ĐỒ án THIẾT kế THỦY điện 3

Phần III
lựu chọn thiết bị cho nhà máy thuỷ điện
Chơng 1
lựu chọn số tổ máy.
1. Khái quát.

Sau khi xác định đợc các thông số cơ bản của nhà máy thuỷ điện, ta tiến hành lựa
chọn thiết bị cho nhà máy. Trong nhà máy thuỷ điện có rất nhiều thiết bị nhng có hai
thiết bị cơ bản là:
- Thiết bị cơ khí thuỷ lực.
- Tiết bị điện và các thiết bị khác.
Việc lựu chọn thiết bị cho nhà máy và số tổ máy sao cho vừa kinh tế vừa an toàn
cung cấp điện là một vấn đề rất phức tạp và hết sức quan trọng trong quá trình tính
toán thiết kế nhà máy thuỷ điện vì nó ảnh hởng tới kích thớc, quy mô, kết cấu công
trình và ảnh hởng trực tiếp tới vốn đầu t vào công trình. Chọn số tổ máy và chọn thiết
bị cho nhà máy là hai công việc liên quan chặt chẽ với nhau, trong đó vấn đề chọn số
tổ máy phải dựa vào hai điều kiên kinh tế, kĩ thuật, an toàn cung cấp điện và tình hình
sản suất thiết bị hiện có.
Về mặt kĩ thuật:
Công suất của một tổ máy phải không nên lớn hơn công suất dự trữ sự cố của hệ
thống vì nếu trong lúc vận hành tổ máy đó bị sự cố thì không thể bù đắp đợc phần
thiếu hụt công suất phát.
HT
HT
N tm N dtrsc
= (10 12) % Pmax

Về cung cấp điện:
Số tổ máy ít, xác suất sự cố của các tổ máy nhỏ nhng khi bị sự cố thì mức độ phá
hoại lớn, việc bù đắp điện lợng thiếu hụt sẽ rất khó khăn. Khi số tổ máy nhiều thì ngợc lại.
1

Về điều kiện kinh tế:
- Về vốn đầu t: khi số tổ máy ít, vốn đầu t vào một tổ máy nhiều nhng vốn đầu
t vào cả nhà máy ít, kích thớc nhà máy nhỏ, tăng nhanh tiến độ thi công. Khi số tổ
máy nhiều thì ngợc lại.
- Về vận chuyển, lắp ráp và sửa chữa: Khi số tổ máy ít, kích thớc và thiết bị của
mỗi tổ máy lớn do vậy việc vận chuyển thiết bị đến công trình lắp đặt tơng đối khó
khăn, đặc biệt là các thiết bị phải nhập từ nớc ngoài. Nói chung, việc chọn thiết bị cho
nhà máy thuỷ điện phải dựa vào tình hình thực tế: hệ thống giao thông, tình hình sản
suất thiết bị... Do đó khi lựa chọn thiết bị phải chú ý lựa chọn sao cho các thiết bị đó
phải đợc chế tạo sẵn, dễ mua, dễ lắp ráp thay thế bởi vì khi đặt hàng một Catalogue
mới sẽ tốn kém hơn. Trong đồ án này, dựa vào quy mô công trình em đa ra ba phơng
án có khả năng và từ đó chọn ra một phơng án tối u:
o Phơng án nhà máy có hai tổ máy.
o Phơng án nhà máy có ba tổ máy.
o Phơng án nhà máy có bốn tổ máy.
2. Tính toán các phơng án.

Từ yêu cầu công suất đối với mỗi tổ máy của từng phơng án, ta đi chọn thiết bị
cho từng phơng án cụ thể là turbin và máy phát. Sau đó đánh giá sơ bộ vốn đầu t vào
thiết bị và vốn xây dựng nhà máy.
2.1. Phơng án nhà máy có 2 tổ máy.
a) Số liệu:
Hmax = 65,78 m.
Hmin = 62,33 m.
Htt = 62,33 m.
Hbq = 64,24 m.
Công suất lắp máy: Nlm = 150 MW.
Cao trình mực nớc hạ lu nhỏ nhất: Zhl min = 224,22 m.

b) Công suất một tổ máy:
2


tm =

lm 150
=
= 75MW
z
2

c) Chọn loại turbin và phơng thức lắp trục:
Công suất 1 turbin:

T =

tm
75
=
= 78,125 (MW)
mf
0.96

Trong đó: mf hiệu suất máy phát bằng ( 0,96 ữ 0,98 ); chọn mf = 0,96.
Từ NT và các cột nớc đặc trng (Htt) tra biểu đồ phạm vi sử dụng các kiểu turbin
(Hình 8-1 trang 120 giáo trình turbin thuỷ lực) ta chọn đợc loại turbin tâm trục trục
đứng nhãn hiệu PO75/702.
d) Xác định các thông số cơ bản của turbin.
Xác định đờng kính bánh xe công tác.

Đờng kính D1 đợc xác định theo công thức:
D1 =

NT
9,81..Q'1 H tt H tt

(m)

Trong đó: và Q1 xác định dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chủ yếu trang 187
giáo trình turbin thuỷ lực.
n Itt = n I 0 + (2 ữ 5) (vòng/phút)

Mục đích của việc chêng lệch (2ữ5) vòng/phút là để khi turbin thực làm việc sẽ
nằm ở vùng có hiệu suất cao.
n I 0 : Số vòng quay tối u của turbin; theo tài liệu n I 0 = 70 (vòng/phút).

Chọn n Itt = 70 + 5 (vòng/phút).
Dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chủ yếu của turbin PO75/702 ta tìm đợc điểm
tính toán trên đờng hạn chế công suất 95% là:
Q1tt = 1125(l / s ) = 1,125(m 3 / s )

T = 0,9

Thay vào ta có:
Dtt =

78,125.1000
= 3,998( m)
9,81.0,9.1,125.62,33 3 / 2
3

Dựa vào tiêu chuẩn chọn D1 (trang 92 giáo trình turbin thuỷ lực) ta chọn đợc D1 =
4 (m).
Xác định số vòng quay đồng bộ.
Số vòng quay đồng bộ đợc xác định theo công thức:
n tt =

n1Toi uu . H bq
D1

Trong đó: Hbq Cột nớc bình quân gia quyền; Hbq = 64,24 (m)
D1 - Đờng kính bánh xe công tác; D1 = 4 (m).
n1Toi uu - Số vòng quay quy dẫn tối u của turbin thực.
n1Toi uu = n1T toi uu + n1
n1 - Độ hiệu chỉnh số vòng quay quy dẫn giữa turbin thực và mẫu.
T max

n1 = n1Toi uu
1
M max




Tra trên đờng đặc tính tổng hợp chính của turbin PO75/702 ta đợc: max = 0,9
Hiệu suất lớn nhất của turbin (H<150):
T Max = 1 (1 M Max ) 5

D1M

0,46
= 1 (1 0,9) 5
= 0,935
D1T
4

Do đó:
0,935
n1 = 70.
1 = 1,35(v / ph)
0
,
9





n1Toi uu = 70 + 1,35 = 71,35(v / ph) .



n tt =

71,35. 64,24
= 142,967(v / ph) .
4

Chọn theo số vòng quay tiêu chuẩn ở bảng 8-4 trang 126 giáo trình turbin thuỷ
lực ta có: n = 150 (v/ph).

Kiểm tra lại phạm vi làm việc của turbin.
n1 min =

nD1
H max

n1 =

150.4
65,78
4

1,35 = 72,63(v / ph) .


n1 max =
n1 Htt =

nD1
H min

nD1
H tt

n1 =

150.4
62,33

150.4

n1 =

62,33

1,35 = 72,63(v / ph) .

1,35 = 72,63(v / ph) .

Ta thấy vùng làm việc của turbin giới hạn bởi 2 đờng nằm ngang min là 72,63 và
max là 74,65 nằm trong vùng làm việc của turbin có hiệu suất cao. Nh vậy D1 và n đã
chọn là hợp lý.
Xác định lại điểm tính toán.
Q1tt =

NT
9,81..D1 H tt
2

3/2

=

78,125.1000
= 1,124( m 3 / s ) .
2
3/ 2
9,81.0,9.4 .62,33

3

Tra bảng 8-1 giáo trình turbin thuỷ lực ta có: Q1max = 1,37(m / s ) .

Q1tt < Q1max .( thoả mãn)
Xác định độ cao hút Hs.
n1 tt =

nD1
H tt

=

4.150
62,33

= 76(v / ph) .

Có điểm tính toán (Q1 tt , n1 tt ) , dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chính, nội suy ta có
= 0,131.
Mặt khác ta có độ hiệu chỉnh hệ số khí thực theo hình 7-4 trang 114 giáo trình
turbin thuỷ lực ứng với cột nớc tính toán Htt = 62,33 (m) = 0,02.
Vậy độ cao hút Hs là: H s = 10
= 10

LM
( + ) H tt
900
24,22
(0,131 + 0,02).62,33 = 0,34( m) .
900

Xác định số vòng quay lồng tốc của turbin.
nL =

n1 L H max
D1

(v / ph)

Trong đó: n1 L - Số vòng quay lồng quy dẫn của turbin PO75/702 tra bảng 8-2
trang 119 giáo trình turbin thuỷ lực ta có: n1 L = 132 (v/ph).
5


Hmax Cột nớc lớn nhất của trạm thuỷ điện; Hmax = 65,78 (m).
Vậy:

n1 L =

132 65,78
= 267,65(v / ph)
4

e) Xác định cao trình lắp máy.
lm đối với turbin tâm trục lắp trục đứng chính là cao trình của trung tâm cánh hớng nớc.
lm = Zhl min + Hs + b0/2 = 224,22 + 0,34 + 1,2/2 = 225,16 (m).
f) Chọn máy phát.
Chọn máy phát phải đảm bảo yêu cầu về kĩ thuật và kinh tế:
- Về kinh tế: Do điều kiện nớc ta cha sản xuất đợc loại máy phát điện loại lớn,
mà phải nhập từ nớc ngoài. Do vậy việc chọn máy phát phải căn cứ vào biểu
đồ sản phẩm ở nơi sản xuất, máy phát đợc chọn phải đồng bộ, có sẵn, đã từng

sản xuất.
- Về kĩ thuật: Máy phát phải chọn sao cho đảm bảo độ an toàn cao, ít xảy ra sự
cố, thao tác vận hành dễ dàng. Kiểu máy phát đợc chọn có công suất định
mức so với công suất thiết kế sai khác không quá 5%, số vòng quay không vợt
quá 3%. Nếu không thoả mãn các điều kiện này thì phải hiệu chỉnh cho phù
hợp.
Từ phần turbin đã chọn, số vòng quay đồng bộ của turbin là n =150 (v/ph).
Công suất của máy phát: N MP =

N LM 150
=
= 75( MW )
Z
2

Dựa vào tài liệu chọn máy phát ta thấy không có loại máy phát nào thoả mãn cả
hai điều kiện trên, nếu phải thiết kế riêng thì rất đắt, làm tăng vốn đầu t nhà máy. Vì
vậy ta chọn máy phát có số vòng quay n = 150 (v/ph) và có công suất xấp xỉ Nmp. Sau
đó sẽ hiệu chỉnh bằng cách thay đổi chiều cao lõi thép từ. Từ bảng tra máy phát ta
thấy có loại máy phát CB 850/190 40 có các thông số sau:

6


Bảng thông số máy phát
Kiểu máy
phát
CB850/19040

Số

vòng
150

Công suất
10 KVA 103KW
3

100

90

0,9

98

18000

16,5

3,5

CB Máy phát trục đứng đồng bộ.
850 - Đờng kính ngoài lõi thép từ hữu hiệu (cm).
190 Chiều cao lõi thép từ hữu hiệu (cm).
40 Số đôi cực từ máy phát.
Hiệu chỉnh chiều cao lõi thép từ.
Chiều cao lõi thép từ tỉ lệ thuận với công suất và tỉ lệ nghịch với số vòng quay.
Chiều cao lõi thép từ sau khi thay đổi đợc tính theo công thức.
La = [ La ] ì

N MP
n
ì
[ N MP ] [ n]

La Chiều cao lõi thép từ sau khi thay đổi.
[La] chiều cao lõi thép từ của chọn theo bảng.
Nmf Công suất máy phát cần thiết kế.
[Nmf] Công suất máy phát chọn theo bảng.
n Số vòng quay đồng bộ của turbin.
[n] Số vòng quay đồng bộ của máy phát chọn theo bảng.
Do n = [n] = 150 (v/ph)
N

75

MF
La = [ La] ì [ N ] = 190 ì 90 = 158(cm)
MF

Nh vậy ta đã có loại máy phát sau khi hiệu chỉnh là: CB 850/158 40 có số
vòng quay là 150 (v/ph).
Đờng kính trong của stato (đờng kính ngoài rôto máy phát).
Di = Da (0,5 ữ 0,6) = 8,5 0,5 = 8 (m).
Kiểm tra hình thức lắp máy phát.
7


Máy phát điện đợc chia làm hai loại: Máy phát kiểu ô và máy phát kiểu treo.
Điều kiện để phân biệt hai loại máy phát này nh sau:

- Kiểu treo khi tỷ số La/Di > 0,15 và số vòng quay n >150.
- Kiểu ô khi tỷ số La/Di < 0,15 và số vòng quay n < 75.
La 1,58
=
= 0,19 > 0,15

8
Ta thấy Di
Chọn máy phát kiểu treo.
n 150

Trọng lợng máy phát.
Trọng lợng của máy phát đợc tính theo công thức kinh nghiệm:
Gmf = . Di. La = 50.8.1,58 = 632 Tấn
Trong đó: = (48ữ58); Với loại máy phát kiểu treo lấy = 50.
Lực dọc trục.
Lực dọc trục đợc xác định theo công thức:
Pz = PZn + G = Kz.D12.Hmax + 1,1.(Gb + Gt + Gr).
Trong đó: Pz : Lực dọc trục.
PZn : áp lực nớc dọc trục.
Kz : Hệ số áp lực nớc dọc trục. Theo bảng tra 8-1 chọn Kz = 0,25.
1,1 : Hệ số xét đến trọng lợng của các phần quay khác của turbin và
máy phát.
Gb : Trọng lợng báng xe công tác. Tra hình 8-11a (GT turbin thuỷ
lực) với turbin tâm trục. D1 = 4 (m) Gb = 40 (tấn).
Gt : Trọng lợng trục turbin. Lấy Gt = 0,8.Gb = 0,8.40 = 32 (tấn).
Gr : Trọng lợng của rôtô kèm trục lấy theo kinh nghiệm:
Gr = (0,5ữ0,55).Gmf = 0,5.Gmf = 0,5.632 = 316 tấn.
Vậy:
Pz = 0,25.42.65,78 + 1,1.(40 + 32 + 316) = 637,296 Tấn.

g) Sơ bộ xác định vốn đầu t vào nhà máy:
Vốn đầu t chủ yếu vào nhà máy là vào turbin,máy phát, khối lợng bê tông cốt
thép xây dựng nhà máy.
8


ở đay ta tính theo đơn vị tiền tệ của Nga (rúp). Sau đó tính đổi sang đơn vị tiền tệ
của Việt Nam (VNĐ) với: 1 rúp = 25.000 VNĐ.
Vốn đầu t gồm:
Giá thành turbin:
Tra biểu đồ quan hệ 10-4 trang 176 sách giáo trình turbin thuỷ lực với đờng kính
bánh xe công tác là D1 = 4 (m), buồng xoắn hàn, H = 60 ữ 160 (m) ta tra đợc trọng lợng một turbin (bao gồm cả buồng xoắn) là: GTB = 330 (tấn).
Tra quan hệ giá thành turbin (hình 10-5) ta đợc giá thành 1 turbin là 4,2.106 (rúp).
Vậy nhà máy có 2 tổ máy sẽ có giá thành turbin là: 8,4.106 (rúp) = 210 tỉ (VNĐ).
Giá thành máy phát.
Tra quan hệ 10-3 giáo trình turbin thuỷ lực ta đợc:
Với Gmf = 632 (tấn) Kmf = 5,2.106 (rúp).
Vậy giá thành máy phát của nhà máy với 2 tổ máy là:
Kmf = 2. 5,2.106 = 10,4.106 = 260 tỉ (VNĐ).
Giá thành bê tông cốt thép xây dựng nhà máy.
Khối lợng bê tông cốt thép xây dựng nhà máy tính với 1 tổ máy đợc xác định
theo công thức kinh nghiệm:
W0 = 222.D11,7. Htt0,4.
Khối lợng bê tông cốt thép kể cả gian lắp ráp và gian sửa chữa:
W = W0.(Z+1) = 222. D11.7. Htt0,4.(Z+1) = 222.44.62,330,4.3 = 36715,97 (m3)
Sơ bộ chọn giá thành 1m3 bê tông cốt thép là 1 triệu VNĐ. Vậy sơ bộ tiền đầu t
vào bê tông cốt thép xây dựng nhà máy là:
KBTCT = 36715,97.106 = 36,7 tỉ (VNĐ).
Vậy sơ bộ tổng số tiền đầu t vào nhà máy của phơng án 2 tổ máy là:
K = KT + Kmf + KBTCT = 210 + 200 + 36,7 = 506,7 tỉ (VNĐ).

2.2. Phơng án nhà máy có 3 tổ máy.
a) Số liệu:
Hmax = 65,78 m.
Hmin = 62,33 m.
9


Htt = 62,33 m.
Hbq = 64,24 m.
Công suất lắp máy: Nlm = 150 MW.
Cao trình mực nớc hạ lu nhỏ nhất: Zhl min = 224,22 m.
b) Công suất một tổ máy:
tm =

lm 150
=
= 50MW
z
3

c) Chọn loại turbin và phơng thức lắp trục:
Công suất 1 turbin:

T =

tm
50
=
= 52,0835 (MW)
mf 0.96

Trong đó: mf hiệu suất máy phát bằng ( 0,96 ữ 0,98 ); chọn mf = 0,96.
Từ NT và các cột nớc đặc trng (Htt) tra biểu đồ phạm vi sử dụng các kiểu turbin
(Hình 8-1 trang 120 giáo trình turbin thuỷ lực) ta chọn đợc loại turbin tâm trục trục
đứng nhãn hiệu PO75/702.
d) Xác định các thông số cơ bản của turbin.
Xác định đờng kính bánh xe công tác.
Đờng kính D1 đợc xác định theo công thức:
D1 =

NT
9,81..Q'1 H tt H tt

(m)

Trong đó: và Q1 xác định dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chủ yếu trang 187
giáo trình turbin thuỷ lực.
n Itt = n I 0 + (2 ữ 5) (vòng/phút)

Mục đích của việc chêng lệch (2ữ5) vòng/phút là để khi turbin thực làm việc sẽ
nằm ở vùng có hiệu suất cao.
n I 0 : Số vòng quay tối u của turbin; theo tài liệu n I 0 = 70 (vòng/phút).

Chọn n Itt = 70 + 5 (vòng/phút).
Dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chủ yếu của turbin PO75/702 ta tìm đợc điểm
tính toán trên đờng hạn chế công suất 95% là:
10


Q1tt = 1125(l / s ) = 1,125(m 3 / s )

T = 0,9

Thay vào ta có:
Dtt =

52,083.1000
= 3,26(m)
9,81.0,9.1,125.62,33 3 / 2

Dựa vào tiêu chuẩn chọn D1 (trang 92 giáo trình turbin thuỷ lực) ta chọn đợc D1 =
3,2 (m).
Xác định số vòng quay đồng bộ.
Số vòng quay đồng bộ đợc xác định theo công thức:
n tt =

n1Toi uu . H bq
D1

Trong đó: Hbq Cột nớc bình quân gia quyền; Hbq = 64,24 (m)
D1 - Đờng kính bánh xe công tác; D1 = 3,2 (m).
n1Toi uu - Số vòng quay quy dẫn tối u của turbin thực.
n1Toi uu = n1T toi uu + n1
n1 - Độ hiệu chỉnh số vòng quay quy dẫn giữa turbin thực và mẫu.
T max

n1 = n1Toi uu
1
M max

Tra trên đờng đặc tính tổng hợp chính của turbin PO75/702 ta đợc: max = 0,9
Hiệu suất lớn nhất của turbin (H<150):
T Max = 1 (1 M Max ) 5

D1M
0,46
= 1 (1 0,9) 5
= 0,954
D1T
3,2

Do đó:
0,954
n1 = 70.
1 = 2,07(v / ph)
0
,
9





n1Toi uu = 70 + 2,07 = 72,07(v / ph) .

n tt =

72,07. 64,24
= 180,51(v / ph) .
3,2
11


Chọn theo số vòng quay tiêu chuẩn ở bảng 8-4 trang 126 giáo trình turbin thuỷ
lực ta có: n = 166,7 (v/ph).
Kiểm tra lại phạm vi làm việc của turbin.
nD1

n1 min =

H max
nD1

n1 max =
n1 Htt =

H min
nD1
H tt

n1 =

166,7.3,2

n1 =

166,7.3,2

n1 =

65,78
62,33

166,7.3,2
62,33

2,07 = 63,7(v / ph) .
2,07 = 65,5(v / ph) .

2,07 = 65,5(v / ph) .

Ta thấy vùng làm việc của turbin giới hạn bởi 2 đờng nằm ngang min là 63,7 và
max là 65,5 nằm trong vùng làm việc của turbin có hiệu suất cao. Nh vậy D1 và n đã
chọn là hợp lý.
Xác định lại điểm tính toán.
Q1tt =

NT
9,81..D1 H tt
2

3/2

=

50,083.1000
= 1,126(m 3 / s) .
2
3/ 2
9,81.0,9.3,2 .62,33

3
Tra bảng 8-1 giáo trình turbin thuỷ lực ta có: Q1max = 1,37(m / s ) .

Q1tt < Q1max .( thoả mãn)
Xác định độ cao hút Hs.
n1 tt =

nD1
H tt

=

3,2.166,7
62,33

= 67,36(v / ph) .

Có điểm tính toán (Q1 tt , n1 tt ) , dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chính, nội suy ta có
= 0,13.
Mặt khác ta có độ hiệu chỉnh hệ số khí thực theo hình 7-4 trang 114 giáo trình
turbin thuỷ lực ứng với cột nớc tính toán Htt = 62,33 (m) = 0,02.
Vậy độ cao hút Hs là: H s = 10
= 10

LM
( + ) H tt
900
24,22
(0,13 + 0,02).62,33 = 0,34(m) .
900

Xác định số vòng quay lồng tốc của turbin.
12


nL =

n1 L H max
D1

(v / ph)

Trong đó: n1 L - Số vòng quay lồng quy dẫn của turbin PO75/702 tra bảng 8-2
trang 119 giáo trình turbin thuỷ lực ta có: n1 L = 132 (v/ph).
Hmax Cột nớc lớn nhất của trạm thuỷ điện; Hmax = 65,78 (m).
n1 L =

Vậy:

132 65,78
= 334,65(v / ph)
3,2

e) Xác định cao trình lắp máy.

lm đối với turbin tâm trục lắp trục đứng chính là cao trình của trung tâm cánh hớng nớc.
lm = Zhl min + Hs + b0/2 = 224,22 + 0,34 + 0,96/2 = 225,04 (m).
f) Chọn máy phát.
Từ phần turbin đã chọn, số vòng quay đồng bộ của turbin là n =166,7 (v/ph).
Công suất của máy phát: N MP =

N LM 150
=
= 50( MW )
Z
2

Dựa vào tài liệu chọn máy phát ta thấy loại máy phát CB 750/150 36 có số
vòng quay n = 166,7 (v/ph) và công suất là 50.103 KW là hợp lý. Nó có các thông số
nh sau:
Bảng thông số máy phát CB 750/150 36
Kiểu máy
phát

Số
vòng

CB750/150
-36

166,7

Công suất
10 KV
103K

A
W
3

62,5

50

0,8

97,2

CB Máy phát trục đứng đồng bộ.
750 - Đờng kính ngoài lõi thép từ hữu hiệu (cm).
150 Chiều cao lõi thép từ hữu hiệu (cm).
36 Số đôi cực từ máy phát.
13

7100

-

-


Đờng kính trong của stato (đờng kính ngoài rôto máy phát).
Di = Da (0,5 ữ 0,6) = 7,5 0,5 = 7 (m).
Kiểm tra hình thức lắp máy phát.
Máy phát điện đợc chia làm hai loại: Máy phát kiểu ô và máy phát kiểu treo.
Điều kiện để phân biệt hai loại máy phát này nh sau:

- Kiểu treo khi tỷ số La/Di > 0,15 và số vòng quay n >150.
- Kiểu ô khi tỷ số La/Di < 0,15 và số vòng quay n < 75.
La 1,5
=
= 0,214 > 0,15

Ta thấy Di 7
Chọn máy phát kiểu treo.
n 150

Trọng lợng máy phát phát.
Trọng lợng của máy phát đợc tính theo công thức kinh nghiệm:
Gmf = . Di. La = 50.7.1,5 = 525 Tấn
Trong đó: = (48ữ58); Với loại máy phát kiểu treo lấy = 50.
Lực dọc trục.
Lực dọc trục đợc xác định theo công thức:
Pz = PZn + G = Kz.D12.Hmax + 1,1.(Gb + Gt + Gr).
Trong đó: Pz : Lực dọc trục.
PZn : áp lực nớc dọc trục.
Kz : Hệ số áp lực nớc dọc trục. Theo bảng tra 8-1 chọn Kz = 0,25.
1,1 : Hệ số xét đến trọng lợng của các phần quay khác của turbin và
máy phát.
Gb : Trọng lợng báng xe công tác. Tra hình 8-11a (GT turbin thuỷ
lực) với turbin tâm trục. D1 = 3,2 (m) Gb = 20 (tấn).
Gt : Trọng lợng trục turbin. Lấy Gt = 0,8.Gb = 0,8.20 = 16 (tấn).
Gr : Trọng lợng của rôtô kèm trục lấy theo kinh nghiệm:
Gr = (0,5ữ0,55).Gmf = 0,5.Gmf = 0,5. 525 = 262,5 tấn.
Vậy:
Pz = 0,25.3,22.65,78 + 1,1.(20 + 16 + 262,5) = 496,747 Tấn.
g) Sơ bộ xác định vốn đầu t vào nhà máy:

14


Vốn đầu t gồm:
Giá thành turbin:
Tra biểu đồ quan hệ 10-4 trang 176 sách giáo trình turbin thuỷ lực với đờng kính
bánh xe công tác là D1 = 3,2 (m), buồng xoắn hàn, H = 60 ữ 160 (m) ta tra đợc trọng
lợng một turbin (bao gồm cả buồng xoắn) là: GTB = 225 (tấn).
Tra quan hệ giá thành turbin (hình 10-5) ta đợc giá thành 1 turbin là 3,6.106 (rúp).
Vậy nhà máy có 3 tổ máy sẽ có giá thành turbin là: 9,9.106 (rúp) = 247,5 tỉ (VNĐ).
Giá thành máy phát.
Tra quan hệ 10-3 giáo trình turbin thuỷ lực ta đợc:
Với Gmf = 525 (tấn) Kmf = 4,6.106 (rúp).
Vậy giá thành máy phát của nhà máy với 3 tổ máy là:
Kmf = 3. 4,6.106 = 13,8.106 = 345 tỉ (VNĐ).
Giá thành bê tông cốt thép xây dựng nhà máy.
Khối lợng bê tông cốt thép xây dựng nhà máy tính với 1 tổ máy đợc xác định
theo công thức kinh nghiệm:
W0 = 222.D11,7. Htt0,4.
Khối lợng bê tông cốt thép kể cả gian lắp ráp và gian sửa chữa:
W = W0.(Z+1) = 222. D11.7. Htt0,4.(Z+1) = 222.3,24.62,330,4.4 = 33500,2 (m3)
Sơ bộ chọn giá thành 1m3 bê tông cốt thép là 1 triệu VNĐ. Vậy sơ bộ tiền đầu t
vào bê tông cốt thép xây dựng nhà máy là:
KBTCT = 33500,2.106 = 33,5 tỉ (VNĐ).
Vậy sơ bộ tổng số tiền đầu t vào nhà máy của phơng án 3 tổ máy là:
K = KT + Kmf + KBTCT = 247,5 + 345 + 33,5 = 626 tỉ (VNĐ).
2.3. Phơng án nhà máy có 4 tổ máy.
a) Số liệu:
Hmax = 65,78 m.
Hmin = 62,33 m.

Htt = 62,33 m.
Hbq = 64,24 m.
15


Công suất lắp máy: Nlm = 150 MW.
Cao trình mực nớc hạ lu nhỏ nhất: Zhl min = 224,22 m.
b) Công suất một tổ máy:
tm =

lm 150
=
= 37,5MW
z
4

c) Chọn loại turbin và phơng thức lắp trục:
Công suất 1 turbin:

T =

tm 37,5
=
= 39,0625 (MW)
mf 0.96

Trong đó: mf hiệu suất máy phát bằng ( 0,96 ữ 0,98 ); chọn mf = 0,96.
Từ NT và các cột nớc đặc trng (Htt) tra biểu đồ phạm vi sử dụng các kiểu turbin
(Hình 8-1 trang 120 giáo trình turbin thuỷ lực) ta chọn đợc loại turbin tâm trục trục
đứng nhãn hiệu PO75/702.

d) Xác định các thông số cơ bản của turbin.
Xác định đờng kính bánh xe công tác.
Đờng kính D1 đợc xác định theo công thức:
D1 =

NT
9,81..Q'1 H tt H tt

(m)

Trong đó: và Q1 xác định dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chủ yếu trang 187
giáo trình turbin thuỷ lực.
n Itt = n I 0 + (2 ữ 5) (vòng/phút)

Mục đích của việc chêng lệch (2ữ5) vòng/phút là để khi turbin thực làm việc sẽ
nằm ở vùng có hiệu suất cao.
n I 0 : Số vòng quay tối u của turbin; theo tài liệu n I 0 = 70 (vòng/phút).

Chọn n Itt = 70 + 5 (vòng/phút).
Dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chủ yếu của turbin PO75/702 ta tìm đợc điểm
tính toán trên đờng hạn chế công suất 95% là:
Q1tt = 1125(l / s ) = 1,125(m 3 / s )

T = 0,9

Thay vào ta có:
16


Dtt =

39,0625.1000
= 2,827(m)
9,81.0,9.1,125.62,33 3 / 2

Dựa vào tiêu chuẩn chọn D1 (trang 92 giáo trình turbin thuỷ lực) ta chọn đợc D1 =
2,8 (m).
Xác định số vòng quay đồng bộ.
Số vòng quay đồng bộ đợc xác định theo công thức:
n tt =

n1Toi uu . H bq
D1

Trong đó: Hbq Cột nớc bình quân gia quyền; Hbq = 64,24 (m)
D1 - Đờng kính bánh xe công tác; D1 = 2,8 (m).
n1Toi uu - Số vòng quay quy dẫn tối u của turbin thực.
n1Toi uu = n1T toi uu + n1
n1 - Độ hiệu chỉnh số vòng quay quy dẫn giữa turbin thực và mẫu.
T max

n1 = n1Toi uu
1
M max




Tra trên đờng đặc tính tổng hợp chính của turbin PO75/702 ta đợc: max = 0,9
Hiệu suất lớn nhất của turbin (H<150):

T Max = 1 (1 M Max ) 5

D1M
0,46
= 1 (1 0,9) 5
= 0,951
D1T
2,8

Do đó:
0,951
n1 = 70.
1 = 1,96(v / ph)
0,9




n1Toi uu = 70 + 1,96 = 71,96(v / ph) .



n tt =

71,96. 64,24
= 205,985(v / ph) .
2,8

Chọn theo số vòng quay tiêu chuẩn ở bảng 8-4 trang 126 giáo trình turbin thuỷ
lực ta có: n = 214,3 (v/ph).

Kiểm tra lại phạm vi làm việc của turbin.
17


nD1

n1 min =

H max
nD1

n1 max =
n1 Htt =

H min
nD1
H tt

n1 =

214,3.2,8

n1 =

214,3.2,8

n1 =

65,78
62,33

214,3.2,8
62,33

1,96 = 72,02(v / ph) .
1,96 = 74,04(v / ph) .

1,96 = 74,04(v / ph) .

Ta thấy vùng làm việc của turbin giới hạn bởi hai đờng nằm ngang min là 72,02
và max là 74,04 nằm trong vùng làm việc của turbin có hiệu suất cao. Nh vậy D1 và n
đã chọn là hợp lý.
Xác định lại điểm tính toán.
Q1tt =

NT
9,81..D1 H tt
2

3/ 2

=

39,0625.1000
= 1,147(m 3 / s) .
2
3/ 2
9,81.0,9.2,8 .62,33

3

Tra bảng 8-1 giáo trình turbin thuỷ lực ta có: Q1max = 1,37(m / s ) .

Q1tt < Q1max .( thoả mãn)
Xác định độ cao hút Hs.
n1 tt =

nD1
H tt

=

2,8.214,3
62,33

= 76(v / ph) .

Có điểm tính toán (Q1 tt , n1 tt ) , dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chính, nội suy ta có
= 0,134.
Mặt khác ta có độ hiệu chỉnh hệ số khí thực theo hình 7-4 trang 114 giáo trình
turbin thuỷ lực ứng với cột nớc tính toán Htt = 62,33 (m) = 0,02.
Vậy độ cao hút Hs là: H s = 10
= 10

LM
( + ) H tt
900
24,22
(0,134 + 0,02).62,33 = 0,152(m) .
900

Xác định số vòng quay lồng tốc của turbin.
nL =

n1 L H max
D1
18

(v / ph)


Trong đó: n1 L - Số vòng quay lồng quy dẫn của turbin PO75/702 tra bảng 8-2
trang 119 giáo trình turbin thuỷ lực ta có: n1 L = 132 (v/ph).
Hmax Cột nớc lớn nhất của trạm thuỷ điện; Hmax = 65,78 (m).
n1 L =

Vậy:

132 65,78
= 382,52(v / ph)
2,8

e) Xác định cao trình lắp máy.
lm đối với turbin tâm trục lắp trục đứng chính là cao trình của trung tâm cánh hớng nớc.
lm = Zhl min + Hs + b0/2 = 224,22 + 0,152 + 0,84/2 = 224,8 (m).
f) Chọn máy phát.
Từ phần turbin đã chọn, số vòng quay đồng bộ của turbin là n =214,3 (v/ph).
Công suất của máy phát: N MP =

N LM 150
=

= 37,5( MW )
Z
4

Dựa vào tài liệu chọn máy phát ta chọn loại máy phát CB 550/160 28 có số
vòng quay n = 214,3 (v/ph) và công suất là 36.103 KW. Nó có các thông số nh sau:
Bảng thông số máy phát CB 750/150 36
Kiểu máy
phát

Số
vòng

CB550/165
-28

214,3

Công suất
10 KV
103K
A
W
3

45

36

0,8

97,2

2300

-

-

CB Máy phát trục đứng đồng bộ.
550 - Đờng kính ngoài lõi thép từ hữu hiệu (cm).
165 Chiều cao lõi thép từ hữu hiệu (cm).
28 Số đôi cực từ máy phát.
Do công suất của máy phát chọn không trùng với công suất thiết kế nên ta phảI
hiệu chỉnh bằng cách thay đổi chiều cao lõi thép từ hữu hiệu.
Chiều cao lõi thép từ sau khi thay đổi đợc tính theo công thức.
19


La = [ La ] ì

N MP
n
ì
[ N MP ] [ n]

La Chiều cao lõi thép từ sau khi thay đổi.
[La] chiều cao lõi thép từ của chọn theo bảng.
Nmf Công suất máy phát cần thiết kế.
[Nmf] Công suất máy phát chọn theo bảng.

