Đồ án Thiết kế tính toán nhà máy thủy điện Nậm Pông, Quỳ Châu, Nghệ An

MỤC LỤC . 1

PHẦN I :GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀCÔNG TRÌNH . 4

CHƯƠNG 1: Tổng quan vềcông trình. 4

1.1 Giới thiệu vềcông trình : . 4

1.2 Nhiệm vụcông trình: . 4

CHƯƠNG 2: Các tài liệu điều tra thu thập được . 5

2.1 Tài liệu về địa hình, địa chất:. 5

2.2 Tài liệu thủy văn : . 6

2.3 Tài liệu vềdân sinh kinh tếtại khu vực dựkiến xây dựng công trình : . 10

2.4 Nhu cầu dung điện : . 11

PHẦN II :TÍNH TOÁN THỦY VĂN . 13

CHƯƠNG 1: Tính toán điều tiết lũ. 13

1.1 Mục đích tính toán điều tiết lũ: . 13

1.2 Chọn phương pháp phòng lũvà biện pháp tháo lũ: . 13

CHƯƠNG 2: Phương pháp tính toán điều tiết lũ. 14

2.1 Tính toán với lưu lượng thiết kế: . 14

1.2 Tính toán với lưu lượng kiểm tra :. 14

PHẦN III: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG. 15

CHƯƠNG 1:Bốtrí sơbộcông trình . 15

1.1 Bốtrí các công trình đầu mối : . 15

1.2 Cách bốtrí các công trình trên tuyến năng lượng :. 16

CHƯƠNG 2:Tính toán thủy năng . 18

2.1 Chọn hình thức điều tiết :. 18

2.2 Tính toán thủy năng : . 18

2.3 Lựa chọn các thông sốthiết kế: . 22

2.4 Phương pháp tính toán thủy năng : . 404

2.5 Kết quảtính toán thủy năng : . 26

PHẦN IV: CÔNG TRÌNH THUỶCÔNG . 28

CHƯƠNG 1: Xác định cấp công trình và các chỉtiêu . 28

1.1 Nhiệm vụcủa các công trình thủy công nói chung : . 28

1.2 Nhiệm vụvà cấp thiết kếcủa công trình : . 28

CHƯƠNG 2: Chọn tuyến và bốtrí tổng thểcông trình. 30

2.1 Chọn tuyến đập và giải pháp kết cấu chính : . 30

2.2 Bốtrí tổng thểcông trình : . 30

CHƯƠNG 3: Chọn hình dạng cấu tạo cụm công trình. 32

3.1 Chọn hình dàng cấu tạo đập không tràn : . 32

3.2 Chọn hình dạng mặt cắt cho đập tràn : . 32

CHƯƠNG 4: Tính toán thủy lực đập tràn . 33

4.1 Xác định khẩu diện tràn và cột nước tràn theo mực nước lũthiết kế: . 33

4.2 Xác định cột nước tràn ứng với mực nước lũkiểm tra :. 33

CHƯƠNG 5: Thiết kế đập không tràn . 35

5.1 Mặt cắt cơbản :. 35

5.2 Tính toán mặt cắt thực dụng đập không tràn : . 37

CHƯƠNG 6: Tính toán thiết kế đập tràn.43

6.1 Thiết kếmặt cắt thực dụng của đập tràn : . 43

6.2 Tính toán tiêu năng : . 45

CHƯƠNG 7 : Thiết kếtuyến năng lượng . 49

7.1 Chọn phương thức cấp nước của đường dẫn nước áp lực : . 49

7.2 Công trình lấy nước : . 49

7.3 Tính toán tổn thất thuỷlực qua CLN: . 54

7.4 Thiết kế đường hầm dẫn nước : . 56

7.5 Tính toán tháp điều áp: . 57

7.6 Tính toán đường ống áp lực :. 58

7.7 Tính toán nước va trong đường ống áp lực : . 60

PHẦN V:LỰA CHỌN THIẾT BỊCHO MÁY THUỶ ĐIỆN . 70

CHƯƠNG 1: Chọn sốtổmáy . 70

1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến sốtổmáy của TTĐ: . 70

1.2 Chọn sốtổmáy cho TTĐNậm Pông :. 71

CHƯƠNG 2: Xác định các thông sốcủa turbin và máy phát . 72

2.1 Xác định các thông sốcơbản của turbin : . 72

2.2.Chọn máy phát thủy điện: . 80

CHƯƠNG 3: Chọn thiết bịdẫn và thoát nước . 88

3.1.Thiết bịdẫn nước cho nhà máy thuỷ điện: . 88

3.2.Thiết bịthoát nước cho nhà máy: . 92

CHƯƠNG 4: Chọn thiết bị điều chỉnh turbin . 95

4.1 Nhiệm vụcủa điều chỉnh Turbin: . 95

4.2 Hệthống điều chỉnh turbin : . 96

CHƯƠNG 5: Chọn sơ đồ đấu điện chính, thiết bịnâng hạ .101

5.1 Sơ đồ đấu điện chính:. 101

5.2 Chọn thiết bịphân phối điện cho TTĐNậm Pông : . 104

5.3 Chọn thiết bịnâng chuyển cho TTĐNậm Pông:. 108

PHẦN VI: NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN. 6210

CHƯƠNG 1: Các kích thước cơbản của nhà máy . 6210

1.1 Vịtrí và loại nhà máy : . 6210

1.2 Kết cấu và kích thước phần dưới nước của TTĐ:. 110

1.3 Kết cấu và kích thước phần trên nước của TTĐ:. 63

CHƯƠNG 2: . 66

2.1 Các thiết bịbốtrí trong nhà máy thuỷ điện : .

2.2 Các phòng phụcủa nhà máy : .

PHẦN VII: CHUYÊN ĐỀ .

