Bảng quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu Q = f(Z hl )
Bảng 1- 2:Quan hệ lưu lượng và mực nước hạ lưu
Hình 1- 1:Đồ thị quan hệ Q=f(Zhl)
LỰA CHỌN THIẾT BỊ CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
Lựa chọn thiết bị của nhà máy thủy điện
Theo đề bài N lm = 606 (MW) Chọn phương án tổ máy là
Công suất của tổ máy:
Công suất tuabin : N TB = N tm / tm (KW)
tm : hiệu suất máy phát điện, sơ bộ lấy tm = 0.98
Phạm vi cột nước làm việc của hệ thống tuabin được xác định trong khoảng Hmax 44.44 m đến Hmin 23.13 m Dựa trên phạm vi sử dụng cột nước và công suất của tuabin, chúng ta sẽ tham khảo biểu đồ để lựa chọn 2 loại tuabin phù hợp với yêu cầu sử dụng.
2.1.3 Vẽ đường đặc tính tổng hợp chính của tuabin
Đường đặc tính tổng hợp chính của Tuabin CQ50/642-46:
Đ ờng đặc tính tổng hợ p chính của tuabin CQ50/642-46
Hình 2- 1:Đường đặc tính tổng hợp chính của Tuabin CQ50/642-46
Đường đặc tính tổng hợp chính của Tuabin TT45/820-46: n' (vg/ph) I
Đ ờng đặc tính tổng hợ p chính của tuabin TT45/820-46
Hình 2- 2: Đường đặc tính tổng hợp chính của Tuabin TT45/820-46
2.1.4 Xác định các thông số cơ bản của tuabin
1 Tuabin CQ50/642-46 (phương án 4 tổ máy)
Công thức xác định đường kính tuabin:
D1 = √ 9.81.❑ TB Q N ln ' TB H TT √ H TT (m) Giả thiết điểm làm việc của tuabin tại A’ (1250l/s; 110);
❑ TB : Hiệu suất tuabin tai điểm tính toán ❑ TB =0.893
: Lưu lượng quy dẫn tính toán lấy Q ln ' 50 ¿ /s)
H TT : Cột nước tính toán H TT = 28.46m.
N TM : Công suất tuabin N TM = 44000kW
Dựa vào bảng 6-4 (tr.70 [3]), ta được:
Xác định tốc độ quay đồng bộ của tuabin
Công thức xác định tốc độ quay đồng bộ: n = n' 1 ln √ H bq
n’1M ln : tốc độ quay quy dẫn lợi nhất 110 vg/phút
H bq : cột nước bình quân của TTĐ, H bq = 31.3m Thay số ta có kết quả:
D1 Số vòng quay tính toán ntt (vg/ph) Số vòng quay quy chuẩn nqc (vg/ph)
Xác định hiệu suất tua bin theo từng phương án
Xác định độ hiệu chỉnh hiệu suất :
H TT Chọn max = 240 o
Chiều rộng buồng B b theo bảng 3,trang 18[4] có
Chiều cao bộ phận hướng dòng theo bảng 3,trang 18[4] có: bo = 0.38D 1 = 0.38 x 5 = 1.9(m)
2.2.2 Tính toán thủy động xác định kích thước buồng tuabin
Loại buồng xoắn hình thang, trần bằng.
Chọn lưu lượng tính toán: trong đồ án thiết kế sơ bộ chọn Q T ứng với N Tmax khi tuabin làm việc với cột nước tính toán.
Tính toán thủy động buồng tuabin dựa theo điều kiện:
Lưu lượng tại các tiết diện ngang ứng với góc của buồng xoắn là Q xác định theo công thức:
Tiết diện của buồng tuabin tại các vị trí ứng với góc :
Diện tích tiết diện của buồng tuabin tại tiết diện vào là:
F V = Q max /V 0 = (Q T max )/(360.V 0 ) (m 2 ) Trong đó: V 0: vận tốc trung bình tại tiết diện vào, tra bảng 4 (trang 19 [4]).
