I. THIẾT BỊ CƠ KHÍ THUỶ LỰC
1.1. Lựa chọn tuabin và các thông số chính
1.1.1. Lựa chọn loại tua bin thuỷ lực
Công trình thủy điện Hà Tây là loại công trình thuộc phạm vi cột nước thấp, có thể lựa chọn 02 phương án tuabin Francis và tuabin Chong chóng. Tuabin Francis có phạm vi tỷ tốc 60 đến 400. Tuabin Chong chóng có phạm vi tỷ tốc từ 300 đến 800.
Với dải cột nước tác dụng lên tua bin thủy điện Hà Tây thay đổi từ 20,66m đến 22,23m, theo tính toán hệ số tỷ tốc Tuabin là ns=537,21 nên kiến nghị loại Tua bin dùng cho nhà máy thuỷ điện Hà Tây là tua bin Chong chóng.
Tuabin chóng chóng có thể sử dụng 2 dạng: Trục đứng và trục ngang.
Tuabin chóng chóng trục ngang có ưu điểm nhỏ gọn, dễ tháo lắp, bảo dưỡng. Tuy nhiên thực tế tuabin chóng chóng trục ngang chỉ vận hành với hiệu suất cao trong phạm vi cột nước từ 5-15m bởi:
- Tuabin trục ngang được bố trí dòng thẳng nên yêu cầu độ chênh cột nước thượng hạ lưu không quá lớn.
- Tuabin chong chóng bị hạn chế bởi khí thực nên nhà máy trục ngang sẽ bị dìm sâu nếu hoạt động ngoài phạm vi cột nước trên.
Trong phạm vi cột nước của thủy điện Hà Tây, hiệu suất làm việc của tuabin trục ngang là không đảm bảo. Do đó, Tư vấn thiết kế kiến nghị sử dụng tuabin chong chóng trục đứng cho thủy điện Hà Tây.
1.1.2. Lựa chọn số tổ máy
Với công suất lắp máy NLM = 9,0 MW, để bảo đảm an toàn cho việc cấp điện và thoả mãn điều kiện vận chuyển thiết bị không chọn phương án 1 tổ máy. Nếu số tổ máy lớn hơn 3 tổ máy thì khối lượng thiết bị và xây lắp sẽ rất lớn đồng thời chi phí vận hành sẽ tăng. Do đó, chỉ nên xem xét hai phương án: 2 tổ máy và 3 tổ máy để tính toán và lựa chọn.
a. Phương án 1: Tua bin chong chóng 2 tổ máy
Ưu điểm:
- Số tổ máy ít nên khối lượng thiết bị nhỏ đồng thời thuận tiện trong qúa trình giám sát, vận hành, bảo dưỡng.
- Vốn đầu tư thấp.
- Hiệu suất tuabin cao hơn so với phương án 2.
BVTC
- Khả năng an toàn cấp điện của phương án I thấp hơn vì khi sự cố một tổ máy thì mất 50% năng lượng điện toàn nhà máy.
b. Phương án 2: Tua bin chong chóng 3 tổ máy
Ưu điểm:
- Khả năng an toàn cấp điện của phương án 2 tốt hơn phương án 1. Tuy nhiên do phạm vi điều chỉnh lưu lượng của tua bin chong chóng rất hẹp nên số tổ máy lớn hơn không cải thiện được nhiều hiệu suất trung bình toàn nhà máy.
Nhược điểm:
- Hiệu suất tuabin thấp hơn phương án 1.
- Mặc dù đường kính bánh xe công tác giảm nhưng không nhỏ hơn đáng kể so với phương án 1 nên kích thước nhà máy sẽ lớn hơn. Kích thước và khối lượng tuyến năng lượng sẽ tăng lên.
- Do Hệ số tỷ tốc không đổi nên Phương án 2 bị hạn chế bởi yếu tố khí thực, cao trình đặt bánh xe công tác thấp hơn phương án 1. Chi phí xây dựng nhà máy sẽ lớn hơn đáng kể.
- Số tổ máy nhiều nên khối lượng thiết bị, khối lượng xây dựng và chi phí vận hành tăng nên chi phí đầu tư lớn hơn phương án I.
- Vận hành phức tạp so với quy mô công suất nhà máy.
Qua phân tích ưu nhược điểm của 2 phương án và căn cứ vào các kết quả phân tích chỉ tiêu kinh tế tài chính, kiến nghị chọn phương án 02 tổ máy.
Các thông số kỹ thuật chính của tua bin được chọn như sau:
- Số tổ máy Z : 02 tổ
- Kiểu Tuabin : Chong chóng trục đứng
- Công suất định mức tổ máy Nđm : 4,5 MW - Công suất trên trục tua bin Nt : 4,737 MW
- Đường kính BXCT D1 : 2,00 m
- Số vòng quay định mức nđm : 300 v/ph
- Số vòng quay lồng nl : 480,0 v/ph
- Cột nước cao nhất Hmax : 22,23 m
- Cột nước tính toán Htt : 21,05 m
- Hiệu suất tua bin ηT : 91,65 %
- Lưu lượng qua tua bin QT : 25,50 m3/s
- Chiều cao hút Hs : -1,0 m
- Khối lượng tua bin GT : 42,70 T
BVTC
- Chiều quay theo chiều kim đồng hồ nhìn từ máy phát xuống
1.1.3. Lựa chọn cao trình đặt BXCT.
Cao trình đặt BXCT của tua bin được chọn là khoảng cách từ mực nước hạ lưu nhỏ nhất tới tâm BXCT, được chọn để đảm bảo khả năng vận hành tua bin không bị xâm thực. Cao độ đặt BXCT phụ thuộc vào cao độ mức nước hạ lưu nhỏ nhất tại tuyến nhà máy.
Mực nước hạ lưu nhỏ nhất là 546,30m.
Chiều cao hút (HS) yêu cầu sẽ được chính xác lại sau khi thoả thuận với nhà máy chế tạo tua bin, nhưng giá trị trên sẽ thay đổi không nhiều.
Như vậy cao trình đặt BXCT ở cao độ 544,80 m là đảm bảo được HS yêu cầu