PHẦN VIII: CÁC PHỤLỤC TÍNH TOÁN.

LỜI CẢM ƠN .

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

pdf76 trang | Chia sẻ: maiphuongdc | Lượt xem: 6857 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế tính toán nhà máy thủy điện Nậm Pông, Quỳ Châu, Nghệ An, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
của phương án được chọn: . 0,0012.5000 6( )ddh i L m∆ = = = - Tổn thất cột nước(cục bộ tai vị trí nối tiếp với CLN) trong đường hầm của phương án được chọn: 2 22, 41 . 0,24. 0,071( ) 2. 2.9,81 h cb cb Vh m g ξ∆ = = = + Hệ số tổn thất: ξcb = 0,24 21,87 2, 41( / ) 9,075h QV m s ω = = = Vậy tổn thất cột nước trong hầm là: 6 0,071 6,071( )dh dd cbh h h m∆ = ∆ = ∆ = + = Kể cả tới tổn thất tại cửa lấy nước thì tổn thất cột nước trước tháp điều áp là: 6,071 0,095 6,166( )dh CLNh h h m∆ = ∆ + ∆ = + = 7.5. Tính toán tháp điều áp: - Do đồ án có hạn nên không tính toán cụ thể tháp. Sơ bộ chọn kích thước như sau: + Tháp điều áp là tháp điều áp kiểu viên trụ có họng cản và sơ bộ chọn đường kính họng cản gần bằng đường kính của đường hầm áp lực dẫn nước từ cửa lấy nước vào tới tháp và bằng 3m. + Đoạn trên tháp có đường kính là 6m. - Tính toán dao động trong tháp sẽ được trình bày kỹ trong phần chuyên đề. 7.6. Tính toán đường ống áp lực. 7.6.1. Tác dụng của đường ống áp lực - Đường ống áp lực của trạm thuỷ điện là đường ống dẫn nước có áp từ hồ chứa (đối với trạm thuỷ điện kiểu đập) hoặc từ bể áp lực hay tháp điều áp (đối với trạm thuỷ điện kiểu đường dẫn) đến turbin nước. Nó có công dụng tạo thành toàn bộ hoặc phần lớn cột nước cho trạm thuỷ điện. Vì vậy nó có đặc điểm là có độ dốc lớn, bố trí gần nhà máy, chịu áp lực nước bên trong lớn nhất của trạm thuỷ điện bao gồm cả áp lực nước va. 7.6.2. Chọn tuyến đường ống: - Việc chọn tuyến đường ống cần căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất mà tuyến đường ống đi qua và phương thức khai thác thuỷ năng đồng thời đảm bảo tốt mấy điểm sau: - Tuyến đường ống ngắn, thẳng để hạ thấp giá thành, giảm tổn thất thuỷ lực, giảm áp lực nước va, từ đó làm cho tổ máy vận hành ổn định. Tuyến ống không nên quá dốc, quá cong. - Đường ống áp lực phải đặt trên nền kiên cố, ổn định; tránh những nơi sạt lở và bố trí theo dốc sườn núi. 7.6.3. Xác định các kích thước cơ bản của đường ống: 1). Chọn loại đường ống và tính đường kính ống: a). Chọn loại đường ống: Trạm thuỷ điện Nậm Pông có cột nước Htt = 162 m, tuyến đường ống được đặt ngoài trời nên chọn loại đường ống là thép có nhiều ưu điểm như bền, rẻ tiền, tiết kiệm được thép làm vỏ ống, lắp ráp đơn giản, tiện lợi. b). Xác định đường kính ống (DKT): Việc xác định đường kính ống căn cứ vào luận chứng kinh tế, kỹ thuật. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, do tài liệu chưa đầy đủ nên chỉ xác định đường kính kinh tế theo lưu tốc kinh tế trong đường ống. Vốn đầu tư xây dựng cơ bản và chi phí vận hành hàng năm của đường ống áp lực tăng theo chiều tăng của đường kính ống, song tổn thất cột nước và áp lực nước va trong đường ống lại tỷ lệ nghịch. Do vậy việc xác định đường kính kinh tế DKT của đường ống áp lực phải thông qua tính toán kinh tế và kỹ thuật để lựa chọn. Tính DKT theo lưu tốc kinh tế: DKT = 3 ax7 5,2. mQ H 3 7 5, 2.21,87 2, 2( ) 227, 2kt D m= = Chọn đường kính của ống là: 2,5(m). + Qmax: Lưu lượng lớn nhất qua đường ống: 3 ax 21,87( / )mQ m s= + H - cột nước lớn nhất khi có kể đến áp lực nước va: H = Hmax + ∆H H = 170,4 +56,8 = 227,2 (m). + ∆H - cột nước do áp lực nước va dương tạo nên sơ bộ có thể lấy. ∆H = max 170, 4 56,8( ) 3 3 H m= = . 