5.2.1. Cửa nhận nước
Thiết bị cơ khí (TBCK) cửa nhận nước (CNN) dùng để đóng mở dòng nước vào kênh dẫn trên tuyến năng lượng Nhà máy thuỷ điện.
Cửa nhận nước có 1 khoang, gồm một rãnh làm việc của lưới chắn rác, một rãnh cửa sửa chữa và một rãnh cho cửa van vận hành.
Lưới chắn rác (LCR) 3.0-3.5-2.0m được đặt trong rãnh riêng nằm về hướng thượng lưu. Lưới nhằm ngăn rác rưởi, vật nổi có kích thước lớn trôi vào kênh dẫn nước. Đóng mở lưới chắn rác trong trạng thái nước tĩnh bằng pa lăng xích sức nâng 3T. Làm sạch lưới bằng phương pháp vớt rác thủ công.
Cửa van sửa chữa cửa nhận nước loại phẳng trượt xả sâu, đóng mở trong trạng thái nước tĩnh, kích thước 3.0-3.0-6.06 m dùng để sửa chữa khi khoang cửa vận hành có sự cố.
Cửa van vận hành cửa nhận nước là loại cửa van phẳng bánh xe xả sâu đóng mở trong trạng thái nước động. Kích thước 3.0-3.0-6.06m. Cửa van dùng để ngăn đường dẫn nước từ hồ chứa vào kênh dẫn nước. Vận hành cửa van bằng máy nâng
kiểu vít, loại máy vít 20VĐ1, (đóng mở bằng tay và động cơ điện làm việc) sức nâng 20T.
5.2.2. Cửa xả cát
Thiết bị cơ khí cửa xả cát dùng để xả cát khi hồ bị bồi lắng trong quá trình nhà máy hoạt động.
Cửa xả cát có 1 khoang bao gồm rãnh cho cửa sửa chữa và rãnh cho cửa vận hành Cửa van sửa chữa loại phẳng trượt xả sâu, đóng mở trong trạng thái nước tĩnh, kích thước 2.9-2.5-11m dùng để ngăn cống xả cát khi khoang cửa vận hành có sự cố.
Cửa van vận hành cửa xả cát là loại cửa van phẳng bánh xe xả sâu đóng mở trong trạng thái nước động. Kích thước 2.9-1.5-11m. Cửa van dùng để ngăn cống xả cát tích nước cho hồ chứa và xả cát khi lòng hồ bị bồi lắng. Vận hành cửa van bằng máy nâng kiểu vít 30VĐ1, sức nâng 30T.
Vận hành cửa van phẳng trượt sửa chữa bằng pa lăng xích 5T
5.2.3. Bể áp lực
Thiết bị cơ khí (TBCK) cửa nhận nước (CNN) dùng để phục vụ hoạt động cửa vào đường dẫn tổ máy nhằm đảm bảo hoạt động an toàn của nhà máy.
Cửa nhận nước có 1 khoang, gồm một rãnh làm việc của lưới chắn rác, một rãnh cho cửa sửa chữa và một rãnh cửa van vận hành.
Lưới chắn rác (LCR) 3.6-3.4-2.0m được đặt trong rãnh riêng nằm về hướng thượng lưu. Lưới nhằm ngăn rác rưởi, vật nổi rơi vào tua bin. Làm sạch lưới bằng phương pháp vớt rác thủ công.
Cửa van sửa chữa loại phẳng trượt xả sâu, đóng mở trong trạng thái nước tĩnh, kích thước 2.2-2.0-4.5m dùng để ngăn cửa vào đường dẫn nước trong trường hợp cần sửa chữa khoang cửa vận hành.