Việc tính toán thủy động xác định kích thước buồng tuabin tiến hành theo quy luật vận tốc trung bình trong các tiết diện không đổi Vo = constant
2.Tính toán xác định kích thước buồng xoắn
D1 = 5m tra bảng 3-1 (máy thủy lực): Da = 7.9m, Do = 5.8m
Bảng tính toán kích thước tại các góc : φ i (độ) F i (m 2 ) Q T (m 3 /s) Q i (m 3 /s) a (m) b (m) R (m)
Hình 2- 12:Buồng xoắn bê tông trần bằng thiết kế
Chọn ống hút
Với CQ50 Theo bảng 3-4 trang 46 [3], ta chọn ống hút cong kiểu 4A, ta có các kích thước chính:
Hình 2- 13:Sơ đồ tính toán ống hút
Hình 2- 14:Mặt cắt ngang và mặt bằng ống hút
Chọn thiết bị điều chỉnh tuabin
Thiết bị dầu áp lực có vai trò quan trọng trong việc cung cấp dầu áp lực cho tủ điều chỉnh tốc độ tua bin, bao gồm các thành phần như bình chứa dầu áp lực, thùng dầu, bơm dầu, rơle điều khiển và các phụ kiện khác Mặc dù thiết bị dầu áp lực thường có cấu trúc tương tự, kích thước của chúng lại khác nhau tùy thuộc vào dung tích bình chứa dầu Để lựa chọn thiết bị dầu áp lực phù hợp, cần xác định dung tích bình chứa dựa trên dung tích xilanh của động cơ tiếp lực trong hệ thống điều chỉnh tua bin.
Năng lực làm việc của động cơ tiếp lực BPHD được xác định theo công thức:
A HD = k HD .H max b o D 1 2 (kG.m) Trong đó:
: dung trọng của nước, = 1000 kG/m 3
H max : cột nước làm việc lớn nhất, H max = 44.44m
b o : chiều cao của bộ phận hướng dòng, b o = 1.9m
k HD : hệ số kinh nghiệm ( 0.045- 0.05), với tua bin cánh quay k HD = 0,045 Thay các giá trị trên vào công thức trên được: A HD = 94.99 x 10 3 kGm
Năng lực làm việc của động cơ tiếp lực xác định theo công thức:
A BX = k BX Hmax.(D 1 2 – d B 2 ) (kG.m) Trong đó:
k BX : hệ số kinh nghệm với tuabin CQ k BX = 0.050.06 chọn k BX = 0.05
d B : đường kính bầu BXCT (m).tra bảng 6.1, trang 69 [3] có: d B /D1 = 0.47 = >d B = 0.47x 5= 2.35m Thay số ta có:
Dung tích xi lanh động cơ tiếp lực được xác định theo công thức:
A: năng lực làm việc của động cơ tiếp lực, A = 94.99 x10 3 kG.m
P : áp suất làm việc của bình chứa dầu áp lực, p = 40kG/cm 2 = 4.10 5 kG/m 2 Thay số vào được: V = 0.237m 3
Dung tích bình chứa dầu áp lực được tính như sau:
V BL = (18 20)V HD + ( 4 4.5) V bx Trong đó:
V HD : Dung tích động cơ tiếp lực của bộ phận hướng dòng.
V BX : Dung tích động cơ của bánh xe công tác dùng động cơ tiếp lực.
S bx = ( 0.12 0.16) d bx = > S bx = 0.14 x 2 = 0.28(m) Thay số V bx = 0.88(m 3 ).
Quy chuẩn theo bảng 6 trang 24 [3] chọn kiểu thiết bị dầu áp lực MHY10/1-40-12.5-2
Kiểu thiết bị dầu áp lực
Các kích thước cơ bản (cm) và trọng lượng G(T)
Bình dầu áp lực Thùng dầu
Bảng 2- 11:Thông số thiết bị dầu áp lực
Máy điều tốc có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ quay của tua bin và điều khiển, khống chế chế độ làm việc của tua bin.
Máy điều tốc loại lớn có kích thước tiêu chuẩn phụ thuộc vào kích thước van điều phối chính Khi lựa chọn, cần xem xét lượng dầu qua van điều phối chính đến động cơ tiếp lực để đảm bảo pittông động cơ chuyển dịch với tốc độ yêu cầu Đường kính van điều phối chính thường được xác định bằng đường kính ống dẫn dầu vào van điều phối động cơ tiếp lực, được tính theo công thức: d V = d o = √ T 4.V d π H v.
