Bài giảng đồ án thiết kế nhà máy thủy điện

Giao tài liệu và yêu cầu của đồ ánĐồ án Thiết kế nhà máy thủy điệnTài liệu dùng cho đồ án gồm:- Giáo trình thủy điện- Giáo trình công trình trạm- Giáo trình đồ án thủy điệnSố liệu cung c

1 Giao tài liệu và yêu cầu của đồ án

Đồ án Thiết kế nhà máy thủy điện

Tài liệu dùng cho đồ án gồm:

- Giáo trình thủy điện

- Giáo trình công trình trạm

- Giáo trình đồ án thủy điện

Số liệu cung cấp cho đồ án gồm:

Yêu cầu của đồ án:

- Thuyết minh thiết kế nhà máy thủy điện: xác định các kích

thước của nhà máy, các phòng phụ và phòng chức năng

- Bản vẽ nhà máy thủy điện: bản vẽ mặt cắt ngang, mặt cắt

dọc, mặt bằng nhà máy và các bản vẽ qua các cao trình điển

hình

- Tính toán kết cấu, ổn định nhà máy thủy điện

A Xác định các thông số cơ bản của buồng xoắn tuabin,máy phát, máy biến áp, thiết bị nâng

chuyển

-Kích thước buồng xoắn: Phương pháp tính toán: Vu = const

-Lựa chọn máy phát: Trên cơ sở công suất và số vòng quay yêu cầu của tổ máy, tham khảo

các catalog máy phát đã được thiết kế hoặc chế tạo sẵn của các hãng sản xuất để lựa chọn máy

phát đảm bảo yêu cầu về tốc độ quay (tần số dòng điện) và công suất:

n = n* và N = N*

+ N và N* là công suất máy phát yêu cầu và công suất máy phát đã có trong bảng tra

+ n và n* là số vòng quay máy phát yêu cầu và số vòng quay máy phát có sẵn trong bảng tra

-Trong trường hợp không có sự trùng khớpđiều kiện trên có thể chọn máy phát có thông số

lân cận nhất để tham khảo điều chỉnh kích thước, ưu tiên bảo đảm sự trùng khớp về số vòng

quay Và các thông số kích thước cơ bản của máy phát điện sơ bộ được điều chỉnh theo công

thức:

la, la* - chiều cao lõi thép từ của máy phát thiết kế và máy phát có sẵn; Di, Di - đường kính

trong lõi thép từ của máy phát thiết kế và máy phát có sẵn

Xác định các kích thước của máy phát theo Phụ lục 2.10.2

-Thiết bị nâng chuyển:

a Tính buồng xoắn kim loại theo nguyên tắc Vu = const

b Tính buồng xoắn bê tông theo nguyên tắc Vu = const

B Xác định các cao trình và kích thước chủ yếu của nhà máy thủy điện

1 Kích thước và kết cấu phần dưới nước

của nhà máy

- Phần dưới nước gồm các công trình dẫn

nước (buồng xoắn, ống hút, đường ống tua

bin) hoặc kênh xả đối với tua bin xung kích

a Kích thước chiều ngang đoạn tổ máy

(song song với dòng chảy)

- Đối với nhà máy thuỷ điện ngang đập lắp

tuabin hướng trục tổ máy không kết hợp xả

lũ thì kích thước chiều ngang đoạn tổ máy

thường từ (2,9 - 3,2) D1 , khi đường kính

nhỏ thì lấy giá trị lớn và ngược lại.

- Đối với tuabin tâm trục chiều ngang đoạn tổ máy phụ thuộc vào tỷ tốc ns

và nằm trong giới hạn từ (2,7 - 4,2) D1 , khi tỷ tốc ns tăng lấy trị số lớn.

- Chiều dài đoạn tố máy phụ thuộc vào kích thước bao ngoài lớn nhất của

buồng xoắn tua bin

b Kích thước chiều dài đoạn tổ máy (vuông góc với dòng chảy)

Kích thước chiều dài đoạn tổ máylà khoảng cách giữa 2 tâm tổ máy liên tiếp Chiều

dài đoạn tổ máy phụ thuộc:

+ Kích thước : tuabin, máy phát…; Bố trí các hệ thống thiết bị phụ

+ Loại tuabin: tâm trục, cánh quay…; Loại nhà máy: ngang đập, sau đập…

Dh: Đường kính hố máy phát

Rmax: Bán kính tại tiết diện cửa vào buồng xoắn,

R(max -180o): Bán kính của buồng xoắn tại tiết diện có =max – 180o

: Chiều dầy lớp bê tông bảo vệ buồng xoắn hoặc hố máy phát

Lđ phải đảm bảo điều kiện sau:

Lđ> B5 + 2Δ, với B5 - bề rộng ống hút;

Lđ> BCLN, với BCLN - chiều rộng CLN của một tổ máy (với NMTĐ ngang đập)

Khi có van trước tuabin, Lđ được tính theo công thức sau:

với ra – bán kính ngoài vòng bệ; Dv- đường kính van trước tuabin

c Các cao trình phần dưới nước nhà máy

- Cao trình lắp tuabinlm(cao trình lắp máy)

TB tâm trục:

lm= Zhlmin + Hs + bo/2

TB hướng trục trục đứng:

lm= Zhlmin + Hs +D1 ;  = 0.41 - 0.46

-Cao trình đáy ống hút

đoh=lm- bo/2 - h (chiều cao ống hút)

- Cao trình miệng ống hút moh= đoh +h5 < Zhlmin -0.5m(điều kiện miệng

ống hút phải ngập dưới Zhlmin) Nếu không thỏa mãn thì phải hạ thấplm

- Cao trình đáy móng NMđm=đoh – t (chiều dày móng nhà máy)

- Cao trình sàn tuabinstb= lm + max + t (chiều dày bê tông bảo vệ buồng

xoắn)

- Cao trình đáy stato máy phátstato= stb + h1 (chiều cao hành lang KT)+h2

(chiều dày bê tông bệ đỡ)

- Cao trình sàn máy phát mf = snm=stato + hst (chiều cao stato máy phát)

2 Kích thước và kết cấu phần trên nước của nhà máy

Phần trên nước của nhà máy thuỷ điện được tính từ cao

trình sàn nhà máy trở lên

Các thành phần kết cấu cơ bản

- Gian máy chính

- Gian lắp ráp, sửa chữa

- Khung nhà máy

- Dầm cầu trục

- Mái nhà máy

a Kích thước chủ yếu phần trên nước

nhà máy:

+ Chiều rộng nhà máy (B):

Chiều rộng nhà máy phụ thuộc vào

kích thước cầu trục, phương thức cẩu

và cách bố trí các thiết bị như: Máy

phát, tủ điện, thùng dầu áp lực…

Xác định B theo kích thước máy phát:

B = Dh+ 2.b + 2.d

Dh: Đường kính hố máy phát

b: Khoảng cách đi lại và bố trí tủ điện

d: Chiều dầy tường nhà máy

Xác định B theo kích thước cầu trục:

B’ = Lctr+ 2.d

Lctr: khẩu độ cầu trục

Nếu B > B’ thì cần chọn lại cầu trục để có

nhịp dài hơn còn nếu B < B’ thì có thể rút

ngắn nhịp cầu trục

+ Kích thước gian lắp ráp:

Gian lắp ráp được sửdụngđể lắp ráp các

thiết bị trong thời kỳ xây dựng trạm thuỷ

điện và tiến hành sửa chữa tổ máy trong

quá trình vận hành

Gian lắp ráp thường được bố trí về phía

đầu hồi của nhà máy, gần đường giao

thông phía bên ngoài để dễ dàng vận

chuyển thiết bị vào gian lắp ráp

Sơ bộLlr= (1.1 ÷ 1,3 ).Lđ

+Chiều dài nhà máy (LNM):

Lnm= Z.Lđ+ Llr+L

Z: Số tổ máy

Lđ: Chiều dài đoạn tổ máy

𝐿 = đ+ 0.5𝑚 : Chiều dài

tăng thêm của tổ máy cuối cùng

đủ để cầu trục hoạt động

b Cao trình phần trên nước

+ Cao trình cầu trục (ct) :

Cao trình cầu trục là cao trình đỉnh đường ray cầu trục

ct=vcđ + Lmax + h + ld+ a

Trong đó:

vcđ: Cao trình vật cố định

+ Cẩu đỉnh:

vcđ=mf + hcmf (chiều cao chóp máy phát)

+ Hoặc cẩu bên:vcđ=mf

h : Chiều cao của móc

ld: Chiều dài dây buộc có kể cả độ dãn của dây

a : Khoảng cách an toàn giữa vật cố định và vật di chuyển

Lmax : Chiều dài lớn nhất của vật được cẩu có thể là roto máy phát cộng trục

hoặc BXCT cộng trục

+ Cao trình trần nhà máy (tnm) :

tnm=ct + H + at

H: chiều cao cầu trục + xe con

at: khoảng cánh an toàn;

+ Cao trình đỉnh nhà máy(đnm) :