Cửa van vận hành cửa nhận nước là loại cửa van phẳng bánh xe xả sâu đóng mở trong trạng thái nước động. Kích thước 2.0-2.0-4.5m. Cửa van dùng để ngăn đường dẫn nước trong trường hợp sửa chữa hoặc sự cố đường ống dẫn nước hoặc nhà máy thuỷ điện. Vận hành cửa van bằng máy nâng kiểu vít loại máy vít 2A- 20T, (đóng mở bằng tay và đóng mở bằng động cơ điện với tốc độ nhanh) sức nâng 20T.
Để phục vụ lưới chắn rác, cửa van sửa chữa dùng pa lăng điện có sức nâng 5T.
Để lựa chọn đường kính ống, đã đưa ra các phương án đường kính ống chung là 1,6m, 1,8m, 2m và 2,2m. Qua tính toán tổn thất thuỷ lực đường ống, tính toán nước va và đảm bảo điều chỉnh tuabin kiểm tra chiều dày thành ống thép của các phương án cho thấy nếu giá bán điện không dưới 500VNĐ/Kwh và đơn giá gia công đường ống với thép CT3 không quá 22.106 VNĐ/T thì phương án D=2m là hợp lý. Ngoài ra, do NMTĐ Đak ru lắp tuabin HLD06A-WJ-71 có Hopt lớn hơn nhiều so với Htt nên để tăng thêm công súât khả dụng mùa lũ cần giảm bớt tổn thất cột nước đường dẫn. Do đó chon D=2m (xem phụ lục tính toán).
Về chiều dày thành ống, đoạn từ bể áp lực đến mố néo số 2 dày 12mm, đoạn từ mố néo số 2 đến mố néo số 3 dày 14mm, đoạn từ mố néo số 3 đến mố néo số 4 dày 16mm. ống nhánh vào các tổ máy có đường kính trong D=1m chiều dày thành ống 14mm. Qua tính toán kiểm tra cho thấy với chiều dày thành ống chọn như trên đảm bảo điều kiện bền khi gặp trường hợp 3 tổ máy cùng dừng sự cố do sa thải đồng thời toàn bộ phụ tải làm áp lực nước tăng cao cũng như trường hợp thử áp lực nước. Với chiều dày trên đảm bảo đủ độ cứng cần thiết trong vận chuyển, lắp đặt cũng như trong vận hành. Với mô men đà của tổ máy (có bánh đà) trong khoảng 3Tm2 mà phía cung cấp thiết bị có thể đáp ứng thì với thời gian đóng tuabin 4sec, áp lực nước va sẽ không vượt quá 22,65 m và tốc độ quay tổ máy không vượt quá 47% tốc độ quay đồng bộ khi cả 3 tổ máy cùng dừng sự cố do sa thải đồng thời toàn bộ phụ tải.
a) Chiều dày thành ống được xác định từ áp suất bên trong theo công thức sau:
c x x pxD a + = η σ δ 2 0
Trong đó: p - áp suất tính toán (KG/cm2)
D0 - đường kính trong của đường ống (cm) σa - ứng suất cho phép của vật liệu (KG/cm2) η - hệ số đường hàn = 0.85
c – chiều dày dự trữ ăn mòn 2 mm
b) Kết cấu của các đai tăng cứng phải đảm bảo:
- Đối với ống đặt lộ thiên, các đai tăng cứng phải có kết cấu phù hợp với điều kiện môi trường và quá trình gia công lắp đặt.