2). Xác định chiều dày thành ống (δ): - Tính toán bề dày đường ống: Với ống thép: Sơ bộ tính chiều dày thành ống theo tải trọng tác dụng vào ống, chủ yếu là áp lực nước bên trong. δ = [ ]σϕϕ ...2 ..γ 21 ktDH δ = 3 10.227,2.2,5 0,014( ) 14( ) 2.0,75.0,9.310.10 m mm= = Trong đó : + γ - trọng lượng riêng của nước, lấy γ = 10 (kN/ m3). + Dkt - đường kính đường ống: Dkt = 2,5(m) + [σ] - ứng suất cho phép của thép, (kN/m2), với thép lấy có CT3 ta có: [σ]=3100(kg/cm2) = 310.103 (kN/m2). + ϕ1 - hệ số hạ thấp ứng suất cho phép, thường lấy ϕ1 = 0,75 + ϕ2 – hệ số đường hàn, ϕ2 = 0,9 ÷ 0,95, căn cứ vào kỹ thuật hàn và phương pháp kiểm nghiệm để quyết định. - Khoảng cách trung bình giữa các mố néo: 2,7. ' 15kL r Rq δ≤ ≤ 14( )kL m= 3). Chiều dài đường ống áp lực. Chiều dài đường ống áp lực được đo vẽ trên bình đồ địa hình và xác định được chiều dài đường ống đoạn ống chính tính từ nhà van là 324,5 m. và có độ dốc trung bình là 025 . Phải bố trí các mố ôm và mố đỡ để đường ống được ổn định, trong đó, khoảng các giữa các mố néo là từ 66,97m tới 105 m. Khoảng cách giữa các mố đỡ là 14 m. 7.7. Nước va trong đường ống áp lực 7.7.1. Nước va và ảnh hưởng của nó đối với chế độ làm việc của TTĐ Khi đóng hay mở cửa van thì trong đường ống áp lực, lưu lượng và lưu tốc sẽ thay đổi gây nên sự thay đổi áp lực. Nếu thay đổi lưu tốc một cách đột ngột thì áp lực trong ống cũng thay đổi đột ngột. Sự thay đổi áp lực lúc tăng, lúc giảm xảy ra liên tục tác dụng lên thành ống và gây nên sự rung động thân ống, có khi phát ra những tiếng động dữ dội. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng nước va. Nguyên nhân vật lý của sự tăng giảm áp lực nước va là do lực quán tính của khối nước đang chảy trong thân ống. Khi đóng cánh hướng nước, chuyển động của dòng chảy trong ống là chuyển động chậm dần. Lúc này, hướng của gia tốc dòng chảy sẽ ngược với hướng của gia tốc, do đó hướng của lực quán tính sẽ trùng với hướng của của vận tốc làm tăng thêm áp lực nước trong đường ống gọi là nước va dương. Ngược lại, khi mở cánh hướng nước, chuyển động của dòng nước trong đường ống là chuyển động nhanh dần đều, lực quán tính sẽ đổi hướng ngược lại với chiều dòng chảy, vì vậy trong đường ống có hiện tượng giảm áp lực gọi là nước va âm. Nước va ảnh hưởng lớn đến tình hình làm việc của nhà máy thuỷ điện. Khi xảy ra hiện tượng nước va, áp lực nước trong đường ống thay đổi do đó làm thay đổi cột nước của tua bin. Sự thay đổi áp lực và cột nước do nước va gây nên mặc dù mang tính chất nhất thời nhưng gây khó khăn cho việc điều chỉnh turbin, bởi vì cột nước dao động sẽ gây ra sự dao động công suất và tốc độ quay của turbin. Sự dao động áp lực do nước va gây ra làm tăng ứng suất trong thành buồng turbin và đặc biệt trong thành buồng ống dẫn. Đối với trạm thuỷ điện có chiều dài đường ống áp lực lớn, trị số áp lực nước va dương có thể đạt tới giá trị gấp vài lần cột nước của trạm thuỷ điện. Vì vậy phải xây dựng các công trình làm giảm áp lực nước va (tháp điều áp, van xả không tải, thay đổi kích thước đường ống áp lực) ở mức độ cho phép (dưới 30 ÷ 40% cột nước tính toán của trạm thuỷ điện). Từ đó làm tăng vốn đầu tư và chi phí quản lý vận hành nhà máy. Nước va âm làm áp lực nước trong đường ống áp lực giảm xuống một cách đột ngột, cản trở việc tăng kịp thời công suất của turbin theo yêu cầu của phụ tải. Ngoài ra, để tránh hiện tượng bẹp ống do áp lực trong ống hạ thấp hơn áp lực khí trời (trong