n Số vòng quay đồng bộ của turbin.
[n] Số vòng quay đồng bộ của máy phát chọn theo bảng.
N

37,5 214,3

MF
La = [ La] ì [ N ] = 165 ì 36 ì 214,3 = 171,875(cm)
MF

Nh vậy ta đã có loại máy phát sau khi hiệu chỉnh là: CB 550/172 28 có số
vòng quay là 214,3 (v/ph).
Đờng kính trong của stato (đờng kính ngoài rôto máy phát).
Di = Da (0,5 ữ 0,6) = 5,5 0,5 = 5 (m).
Kiểm tra hình thức lắp máy phát.
Máy phát điện đợc chia làm hai loại: Máy phát kiểu ô và máy phát kiểu treo.
Điều kiện để phân biệt hai loại máy phát này nh sau:
- Kiểu treo khi tỷ số La/Di > 0,15 và số vòng quay n >150.
- Kiểu ô khi tỷ số La/Di < 0,15 và số vòng quay n < 75.
La 1,72
=
= 0,344 > 0,15

5
Ta thấy Di
Chọn máy phát kiểu treo.
n 150

Trọng lợng máy phát phát.
Trọng lợng của máy phát đợc tính theo công thức kinh nghiệm:

Gmf = . Di. La = 50.5.1,72 = 430 Tấn
Trong đó: = (48ữ58); Với loại máy phát kiểu treo lấy = 50.
Lực dọc trục.
Lực dọc trục đợc xác định theo công thức:
Pz = PZn + G = Kz.D12.Hmax + 1,1.(Gb + Gt + Gr).
20


Trong đó: Pz : Lực dọc trục.
PZn : áp lực nớc dọc trục.
Kz : Hệ số áp lực nớc dọc trục. Theo bảng tra 8-1 chọn Kz = 0,25.
1,1 : Hệ số xét đến trọng lợng của các phần quay khác của turbin và
máy phát.
Gb : Trọng lợng báng xe công tác. Tra hình 8-11a (GT turbin thuỷ
lực) với turbin tâm trục. D1 = 2,8 (m) Gb = 15 (tấn).
Gt : Trọng lợng trục turbin. Lấy Gt = 0,8.Gb = 0,8.15 = 12 (tấn).
Gr : Trọng lợng của rôtô kèm trục lấy theo kinh nghiệm:
Gr = (0,5ữ0,55).Gmf = 0,5.Gmf = 0,5. 430 = 215 tấn.
Vậy:
Pz = 0,25.2,82.65,78 + 1,1.(15 + 12 + 215) = 395,13 Tấn.
g) Sơ bộ xác định vốn đầu t vào nhà máy:
Vốn đầu t gồm:
Giá thành turbin:
Tra biểu đồ quan hệ 10-4 trang 176 sách giáo trình turbin thuỷ lực với đờng kính
bánh xe công tác là D1 = 2,8 (m), buồng xoắn hàn, H = 60 ữ 160 (m) ta tra đợc trọng
lợng một turbin (bao gồm cả buồng xoắn) là: GTB = 150 (tấn).
Tra quan hệ giá thành turbin (hình 10-5) ta đợc giá thành 1 turbin là 2,6.106 (rúp).
Vậy nhà máy có 4 tổ máy sẽ có giá thành turbin là: 10,4.106 (rúp) = 160 tỉ (VNĐ).
Giá thành máy phát.
Tra quan hệ 10-3 giáo trình turbin thuỷ lực ta đợc:

Với Gmf = 430 (tấn) Kmf = 3,7.106 (rúp).
Vậy giá thành máy phát của nhà máy với 4 tổ máy là:
Kmf = 4. 3,7.106. 25.103 = 370 tỉ (VNĐ).
Giá thành bê tông cốt thép xây dựng nhà máy.
Khối lợng bê tông cốt thép xây dựng nhà máy tính với 1 tổ máy đợc xác định
theo công thức kinh nghiệm:
W0 = 222.D11,7. Htt0,4.
Khối lợng bê tông cốt thép kể cả gian lắp ráp và gian sửa chữa:
21


W = W0.(Z+1) = 222. D11.7. Htt0,4.(Z+1) = 222. 2,84. 62,330,4. 5 = 33371 (m3)
Sơ bộ chọn giá thành 1m3 bê tông cốt thép là 1 triệu VNĐ. Vậy sơ bộ tiền đầu t
vào bê tông cốt thép xây dựng nhà máy là:
KBTCT = 33371.106 = 33,37 tỉ (VNĐ).
Vậy sơ bộ tổng số tiền đầu t vào nhà máy của phơng án 3 tổ máy là:
K = KT + Kmf + KBTCT = 260 + 370 + 33,37 = 663,37 tỉ (VNĐ).
3. Lựa chọn phơng án số tổ máy.
Từ kết quả tính toán cho các phơng án số tổ máy ta có bảng tổng hợp sau:
Bảng tổng hợp các phơng án
Số tổ máy
Đơn vị
Z=2
Z=3
Z=4
Kiểu turbin
PO 75/702
PO 75/703
PO 75/704
NT

MW
78,125
52,083
39,06
D1
m
4
3,2
2,8
3
Q'1
m /s
1,124
1,126
1,147
%
93,5
95,4
95,1
Tmax
n
v/ph
150
166,7
214,3
n'1max
v/ph
74,65
65,5
74,04

n'1min
v/ph
72,63
63,7
72,02
n'l
v/ph
267,65
334,65
382,352
0,131
0,13
0,134

Hs
m
0,34
0,34
0,152
m
225,2
225
224,8
lm
Kiểu máy phát
CB850/190 - 40 CB750/150 - 36 CB550/165 - 42
Công suất định mức
MW
75
50

37,5
Số vòng quay đồng bộ v/ph
150
166,7
214,3
Điện áp định mức
KV
16,5
Di
m
8
7
5
La
m
1,58
1,5
1,72
Khối lợng máy phát
Tấn
632
525
430
Khối lợng turbin
Tấn
330
225
150
Tổng giá tiền sơ bộ Tỉ VNĐ
506,7

