Tải bản đầy đủ
Kiểm tra lại thông số máy phát và turbin đã chọn

Kiểm tra lại thông số máy phát và turbin đã chọn

Tải bản đầy đủ

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

: 97,2 %
Gr : 452 tấn
Hs : 0,478 m
G : 845 tấn
UMF : 16,5 KV
2. Chọn hình thức lắp đặt máy phát
Trong đồ án này chọn phơng thức lắp đặt máy phát là theo kiểu trục đứng,
trục đứng gồm hai hình thức, là kiể ô và kiểu treo
a)Máy phát kiểu treo :
Máy phát kiểu treo là hình thứclắp đặt máy phát mà giá chữ thập trên đở ổ
trục đỡ và ổ trục hớng phía trên còn giá chữ thập dới có nhiệm vụ đỡ ổ trục hớng
phía dới rôto máy phát ,giá chữ thập trên cao và lớn hơn giá chữ thập dới và nh
vậy rôto máy phát và bánh xe công tác của turbin đợc treo trên giá chữ thập trên
nên máy phát này đợc gọi là máy phát kiểu treo
+ ổ trục hớng là ổ tiếp nhận các lực vuông góc với trục
+ ổ trục hớng là ổ trục tiếp nhận các lực dọc trục của toàn bộ nhà máy
* u điểm :
Máy phát kiểu treo có tính ổn định cao ,ít rung động khi làm việc
* Nhợc điểm :
Chiều cao giá chữ thập trên cao nên ảnh hởng đến chiêu cao gian máy , khi
sữa chữa phải tháo dỡ ổ trục chính và khi lắp ráp phải tiến hành cân chỉnh nên
mất thời gian
* ứng dụng :
Máy phát kiểu treo đợc ứng dụng cho trạm thuỷ điện làm việc với cột nớc lớn
-số vòng quay n 150v/f
-Tỉ số Di/La <4
b)Máy phát kiểu ô:
Máy phát kiểu ô là kiểu máy phát mà ổ trục đở nằm phía dới rôto máy
phát ,giá chữ thập dới lớn hơn giá chữ thập trên trọng lợng dồn hoàn toàn vào giá
chữ thập dới
* u điểm của máy phát kiểu ô:
59

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Khi lắp đặt sữa chữa định kỳ rôto máy phát thì không cần phải tháo ổ trục
chính ,nên không mất thời gian cân chỉnh máy
Chiều cao giá chữ thập trên thấp nên không ảnh hởng tới chiều cao nhà máy
* Nhợc điểm của máy phát kiểu ô:
Trong quá trình làm việc tổ máy không ổn định , trục tổ máy hay bị rung động
nhiêu
* ứng dụng của máy phát kiểu ô:
ứng dụng cho trạm thuỷ điện có cột nớc nhỏ
Số vòng quay của rô to máy phát n <150 v/f
Tỉ số Di/La >5
Từ các nhận xét trên nhận căn cứ vào số vòng quay của rôto máy phát và tỉ
số Di/La ta có
Di 777
=
= 3,885 < 4
L a 200

Số vòng quay n = 150 v/f
Nên em chọn máy phát là máy phát kiểu treo
4.2. Tính toán kích thớc lắp đặt máy phát
1) Đờng kính trục máy phát
a) Đờng kính trong trục turbin
Dtr = 3

N mf
n

Trong đó:
=0,11 ( turbin cỡ lớn)
Nmf : Công suất máy phát
n : số vòng quay đồng bộ máy phát
dtr = 3

N MF
95000
= Dtr = 0.113
150
n

0,943 (m)

Tra giáo trình turbin thuỷ lực trang 27 ta chọn đợc dtr = 950 mm
b) Đờng kính ngoài trục turbin :
d v = (12 ữ 14)3 N mf / n o = 13 * 3 95000 / 150 = 111,4(cm)

2) Đờng kính giếng turbin DG
60

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Đợc quyết định bởi cấu tạo của máy phát và turbin.
Căn cứ vào điều kiện tháo lắp thì kích thớc giá chữ thập dới phải nhỏ hơn đờng kính trong của roto và DG phải nằm trong phạm vi sau:
DG Di ( 0,6 ữ1,5) (m)
Di : Đờng kính trong của rô to
DG 7,77 ( 0,6 ữ1,5 ) = 7,17 ữ 6,25 (m)
Mặt khác để thoả mãn yêu cầu tháo lắp turbin thì D G phải nằm trong phạm vi
sau:
DG (1,3 ữ 1,4).D1 = (1,3-:-1,4).D1 = (1,3 -:-1,4).4 = (5,2-:- 5,6) (m)
Trong bảng 5-5 trang 92 giáo trình turbin thuỷ lực khi chọn đờng kính bánh
xe công tác thì ứng với D1tc = 4 m thì giếng turbin là D G = 5,32m do vây từ các điều
kiện này ta có thể chon đờng kính giếng turbin là : DG = 5,4( m)
3) Kích thớc lắp đặt máy phát
Dh
Dst
Da
do

