ĐỒ ÁN MÔN HỌC THỦY ĐIỆN

Q 0 3 6 9 12 15 18 21II- NỘI DUNG YÊU CẦU: 1 Tính toán thuỷ năng: Tính toán thiết kế các thông số đặc trưng cơ bản của hồ chứa : mực nước chết, dung tích hữu ích…Tính toán điều tiết xác

Phụ lục

I- TÀI LIỆU THIẾT KẾ:

1 Tài liệu đường duy trì lưu lượng đến tuyến công trình

2 Các đặc trưng hồ chứa:

Z(m) F (m2)

V(103m

3)895,4

Q 0 3 6 9 12 15 18 21

II- NỘI DUNG YÊU CẦU:

1 Tính toán thuỷ năng:

Tính toán thiết kế các thông số đặc trưng cơ bản của hồ chứa : mực nước chết, dung tích hữu ích…Tính toán điều tiết xác định công suất bảo đảm,công suất lắp máy,điện lượng và các cột nước đặc trưng…

2 Lựa chọn thiết bị cho trạm thuỷ điện:

Tính toán lựa chọn nhóm hiệu, kiểu loại, xác định kích thước cơ bản của các thiết bị cho nhà máy thủy điện :Tuabin, Buồng xoắn ,Ống hút, Máy phát, Cầu trục, Máy biến áp…

3 Nhà máy thuỷ điện:

Tính toán thiết kế xác định kích thước công trình,hình thức (loại) NMTĐ,xác định các cao trình và các kích thước cơ bản của nhà máy

A. TÍNH TOÁN THỦY NĂNG

I. Xác định các đặc trưng cơ bản của hồ chứa

1 Xác định mực nước dâng bình thường

Mực nước dâng bình thường (MNDBT) là một thông số chủ chốt củacông trình thuỷ điện Đây là mực nước cao nhất trong hồ chứa ứng vớicác điều kiện thuỷ văn và chế độ làm việc bình thường

MNDBT có ảnh hưởng quyết định đến dung tích hồ chứa, cột nước,lưu lượng, công suất đảm bảo và điện lượng hàng năm của trạm thuỷđiện Về mặt công trình nó quyết định chiều cao của đập, kích thướccác công trình xả lũ Về mặt dân sinh kinh tế: do ngập lụt lòng hồ nóảnh hưởng trực tiếp đến đời sống kinh tế, văn hoá, xã hội, lịch sử củakhu vực lòng hồ Vì vậy việc chọn MNDBT phải được tiến hành thậntrọng, so sánh, lựa chọn các phương án có lợi nhất

Phương án thiết kế đã chọn (đề cho): MNDBT = 905 (m)

2 Xác định mực nước chết (MNC).

a Xác định mực nước chết cho phép ( MNCcf)

Sử dụng công thức kinh nghiệm xác định độ sâu công tác theo

điều kiện làm việc của tuabin:

tb ct

h

≤

max 3

H

tb MNC

= MNDBT -

tb ct h

Hmax = MNDBT – Zhl (Qmin) – hw(Qmin)

min

hl

Z Z hl Qmin Qmin P tk

Hmax: cột nước lơn nhất của trạm thủy điện

hl

Z

(Qmin ): mực nước hạ lưu ứng với Qmin( lưu lượng nhỏ nhất chảy quanhà máy thủy điện)

hw(Qmin): tổn thất cột nước trên công trình dẫn nước ứng Qmin

Dựa vào đường duy trì lưu lượng đến công trình ứng với P=85% ta có

Qmin = Qbđ= 4.19 (m3/s) Với Qbđ ứng với mức bảo đảm thiết kế 85%tra trên đường duy trì lưu lượng ngày đêm

1 2

bc

bc MNC =Z + + +h h D

MNC

= 905 – 902,5 = 2,5 (m)

Sau khi xác định được 

cf ct

MNC

có thể sơ bộ xác định khả năng điều tiếtcủa hồ chứa thông qua hệ số điều tiết β Tuy nhiên, cách phân loại này chỉ là tương đối