ống xuất hiện áp suất chân không) cần phải bố trí đường ống dẫn ở dưới đường áp lực thấp nhất, do đó có khi phải đặt ống sâu dưới đất ở một vài đoạn trên tuyến ống. Vì vậy khối lượng công việc xây dựng sẽ tăng lên và giá thành công trình sẽ đắt hơn. 7.7.2. Tính toán áp lực nước va 1). Tốc độ truyền sóng áp lực nước va (C) Tốc độ truyền sóng áp lực nước va (C) phụ thuộc vào tính đàn hồi, tính đồng chất của vật liệu làm ống và của bản thân chất lỏng. Tốc độ truyền sóng được xác định theo công thức tổng quát của I.E.Jucốpki: oCC ε1 . E D δ = + ⇒ 4 6 1435C 859,773 2,1.10 2,51 . 2,1.10 0,012 = = + m/s. Trong đó: + Co: Tốc độ truyền sóng âm thanh trong chất lỏng, nó phụ thuộc vào đặc tính của chất lỏng. Với nước sạch: Co = 1435 m/s. + ε: Môđun đàn hồi của chất lỏng, đối với nước: ε = 2,1.104 kg/cm2. + E: Môđun đàn hồi của vật liệu làm ống, với ống thép: E = 2,1.106 kg/cm2. + D: Đường kính trong của ống, D = 2,5 m. + δ: Chiều dầy thành ống, δ = 0,014. Vì đoạn ống nhánh ngắn lên tốc độ truyền sóng nước va trên toàn đường ống cũng chính bằng tốc độ trên đường ống chính và bằng 859,773 (m/s) Chiều dài của toàn đường ống L= ínhch nhanhL L+ =324,5 + 1,2 = 325,7 m, 2). Pha nước va (Tf) Khoảng thời gian sóng áp lực nước va xuất hiện truyền tới hồ chứa và phản hồi lại cơ cấu điều chỉnh gọi là pha nước va (Tf). 2. 2.325,7 0,758 859,773f L t C = = = (s) Mặt khác, thời gian đóng mở bộ phận hướng nước của turbin: Ts = 3 ÷ 10s. Ta lấy: Ts = 6 s. Ta thấy: Ts=6 s >tf =0,758s. Như vậy trong đường ống xảy ra nước va gián tiếp. 3). Tính toán nước va gián tiếp khi đóng mở cánh hướng nước a). Trường hợp nước va dương * Nguyên lý tính toán: - Coi đường ống áp lực là đường ống đơn giản (đường kính ống không đổi) - Để tăng độ an toàn và đơn giản trong tính toán ta bỏ qua tổn thất thuỷ lực trong đường ống. - Tính toán áp lực nước va bằng phương pháp giải tích ứng với hai trường hợp H=Hmax= 170,4m và trường hợp H = Htt = 162 m. * Trường hợp H = Htt = 162 m. - Xác định chỉ số đặc trưng thứ nhất của đường ống: oHg VC ..2 . max =µ max. 859,773.2,229 0,603 2. . 2.9,81.162o C V g H µ = = = Trong đó: + Ho: Cột nước ở chế độ áp lực ổn định, Ho = Htt = 162m. +Vmax: Lưu tốc lớn nhất trong đường ống ứng với trường hợp tính toán (trường hợp Htt = 162 m thì Qmax = Qtm = 21,87 10,9352 tkQ n = = (m3/s). max 2 2 4. 4.10,935V 2,229 . 3,14.2,5 tm KT Q Dpi = = = m/s. ⇒ µ.τo =0,603.1 =0,603 < 1. Vậy đây là nước va pha thứ nhất (trị số áp lực nước va lớn nhất xuất hiện ở pha đầu tiên). - Xác định chỉ số đặc trưng thứ hai của đường ống max 0 . 325,7.2,229 0,076 . . 9,81.162.6s LV g H T σ = = = - Xác định trị số áp lực nước va tương đối pha đầu tiên: ( ) ( ) ( ) −−+−+= 212 22 1 2 11 ....2 τττµττµτµξ ooo ( ) ( ) ( )22 2 2 21 2.0,603. 1 0,603.0,897 1 0,603.0,897 1 0,897 0,15ξ  = + − + − − =   Trong đó: + 1τ : Được xác định theo chế độ điều chỉnh tối ưu: 0 1 2. . 2.0,603.1 0,081 0,897 2. . 1 2.0,603. 1 0,081 c c µ τ ξ τ µ ξ − − = = = + + 02. . 2.0,603.1 0,081 2. 1 2.7,916 1c m µ τξ = = = − − m = 6 7,916 0,758 s f T t = = - Xác định cột nước áp lực nước va dương lớn nhất: ∆H = Ho.ξ1 = 162.0,15 = 24,3 m Cột nước lớn nhất tại cuối đường ống trong trường hợp này là: H = Htt+∆H = 162 + 24,3 = 186,3(m). * Trường hợp H = Hmax = 170,4 m - Xác định chỉ số đặc trưng thứ nhất của đường ống: o max H.g.2 V.C =µ max. 859,773.2,111 0,543 2. . 2.9,81.170,4o C V g H µ = = = Trong đó: + Ho: Cột nước ở chế độ áp lực ổn định, Ho = Hmax = 170,4 m + Vmax: Lưu tốc lớn nhất trong đường ống ứng với trường hợp tính toán (Hmax = 170,4 m) Với: max max 15000( ) 10,356 . 8,5.170,4 tm N NQ Q H K H = = = = m 3/s ⇒ maxmax 2 2 4. ( ) 4.10,356V 2,111 . 3,14.2,5KT Q H Dpi = = = m/s. - Xác định độ mở tương đối ban đầu của cánh hướng nước max max ( ) 10,356 0,947 10,935o Q H Qτ = = = . ⇒ µ.τo = 0,543.0,947 = 0,514<1. Xảy ra nước va pha thứ nhất. - Xác định chỉ số đặc trưng thứ hai của đường ống. max. 325,7.2,111 0,068 . . 9,81.170,4.6o s LV g H T σ = = = - Xác định trị số áp lực nước va tương đối pha thứ nhất: ( ) ( ) ( ) −−+−+= 212 22 1 2 11 ....2 τττµττµτµξ ooo ( ) ( ) ( )22 2 2 21 2.0,543. 0,947 0,543.0,854 0,947 0,543.0,854 0,947 0,854 0,102ξ  = + − + − − =   Trong đó: + 1τ được xác định theo chế độ điều chỉnh tối ưu: 0 1 2. . 2.0,543.0,947 0,069 0,854 2. . 1 2.0,543. 1 0,069 c c µ τ ξ τ µ ξ − − = = = + + 02. . 2.0,543.0,947 0,069 2. 1 2.7,916 1c m µ τξ = = = − − - Xác định cột nước áp lực nước va dương lớn nhất: ∆H = Ho.ξ1= 170,4.0,102 = 17,381 m. Cột nước lớn nhất tại cuối đường ống trong trường hợp này là: H = Hmax+∆H = 170,4 +17,381 = 187,781 (m). Vậy cột nước lớn nhất do áp lực nước va dương gây ra H = 187,781 ứng với cột nước tính toán ax 170,4( )mH m= Kiểm tra lại chiều dài thành ống δ = [ ]σϕϕ ...2 ..γ 21 DH = 3 10.187,781.2,5 2.0,75.0,9.310.10 = 0,012 m =12mm < Ongδ =14mm. Vậy đường ống thiết kế làm việc an toàn khi xảy ra nước va gián tiếp c, Phân bố áp lực nước va dương: Với mục đích đơn giản trong tính toán và tăng thêm an toàn đối với đường ống người ta coi phân bố áp lực nước va dương theo quy luật đường thẳng và bỏ qua mọi tổn thất thuỷ lực. b). Trường hợp nước va âm (khi mở cánh hướng nước): - Mực nước trong tháp điều áp là mực nước ổn định khi Ztl = MNC. Cột nước tác dụng H = 162 m. - Nhà máy đang phát công suất bằng công suất lớn nhất của một tổ máy ở MNC(Ntmmax), tăng tải nhà máy từ N= Ntmmax đến N = 2.Ntmmax. Q = 10,935m3/s đến Q = 21,87m3/s tương đương với τd = 0,5; τc = 1. - Độ mở tương đối ban đầu của cánh hướng nước: τđ = 0,5. - Nếu ta coi quá trình mở cánh hướng nước là đường thẳng, thì thời gian để mở hoàn toàn cánh hướng nước từ độ mở tương đối ban đầu dτ = 0,5 đến cτ = 1 là Ts’ = (τc - τđ ).Ts = 3 (s). * Nguyên lý tính toán: - Coi đường ống áp lực là đường ống đơn giản (đường kính ống không đổi) - Để tăng mức độ an toàn ta kể đến tổn thất thuỷ lực trong đường ống. - Xác định đặc trưng của đường ống: min min ..2 . Hg VC H =µ min min . 859,773.4, 458 1, 208 2. . 2.9,81.161,78 HC V g H µ = = = Trong đó + VHmin: Lưu tốc lớn nhất trong đường ống. + Lưu lượng qua đường ống trong trường hợp này là Qmax=21,87 (m3/s). Lưu tốc lớn nhất trong đường ống lúc này: max min 2 2 4. 4.21,87 4,458( / ) . 3,14.2,5H QV m s Dpi = = = ⇒ µ.τo =0,5.1,208 = 0,604 <1. Xảy ra nước va pha thứ nhất. - Xác định trị số áp lực nước va tương đối pha thứ nhất: ( ) ( ) ( ) −−+−+= 212 22 1 2 11 ....2 τττµττµτµξ ooo ( ) ( ) ( )22 2 2 21 2.1,208. 0,5 1,208.0,606 0,5 1,208.0,606 0,5 0,606 0,145ξ  = + − + − − = −   Giả thiết quá trình đóng mở turbin theo quy luật tuyến tính, độ mở tương đối pha thứ nhất của cánh hướng nước là: Trong đó: + 1τ được xác định theo chế độ điều chỉnh tối ưu: ' 0 1 2. . 2.1, 208.0,5 0,175 0,394 2. . 1 2.1,208. 1 0,175 c c µ τ ξ τ µ ξ − − = = = + + Nhưng đây là quá trình mở tuarbin từ độ mở dτ = 0,5 tới 1cτ = lên 1τ phải > 0,5. ' 1 11 1 0,394 0,606τ τ= − = − = Vậy 1 0,606τ = Trong đó: 02. . 2.1, 208.0,5 0,175 2. 1 2.3,958 1c m µ τξ = = = − − ' 3 3,958 0,758 s f T m t = = = - Xác định cột nước áp lực nước va âm lớn nhất (chưa kể đến tổn thất thuỷ lực): ∆H = Ho.ξ1 = 161,78.(-0,145) = - 23,53(m). 4). Tính toán tổn thất thuỷ lực: - Tổn thất thuỷ lực bao gồm tổn thất cột nước và tổn thất lưu lượng. Tuy nhiên, tổn thất lưu lượng hầu như không đáng kể do ta sử dụng đường ống áp lực. Vì vậy ta chỉ xét tổn thất cột nước bao gồm tổn thất dọc đường, tổn thất cục bộ tại các vị trí thay đổi hình dạng hoặc đổi hướng, tổn thất qua lưới chắn rác: htt = Σhdđ + Σhcb a). Xác định tổn thất dọc đường (Σhdđ): Σhdđ = 1,9 1,9 1,1 1,1 4,458 . . . 0,00124.1,16. .325,7 2,926( ) 2,5 V a m L m D = = . + D: Đường kính ống, D = 2,5 m. + V: Lưu tốc trong đường ống, 2 21,87.4 4, 458 3,14.2,5 QV F = = = (m/s). + a = 0,00124 là hệ số phụ thuộc vào cách nối của tấm thép làm ống. + m = 1,16 là hệ số xét tới thời hạn sử dụng ống. Công thức trên lấy trong quyển Trạm thủy điện nhỏ và vừa, tập 1, Nhà xuất bản Hà Nội_1987 do thầy Nguyễn Duy Hạnh và thầy Nguyễn Duy Thiện làm chủ biên. b). Xác định tổn thất cục bộ (Σhcb): - Tổn thất tại vị trí nối tiếp với đường ống nhà van có tiết diện ống thay đổi từ 3,4(m) thay đổi còn 2,5(m). 22 4.458 . 0,06. 0,06 2. 2.9,81thcb Vh g ξ= = =∑ Vậy tổng tổn thất thuỷ lực là: htt = Σhdđ + Σhcb = 2,926 + 0,06 = 2,986(m). 5). Biểu đồ phân bố áp lực nước va: Từ các số liệu trên, ta vẽ sơ đồ phân bố áp lực nước va (coi đường phân bố áp lực nước va là đường thẳng). Nước va dương bỏ qua tổn thất thuỷ lực với trị số áp lực nước va lớn nhất ∆H = 24,3m. Nước va âm vẽ từ mực nước thượng lưu là MNC với trị số áp lực nước va lớn nhất ∆H = 2,986 + 23,53 = 26,516 m. Từ đường đo áp thấp nhất ta thấy tuyến đường ống đảm bảo không xuất hiện áp suất chân không. Kết luận: Các trị số áp lực nước va nhỏ, nằm trong phạm vi cho phép (∆H < 30 ÷ 40% cột nước tính toán của trạm thuỷ điện). PHẦN V: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN CHƯƠNG 1: CHỌN SỐ TỔ MÁY Qua phần tính toán thuỷ năng ta đã chọn được các thông số sau. + Công suất lắp máy : NLm =30 MW. + Cột nước tính toán : Htt = 162 m. + Cột nước lớn nhất : Hmax= 170,4 m. + Cột nước nhỏ nhất : Hmin = 161,78 m. + Lưu lượng lớn nhất qua TTĐ : Qmax = 21,87 m3/s. - Thực chất của việc lựa chọn số tổ máy chính là việc tính toán kinh tế chọn công suất lắp máy (Nlm) cho nên cần xem xét các yếu tố sau: 1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy của TTĐ : 1.1.1 Về mặt kỹ thuật: Trong quá trình làm việc của TTĐ các tổ máy có thể bị sự cố. Để đảm bảo an toàn cung cấp điện thì trong hệ thống đã có một phần công suất gọi là công suất dự trữ sự cố của hệ thống. Do đó ta phải chọn số tổ máy tối thiểu của TTĐ sao cho công suất của một tổ máy (Ntm) phải nhỏ hơn hoặc bằng công suất dự trữ sự cố của hệ thống. Có như vậy khi tổ máy này hỏng thì hệ thống vẫn an toàn cung cấp điện. 1.1.2 Về mặt năng lượng: Turbin phù hợp với các thông số của TTĐ Nậm Pông là turbin tâm trục. Với turbin tâm trục thì có ηmax cao, nhưng vùng có hiệu suất cao lại hẹp. Cho nên muốn hiệu suất bình quân của TTĐ cao thì nên chọn nhiều tổ máy. Hơn nữa khi chọn số tổ máy nhiều thì phạm vi điều chỉnh công suất (Nmin÷Nmax) sẽ rộng hơn. 1.1.3 Về mặt quản lý vận hành. Khi số tổ máy nhỏ thì việc quản lý vận hành thuận lợi hơn so với phương án số tổ máy nhiều. 