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
- Mô men quán tính yêu cầu đối với tổ máy GD2 = 4 Tm2 (Với hệ số vượt tốc β=0.6).
5.3.2. Máy điều tốc
1) Yêu cầu của máy điều tốc.
- Kiểu loại máy điều tốc: Điện-Thủy lực và thiết bị dầu áp lực thao tác. - Phương thức điều chỉnh: Tự động
- Năng lực điều chỉnh A=1000 Kgm
- Dung tích thùng dầu khí V=l m3 ; áp suất p=2.5 MPa
2) Các thông số kỹ thuật chính của máy điều tốc
Kiểu loại máy điều tốc Điện - Thuỷ lực với PID - Kỹ thuật số
- Thời gian đóng mở (có thể chỉnh định), 2 ~ 6 giây
- Hằng số thời gian gia tốc, 0 ~ 3,5 giây
- Vùng làm việc không nhậy theo tần số , ≤ 0.1% - Thời gian chết Thi công, ≤ 0.2 giây
- Phạm vi điều chỉnh vòng quay , 85% đến 110% - Thiết bị dầu áp lực thao tác , p = 2.5 MPa
5.3.3. Máy phát điện
1) Thông số kỹ thuật của máy phát điện.
Máy phát điện là loại máy phát trục ngang được chọn đồng bộ với Tua bin
Loại máy phát : Đồng bộ 3 pha, trục ngang
Ký hiệu : SFW2500-6/1730
Công suất biểu kiến định mức, PS : 2.875 KVA Công suất hữu công định mức, Nmp : 2.5 MW
Hiệu suất máy phát, ηmp : 94.2%
Điện áp định mức, Uđm : 6.3 kV
Dòng điện định mức Iđm : 275 A
Hệ số công suất định mức Cosϕ : 0.80 lag(chậm)
Tần số định mức, fđm : 50 Hz
Số vòng quay định mức, nđm : 1000 v/ph
Số vòng quay lồng, nl : 1650 v/ph
Điện kháng vuông góc đồng bộ : Xd =1.101
Điện kháng thăng bằng đồng bộ : Xd =0.625
Mô men đà dự kiến, GD2 : 3-4 Tm2
Trọng lượng máy phát ước tính, GMP : 16.0 đến 18.0 Tấn
Cấp cách điện : Cấp F
Chiều quay máy phát cùng chiều với tua bin.
2) Kết cấu chính máy phát
Máy phát thủy lực được nối trực tiếp với tua bin
Stator máy phát có phần vỏ là kết cấu thép hàn, toàn bộ trọng lượng của máy phát được truyền lên đế máy qua ổ trục rồi truyền lên bê tông cốt thép trong nền nhà máy.
Ổ trục máy phát loại thông dụng với các xecmăng phủ babít, bôi trơn bằng dầu. Dầu được làm mát bằng nước qua các bộ trao đổi nhiệt. Ổ trục máy phát phải có kết cấu hợp lí để đảm bảo.
+ Làm việc liên tục bình thường với vòng quay từ 50 ÷ 110% vòng quay định mức.
+ Làm việc bình thường trong 15 phút với số vòng quay định mức trong điều kiện mất nước trong bộ trao đổi nhiệt.
+ Dừng tổ máy bình thường khi mất nước làm mát trong bộ trao đổi nhiệt. + Làm việc bình thường trong 5 phút với số vòng quay lồng của tổ máy, trong
điều kiện lưu lượng bình thường qua bộ trao đổi nhiệt.
3) Hệ thống phanh
Quá trình thực hiện phanh hãm rotor tổ máy được thực hiện tự động bắt đầu từ lúc số vòng quay của tổ máy giảm xuống còn 15-20% số vòng quay định mức.
4) Hệ thống làm mát máy phát
Máy phát điện được làm nguội cưỡng bức bằng không khí theo sơ đồ tuần hoàn hở. Không khí lạnh từ gian máy được đưa vào hầm máy phát trực tiếp và hấp thụ nhiệt của máy phát, sau đó đưa ra ngoài bằng rãnh thông gió và quạt hút thải. Phải đảm bảo nhiệt độ tăng lên trong các cuộn dây stator, rotor không vượt quá 750C.
5.3.4. Hệ thống kích thích máy phát
Hệ thống kích thích máy phát - kiểu máy biến áp - chỉnh lưu Thyristor.