0W

cf hi

V

β =

Trong đó: -

cf hi

V

: dung tích hữu ích xác định từ  

cf ct MNC

c MNC = =>V = m

Với Q0 lưu lượng trung bình năm Q0 = 18,28 (m3/s)

 β = =0,0003<0.02 Vậy hồ điều tiết ngày đêm

c Xác định mực nước chết tối ưu (MNC 0 )

Để xác định mực nước chết của hồ chứa điều tiết ngày đêm, cần

phải xác định dung tích điều tiết V hi của hồ chứa V hi phụ thuộc dạngcủa biểu đồ phụ tải ngày đêm và vị trí làm việc của TTĐ trên biểu đồphụ tải đó Nếu trạm thủy điện chỉ làm việc liên tục trong T giờ caođiểm thì dung tích hữu ích được xác định như sau:

3 max (1,5 2). o 27, 42 /

V

Tra quan hệ Z~V, F~V ta có Z=902,54m

Kết Luận:chọn MNC=902,5m.

II Xác định các thông số năng lượng

1.Xác định công suất bảo đảm của nhà máy

Công suất bảo đảm (Nbđ) là công suất bình quân tính thời đoạn tương ứng với mức bảo đảm tính toán của TTĐ

.

2 Tính toán lựa chọn công suất lắp máy N lm

Công suất lắp máy của trạm thủy điện dựa vào nhiều yếu tố: biểu

đồ phụ tải, các tiêu chí về lợi dụng tổng hợp nguồn nước, các chỉ tiêukinh tế: NPV, IRR… Từ đó để chọn ra phương án tối ưu Nhưng ở đâykhông có biểu đồ phụ tải, không có yêu cầu về lợi dụng tổng hợpnguồn nước nên ta có thể chọn Nlm = (2÷10)Nbđ

 Trong phương án chọn Nlm = này ta 12500 (kW)

3.Xác định điện lượng bình quân nhiều năm và số giờ lợi dụng lắp máy

a.Tính toán điều tiết thuỷ năng

Đối với TTĐ điều tiết ngày đêm và không điều tiết thì các xác định Enn thì cách hợp lý hơn cả là dùng đường tần suất công suất bình quânthời đoạn, thời đoạn tính toán thường là ngày Tài liệu thủy văn dùng tính toán là tài liệu về lưu lượng bình quân ngày của liệt thủy văn hoặc đường duy trì lưu lượng bình quân ngày Bảng giới thiệu tính toán thủy năng theo đường duy trì lưu lượng:

Các thông số cơ bản của trạm thuỷ điện:

Vhi = 361,944.103 (m3) MNC = 902,5 m

Vc = 32,05.103 (m3) K = 8,5

Cách xác định:

Cột 1: P-Tần suất xuất hiện.

Cột 2: t=P (h)

Cột 3: ∆t-Thời đoạn tính toán: ∆t i= ti – ti-1

Cột 4: Lưu lượng thiên nhiên ứng với tần suất thiết kế P%

Cột 9: Mực nước thượng lưu

Sơ bộ: Nếu Qthuc ≥ => = MNDBT

Nếu Qthuc ≤ => = Z(), = +

=(0,063+0,331/2).106= 0,2285.106 ( m3)

Cột 15: Ei - Điện năng ứng với thời gian t : Ei = (.∆t i)

Cột 16: Công suất phát điện của trạm thủy điện : N i=K*Q td*H (K=8.5)

b.Xác định điện lượng trung bình năm(E o )

Điện lượng trung bình năm chính là lượng điện TTĐ phát ra trong 1 năm

Hmax được xác định như sau:

Hmax = MNDBT – Zhl(Qmin) –hw (Qmin)

Trong đó : Qmin: Lưu lượng nhỏ nhất chảy qua nhà máy thủy điện trong qúa trình vận hành bình thường của TTĐ

min

Q

= Q bd= 4,19 (m3/s)

Ta có:hw tra quan hệ (Q~hw )từ Q bd= 4,19 (m3/s)=> hw =0,143 (m)

42,88( )4053

Hmin là cột nước nhỏ nhất trong quá trình làm việc bình thường của TTĐ.

