Đồ án môn học thủy điện 12

ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

CHƯƠNG 1:NHIỆM VỤ VÀ SỐ LIỆU TÍNH TỐN
1.1 Nhiệm vụ tính tốn:
-Vận dụng các kiến thức đã học trong các học phần Thủy năng, Tuabin thủy lực,cơng
trình trạm thủy điện, thủy cơng để thiết kế một nhà máy thủy điện.
- Dựa vào tài liệu tiến hành chọn loại tuốc bin, máy phát, máy điều tốc, máy biến áp...
- Chọn kiểu nhà máy thuỷ điện, bố trí thiết bị trong nhà máy, xác định kích thước hính
của nhà máy, chọn cần tuốc bin trong nhà máy.
- Sơ bộ chọn loại đập dâng, công trình tháo lũ, kích thước chính của để phục vụ cho
việc bố trí tổng thể cơng trình đầu mối.
1.2 Tài liệu tính tốn
1.2.1 Tài liệu về hồ chứa
-Mực nước dâng bình thường : MNDBT = 174.9 (m)
-Mực nước chết
: MNC = 158.75 (m).
-Mức nước bùn cát
: MNBC = 133.8 (m).
1.2.2 Tài liệu về lưu lượng
Quan hệ mực nước hạ lưu nhà máy
: Zhl ~ f(Q) (đồ thị số 3)
Đồ
Q
0
2
4
6
8

10
15
20
25
thị
(M3/s)
2
Zhl(m 123 125. 126. 126. 127. 127. 127. 128. 128.
)
1
1
7
2
4
9
4
9
1.2.3 Tài liệu về cột nước
-Cột nước tính tốn
-Cột nước nhỏ nhất
-Cột nước lớn nhất
-Công suất lắp máy
-Lưu lượng trạm

30
129.
4

: Htt = 40 (m).
: Hmin= 33.7 (m).

: Hmax= 49.85 (m).
: Nlm= 6600 (KW).
: Qtrạm= 20.63 (m3/s).

CHƯƠNG 2 CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
2.1 Tổng quan về chọn thiết bị chính cho nhà máy thủy điện
Nội dung phần chọn các thiết bị chính cho nhà máy thủy điện bao gờm phân tích chọn
số tổ máy của trạm thủy điện, chọn và xác định các kích thước chính của các thiết bị
chính trong nhà máy ( tuabin, máy phát, trạm biến áp, ống hút, cần trục…)
Số tổ máy của trạm thủy điện và các thông số của tuabin như công suất, đường kính
bánh xe cơng tác, vịng quay có liên quan chặt chẽ với nhau

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 1


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Trong thực tế tính tốn thiết kế chọn tuabin cho trạm thủy điện hiện nay, người ta
thường thơng qua tính tốn kinh tế , năng lượng, có xem xé hiệu suất tuabin củng như
vấn đề xảy ra khí thực
2.2 Chọn tuabin thủy lực
2.2.1 Chọn số tổ máy Z
-Khi Z càng nhiều thì hiệu suất trung bình trạm sẽ cao và phạm vi làm việc rộng
song hiệu suất lớn nhất của tổ máy lại khơng cao bằng khi chọn ít tổ máy.
-Khi Z càng ít thì khối lượng xây dựng và vốn đầu tư cho cơng trình sẽ ít hơn so với

khi chọn phương án số tổ máy nhiều.
-Khi Z càng lớn thì xét trong q trình vận hành sản xuất có sự cố tăng.
-Khi Z càng lớn thì về mặt phân phối điện và cấp điện lại an toàn hơn, bảo đảm và
hiệu ích hơn.
Với những ưu nhược điểm về số lượng tổ máy cần định ra như trên, ta nên chọn số tổ
máy thật hợp lý để cấp điện đảm bảo hiệu quả, an toàn và giá thành nhỏ nhất.
Do vậy, với đồ án và qui mô của việc thiết kế ở đây ta chỉ thiết kế với loại trạm thủy
điện loại vừa và nhỏ, ta chỉ cần sử dụng từ 2 đến 4 tổ máy là đảm bảo cấp điện một cách
có hiệu quả.
Như vậy ta sẽ tiến hành tính tốn với 3 phương án số tổ máy, thơng qua so sánh về kĩ
thuật để chọn ra phương án số tổ máy hợp lí nhất,vừa đảm bảo về kĩ thuật .
2.2.2 Chọn nhãn hiệu tuabin
Đối với mỗi phương án trước hết cần xác định công suất của tuabin N TB theo cơng thức :
N TB 