- Đối với các đoạn ống đặt ngầm trong bê tông các đai tăng cứng phải có kết cấu phù hợp với điều kiện thi công bê tông chèn và quá trình gia công lắp đặt. - c/ Khoảng cách đai tăng cứng phải đảm bảo:
- Đối với ống đặt lộ thiên, khoảng cách các đai tăng cứng phải được đảm bảo ổn định của vỏ ống tại mặt cắt giữa hai đai khi chịu áp suất bên ngoài là áp suất
khí quyển và bên trong phát sinh chân không và hệ số dự phòng an toàn K = 1.3
- Đối với các đoạn ống đặt ngầm trong bê tông khoảng cách đai tăng cứng phải đảm bảo ổn định của vỏ ống tại mặt cắt giữa hai đai khi chịu áp suất bên ngoài do bê tông bọc = 3KG/cm2,bên trong phát sinh chân không với hệ số dự phòng an toàn K = 1.3
c) Ứng suất cho phép
- Ứng suất cho phép của thép đối với tổ hợp ứng suất chính của tải trọng tính toán bình thường được tính như sau:
Ứng suất kéo σa = 0.5σy σy - ứng suất chảy của vật liệu
- Ứng suất cho phép của thép đối với tổ hợp ứng suất chính + phụ của tải trọng tính toán bình thường được tính như sau:
Ứng suất kéo σa = 0.75σy
σy - ứng suất chảy của vật liệu
- Ứng suất cho phép của thép đối với tổ hợp ứng suất chính + phụ của tải trọng tính toán đặc biệt được tính như sau:
Ứng suất kéo σa = (0.85÷0.90)σy σy - ứng suất chảy của vật liệu
Qua đó lập sơ đồ tính toán tải trọng tác dụng lên các mố của tuyến đường ống. Sau đó tính ổn định và kiểm tra bền cho đường ống áp lực ứng với các tổ hợp tải trọng. Các phương án đường kính trong D0 = 1.6; 1.8; 2.0; 2.2 cũng đã được nghiên cứu. Trên cơ sở khối lượng đường ống, tổn thất năng lượng qua tính toán đường kính kinh tế của các phương án cho thấy phương án D0 = 2 m là phương án có các chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế tốt nhất.
Toàn bộ chiều dài đường ống được hàn nối từ các đoạn ống dài 6.0 m. Mỗi đoạn lại được hàn từ các khoanh chiều dài 2.0 m từ các tấm thép được uốn cong tại nhà máy theo đường kính. Các mối hàn dọc được đặt so le nhau theo chu vi một khoảng không nhỏ hơn 400mm.
Trước khi đi vào vận hành đường ống tiến hành công tác thử nghiệm. Đối với công trình thuỷ điện ĐAKRU tiến hành thử theo một bậc. áp lực thử nghiệm bằng 1.15 lần áp lực tính toán. Việc cấp nước cho quá trình thử được lấy từ bể áp lực làm đầy tuyến ống, sau đó dùng bơm tăng áp để tăng lên giá trị áp lực thử nghiệm. Thời gian thử không nhỏ hơn 5 phút
5.2.5. Hạng mục nhà máy thuỷ điện
1) Nguyên tắc chung của thiết kế bố trí và thành phần của đề án
Thiết kế bố trí công nghệ trong đề án là xác định vị trí lắp đặt của thiết bị công nghệ chính và phụ, có tính quyết định lớn trong việc xác định kích thước, kết cấu hợp lý của phần kỹ thuật thủy công và xây dựng công trình. Vì vậy thiết kế bố trí công nghệ trong đề án cần đảm bảo:
- Sự hợp lý nhất trong việc bố trí thiết bị, cho phép giảm đến mức hợp lý kích thước công trình.
- Khả năng hoạt động sản xuất ổn định, tin cậy lâu dài của thiết bị với các thông số yêu cầu, trên cơ sở tiêu chuẩn thiết kế công nghệ, nguyên tắc vận hành kỹ thuật, phòng chống cháy, bảo vệ môi trường.
- Tiện lợi và kinh tế cao trong việc vận hành thiết bị, khai thác công trình, nhà xưởng và điện tích đất đai.
- Cơ giới hoá công tác sửa chữa, cho phép tiếp cận thiết bị một cách tiện lợi để đảm bảo công tác bảo vệ, sửa chữa, tháo dỡ và vận chuyển thiết bị cũng như trang thiết bị sửa chữa.
- Thực hiện các yêu cầu về kỹ thuật vệ sinh an toàn môi trường. giảm đến mức tối thiểu tác động xấu tới con người và môi trường xung quanh.