Hệ thống đảm bảo quá trình kích thích và tự động kiểm tra quá trình kích thích máy phát ở các chế độ sau:
- Kích thích ban đầu - Chạy không tải
- Khởi động tự động và hoà vào lưới theo phương pháp hoà đồng bộ chính xác. - Đảm bảo khả năng làm việc của máy phát trong hệ thống điện với các điều
kiện vận hành chấp nhận được cho máy phát.
- Gia cường kích thích với bội số cho trước theo điện áp và dòng điện trong điều kiện có sự vi phạm các thông số định mức trong hệ thống gây giảm điện áp tại thanh cái nhà máy.
- Giảm kích thích khi trong hệ thống có sự vi phạm các thông số định mức, gây tăng điện áp tại thanh cái nhà máy.
Mỗi Tua bin thủy lực được trang bị 01 van tua bin để kiểm tra và sửa chữa Tua bin mà không cần phải tháo nước đường ống áp lực và dừng các tổ máy khác. Ngoài ra van trước Tua bin còn có nhiệm vụ đóng nhanh dòng chảy để bảo vệ tổ máy trong trường hợp sự cố mà máy điều tốc không làm việc được.
Van tuabin là loại van đĩa có đường kính trong 1.0 m đảm bảo lưu lượng nước là 3.56 m3/s. Van này được vận hành bằng điện.
Bảng các thông số cơ bản của các van trước tua bin
Kiểu loại Van đĩa thao tác bằng điện
Ký hiệu D941X-16/DN1000
Đường kính 1000mm
Cột nước làm việc lớn nhất Hmax = 160 m
Số lượng 03
Trọng lượng van < 3.0 tấn
- Van tua bin được trang bị thiết bị điều khiển đóng mở tại chỗ.
- Để thuận tiện cho việc lắp ráp sửa chữa, van tua bin phải được trang bị kèm theo đoạn lắp ráp (bù trừ), đường kính trong của đoạn lắp ráp Do =1000 mm. - Van tua bin phải được trang bị hệ thống van cân bằng áp lực (bypass) trước và
sau van làm nhiệm vụ tích nước cho tua bin. Việc tháo cạn nước trong đường ống áp lực được thực hiện như sau: Tháo trực tiếp qua một ống dẫn đặt trước van tua bin xuống ống xả và thoát ra hạ lưu, phần nước còn lại được dẫn xuống hầm tập trung nước, dùng hệ thống máy bơm tiêu bơm thoát xuống hạ lưu. Lượng nước trong đoạn ống từ sau van tua bin đến buồng xoắn và trong buồng xoắn được dẫn về hầm tập trung nước và dùng hệ thống máy bơm tiêu bơm thoát xuống hạ lưu.
- Hệ thống van cân bằng áp lực phải đảm bảo thao tác: Bằng tay, tự động, tại chỗ và từ xa.
5.4. CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHỤ 5.4.1. Hệ thống cung cấp nước kỹ thuật
Nước kỹ thuật cung cấp cho: Các bộ trao đổi nhiệt làm mát máy phát điện, hệ thống dầu bôi trơn ỗ đỡ và gioăng làm kín trục…
Hệ thống cấp nước kỹ thuật phải đảm bảo cấp nước sạch không ngừng tới các hộ tiêu thụ, nhằm giữ ổn định chế độ nhiệt cho các bộ phận đang làm việc của tổ máy ở chế độ làm việc ổn định cũng như chế độ làm việc chuyển tiếp.
Sơ đồ cấp nước kỹ thuật được chọn gồm: Hai (02) cửa lấy nước độc lập từ hạ lưu nhà máy φ150 mm cho bốn (04) máy bơm (03 bơm làm việc, 01 bơm dự phòng), năng suất bơm Q = 45 m3/h, cột áp H = 30 m. Bốn (04) bộ lọc (03 bộ lọc làm việc và 01 bộ lọc dự phòng) ), năng suất bộ lọc Q =45 m3/h, P = 1.0 Mpa, cùng các thiết bị van, khoá, thiết bị đo và hệ thống đường ống dẫn khác. Lưu lượng nước sau khi làm mát được xả về hạ lưu. Hệ thống được bố trí tại cao trình ∇294.58 m. (Xem bản vẽ: ĐR-CK-04-02-01)
5.4.2. Hệ thống bơm thoát nước tổ máy
Việc tháo khô phần dẫn dòng tua bin là điều kiện kỹ thuật bắt buộc khi cần sửa chữa tổ máy và phần kết cấu ngầm. Toàn bộ phần dẫn dòng sẽ được làm kín nước bằng van trước tua bin và van sửa chữa tại cửa ra hầm xả (cửa van hạ lưu)
Van Dy=100 tháo nước từ đường ống dẫn nước trước và sau van trước tua bin xuống hầm xả được đặt tại tầng van tua bin cao trình ∇294.58 m . Điểm thu nước từ ống áp lực trước và sau van tua bin vào hầm xả được bố trí tại cao trình thấp nhất của đường ống và có lưới ngăn rác.