h2

a

la

h st

h1

h3

h

o

c

Di

Dg
D2

Sơ Đồ máy phát kiểu treo

a) Stato máy phát :
+ Đờng kính ngoài lõi thép :
Da = Di +(0,5-:-0,9)m =7,77+(0,5-:-0,9) = 8,5 m
+ Chiều cao máy phát :
61

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

hst = La+0,75(hoặc 1,5m) = 2 + 0,75 = 2,75 m
+ Đờng kính máy phát :
Dst = (1,15+0,0007n).Di khi no < 250 v/f
= (1,15+0,0007.150).7,77 = 9,75 m
b)Giá chữ thập trên :
+Chiều cao giá chữ thập trên :
h1 = (0,2-:-0,25).Di = (0,2-:-0,25).7,77 = (1,554-:-1,943) = 1,8 m
+Đờng kính giá chữ thập trên :
D1 = Dst = 9,75 m
c) Giá chữ thập dới
+Chiều cao giá chữ thập dới:
h2 = (0,1-:-0,12).Dg = (0,1-:-0,12).5,4 = (0,54 -:- 0,648) = 0,6 m
+Đờng kính giá chữ thập dới :
D2 = Dg + 0,4 = 5,4+ 0,4 =5,8 m
+ Khoảng cách từ giá chữ thập dới đến đến đáy của stato máy phát
a = (0,2 -:- 0,3)m = 0,3 m
+Khoảng cách từ giá chữ thập dới tới bích nối giữa trục turbin và trục máy phát
C = (0,8-:-1,0)m = 1 m
d)ổ trục chặn :
+Chiều cao ổ trục chặn :
h3 = (0,2-:-0,25).Di = (0,2-:-0,25).7,77 =(1,554-:-1,943) = 1,8 m
+Đờng kính ổ trục chặn :
D3 = (0,4-:-0,5).Di = (0,4-:-0,5).7,77 = (3,108 -:- 3,885) = 3,6 m
e)Chóp máy phát :
+Chiều cao chóp máy phát :
ho = (0,3-:-0,5) m = 0,4 m
+Đờng kính chóp máy phát :
do = (0,2 -:- 0,25).Di = (0,2-:-0,25).7,77 = (1,554 -:-1,943) = 1,8 m
f)Hố máy phát :
+Đờng kính hố máy phát :
Dh = (1,5-:-1,85).Di = (1,5-:-1,85).7,77 = (11,655-:-14,375) m = 12m
+Chiều dày máy làm mát :
t = (0,35-:-0,375) m = 0,375 m
62

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

+Khoảng cách đi lại :
b > (0,4-:-0,5) m
Theo kích thớc hố máy phát ta có
Dh = Dst + 2t + 2b = 12m = 9,75+2.0,375+2.b => b = 0,75 m
Vậy chiều cao lớn nhất tính từ bích nối của trục turbin và máy phát tới đỉnh chóp
máy phát là :
Ho = C + h2 + a + hst + h1 + h3 + ho
= 1 + 0,6 + 0,3 + 2,75 + 1,8 + 1,8 + 0,4 = 8,65 m
hk = (0.5 ữ 1.2 )la= (0.5 ữ 1.2).2 = (1 ữ 2,4 )m Chọn hk = 2 m
Đờng kính Dk = (0.35 ữ 0.45)Di = (2,72 ữ 3,497) m. Chọn Dk = 3,2 m
5.2.4. Đờng kính nắp turbin
DNTB = (1.2 ữ 1.3)D1 = (1.2 ữ 1.3).4= (4,8 ữ 5,2)m
Chọn DNTB = 5,2 m
Các kích thớc cơ bản của máy phát thể hiện trong bảng sau:

TT
1

2
3

4
5
6

Bộ phận
Stato

Thông số
Đk ngoài lõi thép
Chiều cao MP
Đờng kính MP
Gía chữ
Chiều cao
thập trên
Đờng kính
Giá chữ
Chiều cao
thập dới
Đờng kính
Khoảng cách
Khoảng cách trục
ô trục chặn Chiều cao
Đờng kính
Chóp máy Chiều cao
phát
Đờng kính
Hố máy
Đờng kính
Chiều dày MLM

Ký hiệu
Da
hst
Dst
h1
D1
h2
D2
a
C
h3
D3
ho
do
Dh
t
63

Kích thớc
8,5
2,75
9,75
1,8
9,75
0,6
5,8
0,3
1,0
1,8
3,6
0,4
1,8
12
0,375

đv
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m
m

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

phát
7

Trục turbin

8

MKT

9

Nắp turbin

Khoảng cách đi lại
ĐK trong turbin
ĐK ngoài turbin
Chiều cao
đờng kính
Đờng kính NTB

b
dtr
dn
hk
Dk
Dntb

0,75
0,95
1,10
2
3,2
5,2

m
m
m
m
m
m

chơng II
thiết bị dẫn nớc và thoát nớc
I. Thiết bị dẫn nớc của nhà máy thủy điện (Buồng xoắn )
.1. Khái niệm chung
-Buồng xoắn turbin là bộ phận qua nớc đầu tiên nằm ngoài cùng của turbin
nhằm mục đích
+Dẫn nớc từ đờng ống áp lực vào qua cơ cấu hứng nớc vào bánh xe công
tác
+Tạo cho dòng nớc trớc khi vào cơ cấu hứng nớc có một độ vòng nhất định
để tránh lực xung kích giữa dòng nớc và mép ngoài của cánh hứng nớc
+Phân bố đều lu lợng vào xung quanh bánh xe công tác để tránh lực tác
dụng lệch tâm
.2.Yêu cầu đối với buồng xoắn của turbin :
64

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

+Kích thớc buồng xoắn phải đảm bảo dẫn đợc lu lợng lớn nhất theo đúng
thiết kế vào trong bánh xe công tác
+Buồng xoắn phải bền ổn định để chịu đợc áp lực nớc lớn nhất khi trạm thuỷ
điện làm việc với cột nớc Hmax= và lu lợng Qmax
+Buồng xoắn phải bảo đảm sao cho dòng nớc chảy vào trong bánh xe công
tác đợc thuận , tổn thất là nhỏ nhất và đảm bảo hiệu suất cao nhất
+Kích thớc của buồng xoắn phải nhỏ để kích thớc nhà máy nhỏ gọn ,vốn
đầu t nhỏ và lắp đặt dễ dàng
+Dễ dàng nối tiếp với đờng ống áp lực ,thuận tiện cho việc bố trí turbin và
các thiết bị phụ trợ
.3.Các yếu tố ảnh hởng tới việc chọn buồng xoắn:
- Kích thớc và hình dạng buồng xoắn đợc quyết định bởi các yếu tố sau
+Cột nớc làm việc của trạm thuỷ điện: cột nớc của trạm thuỷ điện càng cao
thì kích thớc buồng xoắn càng lớn, chiều dày buồng xoắn càng dày ,vật liệu làm
buồng xoắn phải chịu đợc áp lực nớc lớn và thờng làm bằng kim loại góc bao
buồng xoắn là góc bao hoàn toàn , cột nớc của trạm thuỷ điện thấp thì buồng
xoắn càng nhỏ , vật liệu làm buồng xoắn thờng làm bằng bê tông cốt thép , góc
bao không hoàn toàn vì áp lực nớc nhỏ
+Công suất thiết kế của trạm : công suất của trạm thuỷ điện càng lớn thì tổ
máy của trạm thuỷ điện phải lớn nên turbin lớn và do vậy kích thớc của buồng
xoắn cũng phải lớn , và ngợc lại
+Loại turbin : mỗi loại turbin đều có một loại buồng xoắn khác nhau turbin
tâm trục có kiểu buồng xoắn khác turbin hớng trục và turbin gáo
+Phơng án lựa chọn số tổ máy : khi công suất của nhà máy đã xác đình thì
số tổ máy càng nhiều công suất của turbin càng nhỏ và do vậy kích thớc của
turbin càng nhỏ dẫn tới kích thớc của buồng xoắn càng nhỏ và ngợc lại
.4. Kích thớc và loại buồng xoắn quyết định các yếu tố sau:
Kích thớc và loại buồng xoắn quyết kích thớc phần trên nớc và phần dới nớc
của nhà máy thuỷ điện
Khối lợng đào đắp, vốn đầu t xây dựng công trình ..
.5.Chọn hình thức và vật liệu làm buồng xoắn :
Chọn buồng xoắn cho trạm thuỷ điện có thể là buồng xoắn kim loại hay
buồng xoắn bê tông , góc bao hoàn toàn hay góc bao không hoàn toàn
65

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

5.1.Buồng xoắn bê tông : thờng áp dụng cho trạm thuỷ điện có cột nớc
thấp ,công suất của trạm thuỷ điện nhỏ
+Ưu điểm: Có cấu tạo đơn giản , giá thành rẻ
+Nhợc điểm: Hiệu suất thấp ,kích thớc lớn , làm việc không bền
+ứng dụng : Buồng xoắn bêtông thờng đợc ứng dụng cho trạm thuỷ điện có
cột nớc thấp ,công suất của tổ máy nhỏ , thờng dùng cho trạm thuỷ điện kiểu
kênh dẫn và với góc bao không hoàn toàn
.5.2.Buồng xoắn kim loại :
+Ưu điểm : Hiệu suất làm việc cao , kích thớc buồng xoắn nhỏ , làm việc ổn
định và bền
+Nhợc điểm : Giá thành cao , cấu tạo phức tạp
+ứng dụng :Buồng xoắn kim loại thờng đợc ứng dụng cho trạm thuỷ điện có
cột nơc cao , công suất của tổ máy lớn và với góc bao không hoàn toàn
=> Chọn loại buồng xoắn cho trạm thuỷ điện :
Trong đồ án này do trạm thuỷ điện làm việc với cột nớc tơng đối cao trong
phạm vi từ Hmin = 62,1m -:-Hmax = 90,17 m nên buồng xoắn đợc chọn để tính toán
cho trạm thuỷ điện là buồng xoắn kim loại góc bao hoàn toàn max = 345o
Góc bao hoàn toàn là góc đợc tính từ mặt cắt cửa vào
6. Tính toán buồng xoắn :
.6.1. Mục đích của việc tính toán buồng xoắn:
Mục đích của việc tính toán buồng xoắn là xác định đợc các kích thớc sau
đây
+Kích thớc của buồng xoắn của từng tiết diện ứng với các góc bao khác
nhau
+Xác định đợc vị trí của từng tiết diện đó ứng với góc bao khác nhau
+Vẽ đợc mặt bằng buồng xoắn hay hình bao ngoài buồng xoắn ,trên cơ
sở đó xác định đợc kích thớc mặt bằng nhà máy
.6.2.Các phơng pháp tính toán buồng xoắn :
Có ba phơng pháp xác định kích thớc buồng xoắn
a)Phơng pháp 1:Xác định kích thớc buồng xoắn theo phơng pháp vận tốc
vòng Vu =const
Xem vận tốc của dòng nớc tại mọi điểm trong buồng xoắn la nh nhau và Vu
= k : Vu1 = Vu2 = Vu3 = k
66

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

+Ưu điểm : tính toán đơn giản cho kết quả nhanh
+Nhợc điểm: phơng pháp này cho kết quả thiếu chính xác vì không xét tới
tổn thất và hình dạng tiết diện của buồng xoắn
+ứng dụng : ứng dụng cho trạm thuỷ điện có góc bao nhỏ
b)Phơng pháp 2:Xem mô men tốc độ bằng hằng số Vu.Ri = const
Trong đó
Ri : bán kính lấy mô men từ tâm trục turbin đối với điểm cần lấy mômen
thứ i
Vu: vận tốc vòng tại điểm cần lấy mômen (tại bất kỳ điểm nào trên
buồng xoắn nếu có bán kính bằng nhau thì V u bằng nhau
Theo phơng pháp này thì tại mặt cắt bất kỳ nào đó của buồng xoắn thì V u.R =
const
+Ưu điểm : Cho kết quả tơng đối chính xác ,đã xét tới tổn thất của dòng nớc
trong buồng xoắn và hình dạng buồng xoắn (vận tốc dòng nớc tăng dần khi bán
kính giảm dần
+Nhợc điểm : Phơng pháp này tính toán phức tạp và tơng đối dài
+ứng dụng : phơng pháp này thờng đợc ứng dụng phổ biến với góc bao
max = 3450
c)Phơng pháp 3: Mô men tốc độ giảm dần V u.Ri giảm dần
Vu1.R1 >Vu2.R2>Vu3.R3
Phơng pháp này thờng ít đợc áp dụng trong thực tế vì thiếu chính xác
=> Tóm lại kết quả tính toán chỉ mang tính tơng đối vì dòng chảy trong buồng
xoắn rất phức tạp nên các phơng pháp trên chỉ là phơng pháp gần đúng và đợc
kiểm tra bằng thí nghiệm mô hình
Trong đồ án này em dùng phơng pháp 2(mô men tốc độ bằng hằng số) để
tính toán
.6.3. Trình tự tính toán buồng xoắn :
Để tiện lợi cho việc tính toán có thể xem tại các mặt cắt khác nhau của
buồng xoắn đều có tiết diện tròn với bán kính là i
Kích thớc mặt cắt cửa vào:
- Lu tốc tại cửa vào của buồng xoắn :
Vcv = k. H tt
67