2) Gian máy
Là thành phần chính của công trình nơi lắp đặt các thiết bị công nghệ. Chiều rộng gian máy là 7,6m, chiều cao được chọn theo nhu cầu vận chuyển lắp đặt các tổ máy.
Trong gian máy trạm thuỷ điện được đặt một cầu trục chuyên dụng sức nâng 20T. Cầu trục này dự kiến để lắp ráp, tháo rời tua bin, máy phát và thực hiện công tác sửa chữa trong gian máy.
Cao trình sàn lắp ráp 304.2m, cao trình ray cầu trục 309.8m.
Móc chính của cầu trục sức nâng 20T có hai tốc độ nâng với khoảng biến đổi 1:10. Tốc độ nâng nhỏ nhất = 0.1m/phút .
Thiết bị cơ khí (TBCK) cửa hạ lưu (CHL) dùng để phục vụ khi sửa chữa phần nhà máy.
Cửa hạ lưu có 3 khoang, ứng với mỗi một kênh dẫn ra của nhà máy là một bộ cửa. Cửa van hạ lưu là loại phẳng trượt xả sâu, đóng mở trong trạng thái nước tĩnh, kích thước 3,5-2-10,73 m dùng để ngăn không cho dòng nước chảy vào phần tua bin trong trường hợp cần sửa chữa, bảo dưỡng tua bin.
5.3. THIẾT BỊ THỦY LỰC CHÍNH5.3.1. Tuabin thuỷ lực 5.3.1. Tuabin thuỷ lực
Tua bin thủy lực là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống thiết bị cơ khí thủy lực nên phải lựa chọn tua bin phù hợp với dải cột nước, lưu lượng của trạm, phù hợp với quá trình diễn biến dòng chảy năm và vị trí làm việc của trạm trong hệ thống. Với dải cột nước 77.30 m ÷87.00 m, công suất một tổ máy 2.3 MW Tua bin được chọn cho dự án thủy điện ĐăkRu là Tua bin Francis, trục ngang, buồng xoắn kim loại, ống hút thẳng.
Qua phân tích lựa chọn cho thấy phương án hợp lý có D1< 0.71m; n= 1000 vòng/phút và [HS] ≥0
Thông số kỹ thuật chính của tua bin thủy lực được lựa chọn + Cột nước tinh (netto)
Cao nhất Thấp nhất Tính toán Hmax Hmin Htt : 87.00 m : 77.30 m : 82.20 m + Số tổ máy : 03 tổ
+ Công suất định mức tổ máy Nđm : 2.3 MW
+ Kiểu loại Tua bin :Tua bin Francis - Trục ngang
HLD06a-WJ-71
+ Công suất trên trục tua bin Nt : 2.442 MW
+ Đường kính BXCT D1 : 0.71 m
+ Số vòng quay định mức nđm : 1000 vòng/phút
+ Số vòng quay lồng nl : 1650 vòng/phút
+ Hiệu suất tua bin ηT : 89.00 %
+ Hiệu suất lớn nhất ηmax : 91.50 %
+ Chiều cao hút yêu cầu HS : + 0.4 m
+ Khối lượng tua bin GT : 10.50 T
+ Khối lượng bánh xe công tác Gbx : 0.13 T
+ Chiều quay thuận chiều kim đồng hồ nhìn từ máy phát xuống
Việc bố trí 3 tổ máy tua bin Francis trục ngang được thể hiện trên các bản vẽ ĐR- CK –04-(01÷08). Khoảng cách giữa các tổ máy là 8.4 m. Tâm tổ máy cách tường thượng lưu của nhà máy 4.96 m và cách tường hạ lưu nhà máy là 4.14 m.