V HD : Tổng dung tích động cơ tiếp lực V HD = 0.237(m 3 )
T d :Thời gian đóng BPHD, xác định theo điều kiện điều chỉnh đảm bảo T d =
Thay số ta tính được: d V = 0,087(m) Quy chuẩn được dv = 100mm Vậy ta chọn máy điều tốc điều chỉnh kép PK–100 có đường kính van điều phối do =
Chọn máy phát điện
Xác định công suất biểu kiến (công suất toàn phần) của máy phát điện:
N T : Công suất của máy phát điện
mf : Hiệu suất của máy phát ( mf = 98%)
cos = 0,8: Hệ số công suất
Điện áp của máy phát điện được lấy theo giá trị S:
Với S = 56.122 (50150)MVA thì điện áp Stato U = 13.8(KV).
Tần suất dòng điện f: Tần suất dòng điện của máy phát điện xoay chiều 3 pha ở nước ta quy định là f = 50Hz
Số vòng quay của máy phát điện (n) được xác định bởi số vòng quay của tua bin, vì máy phát điện và tua bin được nối đồng trục Do đó, số vòng quay của tua bin chính là số vòng quay của máy phát điện, với công thức n = 115.4 vg/ph.
Số cặp cực của MPĐ là p = 60f/n = 60x50/ 115.4= 26cặp
2.5.2 Xác định các kích thước cơ bản của MPĐ
Dựa trên số vòng quay n = 115.4 (vg/ph) và công suất biểu kiến S = 56122.45 (KVA), không tìm thấy máy phát điện nào trong bảng tra có công suất phù hợp Vì vậy, chúng ta chọn máy phát điện CB900/135-48, là lựa chọn gần nhất với yêu cầu, với các thông số kỹ thuật tương ứng.
Tần số quay, n vg/ph
Công suất hiệu suất nmf môme n đà
GD 2 (Tm2) Đường kính Stato Trọng lượng T
Bảng 2- 12:Thông số máy phát điện
Máy phát điện hiện tại không đạt yêu cầu về thông số thiết kế Vì vậy, cần tiến hành thiết kế một máy phát điện mới dựa trên mẫu máy phát điện kiểu CB900/135-48 với các thông số cụ thể.
Chiều dài của thanh thép hoạt động:
(cm) 13mm Quy chuẩn trị số trên ta có: l a = 1350mm.
Đường kính ngoài của thanh thép hoạt động
Đường kính ngoài của rôto Di
Chiều cao của stato h st = l a + (1.0 – 1.035)s Trong đó : s = .D i / 2p là khoảng cách giữa các cực từ rôto, p là số đối cực của MPĐ
Thay số tính toán, chọn (m)
1 Chọn kiểu máy phát điện
D i = > 0.15 Sơ bộ chọn máy phát điện kiểu treo.
2 Tính sơ bộ các kích thước khác của MPĐ
Các kích thước Công thức Đơn vị Giá trị Đường kính máy kích thích do = (0.3 - 0.4)Di m 2.6 Chiều cao máy kích thích ho = 0.5la m 0.675 Đường kính vỏ máy ngoài
MPĐ Dv = 1.10Dst m, với đường kính dầm sao trên Ddt = Dst m và đường kính dầm sao dưới Ddd = Dg + 0.4 m Chiều cao dầm sao trên h1 được tính là 0.25 Di m, tương đương 1.875 m, trong khi chiều cao dầm sao dưới h2 là 0.12Dg m, đạt 0.96 m Đường kính hầm (giếng) cũng cần được xem xét trong thiết kế.
3 Các đặc tính cơ học của MPĐ
Chọn máy làm nguội
Máy phát điện có công suất S > 4000(KVA) nên ta sử dụng hệ thống làm nguội tuần hoàn không khí.
Lượng nhiệt do máy phát điện toả ra
Q = (1- mf ).N mf 860 (Kcal.h) Trong đó:
N mf : công suất máy phát điện, N mf =
mf = 0,98 - Hiệu suất máy phát điện
860: Dung lượng nhiệt của 1 KWh Thay các giá trị trên vào công thức trên ta được: Q = 756800(Kcal.h)
Lưu lượng không khí cần có để làm nguội máy phát điện:
= là hệ số giãn nở vì nhiệt của không khí;
t 1 o : Nhiệt độ cao nhất cho phép trong máy phát điện, lấy t 1 o = 65 o ;
t 2 o : Nhiệt độ không khí lạnh đưa vào máy, lấy t 2 o = 25 o ;
0,306: Lượng nhiệt cần để đốt nóng 1m 3 không khí ở 0 o C lên 1 o C, dưới áp suất 1at ;
3600: Số giây quy đổi từ 1 giờ.
