ĐỒ án môn học THỦY điện 2

Chọn tổ máy và loại tuabin 1.1- Chọn tổ máy: Đối với nhà máy thuỷ điện, khi số tổ máy tăng thì chi phí cũng tăng theo, nhng làm việc linh hoạt và an toàn cho hệ thống, dễ thi công và vận

Phần II : tuabin - chọn thiết bị cho Trạm thuỷ

điện

I Chọn tổ máy và loại tuabin

1.1- Chọn tổ máy:

Đối với nhà máy thuỷ điện, khi số tổ máy tăng thì chi phí cũng tăng theo, nhng làm việc linh hoạt và an toàn cho hệ thống, dễ thi công và vận chuyển cho hệ thống, thiết bị bố trí gọn nhẹ

Song ngợc lại khi số tổ máy giảm, công suất của 1 tổ máy lớn, thiết bị cồng kềnh Do đó khi chọn tổ máy ta phải chọn tổ máy ta phải so sánh phơng án kinh tế,

kỹ thuật để chọn Với những số liệu nh đã tính toán trong phần thuỷ năng ta chọn

số tổ máy Z = 10 tổ

⇒ Công suất của turbin :

44 63

95 0

* 10

424

=

mf

lm TB

Z

N N

η (MW) (1.1)

1.2- Chọn kiểu bánh xe công tác:

Từ các đặc trng đã tính toán đợc :

Nlm = 424 (MW)

Hmax = 128.8 (m)

Hmin = 83.44 (m)

HTB = 112.21( m)

Htt = 106.6 (m) Tra bảng (8-2) GTTB đợc kiểu bánh xe công tác là PO 170/741- làm việc với cột nớc lớn nhất Hmax = 170 (m)

1.3- Tính toán các thông số cơ bản của turbin:

1.3.1 Chọn đờng kính bánh xe công tác D1:

Theo công thức:

D1

.

*

* 81

1tt tt tt TB

TB

H H Q

N

η

= (1.2)

Trong đó:

NTB : Công suất tính toán của tuabin (NTB = 44.63*103 (KW)

Htt : Cột nớc tính toán : Htt =106.6 (m)

ηTB : Hiệu suất của turbin :ηTB = 0 88 ữ 0 89 ⇒ chọn η T= 0,88

Qltt’ : Là lu lợng quy dẫn ,đợc xác định qua điểm tính toán lấy trên đờng

đặc tính tổng hợp tại điểm tính toán ứng vùng có hiệu suất lớn nhất Tra ĐĐTTHC của tuabin PO 170/741 ta đợc : Q1tt’ = 950 l/s =0.95 m3/s

6 106

* 6 106

* 95 0

* 88 0

* 81 9

10

* 63

m

=

=

Ta chọn D1 thiên lớn so với D1tt (Vì đây là tuabin tâm trục): Từ bảng 5-5 ta chọn đợc D1 = 2.25 (m).Đối với tuabin tâm trục ta chọn thiên lớn bởi vì cần đảm

có phần công suất d (dự trữ) từ (1-2)% nhờ khả năng thoát nớc cũng nh hiệu suất của tuabin đều lớn hơn mẫu tính toán

Có D1 ta tính lại Q1tt :

6 106

* 6 106 25 2

* 88 0

* 81 9

10

* 63 44

*

*

*

* 81

,

3 2

TB

TB

H H D

N

% 2 2 100

* 95 0

93 0 95

=

∆

⇒ Q <5% Thoả mãn điều kiện Vì vậy,kết quả ta ở trên là chính xác

1.3.2- Số vòng quay đồng bộ n :

Số vòng quay đồng bộ của turbin đợc tính theo công thức :

1

' 1

D

H n

n= TB (1.3)

Trong đó :

n1' : số vòng quay quy dẫn tính toán của turbin ( n1 ‘= nlmt ‘+ ∆n’1)

n'

lmt :số vòng quay quy dẫn tối u của turbin ( n'

lmt = 67 vùng/phút )

∆n’1 : trị số chênh lệch số vòng quy dẫn của turbin khi tính đổi sang

mẫu, đối với turbin tâm trục ∆n’1 = ( 2ữ 5) vòng/phút:

⇒ chọn ∆n’1 = 2 (v/p)

⇒ n1' = 67+2 = 69 (v/p)

25 2

21 112 69

p v

Chọn n theo số vòng quay đồng bộ ở bảng (8-4) ⇒ n = 300 (v/p)

1.3.3 Kiểm tra lại vùng làm việc của turbin :

Kiểm tra việc chọn D1 và n vừa chọn xem có hợp lí không ,ta tính :

) / ( 9 73 44 83

25 2

* 300

*

min

1 '

H

D n

n = = = (1.4)

) / ( 5 59 8 128

25 2

* 300

*

max

1 '

H

D n

n = = = (1.5)

Ql = 0.93 (l/s)

8 128

* 8 128

* 25 2

* 88 0

* 81 9

10

* 63 44

*

*

*

* 81

.

9

3 max

max

2 1 min

H H

D

N Q

TB

TB tt

44 83

* 44 83

* 25 2

* 88 0

* 81 9

10

* 63 44

*

*

*

* 81

.

9

3 min

min

2 1 max

H H

D

N Q

TB

TB tt

Đa các trị số trên lên đờng ĐTTHC và so sánh ta thấy vùng làm việc của tuabin (từ n’min=59.5 v/p đến n’max =73.9 v/p ứng với các lu lợng Q’1ttmax và Q’1min) bao chọn vẹn vùng hiệu suất cao (từ 78% trở lên) của tuabin ⇒ giới hạn của các điểm này thoả mãn yêu cầu ⇒ Việc chọn D1 = 2.25(m) và n = 300 (v/p) là hợp lý.(Đây thực chất là vùng làm việc của tuabin)

1.3.4 Chọn chiều cao ống hút Hs :

Chiều cao của ống hút đợc xác định theo công thức:

HS = ( ) *H tt

900

10 − ∇ − σ ∆ + σ (1.6)

Trong đó:

∇ : Cao trình lắp máy của TTĐ (hay cao trìng đặt tuabin);

∇σ:Độ hiệu chỉnh hệ số khí thực ,tra hình 7-4 (GTTBTL) ứng

với Htt=112.21 (m) ta đợc ∇σ=0.017 (m)

Htt: Cột nớc tính toán : Htt= 112.21 (m)

σ : Hệ số khí thực,với điểm tính toán đã biết Q1tt' =0.93 (l/s),

và n'

1 = 69 (v/p) tra trên đờng ĐTTHC ta đợc σ = 0.086.

Để xác định Hs ,ta phải tính đúng dần :

- Ta giả thiết ∇=∇gt=31.6 (m):

⇒ HS = ( 0 , 086 0 017 ) 112 21 1 6

900

6 31

- Kiểm tra lại cao trình lắp máy tính toán tt

lm

∇ :

∇ lmtt = ZHlmin + HS = 33.13-1.6 = 31.53 (m)

⇒ So sánh ta thấy : ∇lmtt =31.5 (m)≈ ∇gt=31.6 (m)

⇒ Vậy ,cao trình lắp máy của TTĐ :∇ lm = 31.5 (m) là hợp lý.Và độ cao ống hút

là : HS=-1.6 (m)

1.3.5 Cao trình lắp máy ∇lm của trạm thuỷ điện:

Đây là loại tuabin tâm trục trục đứng nên ta tính cao trình lắp máy của TTĐ theo công thức :

∇ lm =

2

b H

s min

HL + + (1.7) Trong đó:

b0 : Chiều cao của cánh hớng nớc tra bảng (8-2) với PO170/741,

ta đợc : b0 = 0,25 D1 = 0.25 *2.25 = 0.56 (m) ⇒ ∇ lm = 31 81

2

56 0 6 , 1 13

So sánh với cao trình lắp máy tính toán ở trên ta chọn đợc cao trình lắp máy là giá trị nhỏ hơn để đảm bảo cho tuabin làm việc không sinh ra khí thực:

⇒ ∇ lm=31.5 (m)

1.3.6 Số vòng quay lồng của tuabin (n1):

Số vòng quay lồng của tuabin đợc xác định theo công thức :

n1 =

1

max

1 '

D

H n

(v/p) (1.8)

Với n1: Là số vòng quay lồng quy dẫn của kiểu BXCT PO170/741, tra bảng (8-2) ta đợc n1 = 67 (v/p)