1.1.4 Vốn đầu tư vào thiết bị và xây dựng công trình: Nếu chọn số tổ máy Z lớn thì vốn đầu tư vào thiết bị và công trình sẽ tăng vì: - Turbin và máy phát có công suất nhỏ thì giá thành đơn vị của nó lớn hơn . - Các thiết bị phụ kèm theo (điều tốc, đường ống áp lực, cửa van, cửa nước vào) và các thiết bị cơ điện nhiều lên => vốn đầu tư tăng lên. - Do Z lớn nên kích thước nhà máy lớn lên. - Khối lượng công tác lắp ráp và sửa chữa đại tu tăng lên. 1.1.5 Về vận chuyển, lắp ráp: Nếu chọn Z nhỏ thì kích thước và trọng lượng của turbin và máy phát lớn, thêm vào đó bánh xe công tác của turbin tâm trục thường vận chuyển liền khối, cho nên việc vận chuyển đến công trường gặp rất nhiều khó khăn. Hơn nữa các TTĐ thường nằm ở vùng sâu, vùng xa điều kiện giao thông rất khó khăn. Nên việc chọn thiết bị phải phù hợp với tình hình thực tế: phương tiện giao thông, đường xá, cầu cống,.... Với tình hình thực tế nước ta thường chưa có điều kiện sản xuất thiết bị trong nước mà phải nhập thiết bị từ nước ngoài vậy nên cố gắng chọn Z sao cho các thiết bị đã có sẵn trong catalog, trong trường hợp đặc biệt không chọn được thì ta phải thiết kế và đặt chế tạo riêng như vậy sẽ rất tốn kém và làm tăng thêm vốn đầu tư cho công trình. 1.2 Chọn số tổ máy cho TTĐ Nậm Pông : Việc chọn số tổ máy phải thông qua so sánh kinh tế, kỹ thuật của các phương án, so sánh độ tăng của chi phí xây dựng, lắp ráp, trang thiết bị... với độ tăng thêm của điện năng. Việc so sánh này đòi hỏi nhiều thời gian và nhiều tài liệu về giá cả thị trường. Trong giới hạn về thời gian và tài liệu của đồ án tốt nghiệp, em chưa làm được điều này. Với những kết quả thu được từ phần tính thủy năng, sơ bộ tiến hành chọn thiết bị. Kết quả thấy rằng, với phương án Nlm = 30 MW, số tổ máy z = 2 thì các thiết bị chính như: bánh xe công tác, máy phát, máy làm mát là những thiết bị chính đều có sẵn trên thị trường, chính vì vậy ta chọn phương án Z = 2 là phương án cuối cùng. CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TUABIN VÀ MÁY PHÁT 2.1 Xác định các thông số cơ bản của turbin: Công suất định mức cho mỗi tổ máy và công suất định mức của turbin theo công thức sau. - Công suất định mức cho 1 tổ máy: lmN = lm N Z => lmN = 30 2 = 15MW - Công suất định mức cho 1 turbin: Ntb= mf lm z N η. => tbN = 30 2.0,95 = 15,789 MW. Trong đó: + ηmf - hiệu suất của máy phát, với máy phát nhỏ sơ bộ chọn ηmf = 0,95 + Nlm - công suất lắp máy của TTĐ Nậm Pông, Nlm = 30 MW. + Z- số tổ máy của TTĐ (Z = 2) - Căn cứ vào công suất turbin tbN = 15,789 MW của từng phương án và với dao động cột nước: Hmin =161,78 (m) đến Hmax = 170,4 (m) tra tài liệu chọn tuabin nhỏ của Trung Quốc ta được loại tuabin HL160-D46. Hình 2.1: Đường đặc tính tổng hợp của turbin HL160-D46 2.1.1 Xác định đường kính bánh xe công tác (D1): - Đối với turbin tâm trục, D1 là đường kính lớn nhất cửa vào của bánh xe công tác được tính theo công thức: tttttt1tt tb tt1 H.H'Q..81,9 N D η = = 15789 9,81.0,89.0,635.162. 162 ⇒ 1ttD = 1,18 (m) Vậy chọn đường kính tiêc chuẩn 1tcD = 1,2 (m) Trong đó: + Ntb- công suất định mức của một turbin ( tbN = 15789 kW). + ηtt- hiệu suất của turbin thực tại điểm tính toán. (sơ bộ chọn ηtt = ηM). + Q1tt’- lưu lượng dẫn suất của turbin thực tại điểm tính toán. (sơ bộ chọn Q1tt’= Q1M’). + Q’1M, ηM- lần lượt là lưu lượng dẫn suất, hiệu suất của turbin mẫu tại điểm tính toán, nó chính là giao điểm giữa đường n’1Mtt (số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm tính toán) với đường hạn chế công suất 5%. + Htt- cột nước tính toán của TTĐ, Htt = 162 (m). - Tìm số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm tính toán (n’1Mtt). n’1Mtt= n’10 +( 2÷5) + n’10 – số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm có hiệu suất lớn nhất: n’10 = 67,5 (v/ph) . + n’1Mtt = n’10 +3 = 70,5 (v/ph). - Dựa vào đường đặc tính tổng hợp chính của turbin HLA 253 ta tìm được điểm tính toán của turbin mẫu thuộc đường hạn chế công suất 5% là: Q’1M = 0,635 (m3/s), ηM = 89 (%) 2.1.2 Xác định số vòng quay đồng bộ (n): - Số vòng quay đồng bộ của turbin được tính theo công thức: ntt = tc1 bq ' tu1 D Hn 68,124. 