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Với k là hệ số kinh nghiệm xét đến tổn thất thuỷ lực và kích thớc kinh tế của
buồng xoắn (k = 0,8 ữ1,1) . Lấy k = 1
Vcv = 1. 75,71 = 8,7 m/s
- Lu lợng tại mặt cắt cửa vào
Để đảm bảo lu lợng phân bố đều chu vi bộ phận hớng nớc thì:
Qcv =

Q T . max
360

Trong đó: QT là lu lợng chảy qua turbin ứng với công suất định mức của turbin
đợc xác định theo công thức:
QT = Q1.D1tc2. H tt
(*)
Q1 : lu lợng quy dẫn tại điểm tính toán (Q1 = 1,05 m3/s)
D1tc: Đờng kính tiêu chuẩn của bánh xe công tác (D1tc = 4 m)
Htt: cột nớc tính toán của trạm thuỷ điện (Htt = 75,71m )
Thay số vào (*) ta đợc
QT = 1,05.42. 75,71 = 146,18 m3/s
Lu lợng tại mặt cắt cửa vào là
Qcv = 146,18.345o/360o = 140,1 (m3/s)
-Tiết diện tại mặt cắt cửa vào của buồng xoắn :
Q

140,1

cv
Fcv = V = 8,7 = 16,103 m2
cv

- Bán kính tiết diện tại mặt cắt cửa vào của buồng xoắn :


Fcv
=


cv =

16,103
= 2,265 m
3,14

Tính toán cho mặt cắt bất kỳ:
- Bán kính tiết diện tròn ứng với các góc i bất kỳ của buồng xoắn :
i =

i

+ 2.ra i
C
C

Trong đó :
i : Góc bất kỳ, i = 00 ữ 3450
ra : Bán kính ngoài vòng bệ đợc tra theo bảng (5 5) GTTB, ứng với D 1 =4 m thì
Da = 6,15 m (Buồng xoắn kim loại)
ra =

Da
6,15
=
= 3,075 m
2
2
68

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

C: là hằng số đợc xác định theo công thức
max

C=

(ra + cv ) ra (ra + 2. V )
345

C = 3,075 + 2,265 3,075.(3,075 + 2.2,265) = 684,52
Từ đó ta xác định bán kính từ tâm buồng xoắn đến mép ngoài của mỗi tiết diện
là :
-Lu lợng tại một mặt cắt bất kỳ của buồng xoắn
Q =

QT .
360

Bán kính tính từ tâm trục turbin tới đờng viền ngoài buồng xoắn đợc xác định theo
công thức sau
Ri = ra + 2. i
Kết quả tính toán đợc thực hiện trên máy tính và ghi ở bảng dới đây
Từ bảng kết quả tính toán kích thớc buồng xoắn này chúng ta có thể vẻ đợc sơ bộ
kích thớc của buồng xoắn trên mặt bằng và từ đây có thể xác định đợc kích thớc
phần trên nớc và phần dới nớc nhà máy thuỷ điện theo điều kiện kích thớc của
buồng xoắn (nếu kích thớc của buồng xoắn lớn hơn kích thớc của hố máy phát )
Bảng tính toán kích thớc buồng xoắn kim loại của trạm thuỷ điện NC
STT

/C



ra
(m)

2.rs . / c

2.

(m)

(m)

R
(m)

1

0

0.000

3.075

0.000

0.000

3.075

2

15

0.022

3.075

0.367

0.389

3.853

3

30

0.044

3.075

0.519

0.563

4.201

4

45

0.066

3.075

0.636

0.702

4.478

5

60

0.088

3.075

0.734

0.822

4.719

6

75

0.110

3.075

0.821

0.930

4.936

7

90

0.131

3.075

0.899

1.031

5.136

8

105

0.153

3.075

0.971

1.125

5.324

9

120

0.175

3.075

1.038

1.214

5.502

10

135

0.197

3.075

1.101

1.299

5.672

11

150

0.219

3.075

1.161

1.380

5.835

69