⇒

25 2

8 128

* 67

1 =

1.3.7.Tính lực dọc trục Pz:

Lực dọc trục tác dụng lên ổ trục đợc xác định theo công thức:

Pz=Pzn+G=K2*D12*Hmax+1.1(Gb+Gr+GT) (1.9)

Trong đó:

Pz-Là áp lực nớc dọc trục

K2-Hệ số áp lực nớc dọc trục,tra bảng (8-2) đợc K2=0.24(T/m3)

D1-Đờng kính BXCT,D1=2.25 (m)

Hmax-Cột nớc lớn nhất mà tuabin có thể phải làm việc: Hmax=128.8 (m)

Gb-Trọng lợng của BXCT tuabin,tra bảng (8-11) ta đợc Gb=6.5 (T)

Gr- Trọng lợng rô to máy phát điện kèm theo trục ,sơ bộ lấy bằng 0.5 trọng lợng toàn bộ máy phát (Trọng lợng máy phát tra Hình 10-2 ứng với công suất :

Nmp=ηMP*NTB=0.97*44.63*103=43.29*103(KW) và số vòng quay : n=nBXCQ=300(v/p)⇒ GMP=400 T).

⇒ Gr=0.5*400=200 (T).

GT-Trọng lợng trục tuabin: GT=0.8*Gb=0.8*6.5=5.2 (T)

⇒ Pz=0.24*2.252*128.8+1.1*(6.5+200+5.2)=389.4 (T)

II- Lựa chọn các bộ phận dẫn nớc của tuabin

2.1 Buồng xoắn:

Cột nớc công tác tính toán Htt = 106.6 (m) > 40(m), nên ta sử dụng buồng xoắn kim loại với tiết diện hình tròn

+ Tính toán buồng xoắn theo phơng pháp mô men vận tốc không đổi Vur = const

2.1.1 Chọn tốc độ tại cửa vào :

VV =k x H tt (2.1)

kx : Là hệ số kinh nghiệm xét đến tổn thất thuỷ lực và kích thớc kinh tế của buồng xoắn, theo kinh nghiệm kx = 0,8 ữ 1,1 ( Khi chọn cột nớc lớn tơng ứng với hệ số nhỏ và ngợc lại ) ⇒ chọn kx = 0,8

⇒ Vv =0 8 * 106 6 = 8 26 (m/s)

Kiểm tra sự an toàn của tuabin.Tra bảng (7-3) tuabin nớc có [ Vcp ] = ( 2 ữ 9) m/s ⇒ Vv = 8.26 (m/s) là an toàn

2.1.2 Lu lợng tại cửa vào :

360

* 0

Q V =ϕ (2.2)

Trong đó: ϕmax : Là góc bao lớn nhất của buồng xoắn, chọn ϕmax = 3450

Q0 : Là lu lợng chảy qua tuabin đợc xác định từ lu lợng quy dẫn :

Q0 =Q D2 H tt

1

'

1 Tra bảng (8-2) ta đợc lu lợng quy dẫn Q’1=0.8 (m3/s)

⇒ 0 8 * 2 25 2 * 106 6 41 82

⇒ 40 07

360

345

* 82

=

V

+Tiết diện cửa vào đợc xác định theo công thức:

⇒ 4 85

26 8

07

40 =

=

=

V

V V

V

Q

+Bán kính tiết diện cửa vào hình tròn :

24 1 14 , 3

854 4

=

=

= π

V

F

(m)

2.1.3 Xác định kích thớc tiết diện cửa vào :

Kích thớc buồng xoắn đợc xác định theo công thức :

R = ra + 2.ρ ϕ

Với : ra= 1 875

2

75 3

2a = =

D

(m)

(Da tra bảng (5-5) GTTB ứng với D1 = 2.25 ⇒ Da = 3.75 (m))

i

ρ : Bán kính tiết diện tròn tính theo công thức :

i

ρ =

C

r C

i a

ϕ

2 +

1 1340 )

24 1 2 875 1 ( 875 1 24 1 875 1

345 )

2 (

+

− +

= +

− +

=

V a a V

r

C

ρ ρ

ϕ

Bảng tính toán kích th ớcbuồng xoắn tuabin

ϕ

C

ϕ 2.r

a

C

ϕ

C r

2 a ϕ

ϕ

ρ 2.ρϕ R

Từ kết quả ở bảng trên ta vẽ đợc hình bao buồng xoắn tuabin ( hình 1 )

Hình 1 : Hình bao buồng xoắn turbin

Buồng xoắn tuabin

0 50 100 150 200 250 300 350 1

2

3

4

5

6 9

10 11 12 13

2.2 Chọn ống hút :

Với loại tuabin PO170/741 đã chọn, theo bảng (6-3) và (6-5) GTTB ta chọn

đợc ống hút loại 4H với các kích thớc tính với D1 =1 (m)

Bảng ghi kích th ớc ống hút loại 4H ứng với D 1 = 1 (m)

Kiểu

4H 1.352 2.74 0.478 1.16 1.478 1.352 1.352 0.67 0.875 0.782 Kiểu

ống hút D1

h

4H 2.5 1 2.5 4.5 2.74 1.352 1.352 0.67 1.75 1.31

Từ bảng trên ta tính toán cho ống hút ứng với đờng kính D1 = 2.25 (m) (nhân các kích thớc ở bảng trên với D1 = 2.25 (m))

Bảng tính toán kích th ớc ống hút loại 4H ứng với D1= 2.25 (m)

Kiểu

4H 3.042 6.165 1.076 2.610 3.326 3.042 3.042 1.508 1.969 1.760 Kiểu

ống hút D 1

h

4H 5.625 2.25 5.625 10.125 6.165 3.042 3.042 1.508 3.938 2.948

III-Chọn thiết bị điều tốc:

Trong quá trình làm việc của TTĐ,nhu cầu điện năng (phụ tải của các máy phát điện ) luôn luôn thay đổi trong phạm vi rất rộng Vì vậy, TTĐ đòi hỏi cần phải có thiết bị điều tốc để điều chỉnh công suất do các tuabin phát ra cho lới

điện để tránh xảy ra sự thay đổi tần số điện quá giới hạn cho phép

Mặt khác,khi muốn điều chỉnh lu lợng vào BXCQ để thay đổi công suất của tuabin(hay máy phát) cần phải điều chỉnh cánh hớng nớc ,ta cũng cần dùng thiết bị tiếp lực

3.1.Chọn động cơ tiếp lực:

3.1.1.Yêu cầu đối với động cơ tiếp lực:

Khi quay cánh hớng nớc thì động cơ tiếp lực phải kéo đủ thắng momen thuỷ lực tác dụng lên tất cả các cánh hớng nớc ,mômen ma sát trong ổ trục cánh hớng nớc,trong các khớp của thanh kéo và trong hệ tì vành điều khiển và mômen phụ để làm kín các cánh hớng nớc khi đóng cánh hớng nớc

- áp lực làm việc lớn nhất của dầu có áp thờng:

PdầuMAX = ( 25- 40)at

- áp lực dầu nhỏ nhất đủ để đóng đợc cánh hớng nớc:

PdầuMIN = (14.7 – 16.7) at khi áp suất làm việc PO=25at

Và PdầuMIN = (23.5 – 26.7) at khi áp suất làm việc PO=40at (Với

áp lực nớc Hmax=128.8m nên chọn áp suất làm việc Po=40at)

Nh vậy, mômen kéo động cơ tiếp lực tạo ra phải lớn hơn tổng mômen thuỷ lực

và mômen ma sát:

Mk > Mtl + M ms

3.1.2.Lựa chọn động cơ tiếp lực:

* Đờng kính của động cơ tiếp lực (đờng kính trong của xilanh) với áp lực dầu nhỏ nhất PdầuMIN là: dh = λ D1 b0 *Hmax (3.1)

trong đó: b0=D bo1 - Chiều cao cánh hớng nớc ,tra bảng (8-2) :

⇒bo = 0.2

λ-Hệ số phụ thuộc số cánh hớng nớc ,với Zo =16 (tra

bảng 5-5).Tra bảng⇒ λ= 0,034.

D1 -Đđờng kính bánh xe công tác ,D1= 2.25 (m)

Hmax =128.8(m)-Cột mớc lớn nhất mà cánh hớng nớc phải chịu →dH = 0.034*2.25 0 2 * 128 8 = 0.377(m) = 377(mm)

Trị số dH tìm đợc cần làm tròn đến đờng kính tiêu chuẩn gần nhất:

→ dH = 400(mm)

3.1.3.Độ rời lớn nhất của động cơ tiếp lực:

SHmax =(1.4 – 1.6)*aomax (3.2)

Trong đó: aomax = aoM oM o

oM o

Z D

Z D

.