164,78 1,2tt n = =728,73(vòng/phút) ⇒ Vậy chọn số vòng quay đồng bộ là: 750(vòng/phút) Trong đó: + Hbq- cột nước bình quân gia quyền, Hbq = 164,78 (m ). + D1tc - đường kính tiêu chuẩn của bánh xe công tác. D1tc = 1,2(m) + '1tun - số vòng quay quy dẫn tối ưu của turbin thực được tính theo. ∆n’1 = n’10.        −1 maxM maxT η η ∆n1’ = 67,5. 0,933 1 0,916   −     => ∆n1’= 0,623 n’1tư = n’10 + ∆ n’1 ' 1tun = 67,5 + 0,623 = 68,124 Trong đó: + ∆n’1- chênh lệch giữa số vòng quay dẫn suất của turbin thực và mẫu. + ηT max, ηM max- hiệu suất lớn nhất của turbin thực và turbin mẫu, tra trên đường ĐTTHC của turbin mẫu ta được ηM max = 0,916. - Với cột nước tính toán Htt = 162 m > 150 m thì ηT max được tính như sau: Với cột nước tính toán Htt = 162 m > 150 m thì ηT max được tính theo công thức (3-34) trang 68 SGTTBTL như sau: 15 20 max max) 1 1 (1 . M MT M T T D H D H η η= − − 205 max 0, 4 1601 (1 0,916). 1,2 162T η = − − maxTη = 0,933 Trong đó: + D1M, D1T- đường kính BXCT của turbin mẫu và turbin thực. + D1M = 0,4 (m), 1 1 1, 2t tcD D= = (m) + MH = 160(m) Cột nước tính toán với tuabin mẫu + TH = 162(m) Cột nước tính toán 2.1.3 Xác định số vòng quay lồng của turbin (nl): - Là số vòng quay đột biến của bánh xe công tác, xảy ra khi mômen lực chuyển động của rôto tổ máy (Mđ) lớn hơn mômen cản chuyển động rôto máy phát (Mc). Trong quá trình vận hành TTĐ, vì một lý do nào đó cần phải đóng cánh hướng nước mà bộ phận hướng nước chưa kịp đóng thì số vòng quay của turbin tăng lên đột ngột trong thời gian ngắn, nó sẽ đạt tới trị số cực đại nào đó gọi là số vòng quay lồng tốc (nl). tc1 max.l1 l D H'n n = 122,3. 170,4 1, 2t n = = 1330,393(v/ph) Trong đó: n’1l- số vòng quay lồng quy dẫn turbin HL160-D46, tra trong quyển Tuabin Trung quốc với tuabin tương tự ta được n’1l = 122,3 (v/ph). 2.1.4 Kiểm tra lại các thông số của turbin: 2.1.4.1 Xác định lại điểm tính toán. - Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin thực: ' 1 1 .tc tc tt tt n D n H = ' 1ttn = 750.1,2 162 = 70,71(v/ph) - Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin mẫu: ' 1 ' tt1 ' Mtt1 nnn ∆−= ' 1 70,71 0,623 70,087Mttn = − = (v/ph). - Lưu lượng dẫn suất tại điểm tính toán của turbin mẫu: tttt 2 tc1tt tb Mtt1 H.H.D..81,9 N 'Q η = ' 1 2 15789 0,609 9,81.0,89.1,2 .162. 162Mtt Q = = (m3/s) Đưa '1Mttn và Q’1M tt lên đường ĐTTHC xem điểm tính toán có nằm trong phạm vi cho phép, kết quả tính toán cho thấy, điểm tính toán trước và sau khi chọn D1tc lệch nhau 4,09% (phía trong so với đường hạn chế 95%). 2.1.4.2 Kiểm tra lại vùng làm việc của turbin: - Khi cột nước làm việc của turbin dao động từ (Hmax÷ Hmin) thì vùng làm việc của turbin sẽ được giới hạn bởi hai đường nằm ngang n’1MHmin và n’1MHmax trên đường ĐTTHC. a) Xác định số vòng quay quy dẫn ứng với cột nước axmH ta có: (v/f) H .Dn n' max 1tctc 1THmax = ' 1 max 750.1, 2 68,946 170, 4T n = = 1maxTH1maxMH1 'n'n'n ∆−= ' 1 max 68,946 0,623 68,323MHn = − = (v/ph). ⇒Vậy các điểm

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfthietke_tinhtoan_nha_may_thuydien_nam_pong_nghe_an_6734.pdf
Tài liệu liên quan