Tải bản đầy đủ
1- Nguyên tắc chọn số tổ máy

1- Nguyên tắc chọn số tổ máy

Tải bản đầy đủ

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

* Về vốn đầu xây dựng công trình
Khi số tổ máy tăng thì kéo theo nó là vốn đầu t vào một đơn vị công suất
của trạm thuỷ điện tăng vì:
- Giá thành của turbin và máy phát có đơn vị nhỏ thì đắt hơn
- Tiền mua thiết bị phụ kèm theo tăng lên
- Kích thớc nhà máy tăng
- Khối lợng công tác đại tu lắp ráp tăng lên.
- Do nớc ta đang còn phải nhập thiết bị từ nớc ngoài vì vậy nê chọn máy đã
đợc chế tạo sẵn , hạn chế tạo một loại thiết bị mới vì giá thành đắt.
Chọn số tổ máy sao cho công tác vận chuyển là thích hợp nhất, phù hợp
với tình hình giao thông vận tải,cầu cốngv.v
Đối với trạm thuỷ điện TĐ05-4, từ tài liệu thiết kế tôi tiến hành lựa chọn số tổ
máy cho trạm thuỷ điện theo các bớc său
- Giả thiết một số phơng án với số tổ máy cụ thể
- Tính toán kinh tế kỹ thuật cho từng phơng án
- So sánh phơng án với số tổ máy hợp lý nhất:
.2. Chọn số tổ máy
Với nguyên tắc trên ta tiến hành lựa chọn số tổ máy cho trạm thuỷ điện với 3
phơng án sau:
Phơng án 3 tổ máy
Phơng án 4 tổ máy
Phơng án 5 tổ máy
.2.1 Turbin và kiểu bánh xe công tác
Turbin thuỷ lực là một trong những thiết bị động lực chính của nhà máy thuỷ
điện để biến thuỷ năng của dòng chảy thành cơ năng ở trên trục turbin để quay
máy phát.
Căn cứ vào phạm vi cột nớc:
Hmin : 62.1 m
Hmax : 90.17 m
Và công suất của turbin :
NTB =

N lm
Z. mf

Trong đó :
37

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

NTB : Công suất của một turbin ứng với từng phơng án
Nlm : Công suất lắp máy của trạm thuỷ điện (Nlm : 380 MW)
Z : số tổ máy
mf : hiệu suất máy phát (chọn Mf = 0.95)
Tính toán ta đợc :
Phơng án
3 tổ máy
4 tổ máy
5 tổ máy
3
NTB(10 KW)
133,33
100
80
Từ kết quả tính toán , tra hình 8-1 , biểu đồ sản phẩm ( giáo trình turbin
thuỷ lực-TĐHTL) ta xác định đợc loại turbin PO115/697
Turbin tâm trục là loại turbin phản kích có dòng chảy vào vuông góc với
trục ,dòng chảy ra song song với trục
Phạm vi cột nớc thay đổi:
Hmin ữ Hmax = 70m ữ 115 m
Phạm vi thay đôi công suất
Nmin ữNmax = 20 MW ữ580 MW
Nh vậy PO115/697 thoả mãn cả 3 phơng án trên. có thể sử dụng turbin
này để làm cơ sở tính toán lựa chọn turbin
.2.2. Các thông số kỹ thuật cho từng phơng án
1. Công suất của một turbin
Ta có :

NTB =

N lm
Z. mf

Trong đó :
NTB : Công suất của một turbin ứng với từng phơng án
Nlm : Công suất lắp máy của trạm thuỷ điện (Nlm : 380MW)
Z : số tổ máy
mf : hiệu suất máy phát (chọn Mf = 0.95)
Kết quả tính toán cho từng phơng án đợc ghi ở bảng trên
2.Đờng kính tiêu chuẩn của báng xe công tác
Đờng kính tiêu chuẩn của turbin là đờng kính lớn nhất cửa vào của bánh xe
công tác và đợc ký hiệu là D1TC
Đờng kính tiêu chuẩn của bánh xe công tác là một thông số rất quan trọng
của turbin nó quyết định các thông số khác nh :kích thớc của buồng xoắn , ống
hút , quyết định đến kích thớc nhà máy ,vốn đầu t xây dựng công trình
38

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Về mặt năng lợng thì đờng kính báng xe công tác quyết định đến công suất
của nhà máy thuỷ điện
Cách xác định đờng kính tiêu chuẩn của báng xe công tác
Từ công thức tơng tự về lu lợng ta có
Q M fyM tlM .H M D 2 1M
=
.
. 2
Q
dtT
tlT .H T D 1T

Và theo công thức dẫn suất ứng với turbin mẫu có D 1M=1 m và cột nớc làm
việc HM = 1 m và xem các hiệu suất của turbin thực và turbin mẫu tơng ứng bằng
nhau thì
Q '1
1
= 2
QT D 1T . H tt

(1)

Mặt khác công suất của turbin đợc xác định bởi công thức sau
Ntb = .9,81.Q.Htt
Từ (1) và (2) ta có
D 1tt =

(2)

N TB
9,81. tb .Q' 1 H tt . H tt

Trong đó:
+ D1 : Đờng kính bánh xe công tác
+ Ntb : công suất của một turbin
+ tb : hiệu suất của một turbin thực ( Sơ bộ chọn tb = M với tu = (88 ữ94%,
chọn
TB = 92%) sơ bộ chọn bằng hiệu suất của turbin mẫu trên ĐĐTTHC
của turbin PO115/697
ứng với số vòng quay quy dẫn là
n1= n1o +(2-:-5)v/p
Trong đó
n1o: số vòng quay tối u của turbin mẫu : 68 v/p
( 2-:-5) v/p là số vòng quay hiệu chỉnh của turbin
Trong đồ án này chọn số vòng quay hiệu chỉnh là 2v/p
n1 = 68 +2 = 70 (v/p)
+ Q1 : lu lợng quy dẫn của turbin thực ( Sơ bộ chọn Q1 = Q1M).
39

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Tra trên đờng đặc tính tổng hợp chính của turbin PO115/697 ứng với n 1 = 70v/p
và đờng hạn chế công suất 5% ta đợc
Q1M= 1,125 m3/s
Q1 = Q1M = 1.125 m3/s .
+ Htt: Cột nớc tính toán của TTĐ ( Htt = 75.71 m)
Thay vào công thức : D 1tt =

N TB
9,81. tb .Q'1 H tt . H tt

ta tính đợc đờng kính D1.

Có D1tt ta chọn đờng kính tiêu chuẩn theo bảng (5-5) giáo trình turbin thuỷ
lực đợc D1tc( m).
+Tính cho phơng án 4 tổ máy
Các bớc tính toán nh sau:
Khi đó đờng kính BXCT (D1) đợc tính theo công thức:
D1 =

N TB
9,81. tb .Q'1 H tt . H tt

Trong đó:
+ Ntb = 100 MW: công suất của một turbin
+ tb =0.92 : hiệu suất của một turbin thực ( Sơ bộ chọn tb = M)
+ Q1 : lu lợng quy dẫn của turbin thực ( Sơ bộ chọn Q1 = Q1M=1,125m3/s).
Q1M, M: lần lợt là lu lợng quy dẫn của turbin mẫu, nó đợc xác định từ giao
điểm giữa đờng n1M (số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu) với đờng hạn chế
công suất 5% ( điểm tính toán)
+ Htt = 75.71 m : Cột nớc tính toán của TTĐ
Thay số vào công thức :
D1 =

N TB
9,81. tb .Q'1 H tt . H tt

=

100.10 3
9,81.0,92.1,125.75.71. 75.71

= 3.87 (m)

Có D1tt ta chọn đờng kính tiêu chuẩn theo bảng (5-5) giáo trình turbin thuỷ
lực đợc D1tc = 4( m).
Tơng tự tính toán cho các phơng án ta đợc số liệu ghi ở bảng sau
Phơng án
D1tt(m)

3
4,464

4
3,87
40

5
3.458

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát
D1tc(m)

Thiết kế
4,5

4

3,6

3. Số vòng quay đồng bộ của turbin
Số vòng quay đồng bộ của turbin đợc xác định từ công thức tơng tự về số
vòng quay
tlM .H M D1T
nM
=
.
nT
tlT .H T D1M

Trong đó:
nM: số vòng quay của turbin mẫu
nT: số vòng quay của turbin thực
HM- Cột nớc bình quân của turbin mẫu
HT: cột nớc tính toán của turbin thực
tlM : hiệu suất thuỷ lực của turbin mẫu
tlT : hiệu suất thuỷ lực của turbin thực
D1M - Đờng kính BXCT của turbin mẫu
D1T : đờng kính bánh xe công tác của turbin thực
Mặt khác theo công thức dẫn suất của turbin về số vòng quay với
nM = n1 , tlM = tlT , D1M = 1m , HM = 1 m , Ht = Hbq ,ta đợc
'

n1 =

n1 . H bq

(*)

D1TC

n,1 số vòng quay quy dẫn của turbin mẫu
n1 = n10 + n1
n10 Số vòng quay quy dẫn ứng với chế độ làm việc tối u của turbin mẫu n10 = 68
v/p
n1: Chênh lệch giữa số vòng quay của turbin thực và mẫu
T max



1
n1 = n10.


M max


TMax, Mmax Hiệu suất lớn nhất của turbin thực và turbin mẫu, tra trên
đờng ĐTTHC của turbin PO115/ 697 ta đợc Mmax = Mt = 0,92
Với cột nớc tính toán Htt = 75,71 m < 150 m thì Tmax đợc tính bởi công
thức
T max = 1 (1 M max ).5
41

D 1M
D 1T

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Trong đó
D1M, D1T: Đờng kính của bxct của turbin mẫu và turbin thực
Hm, HT: Cột nớc của turbin mẫu và turbin thực
Từ hình vẽ turbin mẫu trang 188 giáo trình turbin ứng với đờng đặc tính tổng
hợp chính của turbin PO115/697 thì
D1M = 460mm = 0.46 m
ứng với mỗi loại turbin với D1tc khác nhau ta có đợc hiệu suất lơn nhất của
turbin thực là khác nhau và thay vào (*) ta sẽ tìm đợc ntc kết quả đợc thể hiện ở
bảng dới đây
+Tính cho phơng án 4 tổ máy
D1M = 0.46 m; HM = 1 m ; D1T =4m; HT = Htt= 75.71 (m)
0,46
= 0,948
4
0,948
Thay số ta đợc => n1=68.(
-1) =1,1v/p
0,92

max = 1 (1 0,92 ).5

n1 = 68 + 1,1 = 69,1 v/p
Thay số ta đợc ntt = 69,1.

79.69
= 154,2 (v/p) .
4

Có ntt (v/p), dựa vào bảng (8-4) GTTBTL ta chọn đợc số vòng quay đồng bộ là:
ntc =150 (v/p)
Tơng tự tính cho các phơng án khác nhau ta đợc có thông số nh bảng dới
đây
Phơng án
Tmax
n1 (v/p)
n1 (v/p)
n (v/p)
ntc (v/p)

3
0,95
1,063
69,063
137,0
136,4

4
0,948
1,1
69,1
154,2
150

4. Kiểm tra D1 và n đã chọn.
a. Kiểm tra vùng làm việc của turbin

42

5
0.947
0,99
69
171,1
166,7

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Khi cột nợc làm việc của turbin dao động từ H max -:- Hmin thì vùng làm việc
của turbin sẽ đợc giới hạn bởi hai đờng năm ngang n1MHmin và n1MHmax và lu lợng
dẫn suất Q1 trên đờng ĐTTHC:
+ Kiểm tra số vòng quay quy dẫn
Với cột nớc Hmax:

n' 1max =

Với cột nớc Hmin :

n' 1min =

Với cột nớc tính toán Htt:

n tc .D 1

tc

H max
n tc .D tc 1
H mint
n'1min =

(v/f)
( v/f)
n tc .D tc 1
H tt

( v/f)

Trong đó :
n1max ; n1min : số vòng quay quy dẫn lớn nhất và nhỏ nhất của turbin thực khi
làm việc.
ntc: số vòng quay đồng bộ tiêu chẩn của từng phơng án
Hmax : cột nớc lớn nhất của trạm thuỷ điện
Hmin : cột nớc nhỏ nhất của trạm thuỷ điện
Htt :cột nớc tính toán của trạm thuỷ điện
D1tc : đờng kính tiêu chẩn của từng phơng án
+Tính cho phơng án 4 tổ máy
n.D 1

Với cột nớc Hmax = 90,17 m : n'1THmin =
Với cột nớc Hmin = 62,1 m :
Với cột nớc Htt = 75,71m :

H max
n.D 1

n'1THmax =
n'1THtt =

H mint
n.D 1
H tt

=

150.4

=

90,19

=

150.4
62,1

150.4
75,71

= 63,2 (v/f)
= 76,14 ( v/f)

= 68,96 ( v/f)

Vậy với n1M = (63,2 -:- 76,14) v/p đa lên đờng ĐTTHC ta thấy pham vi làm
việc của turbin nằm trong vùng có hiệu suất cao ( = (90 -:- 93)% .Vậy với
phơng án 4 tổ máy thì vùng làm việc của turbin nằm trong vùng hiệu suất cao .
Tơng tự tính cho các phơng án 3 tổ máy và 5 tổ máy và kết quả đợc ghi ở
bảng dới đây
Phơng án
n1Hmax

3

4

5

64,64

63,2

63,2

43

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

n1Htt

70,54

68,96

68,97

n1Hmin

77,89

76,14

76,16

+Kiểm tra lu lợng quy dẫn của turbin
Với cột nớc Hmax:

Q1tt =

Với cột nớc Hmin:

Q1tt =

Với cột nớc tính toán Htt: Q1tt =

N TB
9,81. TB .D1 .H max
N TB
tc 2

3/2

9,81. TB .D1 .H min
N TB

3/ 2

9,81. TB .D1 .H tt

3/ 2

tc 2

tc 2

+ Tính cho phơng án 4 tổ máy :
100000
= 0,81 (m3/s)
9,81.0,92.4 2 .90,17 3 / 2
100000
Q ' ( H min ) =
= 1,415 (m3/s)
9,81.0,92.4 2 .62,13 / 2
100000
Q ' ( H tt ) =
= 1,05 (m3/s)
9,81.0,92.4 2 .75,713 / 2

Q ' ( H max ) =

Tơng tự tính cho các phơng án 3 tổ máy và 5 tổ máy ta đợc kết quả ghi ở bảng
dới đây
Phơng án
3
4
5

Q1 (Hmax)
0,852
0,81
0,799
Q1(Htt)
1,107
1,05
1,038
Q1(Hmin)
1,491
1,415
1,398
b) Kiểm tra điểm tính toán
Số vòng quay quy dẫn tại điểm tính toán :
Lu lợng quy dẫn tại điểm tính toán :

n1tt =
Q1tt =

n tc .D 1

tc

H tt
N TB
tc 2

9,81. TB .D 1 .H tt

+Tính cho phơng án 4 tổ máy
+ Số vòng quay quy dẫn tại điểm tính toán của turbin thực:
n'!tt =

n.D 1
H tt

=

150.4
75,71

= 68,96 (v/f)

+ Số vòng quay quy dẫn tại điểm tính toán của turbin mẫu:
44

3/2

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

n1' M = n1' tt n1' = 68,96 - 1,1 = 67,86 (v/p)

+ Lu lợng quy dẫn tại điểm tính toán:
Q' 1 M =

NT
72,2 ì 10 3
= 1,05 (m3/s)
=
9,81..D 12 .H tt . H tt 9,81.0,92.4 2 .75,71. 75,71

Đa n,1M và Q1M lên đờng ĐTTHC ta thấy điểm tính toán nằm trong
vùng hiệu suất cao. Tơng tự tính cho phơng án 3 tổ máy và 5 tổ máy ta đợc kết
quả ghi ở bảng dới đây
Phơng án
n1tt
Q1tt

3
69,48
1,107

4
67,86
1,05

5
67,98
1,038

Tra bảng (8-2) giáo trình turbin thuỷ lực ta đợc Q1max = 1,18 m3/s nh vậy
Q1max nằm trong giới hạn (Q1(Hmax);Q1(Hmin))và Q1max > Q1(Htt)
Nh vậy điểm tính toán của 3 phơng án đều nằm trong vùng hiệu suất cao có
5.Độ sâu hút Hs và cao trình lắp máy
a. Độ sâu hút Hs
Độ cao HS là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nớc hạ lu đến điểm có áp
lực nhỏ nhất của turbin
Với turbin tâm trục thì điểm này nằm ở mặt dới bộ phận hớng nớc
+ Độ cao hút Hs phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:
loại turbin
Cao trình mực nớc hạ lu
Cao trình lắp máy
+Mục đích của việc tính toán độ cao hut Hs
Mục đích của việc tính toán độ cao hút là nhằm tránh xảy ra hiện tợng khí thực
trong turbin
Hiện tợng khí thực là hiện tợng ăn mòn bề mặt kim loại của turbin khi áp suất
tại vùng nào đó của turbin nhỏ hơn áp suất hóa hơi ở nhiệt độ thờng làm cho nớc
sôi .
Hiện tợng khí thực rất nguy hiểm vì nó gây ra các tác hại sau đây
Ăn mòn bề mặt kim loại của turbin
45

