Đồ án Thủy điện thủy lợi

Đồ án mơn học Thủy điện ĐỜ ÁN MƠN HỌC THỦY ĐIỆN THIẾT KẾ SƠ BỘ TRẠM THUỶ ĐIỆN I SỚ LIỆU ĐỀ BÀI: Mực nước dâng bình thường MNDBT= 134 Tài liệu thủy văn a Lưu lượng trung bình nhiều năm Q0 = 100,8 m3/s b Dòng chảy bùn cát Hàm lượng bùn cát: ρ0 = 160 g/m3 Dung trọng bùn cát: γbc = 1,20 T/m3 c Lưu lượng năm điển hình: đường suất lưu lượng P (%) Q(m3/s) P (%) Q(m3/s) P (%) Q(m3/s) P (%) 408.86 360.49 25 30 152.8 129.6 65 70 42.05 38.51 97 98 Q(m3/s) 20.56 18.08 329.33 35 107.2 75 34.96 99 299.46 40 84.8 80 31.6 100 15.6 14.72 269.6 45 73.76 85 29.36 10 235.2 50 62.72 90 26.4 15 204 55 54.16 95 23.2 20 176 60 45.6 96 21.88 Qp max = 2000 m3/s d Dòng chảy lũ: e Lượng bốc nước Tháng hbh (mm) Tháng hbh (mm) 9.36 9.92 10.56 9.44 13.04 7.92 17.68 10 8.4 16.64 11 9.44 15.04 12 8.56 Tài liệu địa hình a Quan hệ lòng hồ Z (m) F (km2) V(triệu khối) Z (m) F (km2) 111.2 0.12 0.37 121.2 0.37 112.5 0.15 113.75 0.18 115 0.21 0.5 0.66 0.86 122.5 0.4 123.75 0.43 125 0.48 Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 116.2 0.24 1.08 126.2 0.53 117.5 0.27 118.75 0.31 120 0.34 1.34 1.63 1.95 127.5 0.59 128.75 0.67 130 0.76 Đồ án môn học Thủy điện V(triệu khối) Z (m) F (km2) V(triệu khối) 2.3 131.2 0.84 2.69 3.11 3.56 4.61 5.25 5.98 135 1.27 4.05 136.2 1.41 132.5 0.96 133.75 1.13 137.5 1.58 138.75 1.74 140 1.91 6.8 7.7 8.74 9.95 11.29 12.78 14.27 15.77 300 350 b Quan hệ hạ lưu nhà máy Q (m3/s) Zhl(m) Q (m3/s) Zhl(m) 50 103.7 106.5 400 450 111.5 111.92 100 150 200 250 109.2 107.64 108.44 109.8 500 550 600 650 112.34 112.76 113.18 113.52 110.37 110.93 700 750 113.86 114.2 c Quan hệ tổn thất cột nước Q (m3/s) hw(m) Q (m3/s) hw(m) 0 400 1.45 50 0.2 500 1.55 100 0.4 600 1.65 150 0.6 700 1.7 200 0.85 800 1.8 250 900 1.9 300 1.21 1000 d Tuổi thọ cơng trình T = 25 năm II Yêu Cầu: * Xác định thông số: hct, Nbđ, Nlm, En, hNlm, Hmax, Hmin, Hbq, Htt * Chọn thiết bị xác định kích thước chủ yếu Thiết bị * Xác định kích thước cao trình chủ yếu nhà máy Thuỷ Điện * Bản vẽ mặt cắt nhà máy (cắt dọc, cắt ngang, mặt bằng) Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 350 1.32 Đồ án mơn học Thủy điện Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 Đồ án môn học Thủy điện PHẦN I: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG, XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỚ CƠ BẢN TRẠM THỦY ĐIỆN Tần suất thiết kế trạm thủy điện Trạm thuỷ điện làm việc phụ thuộc vào tình hình nguồn nước, điều kiện thuận lợi TTĐ làm việc bình thường Gặp mùa kiệt, lưu lượng nhỏ dẫn đến công suất trạm giảm Nếu lũ lớn tới, trạm kiểu cột nước thấp giảm cơng suất chênh lệch mực nước thượng hạ lưu bị giảm đáng kể Khi TTĐ làm việc khơng bình thường, việc cung cấp điện cho hộ dùng điện không đảm bảo Khi phải hạn chế việc cung cấp điện cho cở sản xuất khu dân cư, gây thiệt hại cho hộ dùng điện Nếu TTĐ có hồ điều tiết lớn, hệ số điều tiết cao, phân bố dòng chảy sơng tương đối điều hồ chọn tần suất thiết kế cao mà lợi dụng phần lớn lượng nước thiên nhiên Trong trường hợp khơng có hồ điều tiết dài hạn muốn lợi dụng dòng nước nhiều khơng nên chọn mức bảo đảm cao Trong trường hợp tính tốn đồ án này, TTĐ có hồ điều tiết ngày đêm, nhiệm vụ phát điện, nên từ tài liệu cho trước ta chọn tần suất thiết kế P=85% Xác định mực nước dâng bình thường Mực nước dâng bình thường (MNDBT) mực nước cao hồ chứa ứng với điều kiện thuỷ văn chế độ làm việc bình thường cơng trình MNDBT có ảnh hưởng định đến dung tích hồ chứa, cột nước, lưu lượng, công suất đảm bảo điện lượng hàng năm trạm thuỷ điện Việc lựa chọn cao trình MNDBT phải tiến hành thận trọng, so sánh, lựa chọn phương án có lợi Trong đồ án tính tốn cho phương án MNDBT = 134(m) Xác định mực nước chết (MNC): Mực nước chết (MNC) mực nước thấp hồ chứa điều kiện làm việc bình thường hồ Độ sâu cơng tác hồ chứa ( hay h ct ) khoảng cách MNDBT MNC hồ chứa, phần dung tích nằm MNDBT MNC gọi dung tích hữu ích (V hi) hồ chứa Phần nằm MNC gọi dung tích chết V c Vấn đề chọn độ sâu công tác hct ứng với phương án MNDBT cho hợp lý Đối với TTĐ có hồ điều tiết ngày, việc chọn độ sâu cơng tác có lợi xác định sau: 3.1 Xác định hct theo điều kiện làm việc tuabin: Đối với loại Turbine thích ứng với mức độ dao động mực nước định (Hmax- Hmin), Turbine làm phạm vi hiệu suất Turbine nhỏ khơng ổn định Theo kinh nghiệm, thường lấy: Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 Đồ án môn học Thủy điện hctTB ≤ H max → Chọn hctTB = 0,3.Hmax (1.1) Thiết kế sơ cho phép lấy: Hmax= MNDBT - Zhl (Qmin) Với Zhl(Qmin) tra từ quan hệ Q ~ Zhl ứng tần suất thiết kế Ptk = 85% Qmin(85 %) = 29,36(m / s) → → Zhl(Qmin)= 105,37 (m) hctTB → = 0,3.(134 – 105,37) = 8,59 (m) 3.2 Xác định hct theo điều kiện bồi lắng: Độ sâu công tác xác định theo công thức : hct = MNDBT – MNC Xác định MNC: MNC = Zbc + h1+ h2 + D Trong : h1: Khoảng cách từ MNC đến trần cửa lấy nước để đảm bảo khơng cho khơng khí lọt vào cửa lấy nước, chọn sơ h1 = 0,5(m) h2: Chiều cao từ cao trình dung tích bùn cát Z bc đến ngưỡng cửa lấy nước để đảm bảo không cho bùn cát vào cửa lấy nước, chọn sơ h2 = 0,5(m) b : Chiều rộng cửa lấy nước D : Chiều cao cửa lấy nước Sơ chọn: D = 1,5.b Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 Đồ án môn học Thủy điện b= QTM 1,5V Với: QTM lưu lượng qua tổ máy (m3/s) QTM = QTĐ max z Trong đó: QTĐmax lưu lượng lớn nhà máy thuỷ điện Chọn sơ bộ: QTĐmax = 2.Q o = 2.100,8 = 201,6(m / s ) Ta chọn số tổ máy z = (tổ máy) Chọn sơ VCLN = (m/s) → b = 6.7 (m) => D = 1,5.6,7 = 10 (m) Xác định cao trình bùn cát: Zbc = f(Vbc) Dung tích bùn cát lắng đọng Vbc tính theo cơng thức: Vbc = Vbcll + Vbcdđ Vbcll = k ρ Q0 T γ Vbcdđ = 0,2.Vbcll Trong đó: k: Hệ số phản ánh khả bồi lắng lượng bùn cát lơ lửng (Hồ điều tiết ngày chọn k = 10% ) ρ: Hàm lượng bùn cát ρ0 = 0,160 kg/m3 γ: Dung trọng riêng bùn cát γ = 1,2 (T/m3) = 1,2.103 (kg/m3) Q0 : Lưu lượng trung bình nhiều năm Q0 = 100,8 m3/s Tuổi thọ cơng trình: T = 25 năm = 31,536.106.25 = 788,4.106 (s) Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 Đồ án môn học Thủy điện Vbcll = 0,1.0,16.100,8.788,4.10 1,2.10 = 1,06 (triệu m3) → Vbc = 1,06 + 0,2.1,06 = 1,27 (triệu m3) Tra quan hệ Z ~ f(V) ta có: Zbc = 117,16 (m) → MNC = 117,16 + 0,5 + 0,5 + 10 = 128,16 (m) hctbc Vậy = MNDBT – MNC = 134 – 128,16 = 5,84 (m) Vậy độ sâu công tác cho phép [hct] tính là: [ hct ] = min(hctTB ; hctbc ) = 5,84(m) Mực nước chết cho phép [MNC] là: 128,16 (m) Theo nguyên lý tập trung nước để phát điện cao điểm, ta xác định h ct sau : Vhi = K*Qbđ*(24-T)*3600 Trong đó: Qbđ xác định từ đường trì lưu lượng ứng với PTK= 85% → Qbđ = Q85% = 29,36(m3/s) T thời gian phát điện phủ đỉnh, T=5h K=1,1 ÷ ; Sơ chọn K=1,8 →Vhi = 1,8*29,36*(24-5)*3600 =3,61(triệu m3) Vc = Vtp-Vhi =8,98-3,61 =5,37(triệu m3) Tra quan hệ Z~F~V với Vc =180,81(triệu m3), ta có: MNC =128,9(m) Vậy MNC=128,9 m; hct = 5,1 m ; Vhi = 3,61 triệu m3 Xác định công suất bảo đảm (Nbđ) Công suất bảo đảm cơng suất bình qn tính theo khả dòng nước thời kì kiệt nước tương ứng với mức bảo đảm tính tốn trạm thủy điện Do khác mức độ sử dụng dòng chảy trạm thủy điện có lực điều tiết khác nên phương pháp xác định cơng suất bảo đảm khác Thường xác định cơng suất bảo đảm TTĐ có phương án xác định: -Tính Nbđ dựa vào đường tần suất cơng suất dòng nước -Tính Nbđ cho năm điển hình Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 Đồ án mơn học Thủy điện Ở trường hợp tính toán hồ điều tiết ngày nên ta chọn phương án tính Nbđ dựa vào đường tần suất cơng suất dòng nước Chọn thời đoạn tính tốn: Δt = ngày, ta lập bảng sau : (1): Tần suất P % (2): Thời đoạn tính tốn Δt = 0.5*(Pi+1 – Pi-1)*87,6 (3): Lưu lượng tự nhiên đến Qtn (4): Lưu lượng tổn thất bốc Qbh = hbhtb.Ftb/(2,62 106) (Với Ftb tính theo Vtb = Vc + Vhi/2) (5): Lưu lượng tổn thất thấm Qth = αth.Vtb/(2,62 106) (6): Lưu lượng thực tế tính đến tổn thất Qthực = Qtn – Qbh - Qth (7): Lưu lượng giả thiết (8): Lưu lượng qua nhà máy Qtđ (9): Lưu lượng xả thừa Qx = Qthực - Qtđ (10): Dung tích hữu ích trung bình Vhitb = (Qthực 24 - Qgt T ) 3600/(2 106) (Lấy T = 5h) (11): Mực nước thượng lưu trung bình Ztltb (12): Mực nước hạ lưu Zhl tương ứng Qthực (13): Tổn thất cột nước hw tương ứng Qgt (14): Cột nước phát điện H (15): Công suất phát điện N = K Q H (K = 8.5) (16): E = N ΔT Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 Đồ án mơn học Thủy điện Bảng tính thủy P ΔT Qtn Qbh Qth Qthực Qgt QTĐ Qxả Vhitb Ztltb Zhl hw H N E % m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s m3/s triệu m3 m m m m MW triệu kWh (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) 131.4 408.86 0.004 0.0219 408.83 218.65 218.65 190.18 3.644 134.00 111.57 0.906 21.522 40.00 5.256 113.12 87.6 360.49 0.004 0.0219 360.46 213.29 213.29 147.17 3.644 134.00 111.05 0.8899 22.063 40.00 3.504 77.31 87.6 329.33 0.004 0.0219 329.30 209.85 209.85 119.45 3.644 134.00 110.7 0.8796 22.425 40.00 3.504 78.58 87.6 299.46 0.004 0.0219 299.43 206.68 206.68 92.75 3.644 134.00 110.36 0.87 22.769 40.00 3.504 79.78 262.8 269.60 0.004 0.0219 269.57 203.55 203.55 66.02 3.644 134.00 110.02 0.8607 23.119 40.00 10.512 243.02 10 438.0 235.20 0.004 0.0219 235.17 200.10 200.09 35.08 3.644 134.00 109.63 0.8503 23.518 40.00 17.520 412.04 15 438.0 204.00 0.004 0.0219 203.97 197.04 197.04 6.93 3.644 134.00 109.28 0.8352 23.883 40.00 17.520 418.43 20 438.0 176.00 0.004 0.0219 175.97 175.97 175.97 0.00 3.644 134.00 108.86 0.7299 24.417 36.52 15.997 390.60 25 438.0 152.80 0.004 0.0219 152.77 152.77 152.77 0.00 3.644 134.00 108.48 0.6139 24.904 32.34 14.165 352.77 30 438.0 129.60 0.004 0.0219 129.57 129.57 129.57 0.00 3.644 134.00 108.11 0.5183 25.371 27.94 12.239 310.52 35 438.0 107.20 0.004 0.0219 107.17 107.17 107.17 0.00 3.644 134.00 107.75 0.4287 25.819 23.52 10.302 265.99 40 438.0 84.80 0.004 0.0219 84.77 84.77 84.77 0.00 2.899 133.15 107.3 0.3391 25.513 18.38 8.052 205.44 45 438.0 73.76 0.004 0.0219 73.73 73.73 73.73 0.00 2.522 132.69 107.05 0.2949 25.353 15.89 6.960 176.45 50 438.0 62.72 0.004 0.0219 62.69 62.69 62.69 0.00 2.144 132.20 106.8 0.2508 25.153 13.40 5.871 147.67 55 438.0 54.16 0.004 0.0219 54.13 54.13 54.13 0.00 1.851 131.79 106.6 0.2165 24.974 11.49 5.033 125.70 60 438.0 45.60 0.004 0.0219 45.57 45.57 45.57 0.00 1.559 131.39 106.27 0.1823 24.939 9.66 4.231 105.53 65 438.0 42.05 0.004 0.0219 42.02 42.02 42.02 0.00 1.437 131.22 106.07 0.1681 24.977 8.92 3.908 97.61 70 438.0 38.51 0.004 0.0219 38.48 38.48 38.48 0.00 1.316 131.03 105.87 0.1539 25.002 8.18 3.582 89.57 75 438.0 34.96 0.004 0.0219 34.93 34.93 34.93 0.00 1.195 130.85 105.68 0.1397 25.028 7.43 3.255 81.47 80 438.0 31.60 0.004 0.0219 31.57 31.57 31.57 0.00 1.080 130.67 105.49 0.1263 25.051 6.72 2.945 73.77 85 438.0 29.36 0.004 0.0219 29.33 29.33 29.33 0.00 1.003 130.55 105.37 0.1173 25.067 6.25 2.738 68.62 Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 E.H Đồ án mơn học Thủy điện 90 438.0 26.40 0.004 0.0219 26.37 26.37 26.37 0.00 0.902 130.40 105.21 0.1055 25.088 5.62 2.463 61.80 95 262.8 23.20 0.004 0.0219 23.17 23.17 23.17 0.00 0.793 130.23 105.03 0.0927 25.111 4.95 1.300 32.64 96 87.6 21.88 0.004 0.0219 21.85 21.85 21.85 0.00 0.747 130.16 104.96 0.0874 25.120 4.67 0.409 10.27 97 87.6 20.56 0.004 0.0219 20.53 20.53 20.53 0.00 0.702 130.09 104.88 0.0821 25.129 4.39 0.384 9.66 98 87.6 18.08 0.004 0.0219 18.05 18.05 18.05 0.00 0.617 129.96 104.75 0.0722 25.143 3.86 0.338 8.50 99 87.6 15.60 0.004 0.0219 15.57 15.57 15.57 0.00 0.533 129.82 104.61 0.0623 25.144 3.33 0.292 7.33 100 43.8 14.72 0.004 0.0219 14.69 14.69 14.69 0.00 0.503 129.76 104.56 0.0588 25.145 3.14 0.138 3.46 Tổng 165.922 4047.630 Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 10 Đồ án môn học Thủy điện PHẦN II: LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ Chọn số tổ máy Căn vào công suất lắp máy, chọn số tổ máy Z = Công suất tuabin N lm 40 = = 20,40( MW ) Z η mf 2.0,98 NT = Trong đó: ηmf = 0,95 ÷ 0,98 Chọn ηmf = 0,98 Chọn loại tuabin Cở sở chọn loại tuabin ta vào cột nước H max, Hmin, NT tua bin, tra hình 8.1 giáo trình Tuabin thủy lực với H – Hmax = (19,63 – 28,9), Ntb = 20,4 MW suy loại tuabin CQ30/587 Các thơng số đặc tính kỹ thuật bánh xe cơng tác: - Cột nước làm việc: (Hmin ÷ Hmax ) = (15 ÷ 30) m - Hệ số tỷ tốc : ns = 640 v/ph - Số cánh bánh xe công tác: Z1 = - Tỷ số đường kínhbầu : db/D1 = 0,45/0,5 - Tỷ số chiều cao: bo/D1= 0,4 - Số vòng quay quy dẫn lợi nhất: n’Iln = 115 (v/ph) - Số vòng quay quy dẫn tính tốn: n’Itt = 135 (v/ph) - Lưu lượng quy dẫn lợi nhất: Q’I = 750 (l/s) - Lưu lượng quy dẫn max: Q’Imax = 1900 (l/s) - Lưu lượng quy dẫn (điều kiện khơng xảy khí thực) : Q’Imin = 1400 (l/s) - Hệ số khí thực (khi Q’Imax): σ = 0,90 - Hệ số khí thực (khi Q’Imin) : σ = 0,505 - Số vòng quay lồng n’I1 liên hệ liên hợp: n’I1 = 312 v/ph - Số vòng quay lồng n’I1 có liên hệ liên hợp: n’I1 = 240 v/ph - Hệ số lực nước dọc trục : Kz = 0,706 T/m3 Xác định kích thước tuabin 3.1 Chọn điểm tính tốn Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 13 Đồ án môn học Thủy điện Sử dụng đường đặc tính tổng hợp tuabin CQ30/587 (hình 10.9, giáo trình tuabin thủy lực), xác định điểm tính tốn sau: Đối với tuabin cánh quay điểm tính tốn giao điểm đường n = ' 1tt ' 10 n 'tt với góc đặt cánh lớn BXCT n =n +(10-20)v/p Trong n10 số vòng quy dẫn điểm có vòng quay có hiệu suất lớn Tra hình 10.9 ta có n10’ = 110 (v/ph) Ta có n 'tt = 110 + 20 = 130 (v/ph) Lấy giao với độ mở góc lớn định điểm tính tốn có Qtt = 1640(l/s) ϕ =15o ta xác 3.2 Lựa chọn đường kính bánh xe công tác D1 định theo công thức: NT 9,81.ηT QI′ H tt H tt D1 = Trong đó: NT: cơng suất trung bình tuabin (NT = 20,40 MW) ηT Q I′ = 0,845 ứng với điểm tính tốn : lưu lượng qui dẫn tính tốn, kết ta có Q I′ = 1640 (l/s) Htt: cột nước tính tốn (Htt = 23,18 m) 20,40.10 9,81.0,845.1,64.23,18 23,18 → D1 = = 3,67(m) Chọn D1 theo đường kính D1 tiêu chuẩn, dựa vào bảng (5.5) – Giáo trình Tua bin, ta chọn thiên lớn: D1 = (m) Ta có ηT max = − (1 − η M max ).5 ∆n I' = n I' ( D1M 0,46 = − (1 − 0.89).5 = 0,929 D1T ηT max 0.929 − 1) = 110 ( − 1) = 2,384 η M max 0.89 v/ph 3.3 Xác định số vòng quay tuabin Số vòng quay Tuabin tính theo cơng thức: Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 14 Đồ án môn học Thủy điện n= n′I H bq D1 = 110 24,4 = 135,84 Sau tính tốn số vòng quay (n) tuabin ta tiến hành chọn số vòng quay đồng (nđb) cách tra bảng (8-3)/139 giáo trình tuabin thủy lực ta số vòng quay đồng tuabin: n = 150 (v/ph), số đôi cực từ : p = 40 Kiểm tra vùng làm việc tuabin Số vòng quay quy dẫn lớn nhỏ nhất: ' nmax = ' nmin = n * D1 H − ∆nI' n * D1 H max − ∆nI' 150.4 − 2,38 = 133,02 19,63 = (v/ph) 150.4 − 2,38 = 107,52 29,8 = (v/ph) Xác định điểm giới hạn: ' n IA = n.D1 150.4 − ∆nI' = − 2,38 = H tt 23,18 Điểm A có: 122,24 v/ph QIA' = NT 20,40.10 = = 1,378 9,81.ηT D12 H tt H tt 9,81.0,845.4 2.23,18 23,18 Điểm C có: ' ' n IC = nmin = 107,52 v/ph NT 20,40.10 Q = = = 0,945 9,81.ηT D12 H max H max 9,81.0,845.4 2.29,8 29,8 ' IC Điểm B: từ A kể đường song song với ao cắt đường ' nmax B Điểm D có ' ' n ID = nmin = 107,52 v/ph N 0,4.20,40.103 Q = = = 0,378 9,81.ηT D12 H max H max 9,81.0,845.4 2.29,8 29,8 ' ID Điểm E có ' ' n IE = nmax = 133,02 v/ph Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 15 Đồ án mơn học Thủy điện QIE' = N 0,4.20,40.10 = = 0,707 9,81.η T D12 H H 9,81.0,845.4 2.19,63 19,63 Đưa trị số lên đường ĐTTHC so sánh thấy vùng làm việc tuabin bao trọn vẹn vùng tâm hiệu suất tua bin.Vậy giới hạn điểm thỏa mãn yêu cầu.Vậy chọn D1= 4m n=150(v/ph) thỏa mãn yêu cầu vùng làm việc tuabin 3.4 Xác định chiều cao ống hút Hs Hs khoảng cách tính từ điểm mực nước hạ lưu đến điểm có áp lực nhỏ tuabin, tuabin cánh quay điểm thấp cánh hướng nước Chiều cao hút Tuabin dọc trục xác định sau: 10 − HS = ∇ − K *σ * H tt 900 Trong đó: ∇ σ : Sơ lấy = Zhlmin= 105,01 (m) : Hệ số khí thực Tuabin, ứng với điểm tính tốn: QItt' = ' n Itt = NT 20,40.1000 = = 1,38m / s 1, 9,81.η tb D1 H tt 9,81.0.845.4 2.23,181,5 ndb D1 H tt = 150.4 = 124,62v / ph 23,18 → Ứng với điểm tính tốn ta xác định σ= 0,52 Htt : Cột nước tính tốn, Htt = 23,18 (m) K hệ số an tồn lấy K=1,1 10 − Hs = 105,01 − 1,1.0,52.23,18 = −3,38 900 (m) 3.5 Cao trình lắp máy trạm thủy điện Cao trình lắp máy mặt phẳng qua trung tâm cánh hướng nước Đối với Tuabin dọc trục, Zlm đươc xác định sau: Z lm = H s + χ * D1 + Zhlmin χ Trong đó: =0,41-0,46 D1: đường kính tiêu chuẩn tuabin Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 16 Đồ án môn học Thủy điện ⇒ Zlm = -3,38 + 0,45.4 + 105,01 = 103,43 (m) 3.6 Số vòng quay lồng tuabin Số vòng quay lồng số vòng quay đột biến lớn Tuabin cắt phụ tải toàn mà phận hướng nước khơng thể đóng lý Tra bảng 8.1 – GT Tuabin, ứng với kiểu BXCT CQ30 ta số vòng quay lồng quy dẫn liên hệ liên hợp: nI1’ = 312 (v/ph) → Số vòng quay lồng Tuabin là: n= nI' H max 312 29,8 = = 425,8v / ph D1 4 Chọn tính tốn kích thước buồng xoắn 4.1 Chọn loại buồng xoắn kích thước mặt cắt vào: Tra hình 5.1 – GT Tuabin, ứng với Htt= 23,18(m) ta kiểu buồng xoắn bê tông Trong đồ án thiết kế buồng xoắn kim loại với góc bao φ max= 345o, mặt cắt ngang dạng hình tròn 4.2 Tính tốn buồng xoắn theo nguyên lý momen vận tốc không đổi: Ta lập quan hệ ( Ri − ϕ i ) Trình tự tính tốn sau: - Chọn lưu tốc dòng chảy cửa vào k x H tt Vv = với kx : hệ số kinh nghiệm (kx = 0,8 Vv = 0,8 23,18 = 3,85 ÷ 1,1 (m/s) - Lưu lượng nước qua tiết diện cửa vào buồng xoắn Qv = Qtt ϕ max 360 Qtt = QItt' D12 H tt = 1,38.4 23,18 = 106,31 (m3/s) Với Suy ra: Qv = 106,31.345 = 101,88 360 (m3/s) - Xác định diện tích tiết diện bán kính mặt cắt cửa vào Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 17 ), chọn kx=0,8 Đồ án môn học Thủy điện Fv = Qv 101,88 = = 26,46 Vv 3,85 (m2) Fv 26,46 = = 2,9(m) π 3,14 ρv = - Xác định: - Tính ϕi C C= , đó: Xác định Ra: Ra = Ra = (m) → ϕ max Ra + ρ v − R a ( R a + ρ v ) 6,15 = 3,075 Da với , tra bảng 5.5 - GT Tuabin, với D1= (m) → Da= 6,15 (m) C= 345 = 459,4 3,075 + 2,9 − 3,075.( 3,075 + 2.2,9) (0/m) Thay số ta được: - Tính 2.Ra ϕ i C ρi = - Tính bán kính tiết diện tròn: - ϕ max = 345o ϕi 2.Ra ϕ i + C C Tính bán kính tâm trục đến đường viền buồng xoắn: Ri = Ra + Kết tính tốn thể bảng sau: Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 18 ρi Đồ án môn học Thủy điện TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 ϕi ϕi 0 0.011 0.033 0.054 0.076 0.098 0.120 0.141 0.163 0.185 0.207 0.229 0.250 0.272 0.294 0.316 0.337 0.359 0.381 0.403 0.424 0.446 0.468 0.490 0.512 0.533 0.555 0.577 0.599 0.620 0.642 0.664 0.686 0.707 0.729 0.751 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 165 175 185 195 205 215 225 235 245 255 265 275 285 295 305 315 325 335 345 /C Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 19 Ra ϕ i / C ρi Ri 0.2587 0.4481 0.5785 0.6845 0.7762 0.8581 0.9328 1.0020 1.0667 1.1277 1.1856 1.2408 1.2936 1.3443 1.3932 1.4405 1.4862 1.5306 1.5737 1.6157 1.6566 1.6965 1.7355 1.7737 1.8110 1.8476 1.8835 1.9187 1.9533 1.9873 2.0207 2.0535 2.0859 2.1177 2.1491 0.27 0.48 0.63 0.76 0.87 0.98 1.07 1.17 1.25 1.33 1.41 1.49 1.57 1.64 1.71 1.78 1.85 1.91 1.98 2.04 2.10 2.16 2.23 2.29 2.34 2.40 2.46 2.52 2.57 2.63 2.68 2.74 2.79 2.85 2.90 3.614 4.037 4.341 4.596 4.823 5.031 5.224 5.406 5.578 5.744 5.903 6.057 6.206 6.351 6.493 6.631 6.766 6.898 7.028 7.155 7.281 7.404 7.526 7.645 7.764 7.880 7.996 8.110 8.222 8.334 8.444 8.553 8.662 8.769 8.875 Đồ án môn học Thủy điện Chọn kiểu ống hút Tra bảng (6.3 6.4 – GT Tuabin) với tua bin CQ30 ta kiểu ống hút kích thước sau: Kích thước khuỷu cong, đơn vị - m (tính theo D1 = 1m) Kiểu khuỷu D4 4A h4 B4 1,1 1,1 2,2 Lk H6 a R6 a1 R7 a2 R8 1,41 0,5 0,30 0,9 1,20 0,6 0,08 0,63 Kích thước ống hút cong dùng cho Tuabin cánh quay, đơn vị - m Kiểu ống hút h/D1 D1 h L B5 D4 h4 h6 Lk h5 Kiểu BXC T 4A 1,91 1,0 1,91 3,5 2,2 1,1 1,1 0,55 1,41 Ππ50 Nhân tất giá trị bảng với D1= (m) ta Kích thước khuỷu cong, đơn vị - m (tính theo D1 = m) Kiểu khuỷu D4 4A h4 B4 4,4 4,4 8,8 Lk H6 a R6 a1 R7 a2 R8 5,66 2,2 1,22 3,7 4,82 2,6 0,34 2,54 Kích thước ống hút cong dùng cho Tuabin cánh quay, đơn vị - m (tính theo D1= m) Kiểu ống hút h/D1 D1 h L B5 D4 h4 h6 Lk h5 Kiểu BXC T 4A 7,66 4,0 7,66 14,0 8,8 4,4 4,4 2,2 5,66 Ππ50 Góc θ đoạn chóp ống hút cong nên lấy : Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 20 θ = 160 Đồ án môn học Thủy điện PHẦN III: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ CAO TRÌNH CHỦ YẾU CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Vị trí đặt nhà máy Do nhà máy có cột nước cơng tác tương đối cao, lưu lượng lớn nên ta chọn kiểu nhà máy bố trí sau đập dâng nước Việc bố trí nhà máy sau đập tạo điều kiện thi công thuận lợi hơn, kết cấu khối nước đơn giản không chịu trực tiếp áp lực nước mặt thiết kế khơng cần kiểm tra điều kiện ổn định (vì ổn định NM xét tính tốn ổn định đập) Nhưng cần ý ổn định nhà máy xảy động đất có độ an tồn khơng cao Yêu cầu nhà máy Yêu cầu kích thước nhà máy đủ rộng để bố trí phòng chức thiết bị phụ NM như: - Thiết bị chính: Tuabin, máy phát - Thiết bị phụ: Hệ thống dầu NMTĐ: Kho chứa dầu: gồm thùng chứa dầu thiết bị xử lý dầu hệ thống dẫn dầu Hệ thống cấp nước kỹ thuật: Cửa lấy nước, lọc nước, hệ thống dẫn nước, thiết bị dùng nước Hệ thống thoát nước bao gồm hành lang thoát nước Hệ thống thiết bị nâng chuyển: Thiết bị cầu trục, tời điện - Thiết bị điện: Máy biến áp, hệ thống đường dây tải điện Cấu tạo nhà máy Nhà máy chia làm phần theo cao trình sau: - Khối nước: Kể từ cao trình sàn máy phát tới cao trình đáy móng nhà máy Đây nới đặt phần qua nước, tuabin tổ máy số phòng chức Đây nơi tập trung khối lượng cốt thép lớn phức tạp - Khối nước: Kể từ cao trình sàn máy phát tới cao trình đỉnh nhà máy Là nơi lắp đặt máy phát, thiết bị phụ trợ cầu trục, điều khiển điện, tủ điện, máy điều tốc….Khối so với khối nước nhỏ nhiều Chọn loại máy phát tt mf Căn vào n, N ta tra loại máy phát n = 150v / ph   tt N lm 40  N mf = Z = = 20 MW Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 21 Đồ án mơn học Thủy điện → Tra bảng 10.2 Bảng tra loại máy phát điện thủy lực ta có thơng số sau: Số vòng quay: n = 150 (v/p) Cơng suất máy phát: N = 22,5.103 (KW) Đường kính lõi thép: Da = 550 (cm) Chiều dài lõi thép: la = 122(cm) η Hiệu suất: = 96,7 % Đường kính ngồi Stato: DCT = 630 (cm) Trọng lượng roto có trục: Gp = 135 (T) Trọng lượng máy phát: Gr = 265 (T) Đường kính Stato: Di = 500 (cm) Momen bánh đà máy phát: GD2 = 1800 (T.m2) Số đôi cực: p = 40 Tốc độ quay lồng: vo = 39 n = 150v / p   Di 500  l = 122 = 4,1 >  a Xác định kích thước lại: → kiểu ô Chiều cao chữ thập h2 = 0,25*Dg = 0,25*5,32 = 1,4(m) (Sơ chọn Dg = Db = 5,32m) Sử dụng bảng tra 1-3 trang 228/GTTĐ ta có đường kính hố máy phát: Dh = 1,4 * Di = 1,4 * = 7(m) Chọn thiết bị nâng cẩu Khái niệm cầu trục thiết bị để nâng cẩu thiết bị nhà máy thủy điện cơng trình xây dựng vận hành ψ Di la Trọng lượng roto trục: Groto + trục = (50%-55%)*Gmp = 0,5*( ) ψ ψ Trong máy phát kiểu =44-50 chọn =44 Groto + trục = 0,5*(44*5*1,22) = 134,2 (T) Tra bảng loại cần trục ta chọn cần trục cầu có thơng số sau đây: Sức nâng: Móc : 150 (T) Nhịp cầu trục: Lk =22 m Bề rộng cầu trục: Bct =10,4 m Chiều cao cầu trục: Hct = 4,6 m Trọng lượng cần trục: Gct = 170 (T) Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 22 Đồ án môn học Thủy điện Xác định cao trình kích thước nhà máy 6.1 Xác định cao trình nhà máy 6.1.1 Khối nước - Cao trình lắp máy: Z lm = H s + χ * D1 + Z hl - Cao trình đáy ống hút: oh - = 103,4 (m) Z lm − b0 1,4 − h = 103,43 − − 10,4 = 92,3(m) 2 Z = Trong đó: b0: Là chiều cao cánh hướng nước b0 = 0,35*D1 = 1,4 (m) h: Là khoảng cách từ chân cánh hướng nước tới đáy ống hút h = 2,6.D1 = 2,6.4 =10,4 (m) Cao trình miệng ống hút: Z moh = Z oh + h5 = 92,33 + = 96,3(m) Trong đó: h5 chiều cao cửa ống hút lấy từ bảng chọn ống hút tính phần tuabin: h5 = (m) Kiểm tra điều kiện: ≤ Z hl − 0,5 = 105,01 − 0,5 = 104,51(m) Zmoh = 96,3 (m) (Thỏa mãn điều kiện) - Cao trình đáy móng nhà máy: Zm = Zoh – t = 92,3 - 1,5 = 90,8 (m) Trong đó: ÷ t: chiều dày lớp bê tơng đáy móng (t = 2), chọn t = 1,5 (m) - Cao trình sàn tuabin: ρ max + a ZTB = Zlm + = 103,4 + 2,90 + = 107,3 (m) Trong đó: ρ max = 2,90 (m) ρ max ρ max Với bán kính lớn buồng xoắn: = 4,37 (m) a = 0,5 ÷ 1; a lấy = (m) - Cao trình lắp máy phát điện: ZLMF = ZTB + h1 + h2 = 107,3 + 2,5 + 2,5 = 112,3 (m) Trong đó: Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 23 Đồ án môn học Thủy điện h1: chiều cao cửa vào giếng tuabin h1 = 2,0 chọn h1 = 2,5 (m) ÷ 2,5 (m) ÷ h2: chiều cao bệ đỡ máy phát (h2 = 1,5m), chọn h2 = 2,5 (m) h2: thỏa mãn điểu kiện lớn chiều cao giá chữ thập + 0,5 →h2≥2,5m Điều kiện: ≤ max HL ZLMF = 112,3 m Z = MNDBT – Hmin = 134 – 19,63 = 114,37 (m) → thỏa mãn điều kiện - Cao trình sàn nhà máy: ZSNM = ZLMF + hst+h1 = 114,37 + 1,97 + 0,5 = 116,84(m) Trong đó: hst : chiều cao vỏ máy phát hst = la + 0,75 =1,22 + 0,75 = 1,97 (m) chiều dày bảo vệ máy lấy 0,75 (m) h1: chiều cao giá chữ thập h1=0,1*Di= 0,1*5=0,5(m) - Cao trình gian lắp ráp sửa chữa: Z hlmax Ta có: ZSNM = 116,84 > +0,5=114,37 + 0,5 = 114,87 Vậy ZSLR = ZSNM = 116,84 (m) 6.1.2 Khối nước - Cao trình cầu trục: Z CT = Z max + l max + l d + hmoc + a Trong đó: ∇ max : Cao trình cố định lớn đường di chuyển vật ∇ max = max(ZSLR, ZDMP) = 117,34 (m) Cao trình chóp máy phát ZDMP = ZSNM + hchóp = 116,84 + 0,5 = 117,34m lmax: chiều dài lớn vật cần cẩu, lmax = max (L1, L2) L1 = ZDMF - ZLMF – h2 = 117,34 – 114,37 – 2,5 = 0,47 m L2 = h1 + ZTB - Zlm + 0,4.D1 = 2,5 +107,3 – 103,4 + 0,4.4 = m → lmax = max (L1; L2) → lmax = (m) ÷ a: khoảng cách an toàn a= 0,5 (m), chọn a= 0,5 (m) ld: chiều dài dây kể độ dãn hmoc: chiều cao móc Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 24 Đồ án môn học Thủy điện Sơ chọn ld + hmoc = (m) Z CT = - - → 117,34 + + + 0,5 = 127,85 (m) Cao trình trần nhà máy: ∇ CT δ3 ZTNM = + HCT + Trong đó: HCT: chiều cao cầu trục, HCT = 4,6 (m) δ3 δ3 : khoảng cách an toàn, = 0,2 (m) → ZTNM = 127,85 + 4,6 + 0,2 = 132,7 (m) Cao trình mái nhà máy: ZĐNM = ZTNM + hmai = 132,7 + 4,4 = 137,1 (m) Trong đó: chiều cao mái hmai = 0,2*Lk = 0,2*22 = 4,4 (m) 6.2 Xác định kích thước mặt nhà máy 6.2.1 Kích thước tổ máy - Khoảng cách tổ máy khoảng cách hai tim tổ máy kề Lđ = max(Dh/2, Rφmax) + max(Dh/2, Rφmax-180) + δ1 Trong đó: Dh: đường kính hố máy phát, Dh = (m)→ δ1 δ1 : chiều dày lớp bê tông bảo vệ, =0,5 (m) R R ϕ max : bán kính lớn buồng xoắn, R ϕ max − 180 Dh ϕ max = 3,5(m) = 8,875 (m), = 6,766 (m) → Lđ = 8,875 + 6,766 + 2*0,5 = 16,64 (m) Chọn Lđ = 16,7 m So sánh điều kiện: Lđ ≥ B5 + 2.δ = 8,8 + 2*0,5 = 9,8 m (thỏa mãn) - Chiều rộng nhà máy: B = Dh + b1 + b = + 2,5 + 1,5 = 11 m Trong đó: b1: khoảng cách lại phía thượng lưu, b1 = 2,5 (m) b2: khoảng cách lại phía hạ lưu, b2 = 1,5 (m) 6.2.2 Kích thước nhà máy: Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 25 Đồ án mơn học Thủy điện - Chiều dài nhà máy: L = Z.Lđ + LLRSC + ∆ L+2t Trong đó: t: chiều dày tường nhà máy t = 0,5 Z: số tổ máy, Z = ÷ LLRSC: chiều dài gian lắp ráp sữa chữa, LLRSC = (1,1 1,5)Lđ → LLRSC = 18,5 (m) ∆ L: chiều dài tăng thêm xét đến việc cẩu tổ máy cuối ∆ L= ∆ 10,4 16,7 Bctruc Ld − + 0,5 − +a 2 2 = ∆ Điều kiện L ≥ → L = 0m → L = 2*16,7 + 18,5 + +1 = 52,9 (m) Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 26 = - 2,65 (m) Đồ án môn học Thủy điện PHẦN IV: KẾT LUẬN Trên nội dung thiết kế sơ nhà máy thuỷ điện Trong đồ án em hoàn thành bước sau: - Tính tốn điều tiết thuỷ hồ chứa phục vụ phát điện - Tính tốn lựa chọn tuabin - Tính tốn lựa chọn máy phát - Tính tốn lựa chọn cầu trục - Tính tốn cao trình kích thước nhà máy Thơng qua đồ án em phần hiểu thêm lý thuyết học, nắm bước nội dung tính tốn thiết kế nhà máy thuỷ điện Tuy nhiên, đo thời gian học, làm đồ án kiến thức thực tế hạn chế nên em khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, em mong nhận thêm ý kiến từ thầy cô giáo Cuối em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy cô Hà nội, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực hiện: Tống Hoàng Hiệp Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 27 ... Thuỷ Điện * Bản vẽ mặt cắt nhà máy (cắt dọc, cắt ngang, mặt bằng) Tống Hoàng Hiệp – 53CTL1 350 1.32 Đồ án mơn học Thủy điện Tống Hồng Hiệp – 53CTL1 Đồ án mơn học Thủy điện PHẦN I: TÍNH TOÁN THỦY... cơng suất đảm bảo điện lượng hàng năm trạm thuỷ điện Việc lựa chọn cao trình MNDBT phải tiến hành thận trọng, so sánh, lựa chọn phương án có lợi Trong đồ án tính tốn cho phương án MNDBT = 134(m)... - 2,65 (m) Đồ án môn học Thủy điện PHẦN IV: KẾT LUẬN Trên nội dung thiết kế sơ nhà máy thuỷ điện Trong đồ án em hồn thành bước sau: - Tính tốn điều tiết thuỷ hồ chứa phục vụ phát điện - Tính