Cột nước nhỏ nhất là cột nước mà tại đó mực nước ở trong hồ ứngvới mực nước chết MNC = 905 (m), đồng thời mực nước ở hạ lưu ứngvới mực nước có lưu lượng phát điện lớn nhất

Vậy ta có: Hmin = MNC - ZHLmax ( max

12500

34,30 /

lm tt

Vậy Hmin = 39,04 (m) ; Qmax = 34,30 (m3/s)

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

- Công suất bảo đảm P = 85% : NBĐ85% = 1716,89(kW)

B.LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO TRẠM THUỶ ĐIỆN

I. Chọn số tổ máy, loại tuabin và tính toán các kích thước

cơ bản của tuabin

2 Chọn loại tua bin

o Chọn loại tuabin dựa vào dạng năng lượng tuabin biến đỏi

thành cơ năng.Nếu chủ yếu biến đổi thế năng thành cơnăng sử dụng tua bin phản kích Còn chủ yếu biến đổi độngnăng thành cơ năng thì sử dụng tuabin xung kích

o Dựa vào tài liệu thủy năng tra bảngHmin ÷ Hmax = 39,04 ÷

50,67 (m) Chọn tuabin HL260/A244 có các thông số như

sau:

⇒ Cột nước làm việc : (Hmax ÷Hmin)=(60 ÷ 30)

⇒ Số vòng quay quy dẫn tính toán: n’Itt = 82 (v/ph)

⇒ Số vòng quay quy dẫn lợi nhất: n’Iln = 80 (v/ph)

⇒ Lưu lượng quy dẫn lợi nhất: Q’I = 1080 (l/s)

⇒ Lưu lượng quy dẫn max: Q’Imax = 1275 (l/s)

3. Xác định thông số cơ bản của tuapin : D 1 ,n,H s ,∆lm

 lưu lượng dẫn suất tại điểm tối ưu : Q’io= 80 (l/s)

 số vòng quay tối ưu : n’10= 80 (vòng/phút)

,

I tt

n

= n’10 +(2÷5 )vòng/phút

,

I tt

Q

= 1275 (l/s)=

1,275 (m3/s)

 hiệu suất của tuabin mô hình là m= 87,5 %

 hiệu suất tuabin thực là : m = T = 0,875

N D

 n’tt= 1

.

n H D

1

T M

η η

1

(1 ). M. M M

+) HM là cột nước làm việc của tuabin mẫu, HM = 1 (m)

+) ηTmax là hiệu số lớn nhất tuabin thực

= 360 (v/ph)

vòng quay đồng bộ (nđb) bằng cách tra bảng (8-3)/139 giáo trìnhtuabin thủy lực ta được số vòng quay đồng bộ của tuabin:

nđb = 375 (v/ph)

c) Xác định chiều cao hút Hs

Hs là chiều cao từ điểmcó khả năng xảy ra khí thực đến mực

+ ∇ = Zhlmin = 854,1884 (m) là độ cao nhà máy so với mặtbiển;

+ H = Htt = 42,88 (m) là cột nước tính toán của TTĐ ;+ là hệ số khí thực trên ĐĐTTHC tại điểm tính toán + độ hiệu chỉnh

Tra trên đường ĐTTHC của tuabin HL260 ta được = 0,15 , =0,02

0,15 0,02 0,15

M M

d) Xác định cao trinh lắp máy

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

là:

∇lm = Zhlmin + Hs + bo/2Trong đó:

+ Zhlmin = 854,1884 (m)+ Hs = -1,69 (m)

10,1.D =0,1.1,5 0,15=

⇒∇lm = 854,1884 – 1,69 + 0,075 = 852,57 (m)

4. 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 = 50,67 (m) tachọn buồng xoắn kim loại có tiết diện hình tròn và ϕmax =

′

= 1,275.1,52 42,88 = 18,79 (m3/s)

T Itt

N Q

= 18,01 (m3/s) Có: Vv = kx tt

= 1,3 (m)

Thay số ta được : C =

3451,3 1,05+ − 1,3.(1,3 2.1, 05)+

= 1393,26 (o/m)

