thấy mực nớc hạ lu (MNHL) thay đổi tơng đối ít so với sự thay

l-ợng trung bình 7 tháng mùa kiệt (Từ tháng XI đến tháng V) chảy

Trang 5

Trong đồ án này lấy 03 năm điển hình, với số liệu giả thiết

QTB P10% = 124,3 (m3/s)

Và do đó ta có:

Trang 6

b×nh mïa kiÖt cña n¨m thiÕt øng víi tÇn suÊt thiÕt kÕ, ë ®©y tachän :

Trang 7

Từ kết quả ( 2-1-a ) và ( 2-1-b ) ta có:

h cp

ct = Min( h ct TB ; h ct bc ) = Min( 12,62 ; 21,8 ) = 12,62( m ) ( 2 - 1 )

2.2 Xác định độ sâu công tác h ct theo tiêu chuẩn điện năng mùa kiệt lớn nhất ( E mk ), cách tiến hành nh sau: 3.2 Bảng1

Trang 8

Đồ án môn học: Thủy Điện

Trang 9

Trang 10

VTBi2,62

cti từ giá trị hmin đến giá trị hmax với :

• Có các giá trị VTBi tra quan hệ ( Z ~ F ~ V ) ta có các ZTBiTL và

Trang 11

n 2,62.106

+

128 + 85 +50 + 40 + 32 + 31 + 53 + 140 + + 103+ 69 + 40 + 32 + 25 + 25 + 43 + 113 ++ 84 + 56 + 32 + 26 + 20 + 20 + 35 + 93

24

∆H

Trong đó:

n : số tháng mùa kiệt của 3 năm điển hình là: n = 8 x 3 = 24tháng

Qtni: các lu lợng tự nhiên tơng ứng với các tháng mùa kiệt nói trên

Theo các số liệu giả thiết ta tính đợc:

các giá trị ZHL

thiết ( hgt

cti ) theo công thức : HTBi = ZTBiTL - ZHL

TBi

TBi theo công thức : NMK

TBi = K QMK

TBi HTBi

( với K = g TB MP = 8.5 )

Trang 12

Toàn bộ kết quả tính toán nh ở Bảng 1.

Turbin, điều kiện bồi lắng bùn cát của lòng hồ chứa và theo tiêu chuẩn

điện năng mùa kiệt lớn nhất EMK

3 Xác định dung tích hữu ích của hồ chứa ( V hồ ):

Dựa vào quan hệ ( Z ~ F ~ V ) ta tra đợc dung tích hữu íchcủa hồ chứa:

Trang 13

II xác định các thông số của trạm thủy điện ( TTĐ ):

1 Tính toán điều tiết các công suất bảo đảm ( N BĐ ) của Turbin:

xác định theo khả năng cung cấp điện trong 3 năm điển hìnhứng với tần suất thiết kế là PTK90%

bảng tính toán đợc các công suất Ni theo từng tháng cho từngnăm điển hình ( năm P90%, năm P50%, năm P10% ) Có đợc kếtquả các Ni đó, ta tiến hành vẽ đờng tần suất công suất (Ni~P% )

thiết kế P90% theo yêu cầu

a Lập bảng tính toán công suất cho 3 năm điển hình :

Với các thông số giả thiết nh sau:

Bảng2

Trang 14

tÝnh to¸n thuû n¨ng cho n¨m kiÖt thiÕt kÕ (p=90%)

77.

5

4.27 3

2.2 7

77.

2

4.36 2

2.3 5

49.2 9

500.

33

29.8 7

67.4 7

67.

9

3.56 8

2.1 2

40.0 7

67.4 7

65.

2

3.28 1

1.9 9

40.4 8

Trang 15

−1286170.0 -1395555.0

Trang 16

Bảng số 3

Trang 17

327.

50

869.7 8

1.9 7

2.4 7

97.1 1

500.

52

30.2 1

24.2 5

63.5 4

2.3 3

50.8 9

500.

27

29.8 7

12.9

56.2 5

31.2 5

81.8 8

2.1 9

51.3 9

500.

27

29.1 3 12.7

Trang 18

56.2 5

31.2 5

81.8 8

2.0 4

51.7 7

500.