đnm=tnm + Hmái

Trong đó: Hmái: Chiều cao mái nhà máy;

+ Cao trình sàn lắp ráp, slr + Khi thỏa mãn điều kiện Zhlmax =f(Q lũ max)

slr = mf (snm) + Khi không thỏa mãn điều kiện Zhlmax

slr = Zhlmax + 0.5m

Và khi đó vcđ = slr, không phân biệt cẩu đỉnh hay cẩu bên

C Tính toán ổn định nhà máy thủy điện

1 Xác định tải trọng và các tổ hợp tải trọng

tác dụng lên NMTĐ

1.1 Tải trọng

a Tải trọng thường xuyên

- Trọng lượng công trình và thiết bị, trọng

lượng nước trong ống xả và buồng xoắn;

- Áp lực thủy tĩnh nước thượng và hạ lưu.

- Áp lực thấm và áp lực đẩy nổi.

- Áp lực đất đắp và áp lực bùn cát thượng và hạ lưu (áp lực chủ động).

- Tải trọng gây nên do biến dạng lún và nhiệt độ.

b Tải trọng tạm thời

- Tải trọng do song

- Tải trọng gió

- Tải trọng động đất

- Áp lực nước va

2 Tổ hợp tải trọng

a Tổ hợp cơ bản (vận hành bình

thường)

 Mực nước thượng lưu là MNDBT;

 Mực nước hạ lưu nhà máy ứng với

lưu lượng vận hành các tổ máy

 Lực tác dụng thẳng đứng gồm có:

+ Trọng lượng kết cấu bê tông nhà máy;

+ Trọng lượng nước của các bộ phận

qua nước (buồng xoắn, ống hút, ống

dẫn nước)

+ Trọng lượng các thiết bị chủ yếu (tua

bin, máy phát)

+ Áp lực thấm đẩy nổi

 Áp lực nằm ngang gồm có:

+ áp lực nước thượng hạ lưu nhà máy;

+ áp lực đất chủ động thượng lưu

b Tổ hợp đặc biệt 1 (xả lũ tần suất lũ kiểm tra)

 Mực nước thượng lưu là MN lũ lớn nhất;

 Mực nước hạ lưu nhà máy là NN lũ lớn nhất

 Các tải trọng khác như tổ hợp cơ bản

c Tổ hợp đặc biệt 2 (THCB + động đất)

 Vận hành bình thường có động đất

 Tải trọng tăng thêm do động đất

d Tổ hợp sửa chữa

 Thượng hạ lưu nhà máy có áp lực nước ; thiết bị dỡ đem đi sửa chữa ; phần qua nước bơm cạn ; các tải trọng khác giống THCB

2 Tính toán ổn định NMTĐ

• Kiểm tra ổn định cho NMTĐ được tiến hành thông qua hai bài toán:

Bài toán 1: kiểm tra ổn định chống trượt với sơ đồ trượt phẳng có mặt

trượt qua mặt

tiếp xúc bản đáy

+ Bản đáy nhà máy tiếp xúc với nền đá cứng

+ Bản đáy nhà máy tiếp xúc với nền đá yếu, xen kẹp đất

Bài toán 2: kiểm tra ổn định chống lật NMTĐ với tâm lật là mép hạ lưu

NMTĐ

Bài toán 1:

- Tính toán hệ số ổn định chống trượt trên nền đá theo công thức sau:

Trong đó:

+ f, c- các đặc trưng kháng cắt của mặt phá hoại;

+ [K]- hệ số an toàn công trình;

+ nc – hệ số tổ hợp tải trọng được xác định như sau:

Tổ hợp tải trọng cơ bản: nc = 1.0; Tổ hợp tải trọng đặc biệt: nc = 0.9

Tổ hợp tải trọng thi công, sửa chữa: nc = 0.95

+ Kn – hệ số bảo đảm được xét theo quy mô, nhiệm vụ công trình

Công trình cấp đặc biệt: Kn = 1.25; cấp I: Kn = 1.20; cấp II, III, IV: Kn = 1.15

+ m- hệ số điều kiện làm việc, m=1.0

+  - góc ma sát của mặt trượt (mặt tiếp xúc bê tông – nền hoặc góc nội ma sát của lớp

xen kẹp)

+ c – lực dính đơn vị của mặt trượt,  và c xác định từ báo cáo địa chất nền NMTĐ

+ F – diện tích mặt trượt, m2

Bài toán 2:

- Hệ số ổn định chống lật của NMTĐ đối với mép hạ lưu được xác định

theo công thức sau: