ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN

* Chọn thiết bị và xác định các kích thước chủ yếu của Thiết bị.. * Xác định các kích thước và cao trình chủ yếu của nhà máy Thuỷ Điện... IV.Xác định công suất bảo đảm N bđ Do hình thức

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN

PHẦN 1:TÀI LIỆU VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ

Tài liệu thiết kế cơ bản

Sinh viên : Nguyễn Đức Chiều

2 Tài liệu thủy văn :

Bảng lưu lượng bình quân tháng của 3 năm điển hình

Mùa lũ: tháng VI-X; Mùa kiệt: XI-V

+ Khối lượng riêng bùn cát: γ = 1,5 T/m3

+ Tuổi thọ công trình T= 50 năm

3 Tài liệu địa hình:

B YÊU CẦU:

* Xác định các thông số: hct, Nbđ, NLM, Enn, hNlm, Hmax, Hmin, Hbq, Htt

* Chọn thiết bị và xác định các kích thước chủ yếu của Thiết bị

* Xác định các kích thước và cao trình chủ yếu của nhà máy Thuỷ Điện

* Bản vẽ 3 mặt cắt nhà máy (cắt dọc, cắt ngang, mặt bằng)

hct của hồ chứa Phần dung tích nằm giữa MNDBT và MNC gọi là dung tích hữu ích

Vhi của hồ MNC sẽ quyết định đến dung tích hữu ích của hồ chứa, đến điện năng mùakiệt (Emk), điện năng trung bình nhiều năm (Enn), điện năng giờ cao điểm- trung bình-thấp điểm của TTĐ

I Tính toán xác định độ sâu công tác và các thông số của hồ chứa

* Các điều kiện phụ thuộc (Điều kiện về bùn cát, Điều kiện làm việc có lợi cho

tuabin và yêu cầu khác từ thượng lưu , ta chỉ xét 2 điều kiện đầu )_

a.Điều kiện về bùn cát

+ D + (*) (**)

Ta co

: chiều cao bảo đảm an toàn không cho không khí chui vào đường ống , chọn d2 = 0.5 m

: chiều cao bảo đảm an toàn không bùn cát cuốn vào đươngống chọn d1=0.5 m

+ xác định theo quan hệ với =

+ lượng nước đến trung bình năm = 87,3×31,536×106 m3

(Kg/m3) Tài liệu hàm lượng bùn cát = 0,083 (kg/m3)

+ K Hệ số lắng đọng bùn cát =0.7

+ T: Tuổi công trình , T =50 năm

=> = = 5,33×106 ( /s)

+ D ; Chiều cao cửa lấy nước

Fcln=

QCLN=Qmax/z

=> D =9,63 m Thay tất cả vào (*) ,(**)

Q

V Q

Trị số 2,63.106 là thời gian (s) của 01 tháng (lấy 30,5 ngày)

Ở đây, do chỉ cần xét mối quan hệ giữa hct và Emk nên có thể bỏ qua tổn thấtlưu lượng do thấm và bốc hơi

- Cột 7: Zhl (Qfd): mực nước hạ lưu ứng với Qfd đã tính ở trên ta được từ đường quan hệ ( Z ∼Q) hạ lưu

- Cột (10): Điện lượng mùa kiệt Emk = N mk.∆h.n

∆h: số giờ trong tháng, lấy trung bình ∆h = 730 giờ

Ngoai ra còn có 2 cột phụ

- Cột (*) : Vc là dung tích ứng với MNC, tra quan hệ Z ∼ V của hồ ứng với MNC

7 32661,9

Từ đó vẽ đường quan hệ hct Emk sẽ cho phép tìm được hct có lợi nhất α

Nhận xét : Cả giai đoạn hct tăng dần thì Emk cũng tăng Chọn =30

b.Dung tích hữu ích của hồ chứa

Tra quan hệ Z ~ W ta được : Z=755 m => V755= 1029,02 tr.m3

Z= 725m => V725= 358,63tr.m3

V hi = V 755 - V 725 = 1029,02-358,63= 670,39 tr.m 3

Hệ số điều tiết

β = є (0.02÷0.3).Vậy hồ điều tiết năm

Với lượng dòng chảy năm tính trung bình nhiều năm tại tuyến đập,

III,Tính toán thủy năng cho 3 năm điển hình

Tính toán điều tiết ta tính cho 3 năm điển hình tương ứng với tần suất 10% , 50%, 90%.Các thông số cơ bản cuả trạm thuỷ điện:

MNDBT = 755 m

Vhi = 670,39 (tr m3) MNC = 725 m

Vc = 358,63 ( tr m3) K=8,5

=2,63.106 s α=1,0%

Thời đoạn tính toán ∆t = 1 tháng

Các bước tính toán như sau:

(1) Thứ tự tháng (2) Lưu lượng tự nhiên đến trong các tháng (Q tn

DT

Q V Q

TD

Q V Q

(4), (5) Tương ứng với ∆Qi = ( Qtn - QTĐ)i (6), (7) Tương ứng với ∆Vi = ∆Qi.∆t (với ∆t thời đoạn một tháng tính bằng s )(8) Vđ : Dung tích thượng lưu ở đầu thời đoạn tính toán có giá trị từ VMNC ÷VMNDBT

(9) Vc : Dung tích thượng lưu ở cuối thời đoạn tính toán

F h

-Zhl cột nước phát điện bình quân (19) N

tháng = K.H.Q FÑ

(Với K = 8,5 )

(20) Et= (19)× ∆H (∆H=730 giờ)(21) Nt × Et = (18) × (19)

3 / s) (m

3 / s) (m) (m) (m) MW

x10 -3 x10 6 (m 3 /

s) (m

3 / s) 10

3 / s) (m

3 / s) (m) (m) (m) MW x10-3 x106(m 3 /

s) (m

3 / s) 10

s) (m

3 / s)

3 / s) (m

3 / s) (m) (m) (m) MW

x10 -3 x10 6

(m 3 / s) (m

3 / s) 10

IV.Xác định công suất bảo đảm N bđ

Do hình thức điều tiết là điều tiết năm ( mục II.a)

TD

Q

V Q

chính bằng cống suất lớn nhất mà khả năng dòng chả có thể cung cấp được:

Nbđ = Nmax = 32,66 MW

V.Xác định công suất lắp máy N lm ,điện lượng trung bình nhiều năm E n ,lập bảng tính thủy năng.

a.Xác định công suất lắp máy N lm sơ bộ

Công suất lắp máy được tính theo công thức kinh nghiệm :

Với TTĐ điều tiết năm: Nlm=(2÷5) Nbđ = (65,32÷163,3) (MW)

Giá trị công suất lắp máy là: Nlm =100 (MW)

b.Tính toán xác định điện lượng bình quân nhiều năm En và công suất lắp máy tối

ưu Nlm, Số giờ lợi dụng công suất lắp hNlm của TTĐ.

Điện lượng bình quân nhiều năm En= 483965,86 MW.h

Số giờ lợi dụng công suất lắp máy được xác định theo công thức sau:

Xác định cột nước bình quân H bq

Hbq== =

150709551,51988900,804 =75,775

(m)

VII Xác định cột nước tính toán Htt

Htt =(0.9÷0.95).Hbq

Htt = 0.9×75,775 = 68,19(m)

VIII Xác định cột nước nhỏ nhất H min

Cột nước nhỏ nhất là cột nước mà tại đó mực nước ở trong hồ ứng với mực nước chết MNC = 691,71 m, đồng thời mực nước hạ lưu ứng với mực nước có lưu lượng phát điện lớn nhất

Vậy ta có : Hmin = MNC - ZHlmax( QPđmax)

Để xác định QPđmax trước hết ta tiến hành lập quan hệ (Hx – Qx) bằng cánh giả thiết các giá trị HX giảm dần từ Htt (Hxmax = Htt = 68,19 m )

Có các giá trị Hx ta tiến hành xác định các giá trị Qx theo công thức

Qx = Qmax

x tt

H H

với Qmax = .

lm tt

×

×

=172,52 m3/s

n ước thượng lưu :

ZTLx = ZHLx + HX Trong chuỗi các giá trị ZTLx ta sẽ tìm được giá trị

ZTlx = MNC Khi đó ở hạ lưu sẽ xuấ hiện giá trị mực nước là ZHlmax

Vậy Hmin = 57m

Như vậy sau khi tính toán phần Thủy năng ta xác định được các thông số

- Mực nước dâng bình thường : MNDBT = 755 (m)

- Dung tích hữu ích của hồ : Vhi = 670,39 (triệu/m3)

- Công suất bảo đảm P = 90% : NBĐ90% = 32,66 (MW)

- Công suất lắp máy P = 90% : NLM90% = 100 (MW)

• Bảng tra máy phát điện (Bảng 10.2 trang 194 Giáo trình Tuabin thủy lực).

II.Nội dung tính toán:

1.Chọn số tổ máy

Số tổ máy chọn Z=2

Công suất tuabin

Ntb == = 52,63MWTrong đó

2.Chọn và tính toán thông số chủ yếu của tuabin

2.1.Chọn tuabin

- Chọn loại tuabin dựa vào dạng năng lượng tuabin biến đỏi thành cơnăng.Nếu chủ yếu biến đổi thế năng thành cơ năng sử dụng tua bin phảnkích Còn chủ yếu biến đổi động năng thành cơ năng thì sử dụng tuabinxung kích

- Ở đây cột nước lớn Htt= 51.05 (m) , nên chọn tuabin phản kích

- Dựa vào tài liệu thủy năng tra bảngHmin ÷ Hmax = 56,13÷ 86,81 (m) Chọn

tuabin tâm trục CQ80/642 có các thông số như sau:

- Số vòng quay quy dẫn tính toán: n’Itt = 110 (v/ph)

- Lưu lượng quy dẫn lợi nhất: Q’I = 720 (l/s)

- Lưu lượng quy dẫn max: Q’Imax = 1000 (l/s)

- Lưu lượng quy dẫn min (điều kiện không xảy ra khí thực) : Q’Imin = 830 (l/s)

'

) (tu I

I n

là số vòng quay quy dẫn có lợi nhất được tra ở bảng (8-1) giáo trình

tuabin thủy lực với kiểu tuabin CQ80/642 ta được

' (ln)

Q

- lưu lượng quy dẫn (m3/s) lấy ở điểm tính toán trên đường dự trữ công

suất 95%, tra bảng 8.1

' I

Q (A)= 1260 (l/s)= 1,26 m3/s ;

= = 273,57 (v/p)Trong đó:

+ Hbq = 75,77 m là cột nước bình quân ;+ n I' là số vòng quay quy dẫn tính toán của tuabin n’=110(v/p) + D1=3,5 m

Tra bảng 10.2 (trang 194) lựa chọn nđb =300(v/p)

c) Kiểm tra điểm tính toán

Hs là chiều cao từ điểm có khả năng xảy ra khí thực đến mực nước hạ lưu

Do tuabin hướng trục nên

Hs= 10 - -().H.K=10 - – (0,02×1,1)×68,19= 7,75 mTrong đó:

+ ∇ = Zhlmin = 668,22 (m) là độ cao nhà máy so với mặt biển;

Tra trên đường ĐTTHC giáo trình Tuabin thủy lực ta được = 0,02

e) Xác định cao trình lắp máy

Công thức xác định cao trình lắp máy của tuabin tâm trục đứng là:

∇lm = Zhlmin + Hs + bo/2Trong đó:

+ Zhlmin = 668,22 (m)+ Hs = 7,75 (m)

*Xác định loại buồng xoắn và tính kích thước đường bao ngoài của buồng xoắn

a.Xác định loại buồng xoắn

Tra hình 5-1 GT tuabin thủy lực với Hmax = 86,81 (m) ta chọn buồng xoắn kim loại

có tiết diện hình tròn và ϕmax = 345°

b.Tính toán kích thước đường bao ngoài

- Vận tốc nước tại cửa vào được xác định theo công thức sau:

 Qtt=3.52*1* = 101,16 (m3/s)

- Lưu lượng tại cửa vào:

Qcv =Qtt* = 101,16 * = 96,94 (m3/s)

- Xác định kích thước tại các tiết diện ứng với ϕi:

C = = = 2154,58

c

r c

i a

i i

ϕϕ

- Tác dụng của ống hút là dẫn nước sau khi ra khỏi bánh xe công tác trở về hạ lưu

- Tận dụng cột nước địa hình Hs khi thiết bị tuabin đặt cao hơn mực nước hạ lưu

- Thu hồi một phần động năng sau khi ra khỏi bánh xe công tác

- Tra bảng 6-3, 6-5 GT tuabin thủy lực được các kích thước ống hút cong dùng chotuabin tâm trục TT75

Bảng 6.5 Các kích thước cơ bản ống hút cong dùng cho tuabin hướng trục, đơn vị - m

STT Tên loại Kích thước đơnvị Kích thướcquy đổi

b.Thiết kế kích thước máy phát

i a

= = 2,93 < 5

l 165

 Chọn máy phát kiểu ô

Dg – Đường kính giếng tuabin được xác định theo điều kiện thiết kế cụ thể, sơ bộ

có thể lấy bằng đường kính trong Db của stator tuabin Dg = 6 (m)

Kích thước cụ thể của máy phát được thể hiện ở bảng sau:

Chiều dày máy làm phát t 0,35 (m)

H ≥ 30 (m) nên ta chọn kiểu nhà máy thủy điện sau đập.

II.Tính toán cao trình nhà máy và kích thước nhà máy thủy điện

a.Tính toán cao trình chính

1.Cao trình phần dưới nước

+ hôh là chiều cao ống hút ⇒ hôh = h = 6,7 (m)

+ bo là chiều cao cánh hướng nước

= 669,19 (m)

-Tính cao trình miệng ống hút

Cao trình miệng ống hút được xác định theo công thức sau:

∇môh = ∇đôh + h5 = 669,19 + 3,5 = 672,68 (m)Trong đó: h5 là chiều cao cửa ra ống hút ⇒ h5 = 3,5 (m)

Cao trình này phải đảm bảo miệng ống hút ngập dưới mực nước hạ lưu min mộtđoạn 0,5 m

-Tính cao trình sàn máy phát

Cao trình sàn máy phát được tính theo công thức sau:

∇smf =∇lmf + hst = 683 + 2,4 = 685,4 (m)Trong đó: hst là chiều cao của stator máy phát, hst = 2,4(m)

-Cao trình sàn nhà máy

Cao trình sàn máy phát phụ thuộc vào hình thức bố trí máy phát cũng như chiều caocủa stato máy phát

Cao trình này được tính như ở phần trên ∇snm =∇smf = 685,4 (m)

Kiểm tra điều kiện mực nước hạ lưu lớn nhất:

Tra Z~Q tìm được Zhlmax ứng với Qlũ max được Zhlmax= 669,45 m

(∇snm =685,4) ≥ (Zhlmax +0.5) =669,45+0.5=669,95 (Thỏa mãn điều kiện)

2.Cao trình phần trên nước

-Cao trình lắp ráp

Do thỏa mãn điều kiện Zhlmax nên có thể chọn ∇slr = ∇snm =685,4 m

- Cao trình cầu trục

Cao trình cầu trục phụ thuộc vào kích thước vật cẩu và phương thức cẩu

+ Cẩu bên: vật cẩu đi sang một bên máy phát của nhà máy Trường hợp này làmcho kích thước bề rộng nhà máy B lớn nhưng chiều cao của nhà máy H giảm

+ Cẩu đỉnh: vật cẩu đi trên đỉnh máy phát của nhà máy Trường hợp này làm cho

bề rộng B của nhà máy giảm nhưng lại làm cho chiều cao của nhà máy tăng

Ở đây ta chọn phương pháp cẩu đỉnh, được tính theo công thức sau:

∇CT = ∇CTmax + Lmax + ld + lm + ldd+δTrong đó:

+ ∇CTmax : cao trình đỉnh của máy phát được tính như sau:

∇CTmax = ∇slr = 685,4 (m)+ δ : khoảng cách an toàn từ vật cẩu đến cao trình đỉnh máy phát Chọn δ= 0,5m

+ Lmax là chiều dài của vật cẩu nhất

Với:

+ ho là chiều cao chóp máy phát: ho = 0,5 (m)+ h1 là chiều cao giá chữ thập trên: h1 = 0,534 (m)+ hst là chiều cao máy phát: hst = 2,4(m)

+ h2 là chiều cao giá chữ thập dưới: h2 = 1,5 (m)+ C khoảng cách trục, C = 1 (m)

- Chiều dài của turbin và trục được tính như sau:

Lttb = ∇lmf – (h2 + C) – (∇lm - 2

0

b

) = 683 – (1,5 + 1) – (676,5 - 1,225/2) = 4,6125 (m)

⇒ Lmax = max (Ltmf, Lttb,HMBA) = 5,934 (m)

+ ld : chiều dày dây buộc, ta chọn ld = 2 m+ ldd: chiều dài dãn dây, chọn sơ bộ ldd = 0,5 m+ lm : chiều dày móc cẩu, chọn sơ bộ lm = 0,5 mCao trình cầu trục là:

3.Xác định kích thước nhà máy theo mặt bằng

a) Tính chiều dài đoạn tổ máy với tuabin trục đứng

Chiều dài đoạn tổ máy là khoảng cách giữa hai tâm tổ máy kế tiếp nhau Chiều dàicủa đoạn tổ máy phụ thuộc vào kích thích buồng xoắn, hình dạng tuabin, đường kínhBXCT và khoảng cách đi lại vận hành Đồng thời chiều dài đoạn tổ máy phụ thuộc vàokích thước của máy phát

Lđ = max (Rφmax, , ) + max (Rφmax-180, , ) + 2δTrong đó:

b) Tính chiều dài nhà máy

Chiều dài nhà máy là tổng chiều dài của các khối máy, chiều dài của sàn lắp ráp,đoạn tăng thêm ở tổ máy cuối cùng Chiều dài nhà máy được tính theo công thức sau:

Theo kinh nghiệm Lslr = (1,1 ÷ 1,3)Lđ Chọn Lslr = 20 (m)

+ ∆L là chiều dài đoạn tăng thêm ở tổ máy cuối cùng Thông thường ∆L = (1 ÷2)(m) Chọn ∆L = 2 (m)

+ t: chiều dày tường nhà máy, chọn t = 0,4 (m)

c) Tính chiều rộng nhà máy

Chiều rộng nhà máy phụ thuộc vào kích thước của tuabin, máy phát, chiều dài ốnghút, kích thước buồng xoắn và việc bố trí các thiết bị trong gian máy, đồng thời còn phụthuộc vào nhịp của dầm cầu trục

B=D + b + b +2t

KẾT LUẬN

Qua phần làm bài tập lớn này đã giúp chúng em nhận biết được rất nhiều các vấn

đề khó khăn và phức tập khi thiết kế sơ bộ một nhà máy qua đó thấy được mối liên hệchặt chẽ giữa các bộ phận trong nhà với nhau.Qua đó cho chúng em thấy được vì saoThủy điện luôn là một công trình lớn , quan trọng của quốc gia

Đang là sinh viên ngồi trên ghế nhà trường, khi làm xong đồ án này chúng em cũng đã phần nào hiểu được công việc và trách nhiệm của một người kỹ sư công trình thủy tương lai Trong đồ án môn học này, do thời gian và kiến thức có hạn nên chắc chắn còn nhiều khuyết điểm và hạn chế, rất mong được sự chỉ bảo tận tình từ phía các thày cô để em được thêm hoàn thiện kiến thức của mình Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn

thầy Lê Ngọc Sơn và thầy Nguyễn Văn Nghĩa đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án môn

học này