27

28.2 5

992.2 7

1.8 9

−1219360.0 -1341845.0

Trang 19

Chó ý : Trong c¸c th¸ng mïa lò v× kh«ng cÊp níc nªn th¸ng

Q§TML th× lÊy Q§TML= QTN

C¸c th¸ng cßn l¹i ®iÒu tiÕt b×nh thêng

- Cét 4, cét 5 : Chªnh lÖch lu lîng ∆Qi = QTNi - Q§Ti (m3/s)

- Cét 6, cét 7 : Chªnh lÖch tæng lîng ∆Wi = ∆Qi 2,62 (106m3)

Trang 20

- Cột 8 : Dung tích công tác của hồ ở đầu thời đoạn tính toán:

WĐi = WĐi + ∆Qi-1 2,62 106 (m3), ở tháng cuối của mùa

lũ (tháng XI ) thì : WĐ = VMNC = 169,72 (106m3)

- Cột 9 : Dung tích công tác của hồ ở cuối thời đoạn tính toán

WCi = WĐi + ∆Qi 2,62 106 (m3), ở tháng cuối của mùa

TBi ) trong thời đoạn

các giá trị WTB ) (m)

- Cột 14: Lu lợng tổn thất do bốc hơi:

Trong đó:

tính toán t, theo kết quả tính toán ở phần tính độ sâu

- Cột 15: Lu lợng phát điện thực tế của hồ: QPĐi = QĐTi - Qthi - Qthi

( m3/s)

Trang 21

Kết quả tính toán đợc ghi ở Bảng 2,3, 4 (trang sau)

2 Tính toán xác định công suất lắp máy ( N LM ) của TTĐ:

Do không có biểu đồ phụ tải nên có thể sử dụng công thức

đồ án này lấy:

NLM = 5 NBĐ = 5 74,8 = 374 (103KW)

tháng trong năm thiết kế P90% ( năm ít nớc ) ta nhận thấy tất

Việc xác định công lắp máy còn tuỳ thuộc vào số giờ lợi

Trang 22

Theo nguyên tắc đó, sau khi tiến hành so sánh ta nhận thấy:

đối với 2 năm ít nớc (P90%) và trung bình nớc (P50%) thì tất cả

Còn năm nhiều nớc (P10%) thì có 3 tháng mùa lũ ( tháng IX, X, XI )

NIXP10% = 218,79 (103KW) ;

NXP10% = 99,93 (103KW) ;

NXIP10% = 64,35 (103KW)

Do đó điện lợng của 3 tháng ( tháng IX, X, XI ) năm P10% chỉ

đợc lấy với giá trị là: EIXP10% = EXP10% = EXIP10% = 720 x (159,7 x 103)/(106) = 115 (106KWh)

Trang 23

j=1 ữ 12 i=1 ữ 3

∑ Ni j

j=1 ữ 12 i=1 ữ 3 (m)

Vậy điện lợng bình quân nhiều năm sẽ là:

4 Tính toán xác định số giờ lợi dụng công suất lắp máy ( h LM ) của TTĐ:

Số giờ lợi dụng công suất lắp máy đợc xác định theo công thứcsau:

III xác định các cột nớc đặc trng của Trạm thủy điện:

1 Cột nớc bình quân H bq :

Cột nớc bình quân là cột nớc trung bình của trạm thuỷ điệntrong quá trình vận hành, đợc xác định theo công thức sau:

Dựa vào kết quả tính toán ở Bảng 2, 3, 4 - cột (18), cột (20)

- xem dòng cuối ở phần tính công suất bảo đảm ta có các

thông số:

NP90%i = 694,1 (103KW), NP90%iHi = 27 747,6 (103KWm);

12

74,3+119,1+140,7+129,2+91,9+44,1 +43,5+42,8+41,8+38,4+35,0+31,9E

h)

Trang 24

HBQ =

∑ Ni

j.H

i j

j=1 ữ 12

i=1 ữ 3

∑ Ni j

Cột nớc tính toán là cột nớc thấp nhất mà trạm thuỷ điện vẫn

có thể đảm bảo phát điện đủ với công suất lắp máy, đợc xác

f(QPĐmin)

năm có tần suất thiết kế 90% Theo kết quả tính toán công suất

cho năm P90% nh ở Bảng 1 ta có:

QPĐmin = QPĐmin90% = 115,04 (m3/s) – Tra quan hệ ( Q ~ Z ) ta có:

ZHlmin = ZHLmin90% = 124,47 (m )  Hmax = 174 – 124,47 = 49,53(m)

Trang 25

4 Cột nớc nhỏ nhất H min :

Cột nớc nhỏ nhất là cột nớc mà tại đó thì: Mực nớc ở trong hồứng với mực nớc chết MNC = 152,11 (m), đồng thời mực nớc ở hạ l-

u ứng với mực nớc có lu lợng phát điện lớn nhất

f(QPĐmax)

HX ~ QX ) bằng cách giả thiết một số các giá trị HXi giảm dần từ Htt

ZHLXi

Có đợc các ZHLXi ta tính đợc các giá trị mực nớc thợng lu: ZTLXi =

ZHLXi + HX

Trong chuỗi các giá trị ZTLXi ta sẽ tìm đợc giá trị ZTLXi = MNC =

xuất hiện giá trị mực nớc ( ứng với lu lợng phát điện lớn nhất ) là

ZHLmax = 130,17 m ( Các kết quả tính toán nh ở Bảng 6 )

Trang 26

Phần II : turbin - chọn thiết bị cho trạm thủy điện

I chọn số tổ máy và loại Turbin:

1 Chọn số tổ máy :

Đối với nhà máy thuỷ điện, khi số tổ máy tăng thì chi phícũng tăng theo, nhng làm việc sẽ linh hoạt trong hệ thống, dễ thicông và vận chuyển, thiết bị bố trí gọn nhẹ

Tuy nhiên nếu số tổ máy giảm thì công suất của một tổmáy sẽ lớn, thiết bị cồng kềnh và do dó khi chọn tổ máy ta phải

so sánh hai phơng án về kinh tế, kỹ

thuật để chọn Với những số liệu nh đã tính toán trong

SVTH: Phạm Văn Chuẩn MS: 0851051397 8

Trang 27

phần thuỷ năng ta chọn phơng án Trạm thủy điện có 3 tổ máy (z

= 3)  Công suất của Tuabin (tổ máy) là:

-là PO400/683.

3 Tính toán các thông số cơ bản của Tuabin:

a Xác định đờng kính tiêu chuẩn (D 1 ) của bánh xe công tác (BXCT):

thức:

Trong đó:

+ NTB: công suất của một Turbin NTB = 39,4.103 (KW)

9,81 x ηTB x Q’1 x HTT

x

Trang 28

hoặc (8-2) - trang 131 - 132 - Giáo trình TUABIN Thủy lực (2004)

- Trờng Đại học Thủy lợi Với BXCT PO400/683 tra bảng (8-2) ta đợc

Q’I = Q’Imax = 240 (l/s) = 0,24 (m3/s)

+ Htt: Cột nớc tính toán của TTĐ: Htt = 39,1 m

Từ kết quả D1tt, tra Bảng 5-5, với thiên hớng lấy D1 lớn so với D1tt

để đảm bảo có phần công suất dự trữ từ 1% 2% (đối với Turbin

tâm trục) ta lấy giá trị D 1 = 9,0 m.

Có giá trị D1 ta tiến hành tính lại Q’1 theo nh sau:

I

n,

- trang 132 - Giáo trình TUABIN Thủy lực (2004) - Trờng Đại

học Thủy lợi, với BXCT PO400/683 ta đợc n,

ILN = 61( vòng/phút )

n,

Trang 29

của Tuabin là n = 428,6 (vòng/phút).

c Kiểm tra lại vùng làm việc của Tuabin:

hạn bởi hai đờng nằm ngang: n’Imax và n’Imin với:

Tơng ứng với các cột nớc Hmin, Hmax ta có các lu lợng quy dẫn:

Đa các trị số trên lên đờng ĐTTHC và so sánh ta thấy vùng làmviệc của Turbin (từ n’Imin= 548 v/p đến n’Imax = 739 v/p ứng với các

lu lợng Q’1max và Q’1min) bao trọn vẹn vùng hiệu suất cao (từ 78% trở

941,2

n’Imax = n x D1

H

min

= 739 ( vòng phút )