Lưu lượng không khí cần có để làm nguội là:
Chúng tôi đã lựa chọn kiểu máy làm nguội CB1340-150/96 với các thông số kỹ thuật chi tiết Kích thước của máy được xác định qua diện tích không khí đi vào, với kích thước ống dẫn là mm và lượng lưu không khí đạt m³/s Bên cạnh đó, lượng lưu nước cũng được tính toán là m³/s, cùng với đường kính ống dẫn lạnh là mm.
Trọng lượng (kg) lượng Số Sâu máy
Bảng 2- 13:Thông số máy làm nguội
Chọn máy biến áp
MBA có nhiệm vụ nâng cao điện áp của máy phát điện (MPĐ) lên mức cao để phù hợp với điện áp của đường dây tải điện Mức điện áp này phụ thuộc vào công suất, khoảng cách truyền tải và điện áp của hệ thống kết nối.
Khi chọn MBA, cần dựa vào sơ đồ nối điện Nếu sử dụng sơ đồ khối, mỗi máy phát sẽ được kết nối với một máy biến áp Đối với 4 tổ máy, ta sẽ chọn 4 MBA tương ứng.
Dựa trên công suất 56.12 MVA và cấp điện áp 13.8 kV, chúng tôi đã chọn 4 MBA mã hiệu ТДЦ với các thông số chính bao gồm dung lượng MVA và điện áp cuộn dây.
KV Kích thước lớn nhất, m Trọng lượng T
Cao áp Hạ áp L B H Dầu Toàn bộ ТДЦ 125 120 10.5;13.
Bảng 2- 14:Thông số máy biến áp
Chọn thiết bị nâng
Trong nhà máy, cầu trục là thiết bị nâng quan trọng phục vụ lắp ráp và sửa chữa các tổ máy Khi chọn cầu trục, cần xem xét trọng lượng thiết bị tháo dời nặng nhất và kết cấu tháo dời của nó Tại nhà máy thủy điện, bộ phận Rôto của máy phát điện và trục thường là những thiết bị cần nâng, với Rôto MPĐ có trọng lượng lên đến 300 tấn.
Chọn 1 cầu trục có sức nâng 450(T) trong tính toán tải trọng sẽ lấy tăng lên 10% do sẽ có thêm dầm liên kết 2 cầu trục Các kích thước cơ bản được lấy trong catalog cầu trục Nhịp 21m Để cầu trục di chuyển tải trọng và làm giảm chiều cao nhà máy, ta bố trí trục tổ máy lệch về một bên.
Tải trọng nâng,T Chiều cao nâng,m
Vận tốc m/ph Áp lực bánh xe ,T Trọng lượng, T
Nâng Chuyển chính móc móc phụ móc chính móc phụ móc chính móc phụ Xe tời Cần trục P1 P2 Xe tời Cần
Kích thước cơ bản mm Kích thước xác định vị trí móc trục mm
Bảng 2- 15:Thông số cầu trục 0
Hình 2- 15:Chi tiết cầu trục
KẾT CẤU CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN
Chọn loại và kết cấu NMTĐ
Với cột nước Hmax = 44.44 (m), vậy ta chọn kiểu nhà máy sau đập với một số ưu điểm như:
Nhà máy được thiết kế với đập dâng phía trước, do đó áp lực nước từ thượng lưu hoàn toàn do đập chịu trách nhiệm Điều này giúp giảm yêu cầu về chống thấm và cho phép cấu trúc đơn giản hơn.
Khoảng cách giữa đập và nhà máy thường được tận dụng bố trí máy nâng áp,các phòng điện áp máy phát và phòng phục vụ
Nhà máy được tách ra khỏi đập dâng bằng khe lún để tránh lún không đều giữa hai công trình.
Nhà máy thủy điện
Kích thước cửa lấy nước nên được chọn để đảm bảo tốc độ dòng chảy v trong khoảng từ 1 đến 2 m/s Dạng trần của cửa lấy nước cần có hình dạng chảy bao elip và phải nằm dưới mực nước cao nhất ít nhất 1m, đồng thời lớn hơn 3v^2/2g để ngăn chặn không khí lọt vào đường dẫn.