.

Với ao và aoM độ mở của cánh hớng dòng của tuốc bin và mẫu ,Tra đờng ĐTTHC, ta đợc aoM =34(mm)

D0 và DoM- Là đờng kính vòng tròn đi qua tâm các cánh hớng dòng của tuabin và mẫu

Tra bảng (5-5) đợc Do = 2750(mm);DoM=1,16*Dm=534(mm)

Zo = ZoM = 16 cánh ,thay vào công thức trên ta đợc:

⇒ aomax =

16

* 534

16

* 2750

*

34 =175.1 (mm) ⇒ SHmax = 1.5*175.1 = 262.6 (mm)

3.1.4 Thể tích các động cơ tiếp lực:

VH =

4

π .

max

2 Z H. H.S H

dH ψ (3.3)

Trong đó :

ZH – Số lợng pitông của động cơ tiếp lực ZH = 6.

Ψ H -Hệ số co hẹp do có cần pitong nằm trong xi lanh (Ψ=0.7ữ1),

lấy ΨH = 0,8

Thay vào (3.3) đợc :VH =

4

14 3

*0.42*6*0.8*0.2626=0.158(m3)=158(lít)

3.1.5 Lực lớn nhất tác dụng của các động cơ tiếp lực:

PH = Po

4

π .dH2.Z

H.ΨH (3.4)

Thay số ta đợc: PH = 40*100*

4

π

*0.42*0.8 = 1004.8 (KN/m2)

3.1.6 Khả năng công tác của động cơ tiếp lực.

AH = Po VH = 40*100*0.158 = 633.7 (KNm)

3.2.Chọn máy điều tốc:

Đối với tuabin tâm trục ,máy điều tốc dùng là máy đơn

3.2.1 Lu lợng dầu có áp lực :

Lu lợng dầu có áp đi vào van trợt chính của máy điều tốc đợc tính theo công thức :

Qvt =

S

H

T

V

(3.5)

Trong đó :

Ts – Là thời gian đóng của động cơ tiếp lực đợc xác định dựa theo kết quả tính toán đảm bảo điều chỉnh Ts = (5 – 6)s ,cho tuốc bin loại lớn ,ở

đây ta chọn Ts=5s

⇒Qvt =

5

158

= 31.6 (l/s)

3.2.2 Đờng kính ống dẫn dầu từ van trợt đến động cơ tiếp lực:

Do = Dvt =

d

vt

V

Q

.

4

π (3.6)

Trong đó : Vd- Là vận tốc dầu có áp trong ống dẫn dầu (Vd =(4-6)m/s)

Chọn Vd=5 (m/s):

⇒Do=

5

* 14 3

0316 0

*

4 = 0.09(m)=90(mm) ⇒ Chọn theo đờng

kính tiêu chuẩn Do =150(mm)

Do đó ta chọn máy điều tốc loại P-100 - Có kích thớc của máy :

Cao x dài x rộng=1.9 x 0.8 x 0.8(m)

3 2.3.Lựa chọn thiết bị dầu áp lực

Kích dầu áp lực của TBDAL phụ thuộc vào thể tích nồi hơi ,dung tích của nó phải đủ để đóng bộ bọ phận hớng nớc trong điều kiện bất lợi khi áp suất nồi hơi thấp hơn áp suất định mức.Thiết bị dầu có áp lực đợc tính theo dung tích cần thioết của nồi hơi ,dung tích đó có thể tính nh sau

Với tuốc bin tâm trục :

V =(18-20)VH ⇒Chọn V = 20 *VH = 20*0.158 = 3.16 (m3)

⇒Các thông số và kích thớc cơ bản của thiết bị dầu áp lực của TBDAL.Tra

bảng (9-1)-GTTBTL ta chọn thiết bị dầu áp lực 1 nồi hơi kiểu TBDAL4.0 có các thông số cơ bản sau :

Nồi

hơi

Thể tích (m3) Kích thớc (mm) Trọng lợng (T)

Thùng

dầu

Thể tích

Trọng lợng (T)

4.0

3.8

Máy

bơm

dầu

Lu lợng (l/s) Công suất

(KW)

Số vòng quay (v/ph)

Đờng kính ống (mm)

IV- Chọn và xác định kích th ớc máy phát điện:

4.1 Chọn máy phát :

- Công suất của một tổ máy phát :

Nmp =NTB*ηMP=44.63*103*0.97=43.29*103(KW)

- Công suất biểu kiến : Smp =

ϕ cos

mp

N

Với cosϕ: Là hệ số công suất tác dụng ( cosϕ = 0,8-0.85 ).

