Đồ án môn học thủy điện 12

CHƯƠNG 1:NHIỆM VỤ VÀ SỐ LIỆU TÍNH TOÁN1.1 Nhiệm vụ tính toán: -Vận dụng các kiến thức đã học trong các học phần Thủy năng, Tuabin thủy lực,công trình trạm thủy điện, thủy công để thiết

CHƯƠNG 1:NHIỆM VỤ VÀ SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

1.1 Nhiệm vụ tính toán:

-Vận dụng các kiến thức đã học trong các học phần Thủy năng, Tuabin thủy lực,công

trình trạm thủy điện, thủy công để thiết kế một nhà máy thủy điện

- Dựa vào tài liệu tiến hành chọn loại tuốc bin, máy phát, máy điều tốc, máy biến áp

- Chọn kiểu nhà máy thuỷ điện, bố trí thiết bị trong nhà máy, xác định kích thước hínhcủa nhà máy, chọn cần tuốc bin trong nhà máy

- Sơ bộ chọn loại đập dâng, công trình tháo lũ, kích thước chính của để phục vụ choviệc bố trí tổng thể công trình đầu mối

1.2 Tài liệu tính toán

1.2.1 Tài liệu về hồ chứa

-Mực nước dâng bình thường : MNDBT = 174.9 (m)

-Mực nước chết : MNC = 158.75 (m)

-Mức nước bùn cát : MNBC = 133.8 (m)

1.2.2 Tài liệu về lưu lượng

Quan hệ mực nước hạ lưu nhà máy : Zhl ~ f(Q) (đồ thị số 3)

1.2.3 Tài liệu về cột nước

CHƯƠNG 2 CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

2.1 Tổng quan về chọn thiết bị chính cho nhà máy thủy điện

Nội dung phần chọn các thiết bị chính cho nhà máy thủy điện bao gồm phân tích chọn

số tổ máy của trạm thủy điện, chọn và xác định các kích thước chính của các thiết bịchính trong nhà máy ( tuabin, máy phát, trạm biến áp, ống hút, cần trục…)

Trong thực tế tính toán thiết kế chọn tuabin cho trạm thủy điện hiện nay, người tathường thông qua tính toán kinh tế , năng lượng, có xem xé hiệu suất tuabin củng nhưvấn đề xảy ra khí thực

-Khi Z càng lớn thì xét trong quá trình vận hành sản xuất có sự cố tăng

-Khi Z càng lớn thì về mặt phân phối điện và cấp điện lại an toàn hơn, bảo đảm vàhiệu ích hơn

Với những ưu nhược điểm về số lượng tổ máy cần định ra như trên, ta nên chọn số tổmáy thật hợp lý để cấp điện đảm bảo hiệu quả, an toàn và giá thành nhỏ nhất

Do vậy, với đồ án và qui mô của việc thiết kế ở đây ta chỉ thiết kế với loại trạm thủyđiện loại vừa và nhỏ, ta chỉ cần sử dụng từ 2 đến 4 tổ máy là đảm bảo cấp điện một cách

.z

NN





(kw)Trong đó : mf : là hiệu suất của máy phát (ban đầu gt mp 0,930,95)

Sau khi có công suất của tuabin, kết hợp với cột nước thiết kế Htk rồi tra trên biểu đồ sảnphẩm tuabin loại nhỏ ta sẽ chọn được loại tuabin phù hợp với mỗi phương án

Ứng với mỗi phương án, khi đã chọn được loại tuabin cụ thể, vì là tuabin loại nhỏ nên ta

sẽ có ngay n và D1, tiến hành kiểm tra lại vùng làm việc của tuabin có rơi vào vùng hiệusuất cao khi tuabin làm việc từ cột nước Hmin-Hmax không Nếu có nhiều phương án cùngthỏa mãn tiêu chí này thì ta sẽ tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án và chọn

ra phương án nào tối ưu.Ta chọn sơ bộ hiệu suất máy phát =94,5%

* Tính cụ thể cho 3 phương án :

3492 (KW)945

,0

26600 





T B

N

a-Với phương án 1: Số tổ máy: Z = 2

-Từ cột nước tính toán Htt = 40 (m) và công suất của Turbine NTB = 3492 (kw) tra ở biểuđồ sản phẩm tuabin loại nhỏ chọn được loại Turbine ký hiệu là

đó là Turbine : PO123-BM140

Theo hiệu của Turbine:

+PO: turbine tâm trục

Đó là Turbine: PO123-BM84

Theo hiệu của Turbine được chọn ta biết: Turbine thuộc loại tâm trục, trục đứng,buồng xoắn kim loại

2.2.3 Xác định các thông số của tuabin

-Các thông số của turbine PO123-BM140

Số vòng quay của Turbine: n = 300 (vòng/phút)

Đường kính bánh xe công tác: D1 = 140 (cm)

-Các thông số của turbine PO123-BM100

Số vòng quay của Turbine: n = 428 (vòng/phút)

Đường kính bánh xe công tác: D1 = 100 (cm)

-Các thông số của turbine PO123-BM84:

Số vòng quay của Turbine: n = 500 (vòng/phút)

Đường kính bánh xe công tác: D1 = 84(cm)

2.2.4 Kiểm tra vùng làm việc của tuabin

2.2.4.1 Kiểm tra vùng làm việc của Turbine PO123- BM140 đã chọn:

Theo hiêu suất của tuabin tâm trục:

Ta tiến hành tính số vòng quay dẫn suất và lưu lượng dẫn suất của Turbine rồi đem

tra lên đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123-BM140 ứng với từng cột nước

xem có bao vùng hiệu suất cao hay không

Với cách vẽ: lần lượt tìm 3 điểm A, B, C tương ứng với các đại lượng xác định vị trí của

nó trên vùng làm việc như sau :

+Điểm A : ứng với Hmin là giao điểm của n’1Hmin với Q’1Hmin

() +Điểm C : ứng với Hmax là giao điểm của n’1Hmax với Q’1Hmax

Đưa các điểm A,B,C lên đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123, ta thấy điểm

C nằm ngoài vùng có hiệu suất cao

2.2.4.2 Kiểm tra vùng làm việc của Turbine PO123-BM100 đã chọn:

Theo kinh nghiệm hiêu suất của tuabin tâm trục:

Ta tiến hành tính số vòng quay dẫn suất và lưu lượng dẫn suất của Turbine rồi đem tra lên

đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123 ứng với từng cột nước xem có bao vùng

hiệu suất cao hay không

Với cách vẽ: lần lượt tìm 3 điểm A, B, C tương ứng với các đại lượng xác định vị trí của

nó trên vùng làm việc như sau :

+Điểm A : ứng với Hmin là giao điểm của n’1Hmin với Q’1Htt

Đưa các điểm A,B,C lên đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123, ta thấy chúng

nằm trùng với vùng có hiệu suất cao

2.2.4.3 Kiểm tra vùng làm việc của Turbine PO123-BM84.

Ta tiến hành tính số vòng quay dẫn suất và lưu lượng dẫn suất của Turbine rồi đemtra lên đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123 ứng với từng cột nước:

+Điểm A : ứng với Hmin là giao điểm của n’1Hmin với Q’1Htt

0,21

s = 0.2 2

Kết luận: Chọn phương án 3 để tính toán thiết kế cho trạm thủy điện với : số tổ máy

Z = 4 (máy) và tuabin loại PO123-BM84, n1= 500 (v/p)

2.3 Tính toán thủy lực buồng xoắn

2.3.1 Chọn loại buồng xoắn

a) Công dụng của buồng xoắn

Buồng xoắn nói riêng hay buồng turbine ( còn gọi thiết bị dẫn nước) nói chung là phầnnối công trình dẫn nước của trạm thủy điện với tuabin và hình thành lượng chảy vòng tạicửa vào cơ cấu hướng dòng Đối với đồ án có cột nước trung bình và lưu lượng tương đốinhỏ và nhà máy sau đập Nên ta chọn góc bao max = 3450 để tiện nối tiếp đường ống áplực với buồng xoắn

b) Yêu cầu của buồng xoắn

Buồng xoắn cần đảm bảo những yêu cầu chính sau đây:

+Dẫn nước đều đặn lên chu vi các cánh hướng nước để tạo dòng chảy đối xứng vớitrục tuabin

+Tổn thất thủy lực trong buồng và đặc biệt trong bộ phận hướng nước nhỏ nhất.+Dễ nối tiếp với đường dẫn của trạm thủy điện

+Buồng có kích thước giảm nhỏ và kết cấu đơn giản

+Thuận tiện cho việc bố trí tuabin và các thiết bị phụ của nó trong gian máy củatrạm thủy điện,thỏa mãn các yêu cầu xây dựng nhà máy

+Áp lực tác dụng lên BXCT đều nhau để tránh mòn không đều ổ trục

c) Chọn buồng xoắn

Đối với đồ án có cột nước trung bình và lưu lượng tương đối nhỏ và nhà máy sau đập.Nên ta chọn góc bao max = 3450 để tiện nối tiếp đường ống áp lực với buồng xoắn

2.3.2 Tính toán thủy lực xác định kích thước buồng xoắn :

Qua thí nghiệm loại buồng xoắn hoàn toàn, mặt cắt tròn có tổn thất thuỷ lực nhỏ.Nhưng hướng của vận tốc có ảnh hưởng đến chuyển động của chất lỏng trong bộ phậncánh hướng nước Do đó ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của TuaBin, nên phải tính toánchính xác kích thước của TuaBin để TuaBin làm việc tốt

89 0

f=

10 5°

-R 90 7

f=

12 0°

-R 92 3

f=

135

°-R 938

f=

150

°-R 952

f=

165

°-R 965

f=

22 5°

-1 01 4

24 0°

10 25

-R 10 47

f = 28 5°-R10 57

f = 300

2.4 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, nócòn có những tác dụng sau đây :

+Tháo nước từ trong bánh xe công tác xuống hạ lưu với tổn thất năng lượng nhỏnhất

+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 xả hình cong choTuaBin tâm trục đứng đang tính toán

Dựa vào bảng tra loại ống xả hình cong và kích thước ống xả bảng 1 trang 16 tài liệu

Bảng Tra Thiết Bị Thuỷ Điện ta được số liệu kích thước ống xả ở mẫu số ứng với TuaBin

PO123-BM84 (Loại ống hút 4H) (kích thước tính bằng mét).

SỐ

3780 1471

Dựa vào hai thông số:

+Công suất máy phát = /Z =6600 /4 = 1650 (KW)

+ Số vòng quay máy phát điện = =500 (v/ph)

+ Công suất biểu kiến

lm mf

Loại máy phát

Sốvòngquay(v/ph)

Côngsuất biểukiến (kVA)

Côngsuất(kW)

Điệnáp(V)

Hiệusuất(%)

Cường

độ dòngđiện (A)

Trọnglượng(T)

Máy phát BC260/29-12* có hiệu suất 95.5% chênh lệch trong khoảng 1.0% <5%

cho phép với hiệu suất của máy phát ta đã chọn ở phần đầu (94,5%) nên máy phát này làphù hợp

để cấp cho các hộ dùng điện

Khi lựa chọn máy biến áp ở nhà máy thủy điện cần dựa vào 3 thông số:

+ Điện áp sơ cấp máy biến áp () :chọn = 6300 V ( với công suất biểu kiến S=2120 kVA <

20000 kVA => Umf = 6,3 kV)

+ Điện áp thứ cấp máy biến áp () :chọn V

+Công suất biểu kiến máy biến áp:

Stải= Z k

N N

N lm tudung hôgân

.cos





(kVA) Trong đó:

Nlm=6600 (kw)

Ntd = (23)%.Nlm=165(kw):công suất tự dùng nhà máy thủy điện

Nhộ gần= (3-5%)Nlm=4%Nlm= 264 (kw):công suất hộ gần sử dụng điện áp máy phát cosϕ=0.8 (hệ số công suất)

k:hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ (thường lấy k=0.75)

Dựa vào các thông số trên , tra phụ lục P2.25 ta chọn được MBA loại TM-5600/10

Với công suất định mức là S = 5600 KVA; Utc = 10 KV ; Usc =6.3 KV

Các thông số của MBA TM-5600/10

NắpБ

Chiềurộng



Khoản

g cáchray Д

Điểmcaonhất

Chiềudài B

Khoản

g cách

B1

Phầnnânglên

18960

2.7 Chọn thiết bị điều tốc :

- Công dụng của thiết bị điều tốc: căn cứ vào yêu cầu thay đổi của phụ tải bên ngoài, máyđiều tốc tiến hành điều chỉnh độ mở cánh hứng nước đảm bảo lưu lượng để đảm bảo côngsuất phát ra N=P và giữ cho vòng quay không đổi

-Để chọn được loại máy điều tốc thích hợp, người ta căn cứ vào năng lực công tác củađộng cơ tiếp lực:

Năng lực công tác yêu cầu Ay/c của ĐCTL được tính theo công thức sau

TK

TB c

Tra bảng PL2.11 chọn máy điều tốc K1000.