Kích thước phần dưới nước nhà máy
Phần dưới nước của NMTĐ có kích thước phụ thuộc vào buồng tua bin, ống hút, đường ống dẫn vào Tuabin
Ngoài ra nó phải đủ diện tích để bố trí các thiết bị cho vận hành và bão dưỡng các thiết bị khác nhau trong NMTĐ
Cao trình đặt tua bin : TB = 379.2 (m), lấy đối với mặt phẳng đi qua trục ngang cánh quay.
Cao trình MNHLmax tra trên đồ thị quan hệ Z hl = f(Q)
Chiều dày tấm đáy trên nền đá lấy = 0.5 2(m).chọn 2m
Chiều rộng B của khối tổ máy cũng là khoảng cách giữa 2 tổ máy theo thiết kế chọn B1 = 17 (m)
Chiều dày L của ống hút phụ thuộc vào chiều dài ống và khoảng cách từ van trước tuabin đến trục tổ máy Để đảm bảo tính bền vững trước áp lực nước khi một buồng tuabin không có nước, chiều dày tối thiểu giữa hai buồng tuabin kế cận cần phải đạt ít nhất 2m.
3.2.2 Phần trên khô của NMTĐ
Sàn gian máy là nơi bố trí máy phát điện, các tủ điều khiển hệ thống nồi dầu áp lực phục vụ vận hành NMTĐ.
Cao trình sàn gian máy được xác định dựa trên cao trình đặt thiết bị, chiều cao khối tổ máy và mức nước hồ lớn nhất (MNHL max) Để đảm bảo hiệu quả hoạt động, cần chọn cao trình sàn gian máy cao hơn MNHL max Do đó, cao trình sàn gian máy được xác định là 385 mét.
Chiều dài sàn gian máy được xác định bằng cách lựa chọn từ tổ hợp chiều dài khoang tổ máy dưới nước và chiều dài khoang tổ máy trên khô.
Chiều rộng gian máy phụ thuộc nhịp của cần trục cầu, ở đây L = 21(m), đủ bố trí các thiết bị và tổ máy.
Chiều rộng sàn lắp máy phụ thuộc nhịp của cần trục cầu, ở đây L = 21(m), đủ bố trí các thiết bị và tổ máy.
Sàn lắp máy tại nhà máy thủy điện là khu vực thiết yếu cho việc lắp ráp và sửa chữa các thiết bị Vị trí của sàn lắp máy được bố trí ở đầu hồi NmTĐ, thuận tiện cho việc tiếp cận qua các tuyến giao thông.
Cao trình sàn lắp máy cần được xác định dựa trên cao trình sàn gian máy Để tối ưu hóa việc sử dụng cầu trục trong gian máy, chiều rộng của sàn lắp máy nên bằng với chiều rộng của gian máy Chiều dài của sàn lắp máy cũng cần được tính toán hợp lý để đảm bảo hiệu quả trong quá trình lắp đặt và vận hành.
Các phòng phục vụ của nhà máy thuỷ điện được bố trí trong và ngoài nhà máy ở các cao trình khác nhau, được chia làm 3 nhóm chính:
Nhóm 1 bao gồm các phòng sản xuất thiết yếu cho hoạt động của nhà máy, như phòng khí nén, phòng cấp nước kỹ thuật, phòng ắc quy, phòng cung cấp điện tự dùng và phòng thí nghiệm điện cao áp, đảm bảo sự vận hành ổn định và hiệu quả.
Nhóm 2: gồm các phòng thao tác phục vụ: phòng điều khiển, phòng thiết bị phân phối điện năng, phòng phân phối điện tự dùng, phòng thông tin liên lạc
Nhóm 3: gồm các phòng ít liên quan đến hoạt động trực tiếp của nhà máy, đó là các phòng quản lý hành chính.
Diện tích các phòng được lấy theo yêu cầu sử dụng và theo các quy định của qui phạm.
3.2.3 Hệ thống cột, cửa sổ, cửa ra vào và cầu thang
Bước cột lấy bằng chiều dài của gian máy, giữa sàn lắp máy và gian máy có khe