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Gãy cánh bánh xe công tác
Giảm hiệu suất của turbin và do vậy giảm hiệu suất của toàn bộ nhà máy
Giảm tuổi thọ thiết bị
Gây chấn động nhà máy trong quá trình vận hành
Việc tính toán độ cao hút Hs nhằm khống chế Hs không đợc lớn hơn chiều cao hút
cho phép [ Hs] để không sảy ra hiện tợng khí thực bảo đảm an toàn trong quá
trình vận hành
Trên thực tế tính toán, khi cột nớc làm việc của trạm thuỷ điện thay đổi thì
n1 , Q1 cũng thay đổi theo. Dẫn đến hệ số khí thực cũng thay đổi.Nh vậy Hs phụ
thuộc vào NTB và cột nớc khi TB làm việc. Cột nớc của trạm thuỷ điện thay đổi tơng ứng theo MNTL và MNHL, nh vậy để tính toán Hs ta phải tổ hợp một tập hợp
các giá trị sau đó tìm ra giá trị H s hợp lý nhất. Điều này rất phức tạp. Mặt khác do
đang tính toán lựa chọn số tổ máy nên tôi chỉ tính toán cho trờng hợp cột nớc ứng
với trờng hợp Zhl là nhỏ nhất Zhlmin.
Hs đợc giới hạn trong phạm vi từ 8m< H s < +3m
Hs : đợc xác định bởi công thức sau đây: Hs = 10 -


- ( + ).Htt
900

Trong đó:
- Cao trình lắp máy :là cao trình đặt turbin đợc tính so với mặt nớc biển
.Đối với turbin tâm trục cao trình lắp máy là cao trình đi qua trung tâm cánh
Trong đồ án này để thiên về an toàn ta tính cao trình lắp máy bằng cao trình
mực nớc hạ lu min = ZHlmin = 120,44m
10: =

Pa Phh




Pa 10,33 mH20 : áp suất khí trời ,P hh (0,09-:-0,23) : áp suất

hoá hơi
900: hệ số hiệu chỉnh vì trong vòng 3000m thì cứ lên cao khoảng 900 m thì áp
uất giảm đi 1m H20
- Hệ số khí thực của turbin mẫu tra trên đờng ĐTTHC với điểm tính toán (n1tt,
Q1tt) cuả phơng án thiết kế.( = 1,1)
- Độ điều chỉnh khí thực tra trên hình (7- 4) giáo trình turbin thuỷ lực ứng
với Htt = 75,71 m = 0,019
+Tính cho phơng án 4 tổ máy
Hs = 10 -

120,44
- (0,105 + 0,019).75,71 = 0,478 (m)
900
46

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Trong thực tế tính toán, thờng dùng chiều cao hút cấu tạo Hs thay cho chiều
cao hút Hs. Tuỳ từng loại turbin mà Hs có quy ớc khác nhau.
Với turbin tâm trục thì Hs = Hs +

b0
2

Trong đó: bo: chiều cao cánh hứng nớc bo = D1. b 0
b 0 : Tỷ số chiều cao bộ phận hớng dòng, Tra bảng 8-1 giáo trình turbin thuỷ
lực đợc b 0 = 0.25
=> bo = 0,25.4 = 1,0 m
Hs = 0,478 + 1,0/2 = 0,978 (m)
Phơng án


bo (m)
Hs(m)
Hs(m)

3
0,11
1,125
0,1
0,663

4
0,105
1,0
0,478
0,978

5
0,105
0,9
0,478
0,928

b. Cao trình lắp máy
Cao trình lắp máy là cao trình đặt turbin, nó là cao trình chuẩn trong nhà
máy.
Cao trình lắp máy là cao trình đợc dùng làm cơ sở để tính toán các cao trình
khác của nhà máy
Cao trình lắp máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh
+Loại turbin , cách lắp đặt turbin (tâm trục , hớng trục , turbin trục đứng hay
trục ngay )
+Mực nớc hạ lu thay đổi nhiều hay ít
+khối lợng đào đắp nhà máy
+Vốn đầu t xây dựng công trình
Trong thực tế tính toán, thờng dùng chiều cao hút cấu tạo Hs thay cho chiều
cao hút Hs. Tuỳ từng loại turbin mà Hs đợc tính khác nhau.
Cao trình lắp máy đợc xác định theo công thức:
LM = Zhlmin + Hs = Zhlmin + Hs +
trong đó
47

b0
2