Cột 4 : Tính C

R a.ϕi.2

ϕρ

C

R a.ϕi.2

Cột 6 : Tính bán kính tâm trục đến đường viền ngoài buồng xoắn: Ri = Ra + 2ρi

+) Xác định R b : Rb = 2

b D

, tra bảng 5.5-GT Tuabin, với D1 = 1,5 (m)

=> Db = 2,15 (m) => Rb =

2,15 2

= 1,08 (m)

Kết quả tính toán được thể hiện bảng sau:

Từ bảng này ta lập được quan hệ F = f(R) Vì tiết diện bình

F(R) là quan hệ đường thẳng

Từ bảng tính toán trên ta vẽ được hình bao buồng xoắn lim loại như sau:

=0

=345 max



5 Chọn kiểu ống hút.

Tra bảng (6.3 và 6.5-GT Tuabin) ta được kiểu ống hút và các kích thước

cơ bản như sau :

Kích thước cơ bản ống hút cong dùng cho Tuabin Tâm trục,

0,55

1,417

1,00

CQ50

Kích thước cơ bản của khuỷu cong , đơn vị - m

0,305

0,94

1,205

0,66

0,087

0,59

Góc θ

của đoạn chop nên lấy θ = ° 16

6 Chọn loại máy phát và thiết kế kích thước máy phát

tt mfN

ta sẽ tra ra được loại máy phát

tt lm mf

- Chiều dài máy làm mát : t = 0,35m

- Khoảng cách đi lại: b= 0,5m

Bảng 1: Các thông số của máy phát

C.THIẾT KẾ NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

I Khái niệm chung

Nhà máy thủy điện là công trình thủy công trong đó bố trí cácthiết bị động lực (tuabin, máy phát điện) và các hệ thống thiết bị phục

vụ cho sự làm việc bình thường của các thiết bị chính nhằm sản xuất

ra điện năng cung cấp cho các hộ dùng điện

II Yêu cầu đối với nhà máy thủy điện

Các thiết bị bố trí trong nhà máy thủy điện phải đảm bảo cho việcvận hành tiện lợi và an toàn, cả trong trường hợp sửa chữa và thaythế

Các thiết bị bố trí trong nhà máy phải tận dụng được trong khônggian sẵn có trong nhà máy đồng thời kết cấu trong nhà máy càng đơngiản bao nhiêu càng tốt, giá thành thiết bị rẻ, dễ thi công, ổn địnhtrong mọi điều kiện

III Vị trí nhà máy và kiểu nhà máy

1 Vị trí nhà máy

Cơ sở để lựa chọn vị trí nhà máy là dựa trên tài liệu địa hình, địachất…

2 Kiểu nhà máy

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

3 Kết cấu và các cao trình phần dưới nước

Phần dưới nước tính từ cao trình cao trình đáy móng nhà máy đếncao trình sàn máy phát

IV Xác định các cao trình và kích thước nhà máy

1 Kết cấu và các cao trình phần dưới nước

Việc lựa chọn hợp lý cao trình lắp máy sẽ có tác dụng rất lớn tỏngvấn đề hạn chế hiện tượng khí thực Cao trình lắp máy phụ thuộc vàomực nước hạ lưu min và chiều cao Hs

∇lm đã xác định = 852,57 (m)

Cao trình sàn tuabin có liên quan đến lớp bê tông của buồng xoắn

và được tính theo công thức sau:

= 850,21 (m)

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

∇môh = ∇đôh + h5 = 850,21 + 1 = 851,21 (m)

Trong đó: h5 là chiều cao cửa ra ống hút ⇒ h5 = 1 (m)

Cao trình này phải đảm bảo miệng ống hút ngập dưới mực nước

hạ lưu min một đoạn 0,5 m

Trong đó: hm là chiều dày của lớp bê tông dưới đáy ống hút phụ

2 Kết cấu và các cao trình phần trên nước

Phần trên nước của nhà máy thủy điện được tính từ cao trình sànmáy phát đến cao trình đỉnh nhà máy Chủ yếu được dùng để bố trí

máy phát điện, máy điều tốc và các bản điện Trong nhà máy còn bốtrí thêm gian lắp ráp để tiện cho việc thay thế và sửa chữa.