1) Tóm lược về kết cấu tua bin
- Tua bin được trang bị đồng bộ tất cả thiết bị phụ cần thiết và hệ thống tự động điều chỉnh bao gồm: máy điều tốc, thiết bị dầu áp lực và tủ đo lường, bảo vệ và tự động hoá.
- Chiều quay bánh xe công tác: theo chiều kim đồng hồ khi nhìn từ đầu máy phát về phía tua bin.
+ Bánh xe công tác có kết cấu hàn liền khối, cánh bánh xe công tác, vành dưới, may ơ, vành chắn nước được đúc từ thép không rỉ. Đường kính cửa vào D1=710mm.
+ Buồng xoắn ốc tua bin có mặt cắt tròn với góc ôm ϕ=3450, được chế tạo bằng phương pháp đúc hoặc tổ hợp hàn, kèm theo bộ phận trụ đỡ vòng bệ stator để tăng độ cứng vững của buồng xoắn và phân bố lưu tốc dòng chảy trước khi vào bộ phận cách hướng nước. Buồng xoắn được bắt chặt xuống nền bằng các bu lông néo. Tại vị trí cao nhất của buồng xoắn phải được bố trí ống xả khí.
+ Cơ cấu cánh hướng nước: Cơ cấu điều khiển dòng nước bao gồm: cánh hướng nước, các tay đòn, vành dẫn động và các chốt cắt bảo vệ. Cơ cấu cánh hướng nước phải đảm bảo đóng mở nhẹ nhàng, điều chỉnh lưu lượng nước qua bánh xe công tác của tua bin một cách êm thuận, linh hoạt để thay đổi công suất phát ra của tua bin. Phải đảm bảo độ kín nước khi cơ cấu hướng nước đóng hoàn toàn, nước rò rỉ qua các cánh hướng không được ảnh hưởng đến chế độ dừng máy, cho dù tổ máy không được phanh hãm. Chốt cắt được bố trí giữa các cần nối vành dẫn động và cánh hướng.
+ Trục tua bin để truyền tải mô men quay, có kết cấu hình ống, đầu trục có mặt bích để bắt nối với bánh xe công tác và trục máy phát.
+ Ổ trục tua bin được bôi trơn bằng dầu và dầu được làm mát bằng nước cung cấp từ hệ thống cung cấp nước kỹ thuật.
Tất cả các bộ phận đo lường, kiểm tra, hiệu chỉnh tua bin đều được bố trí ở những vị trí thuận tiện tiếp cận, thao tác và bảo dưỡng.
2) Cao trình đặt tua bin
Cao trình đặt tua bin được lựa chọn từ cao trình mức nước hạ lưu thấp nhất là 297.7m và chiều cao hút Hs cho phép ≥ 0.4 m (theo hợp đồng mua thiết bị). Cao trình tâm tua bin chọn là 298.05 m. Cao trình đặt tua bin sẽ quyết định cuối cùng sau khi có trị số Hs của phía cung cấp thiết bị.
3) Phân tích nước va và đảm bảo điều chỉnh
Kết quả tính toán sơ bộ nước va xẩy ra trong quá trình điều chỉnh tổ máy dẫn ra trong phụ lục tính toán cho thấy:
Thời gian đóng tua bin của máy điều tốc Ts, trị số áp lực nước va tăng, hệ số vượt tốc cho phép của máy phát điện và mô men quán tính của tổ máy GD2 có sự liên quan mật thiết:
Căn cứ vào các thông số của đường ống áp lực dẫn nước vào tua bin, điều kiện xẩy ra sự cố sa thải toàn bộ phụ tải của nhà máy thuỷ điện ở chế độ vận hành 100% công suất định mức 6900 kW và trị số nước va tăng cho phép không vượt quá < 30%. Do dó lựa chọn các thông số đảm bảo điều chỉnh tổ máy thuỷ lực như sau:
- Thời gian đóng hoàn toàn tua bin Ts = 4s - Nước va tăng lớn nhất Hmax = 104.85 m