Trong đó :

N lm
z. mp

(kw)

mf : là hiệu suất của máy phát (ban đầu gt

 mp 0,93 0,95

)

Sau khi có cơng suất của tuabin, kết hợp với cột nước thiết kế H tk rồi tra trên biểu đồ sản
phẩm tuabin loại nhỏ ta sẽ chọn được loại tuabin phù hợp với mỗi phương án.

Ứng với mỗi phương án, khi đã chọn được loại tuabin cụ thể, vì là tuabin loại nhỏ nên ta
sẽ có ngay n và D1, tiến hành kiểm tra lại vùng làm việc của tuabin có rơi vào vùng hiệu
suất cao khi tuabin làm việc từ cột nước H min-Hmax không. Nếu có nhiều phương án cùng
thỏa mãn tiêu chí này thì ta sẽ tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật các phương án và chọn
ra phương án nào tối ưu.Ta chọn sơ bộ hiệu suất máy phát =94,5%.

* Tính cụ thể cho 3 phương án :
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 2


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

a-Với phương án 1: Số tổ máy: Z = 2
NT 
B

6600
3492 (KW)
2 0,945

-Từ cột nước tính tốn Htt = 40 (m) và công suất của Turbine N TB = 3492 (kw) tra ở biểu
đồ sản phẩm tuabin loại nhỏ chọn được loại Turbine ký hiệu là
đó là Turbine : PO123-BM140

Theo hiệu của Turbine:

+PO: turbine tâm trục
+123: số hiệu của BXCT
+B:trục đứng
+M: Buồng xoắn kim loại
+140: Đường kính BXCT là 140 (cm)
b-Với phương án 2: Số tổ máy: Z = 3
N TB 

6600
 2328
3 �0.945

(kw)
Từ cột nước tính tốn H tt = 40 (m) và công suất của Turbine N TB = 2328 (kw) tra ở biểu
đồ sản phẩm tuabin loại nhỏ chọn được loại Turbine ký hiệu là
Đó là Turbine : PO123-BM100
Theo hiệu của Turbine được chọn ta biết: Turbine thuộc loại tâm trục(PO), trục đứng (B),
buồng xoắn kim loại (M)
c-Phương án 3: Số tổ máy: Z = 4
Từ công suất lắp máy của trạm thủy điện, ta xác định công suất định mức của
Turbine theo công thức sau:

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 3


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

N TB 

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

6600
 1746
4 �0.945
( kw)

Từ cột nước thiết kế HTK = 40 (m) và công suất của Turbine N TB = 1746 (kw). Ta
29
đem tra lên biểu đồ sản phẩm chọn được loại Turbine ký hiệu là 500

Đó là Turbine: PO123-BM84
Theo hiệu của Turbine được chọn ta biết: Turbine thuộc loại tâm trục, trục đứng,
buồng xoắn kim loại.
2.2.3 Xác định các thơng số của tuabin
-Các thơng số của turbine PO123-BM140
Số vịng quay của Turbine: n = 300 (vịng/phút).
Đường kính bánh xe công tác: D1 = 140 (cm).
-Các thông số của turbine PO123-BM100
Số vịng quay của Turbine: n = 428 (vịng/phút).
Đường kính bánh xe công tác: D1 = 100 (cm).
-Các thông số của turbine PO123-BM84:
Số vòng quay của Turbine: n = 500 (vịng/phút).
Đường kính bánh xe cơng tác: D1 = 84(cm).
2.2.4 Kiểm tra vùng làm việc của tuabin
2.2.4.1 Kiểm tra vùng làm việc của Turbine PO123- BM140 đã chọn:
Theo hiêu suất của tuabin tâm trục:

 0,88 0,92

Ta tiến hành tính số vịng quay dẫn suất và lưu lượng dẫn suất của Turbine rời đem
tra lên đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123-BM140 ứng với từng cột nước
xem có bao vùng hiệu suất cao hay không.
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 4


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Với cách vẽ: lần lượt tìm 3 điểm A, B, C tương ứng với các đại lượng xác định vị trí của
nó trên vùng làm việc như sau :
+Điểm A : ứng với Hmin là giao điểm của n’1Hmin với Q’1Hmin
nD1
300 �1.4

 72.35
H min
33.7

'
n1H
min 

(v/ph)

+Điểm B : ứng với Htt là giao điểm của n’1Htt với Q’1Htt
'
n1Htt


'
Q1H

tt

nD1 300 �1.4

 66.41
H tt
40

N TB

9.81 D  Htt 
2
1

3/2



(v/ph)

3

3492.10
 788.89
9.81�0.91�1.4 2 �403/2

()

+Điểm C : ứng với Hmax là giao điểm của n’1Hmax với Q’1Hmax
'
n1HmaX
%

'
Q1H
max 

nD1
300 �1.4

 59.49
H max
49.85
N TB

9.81 D12  H max 

3/2

(v/ph)

3492.103

 567.04 (m3 / s)
2
3/2
9.81�0.91�1.4 �49.85

Đưa các điểm A,B,C lên đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123, ta thấy điểm
C nằm ngồi vùng có hiệu suất cao

SVTH: Hoàng Kiên Qút -10X2A

Trang: 5


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

* ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TỔNG HỢP CỦA TURBINE PO123-BM

900

800

1000

1100

1200

1300

1400

%

? =80

100

82,5
85
86

90

87

88

Duong du tru 5% cong suat

n' I

Q' i
l/gy n' I
100

90

89

90
0
s=

80

.22
91%

80

A

0.2
1

70

0.2
2
s= 0
0.2 .23
4

70

s

=

0.
20

1
0 ,2

B

60

800

a0=36

50

a0=28

a0=24

a0=16

50

a0=20

a0=32

MM

60

900
1000
1200
1300
1100
Hinh: Duong dac tinh tong hop chinh cua tuabin PO123

1400 Q' i
l/gy

2.2.4.2 Kiểm tra vùng làm việc của Turbine PO123-BM100 đã chọn:
Theo kinh nghiệm hiêu suất của tuabin tâm trục:
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

 0,88 0,91
Trang: 6


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Ta tiến hành tính số vịng quay dẫn suất và lưu lượng dẫn suất của Turbine rời đem tra lên

đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123 ứng với từng cột nước xem có bao vùng
hiệu suất cao hay khơng.
Với cách vẽ: lần lượt tìm 3 điểm A, B, C tương ứng với các đại lượng xác định vị trí của
nó trên vùng làm việc như sau :

+Điểm A : ứng với Hmin là giao điểm của n’1Hmin với Q’1Htt
nD1

'
n1H
min 

H min



428 �1
 73.73
33.7

(v/ph)

+Điểm B : ứng với Htt là giao điểm của n’1Htt với Q’1Htt
nD1 428 �1

 66.67
H tt
40

'

n1tt


'
Q1Htt


N TB

9.81 D12  H tt 

3/ 2



(v/ph)

2328.103
 1030.82(m3 / s)
9.81�0.91�12 �403/2

+Điểm C : ứng với Hmax là giao điểm của n’1Hmax với Q’1Hmax
nD1
428 �1

 60.62
H max
49.85

'

n1H
max 

'
Q1H
max 

N TB

9.81 D  H max 
2
1

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

3/ 2



(v/ph)