+ Cẩu đỉnh: vật cẩu đi trên đỉnh máy phát của nhà máy Trườnghợp này làm cho bề rộng B của nhà máy giảm nhưng lại làm cho chiềucao của nhà máy tăng

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

∇CT = ∇CTmax + a + Lmax + ld + lm + ldd

Trong đó:

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

∇CTmax = ∇smf + h1 + ho = 856,86 + 0,41 + 0,5 =857,77 (m)+ ho = 0,5 m: chiều cao chóp máy phát

+ h1 = 0,41 (m): chiều cao giá chữ thập trên+ a : khoảng cách an toàn từ vật cẩu đến cao trình đỉnhmáy phát a = 0,3 m

+ Lmax là chiều dài của vật cẩu nhất (máy phát và trục hoặcturbin và trục) được tính như sau:

Ltmf = ho + h1 + hst + h2 + C = 0,5 + 0,41 + 1,64 + 0,15 + 1 = 3,7

(m)Với:

+ ho là chiều cao chóp máy phát: ho = 0,5 (m)+ h1 là chiều cao giá chữ thập trên: h1 = 0,41 (m)+ hst là chiều cao máy phát: hst = 1,64 (m)

+ h2 là chiều cao giá chữ thập dưới: h2 = 0,15 (m)+ C khoảng cách trục, C = 1 (m)

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

∇CT = ∇CTmax + a + Lmax + ld + lm + ldd = 857,77 + 0,5 + 7,2+ 2 + 0,5 + 0,5

Sơ bộ chọn chiều cao nhà máy hmái = 3m

Cao trình đỉnh nhà máy được tính theo công thức sau:

∇ĐNM = ∇TNM + hmái = 873,47 + 3 =876,47 (m)

3 Xác định kích thước nhà máy theo mặt bằng

Chiều dài đoạn tổ máy là khoảng cách giữa hai tâm tổ máy kế tiếp

xoắn, hình dạng tuabin, đường kính BXCT và khoảng cách đi lại vậnhành Đồng thời chiều dài đoạn tổ máy phụ thuộc vào kích thước củamáy phát.

Tính chiều dài đoạn tổ máy theo điều kiện buồng xoắn

+

5 2,5( )

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

L = z.Lđ + Lslr + ∆L + 2t = 2 7 + 8,2 + 2 + 2.0,4 = 25 (m)Trong đó:

+ z là số tổ máy ⇒ z = 2

+ Lslr là chiều dài sàn lắp ráp Chiều dài sàn lắp ráp phải đủ rộng

để bố trí được các thiết bị của một tổ máy như gian lắp ráp máy phát,roto máy phát, BXCT, máy kích từ, giá chữ thập, tủ điều tốc, máy biếnáp

Theo kinh nghiệm Lslr = (1 ÷ 1,2)Lđ Chọn Lslr = 8,2 (m)

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, máyphát, chiều dài ống hút, kích thước buồng xoắn và việc bố trí các thiết

bị trong gian máy, đồng thời còn phụ thuộc vào nhịp của dầm cầu trục

Theo kích thước thiết bị

Bnm = max ( ϕmax 90−

o R

, 2

h

D

) + b1 + b2 = max ( 255

h

D

=

5 2,5

2 =

(m)+ b1: khoảng cách đi lại phía thượng lưu + tường và cột; chọn b1

= 3 (m)

+ b2: khoảng cách đi lại phía hạ lưu + tường và cột; chọn b2 = 3(m)

⇒ Bnm1 = 2,5 + 2,5 + 3 + 3 = 11 (m)

Gian lắp giáp sửa chữa dùng để lắp ráp các thiết bị trong thời kì xây dựng nhà máy và để sửa chữa tổ máy trong quá trình vận hành nhà máy

Chiều rộng gian lắp ráp sửa chữa lấy bằng chiều rộng nhà máy để cẩu trục có thể di chuyển dọc nhà máy đến gian lắp ráp sửa chữa

Bslr = Bnm = 11 (m)