=428,6 x 927,2

n’1min = n x D1

428,6 x 949,53

9,81xηTBx(D1)2 xHminHxmin

x

= 0,388 ( m3/s )

Trang 30

HS = 10 - ∇

900 - (σM + ∇σ) x HTT (m)

Số vòng quay lồng tốc của Turbin, là số vòng quay đột biếnlớn nhất của Turbin khi cắt phụ tải toàn bộ mà bộ phận hớng nớckhông thể đóng vì một lý do nào đó Khi đó số vòng quay củaTurbin tăng lên đột ngột, trong thời gian ngắn nó sẽ đạt giá trị

Số vòng quay lồng tốc của Tuabin xác định theo công thức:

Trong đó:

n,

Ilồng = 98( vòng/phút )

-trang 132 - Giáo trình TUABIN Thủy lực(2004)-Trờng Đại

⇒ nLT =98

9

49,53

= 77 (vòng/phút)

Trang 31

Trong các thông số thì còn lại thông số cao trình lắp máy  là

nhỏ nhất Qmin):

gtZHLmin = 124,47 m

- LMTT = ZHlmin + HS =124,47 +7,3 = 131,77 (m) < ZHlmin ⇒ chấpnhận giả thiết gt

máy đặt thấp hơn mực nớc hạ lu min một khoảng là 7,3m, nónằm trong phạm vi cho phép (từ 6  8m), nên kết quả tính toán

Đối với Turbin tâm trục, trục đứng thì cao trình lắp máy lấybằng cao trình tính đến tâm cánh hớng nớc của Tuabin và đợcxác định theo công thức sau:

Trong đó:

Trang 32

∇LM = 124,47 +7,3

+

0,9

Zhlmin : Cao trình mực nớc hạ lu nhỏ nhất của TTĐ, Zhlmin =124,47 (m)

b0 : Chiều cao cánh hớng nớc tra bảng (8-2) với Tua bin

Cao trình lắp máy :

4 Lựa chọn các bộ phận dẫn nớc của Tuabin:

4.1 Buồng xoắn.

a Xác định các thông số cơ bản của buồng xoắn

= 39,1m < 40m, nên ta sử dụng buồng xoắn kim loại tiết diệntròn

Để tiện cho việc nối tiếp đờng ống áp lực với buồng xoắn tachọn max = 3450

Trong đó:

HTT: Cột nớc tính toán đã biết: HTT = 39,1 m

kinh tế của buồng xoắn , có thể lấy trong khoảng ( 0,8 1,1

Trang 33

( m3/s )

Tính toán buồng xoắn theo phơng pháp mô men vận tốc

Trong đó:

công thức:

c Xác định kích thớc tiết diện cửa vào, theo công thức: R =

ra + 2.

Trong đó:

ra = (Da)/ 2 với Da đợc xác định bằng cách tra bảng (5-5) - trang

101 - Giáo trình TUABIN Thủy lực (2004)-Trờng Đại học Thủy lợi,với D1 = 9m, ta có: Da = 5,0m  ra = (Da)/ 2 =2,5 m

với:

Từ đó ta có Bảng kết quả tính toán buồng xoắn và Biểu đồBuồng xoắn turbin sau:

Q0 = Q’1xD2

1 x

= 0,225 x 92 x

( m3/s )39,1

ρV = FV

π =

21,853,14 = 1,49 ( m)

Trang 34

B¶ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n buång xo¾n

ϕ

CSTT

Trang 35

Trang 36

Với loại BXCT PO400/683 đã chọn theo bảng 3) và bảng

(6-5) - trang 117 - Giáo trình TUABIN Thủy lực(2004)-Trờng Đại học

Thủy lợi ta chọn đợc ống hút loại 20 với các kích thớc nh sau.

Bảng ghi kích thớc loại 20 ứng với D 1

1,04

2,1

0,51

0,369

0,879

1,135

2,30

1,00

0,937

PO400/683

Bảng ghi kích thớc loại 20 ứng với D 1

3,33

6,9

1,63

1,181

2,813

3,632

7,36

3,20

7,36

11,20

6,9

4,51

2,998PO400/683

Trang 37

Định dạng
Số trang	37
Dung lượng	633,5 KB