⇒ Smp = 3 54 1 * 10 3

8 , 0

10

* 29 43

= (KW).

- Số vòng quay máy phát :

n=60p*f =nTB=300 (v/ph)

Với f=50Hz – Tần số dòng điện

⇒ p=

300

50

* 60

=10 (đôi cực từ)

Từ công suất yêu cầu ,công suất biểu kiến ,số vòng quay và số đôi cực từ ở trên ta tra bảng “ Tài liệu chọn thiết bị của trạm thuỷ điện” chọn đợc máy phát điện kiểu CB425/200-20 có các thông số sau:

- Số vòng quay : n=300 v/ph

- Công suất tác dụng : Nmp=50.103 KW

- Công suất biểu kiến : Smp =62.5*103 KW

- Hiệu suất : η =97.2%

- Số đôi cực từ : 2p= 20

- Công suất kich thích : PB =275 KW

- Mômen đà : GD2 =2300 Tm2

- Đờng kính trong của Stato : Di=485 cm

- Trọng lợng rôto : Gm=180 Tấn

- Trọnh lợng chung : G =400 Tấn

- Đờng kính lõi thép từ hữu hiệu : DLT=425 cm

- Chiều cao lõi thép từ hữu hiệu : la=200 cm

Sự sai lệch giữa máy phát và tuabin :

- Về số vòng quay : nmp=nTB=300 v/ph

- Về công suất : Nmp =50*103 KW > NTB=44.63*103 KW

- Về độ mảnh









=

>

=

=

ph v n

D

l

i

/ 300

15 0 4124 0 485

200

1

Sự sai lệch trên là chấp nhận đợc

- Do số vòng quay của máy phát nmp =300 v/ph > 150 (v/ph) nên ta phải chọn máy phát kiểu treo

⇒ Máy phát đã chọn ở trên là hợp lí

4.2 Xác định đờng kính giếng tuabin (D g ):

- Theo điều kiện tháo lắp máy phát : Dg ≤Di – (0.6 ữ1.5) m

Chọn Dg ≤Di – 0.8 =4.85-0.6=4.05 (m)

- Theo điều kiện tháo lắp tuabin:

Dg ≥(1.3ữ1.4)D1 =(1.3ữ1.4)*2.25=2.925ữ3.15(m)

⇒ Chọn Dg=3.6 m

4.3 Xác định các kích thớc còn lại của máy phát từ D i và l a :

1 Stato

-Đờng kính ngoài lõi thép từ -Chiều cao máy phát

-Đờng kính máy phát

D a = D i + 0.75 =5.60 (m)

h st = l a + 0.75 =2.75 (m)

D st = (0.92 +0.0016*n 0 )D i = 6.79(m)

2 Giá chữ

thập trên

-Chiều cao -Đờng kính

h kt = 0.25 *D i = 1.21 (m)

D kt = D st =1.36 (m)

3 Giá chữ

thập dới

-Chiều cao -Đờng kính -Khoảng cách -Khoảng cánh trục

h kd = 0.12*D g =0.43 (m)

D kd = D g + 0.4 = 4.00 (m)

a = 0.2 (m)

C = 1 (m)

4 ổ trục

chặn

-Chiều cao -Đờng kính

H ôc = 0.25* D i = 1.21 (m)

D ôc = 0.4*D i = 1.94 (m)

5 Chóp

máy phát

-Chiều cao -Đờng kính

h o = 0.5 (m)

D 0 = 0.25*D i = 1.21 (m)

6 Hố máy

phát

-Đờng kính -Chiều dày máy làm mát -Khoảng cách đi lại

D h = 1.6*D i = 7.76 (m)

t = 0.36 (m)

b = 0.5 (m)