2328
 740.93(m3 / s)
2
3/2
9.81�0.91�1 �49,85

Trang: 7

ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo
900

n'I

1000

1100

1200
? =80

100

%

82,5
85
86

90

87

88

1300

1400

Duong du tru 5% cong suat

800

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Q' i
l/gy n' I
100

90

89

90
2
0.2
s=

80

91%

80
0.
20

1
0,2

0. 2

1

s

=

A

73.73

66.67

70

0. 2
2
s= 0
0.2 .23
4

70

B

C

60

800

a0=36

50

a0=28

a0=20

a0=16

50

a0=24

a0=32

MM

60

900
1030.82 1100
1200
1300
PO123
tuabin
Hinh: Duong dac tinh tong hop chinh cua

1400 Q' i
l/gy

Đưa các điểm A,B,C lên đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123, ta thấy chúng
nằm trùng với vùng có hiệu suất cao.
2.2.4.3 Kiểm tra vùng làm việc của Turbine PO123-BM84.
Ta tiến hành tính số vịng quay dẫn suất và lưu lượng dẫn suất của Turbine rồi đem
tra lên đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123 ứng với từng cột nước:
+Điểm A : ứng với Hmin là giao điểm của n’1Hmin với Q’1Htt
'
n1H
min 

nD1
500 �0,84

 72.35
H min
33.7

(v/ph)

+Điểm B : ứng với Htt là giao điểm của n’1Htt với Q’1Htt

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 8

ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

'
n1HTK


'
Q1Htt


N TB

9.81 D12  H tt 

3/2

nD1
500 �0,84

 66.41
H TK
40


(v/ph)

1746.103

 1095.68(m3 / s)
9.81�0.91�0,84 2 �403/2

+Điểm C : ứng với Hmax là giao điểm của n’1Hmax với Q’1Hmax
'
n1H
max 

'
Q1H
max 

nD1
500 �0,84

 59.49
H max
49.85

N TB

9.81 D12  H max 

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

3/2



(v/ph)

1746.103
 787.55(m 3 / s)
2
3/2
9.81�0.91�0,84 �49.85

Trang: 9


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo
800

900

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

1000

1100

1200

1300

1400

? =80

100

%

82,5
85
86

90

87

88

Duong du tru 5% cong suat

n' I

Q' i
l/gy n' I
100

90

89

90
0
s=

80

.22
91%

80

B

70

0.2
2
s= 0
0.2 .23
4

66.41

0.2
1

A

s

72.35
70

=

0.
20

1
0,2

60

800

a0=36

50

a0=28

a0=24

a0=16

50

a0=20

a0=32

MM

60

1095.68
900
1000
1200
1300
Hinh : Duong dac tinh tong hop chinh cua tuabin PO123

1400 Q' i
l/gy

Đưa các điểm A,B,C lên đường đặc tính tổng hợp của loại Turbine PO123, ta thấy chúng
nằm ở vùng có hiệu suất cao.
2.2.5 Kết luận chọn tuabin
Phương án 1 (Z=2 tổ máy) cả 3 điểm A,B,C nằm ngoài vùng có hiệu suất cao nên ta
khơng chọn phương án này.
Các phương án 2,3 đều có các điểm A,B,C nằm trong vùng hoạt động có hiệu suất
cao,tuy nhiên phương án 3 ( z=4) có vùng hiệu suất cao hơn ,trong phạm vi đờ án khơng
tính tốn kinh tế năng lượng,do đó ta chọn phương án z=4 tổ máy .

Kết luận: Chọn phương án 3 để tính toán thiết kế cho trạm thủy điện với : số tổ máy
Z = 4 (máy) và tuabin loại PO123-BM84, n1= 500 (v/p)
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 10