2.8 Chọn cần trục:

Ta dựa vào hai thông số để chọn cần trục là sức nâng lớn nhất của thiết bị cần nâng vàchiều dài nhịp cần trục

Căn cứ vào trọng lượng lớn nhất của vật cần trục để chọn được loại cần trục thích hợp:

Gmax = max (GnângMBA , GBXCT + Trục , GRTmf + Trục)

nh

Mócphụ

4

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

3.1 Xác định cao trình lắp máy

Việc xác định cao trình lắp máy (lm) dựa vào điều kiện tránh khí thực và có hiệu quảkinh tế Ta thấy khi Hs quá bé thì phải tăng khối lượng đào phần công trình dưới nướcnhất là khi Hs < 0 nghĩa là mực nước hạ lưu cao hơn điểm xét khí thực, song nêú lấy Hs

quá lớn sẽ không đảm bảo loại trừ khí thực tuy khối lượng phần dưới nước bé hơn

Tùy theo loại tuabin và phương pháp lắp trục mà chúng ta có thể sử dụng công thứcxác định cao trình lắp máy như sau :

Đối với tuabin tâm trục, trục đứng qui định cao trình lắp máy (lm) là cao trình đi quađiểm giữa cánh hứng nước Hs tính từ mực nước hạ lưu tới cửa ra của bánh xe công tác

Δ - độ hiệu chỉnh hệ số khí thực , tra hình quan hệ Δ~H (hình 7-4) giáo trình

tuabin thủy lực- ĐHTL,với cột nước tính toán bằng 40m,ta được Δ =0.03

M

 - hệ số khí thực trên ĐĐTTHC tại điểm tính toán Ta dùng cột nước thiết kế để

tính Hs ,do đó tra trên ĐĐTTHC ta được M=0.21

Vậy chiều cao hút nước cho phép:

Đối với tuabin tâm trục trục đứng , cao trình lắp máy đi qua điểm giữa của chiều caocánh hứng nước

lm = hl + Hs + 2

bo

Trong đó :

hl : cao trình mực nước hạ lưu)

Với lưu lượng Qtrạm= 20.63 m3/s nội suy quan hệ Q~fhl có hl= 128.5m

b= =0,34 m : Chiều cao cánh hướng nước

Hs=0.25 (m)

lm =128.5 + 0.25 +

0,34

2 =128.90 (m)

Kết luận: lm = 128.90 (m) Để đảm bảo cao trình của đỉnh ống xả ngập dưới mực

nước hạ lưu tối thiểu 1 đoạn là 0,5(m) ( sẽ tính ở phần sau) Vậy ta chọn lm = 128.90

 - Bán kính lớn nhất buồng xoắn max=0,210 m

d- Chiều dày lớp bê tông bảo vệ trên đỉnh buồng xoắn, đối với buồng xoắn kimloại chọn d= 1m

Zđoh – Cao trình đáy ống hút

bo – Chiều cao cánh hướng nước bo=0.34 (m)

h2- Chiều cao của giếng tuabin h2= 2.80 (m)

h3 – Chiều dày bệ đỡ máy phát h3= 1.10 (m)

h10 – Chiều cao giá chữ thập dưới + guốc phanh

d - khoảng cách an toàn so với sàn , lấy d=1.5 (m)

hcc – Chiều cao vật cần cẩu, lấy chiều cao cao nhất của máy phát hcc = 3.04 (m)

ld – chiều dài dây, ld = 1 (m)

1 (m) là chiều cao an toàn đề phòng dây dãn hoặc tuột

Hct – Chiều cao cầu trục Hct = 2.75 (m)

a – khoảng cách an toàn để cho cầu trục có thể di chuyển an toàn trong nàh máy

a lấy trong khoảng (0.2-0.5)m , chọn a= 0.5 (m)

Thay số ta có :

Z tnm = 143.68 + 2.75 + 0.5 = 146.93 (m)

PHẦN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

1.Bố trí nhà máy.

Bố trí trục nhà máy vuông góc với trục đường ống:

Ưu điểm : có kết cấu đơn giản, giảm được đoạn uốn cong, bớt mố néo nên giảm đượctổn thất thủy lực, dễ bố trí mặt bằng công trình

Nhược điểm : khi ống bị vỡ, nước theo đường ống và sườn dốc đổ xuống nhà máy gâytai nạn và hư hỏng thiết bị, do đó cần phải làm tường chắn và hào thoát nước

Bố trí trục nhà máy song song với trục đường ống :

Ưu điểm : khi có sự cố đường ống, nước được thoát xuống hạ lưu mà không gây táchại cho nhà máy

Nhược điểm : chiếm mặt bằng rộng hơn, kết cấu phức tạp, tổn thất thủy lực lớn

Chọn phương án bố trí hợp lý :

Để chắn nước ta dùng đập bê tông trong lực, do đó đường ống áp lực sẽ nằm trongthân đập Nếu có nằm ở ngoài thì cũng chỉ là một đoạn ngắn Nên việc vỡ đường ống áplực cũng khó xảy ra Căn cứ vào việc phân tích trên và điều kiện địa hình ta chọn phương

án bố trí trục nhà máy vuông góc với trục đường ống là hợp lý và kinh tế nhất

Chọn nhà máy kiểu sau đập, đặc điểm nhà máy kiểu này là nằm ở hạ lưu đập, khôngchịu trực tiếp áp lực thủy tĩnh của thượng lưu

2.2 Thiết kế phần dưới nước của NMTĐ:

2.2.1 Phần nền móng công trình.

- Công trình được bố trí trên nền đá tương đối chắc và ổn định, nên ta không cần phải có

biện pháp gia cố nền móng Chỉ cần đào đến cao trình thiết kế thì ta có thể tiến hành xây dựng bình thường

2.2.2 Phần nối tiếp thượng hạ lưu của NMTĐ.

2.2.3 Bố trí các phòng phụ.

-Phòng điều khiển trung tâm: Trong phòn này bố trí các bảng điều khiển, các tủ tín

hiệu đo lường và rơle bảo vệ Phòng điều khiển cần sáng sủa, thuận tiện liên lạc với các bộ phận của trạm thông qua các cáp nhị tứ từ các nơi dẫn về Vị trí của phòng bố trí trùng với cao trình với sàn máy Nên bố trí ở nơi yên tĩnh và tránh rung động Diện tích khoảng 80 – 200 cm2

-Phòng điện 1 chiều: cung cấp dòng điện 1 chiều cho các thiết bị đo lường, tín hiệu,

điều khiển và thắp sáng khi sự cố nhà máy Cụm phòng này gồm các phòng ắc quyaxit và phòng máy nạp điện cho ắc quy Do khí độc từ ắc quy và axit nên bố trí tách riêng biệt và có cửa thông gió riêng

-Phòng phân phối cấp điện áp máy phát: phòng này đặt các thiết bị đóng, ngắt để phân

phối điện từ thanh cái máy phát đi đén trạm máy biến áp, máy biến áp tự dùng và đường dây tải khác Phòng cần cao ráo, bảo đảm an toàn đi lại, rồng chừng 6 – 8

m, dài theo gian máy

-Phòng điện tự dùng: Phòng này thường bố trí máy biến áp tự dùng và bảng điện

dùng, khoảng 30 – 50 cm2

-Phòng thuộc nhóm sản xuất: đây là các nhóm phòng bảo đảm sự làm việc bình

thường, gồm: các hệ thống dầu, cấp nước kỹ thuật, khí nén, các xưởng sữa chữa cơkhí, kĩ thuật điện, đo lường điện, thí nghiệm điện cao áp Nhóm các thiết bị điện được bố trí ở các tầng trên đảm bảo khô ráo, an toàn Các nhóm cơ khí như dầu, nước thường bố trí ở tâng tuabine, dọc nhà máy, phòng khí nén và xưởng cơ khí thường ở tầng tuabine – dưới sàn lắp máy, thiết bị cấp nước kỹ thuật và bơm tháo nước thường đặt gần tổ máy chính, tầng tuabine

2.2.4 Bố trí hệ thống bơm nước.

- Bố trí hệ thống làm mát máy phát, làm mát dầu các ổ chặn….Được lấy ở thượng, hạ