Để tháo nước rò rỉ toàn nhà máy, toàn bộ lượng nước rò rỉ được dẫn xuống cao trình đặt van trước tua bin ∇494.58 m , từ cao trình này nước được tháo xuống bể thu nước rò rỉ cao trình ∇292.30 m, từ bể này nước được tách dầu, phần nước sạch được dẫn xuống hạ lưu qua bể thu nước tháo khô.
5.4.3. Hệ thống khí nén nhà máy thuỷ điện
Hệ thống khí nén được bố trí 02 máy nén khí di động áp lực 0.8 Mpa. Hệ thống này được sử dụng để phục vụ các nhu cầu:
- Cấp khí nén ban đầu cho Máy điều tốc và thiết bị dầu áp lực. - Cấp khí nén cho hệ thống đo lường kiểm tra các thông số thuỷ lực.
- Cấp khí nén cho nhu cầu kỹ thuật sử dụng các dụng cụ vận hành bằng khí nén trong sửa chữa và các nhu cầu sử dụng khác.
5.4.4. Hệ thống nước phòng hoả
Nguồn nước chữa cháy được lấy trên đường ống chung của hệ thống cung cấp nước kỹ thuật, các nhánh rẽ dẫn nước đến các hộp phòng hoả có trang bị vòi rồng đặt trong các gian máy. Ngoài ra trong gian máy còn trang bị các bình bọt, bình
CO2 và các thùng cát dập cháy. Cùng với hệ thống tín hiệu báo cháy (chuông, rơ le khói...)
5.4.5. Hệ thống dầu nhà máy thuỷ điện
Hệ thống dầu tuabin tổ chức theo kiểu trạm dầu được bố trí bên trong nhà máy gồm: Các thùng chứa dầu sạch, dầu vận hành, dầu cặn, máy bơm dầu, máy lọc li tâm, hệ thống ống dẫn đến các tổ máy.
Hệ thống dầu máy biến áp không trang bị. Việc thay thế dầu máy biến áp dự kiến thực hiện ở cơ sở chuyên ngành.
5.4.6. Hệ thống đo lường thuỷ lực
Hệ thống đo lường các trị số thuỷ lực của nhà máy thuỷ điện để phục vụ cho việc tự động điều chỉnh các tổ máy bằng các số liệu đo liên tục mức nước thượng hạ lưu, tổn thất cột nước ở lưới chắn rác, lưu lượng dòng chảy qua tuabin. Ngoài ra còn cả mức nước BAL để có thể khống chế độ mở cửa van thượng lưu theo yêu cầu máy phát điện.
5.4.7. Xưởng sửa chữa cơ khí nhà máy thuỷ điện
Xưởng sửa chữa cơ khí đặt ở cao trình với sàn máy phát. Xưởng bao gồm các máy cắt gọt kim loại và các dụng cụ phục vụ cho việc sửa chữa thiết bị trong gian máy, số lượng cụ thể sẽ được xác định trong giai đoạn thiết kế tiếp theo.
Bảng 1.1:
STT Tên gọi Thông số kỹ thuật Đơn vị Số lượn g Khối lượng:T Đ.V T. bộ Bảng 1.2: I Thiết bị thuỷ lực chính 122.9
1 Tua bin thuỷ lực. Tua bin Francis - Htt = 82.20 m - NT = 2.402 MW -nđm = 1000 vòng/phút -nlồng= 1650vòng/phút - D1 = 0.71 m Bộ 3 10.0 30.0
- QT = 3.56 m3/s - ηT = 89.00 % - ηtbmax = 91.50 % - Hs = + 0.4 m 2 Máy điều tốc và
thiết bị dầu áp lực Kiểu: Điện – thuỷ lực kỹ thuật số. A = 1000 Kgm
Bộ 3 1.5 4.5
3 Van trước tua bin Van đĩa
D0 = 1000 mm Bộ 3 6.0 18.0