626
663,37
Nhận xét các phơng án số tổ máy khác nhau:
22


Về mặt kĩ thuật:
Tất cả các phơng án đều đa đến kết quả là chọn loại turbin PO75/702 và với loại
turbin đợc chọn này, các phơng án đều đảm bảo về mặt kĩ thuật, tuy vẫn có sự chênh
lệch nhng không đáng kể. Xét về phạm vi làm việc của turbin thì phơng án 4 tổ máy
có phạm vi làm việc gần vùng hiệu xuất cao hơn cả. Nh vậy về mặt turbin thì phơng
án 4 tổ máy có lợi hơn. Về chọn máy phát điện thì phơng án 2 tổ máy chọn đợc máy
phát trong bảng tra có sẵn đầy đủ các thông số kĩ thuật nhất.
Về mặt kinh tế:
Qua phần tính toán sơ bộ vốn đầu t vào nhà máy cho các phơng án ta thấy phơng
án 2 tổ máy cho vốn đầu t nhỏ hơn cả. cao trình lắp của các phơng án không chênh
lệch nhau nhiều nên chi phí vào phần đào móng xấp xỉ nhau. Về vận chuyển, lắp đặt,
vận hành thì phơng án 3 và 4 tổ máy có khối lợng nhỏ hơn phơng án 2 tổ máy nhng
chênh lệch chiều cao lõi thép từ của máy phát đợc chọn giữa các phơng án là không
đáng kể.
Do yêu cầu và thời gian làm đồ án có hạn, ở đây em cha đa ra đợc các chỉ tiêu
kinh tế năng lợng để lựa chọn phơng án số tổ máy. Để tiện cho việc xây dựng và bố trí
nhà máy phần sau, sơ bộ em chọn phơng án 2 tổ máy để tính tiếp.
4. Xác định các thống số phơng án 2 tổ máy đợc chọn.
4.1 Thông số của turbin.
Turbin loại:

PO75/702.

Công suất turbin: NT = 78,125 (MW).

Đờng kính bánh xe công tác: D1 = 4 (m).
Số vòng quay: n = 150 (v/ph).
Lu lợng quy dẫn: Q1 = 1,124 (m3/s).
Số vòng quay lồng tốc: nl = 267,65 (v/ph).
Chiều cao hút: Hs = 0,34 (m).
Cao trình lắp máy: lm = 225,2 (m).
4.2 Thông số của máy phát.
23


Máy phát kiểu treo loại Cb850/158 40 có các thông số đặc trng sau:
Công suất máy phát: Nmp = 90 (MW).
Hệ số công suất: Cos = 0,9.
Điện áp đầu ra: Ur = 16,5 (KV).
Đờng kính trong stato: Di = 8 (m).
Đờng kính trục máy phát và turbin.
- Đờng kính ngoài:
d n = (12 ữ 14)3

N mf
n

= (12 ữ 14)3

90000
= (101,2 ữ 118,1)cm
150

Chọn dn = 110 (cm) = 1,1 (m).
- Đờng kính trong.

N mf

d t = 4 d n d n3 113.
n



90000
= 4 110.110 3 113.
= 108,6cm

150



Chọn dt = 100 (cm) = 1(m).
Đờng kính giếng turbin.
Dựa vào điều kiện lắp máy phát xác định nh sau:
Di Dg + (0,6 ữ1,5) (m)
Dg Di (0,6 ữ1,5) = (6,5 ữ7,4) (m).
Theo điều kiện tháo lắp turbin:
Dg (1,3 ữ1,4)D1 = (5,2 ữ 5,6) (m).
Vậy chọn Dg = 6m.
Stato máy phát.
Từ nhãn hiệu đã chọn ta có đờng kính ngoài lõi thép từ là Da = 8,5m.
Kích thớc máy phát sơ bộ xác định theo công thức kinh nghiệm sau ( giáo trình
công trình trạm):
- Đờng kính ngoài stato (đờng kính máy phát):
Với no < 25(v/ph) ta có:
Dst = (1,15 ữ 0,0007no)Di = (1,15 ữ 0,0007.150).8 = 10,04 (m).

24


- Chiều cao stato:
hst = La + 0,75 = 2,33 (m).
Giá chữ thập dới:
- Chiều cao: hkd = (0,1 ữ 0,12)Dg; Chọn hkd = 0,6 (m).
- Đờng kính: Dkd = Dg + 0,5 = 6 + 0,5 = 6,5 (m).
Giá chữ thập trên.
- Chiều cao: hkt = (0,2 ữ 0,25)Di chọn hkt = 0,2Di = 1,6 (m).
- Đờng kính: hkt = hst = 10,04 (m).
ổ trục chặn (ổ trục chính):
- Chiều cao: hô.c = (0,2 ữ 0,25)Di; chọn hô.c = 0,2.Di = 1.6 (m).
- Đờng kính: Dô.c = (0,4 ữ 0,5)Di ; Chọn Dô.c = 0,4Di = 3,2(m).
Chóp máy phát (máy kích từ):
- Chiều cao: ho = (0,3 ữ0,5)m chọn ho = 0,4m.
- Đờng kính: Do = (0,2ữ0,5)Di ; chọn Do = 0,25Di = 2 (m).
Khoảng cách từ mạt dới stato máy phát đến mặt trên giá chữ thập dới.
a = (0,2 ữ 0,3)m ; chọn a = 0,25 (m).
Độ dài ra của trục máy phát - tính từ trục mặt bích đến đáy giá trữ thập dới.
C = (0,8 ữ1) (m) ; chọn C = 1 (m).
Đờng kính ngoài bộ phận làm mát.
Dlm = Dst + 2t
Trong đó: t chiều dày làm mát; t = (0,35 ữ 0,375) (m). Chọn t = 0,37 (m).
Dlm = 10,04 + 0,37. 2 = 10,78 (m).
Đờng kính hố máy phát.
Dh = Dlm + 2.b
Trong đó: b khoảng cách đi lại xung quanh hố máy phát; lấy b = 0,8 (m).
Dh = 10,78 + 2. 0,8 = 12,38 (m).
Độ cao của máy phát tính từ mặt trục bích đến đỉnh máy kích từ (vật cẩu dài

nhất).
25