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

2.3 Tính tốn thủy lực buồng xoắn
2.3.1 Chọn loại buồng xoắn
a) Cơng dụng của b̀ng xoắn
B̀ng xoắn nói riêng hay b̀ng turbine ( cịn gọi thiết bị dẫn nước) nói chung là phần
nối cơng trình dẫn nước của trạm thủy điện với tuabin và hình thành lượng chảy vịng tại
cửa vào cơ cấu hướng dịng. Đối với đờ án có cột nước trung bình và lưu lượng tương đối
nhỏ và nhà máy sau đập. Nên ta chọn góc bao max = 3450 để tiện nối tiếp đường ống áp
lực với buồng xoắn.
b) Yêu cầu của buồng xoắn
Buồng xoắn cần đảm bảo những yêu cầu chính sau đây:
+Dẫn nước đều đặn lên chu vi các cánh hướng nước để tạo dòng chảy đối xứng với
trục tuabin.
+Tổn thất thủy lực trong buồng và đặc biệt trong bộ phận hướng nước nhỏ nhất.
+Dễ nối tiếp với đường dẫn của trạm thủy điện.
+B̀ng có kích thước giảm nhỏ và kết cấu đơn giản.
+Thuận tiện cho việc bố trí tuabin và các thiết bị phụ của nó trong gian máy của
trạm thủy điện,thỏa mãn các yêu cầu xây dựng nhà máy.
+Áp lực tác dụng lên BXCT đều nhau để tránh mịn khơng đều ổ trục.
c) Chọn b̀ng xoắn
Đối với đờ án có cột nước trung bình và lưu lượng tương đối nhỏ và nhà máy sau đập.
Nên ta chọn góc bao max = 3450 để tiện nối tiếp đường ống áp lực với b̀ng xoắn.
2.3.2 Tính tốn thủy lực xác định kích thước buồng xoắn :
Qua thí nghiệm loại b̀ng xoắn hồn tồn, mặt cắt trịn có tổn thất thuỷ lực nhỏ.
Nhưng hướng của vận tốc có ảnh hưởng đến chuyển động của chất lỏng trong bộ phận
cánh hướng nước. Do đó ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của TuaBin, nên phải tính tốn
chính xác kích thước của TuaBin để TuaBin làm việc tốt.
Các bước tính tốn :
-Đối với b̀ng xoắn kim lọai,mặt cắt ngang hình trịn, chọn loại b̀ng xoắn hồn tồn

max = 3450
-Tính đường kính ngồi của vịng bệ: Da = (1,4-1,6).D1 = 1,6 D1
= 1,6 0.84 = 1.35 (m)
-Đường kính trong của vịng bệ: (tính với TB tâm trục)

n 
Db 1  0,03 s  D1
D1 


SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 11


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Với : ηs là hệ số tỉ tốc.
n s  1,167

n � N TB
500 � 1746
 1,167
 242.38
5/4
H TT
405/4

(v/ph)
�
242,38 �
Db  �
1  0, 03
�0,84  1.27
�
�
0,84 �
�
�

(m)

-Chiều cao cánh hướng nước:
bo= (0,35-0,42).D1= 0,35 D1= 0.35 0.84 = 0,3 (m)
- Tính lưu lượng thiết kế: là lưu lượng ứng với cột nước tính tốn (H tt) phát ra cơng suất
định mức NTB = 1746 (Kw)
Q

N TB
1746

 4.89(m3 / s)
9,81. .H tt 9,81.0,91.40

- Vận tốc trung bình ở cửa vào:
Vov  K v H TT

Trong đó: =f() là hàm số vận tốc b̀ng xoắn.

KV=0,81,14 ứng với Htt =5002 (m).
với Htt =40m Nội suy được Kv= 1,114


Vov  1,114 40  7.05

(m/s)

- Bán kính cong tại mặt cắt cửa vào buồng xoắn:
 v   max 

- Tại mặt cắt thứ i:

i 

QTk.max
4.89 �345

 0, 46
360 � �V
360 �3,14 �7.05
(m)

QTk.imax
i
i
  max
 0, 46
360 � �V �max
max

345

Lập bảng tính i cho những mặt cắt tính từ mặt cắt cửa vào (  max =345) đến mặt cắt cửa ra
( =0).
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 12


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

Với:

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

ra = Da/2 = 1,35/2 = 0.675 (m)
ai = ra+ i =0.675+i
Ri = ai+ i = ra + 2i = 0.675+2i
rb = Db/2 =1,27/2 = 0.635

Bảng tính tốn kích thước buồng xoắn tiết diện tròn.

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 13


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Trang: 14


f =60
°-R85
0
f=
45°
f=
-R8
27
30
°R7
99

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

07
R9
°
105
f=
90
°-R8
f =9 0

f =75°-R871

ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

63
-R7
°
5
1
f=
5
-R67
f =0 °

57
10
°- R
285
f=
047
0°-R1
f = 27
f =255°-R1036

20

°
R9
23

91
R9
5°19
f=
78
0°-R9
f =18
f =165°-R965
f
=
1
5
0°-R
952
f=
13
5
°
R9
38

f=
1

f =2 4
0°-R1
025
f=
2

f = 25°101
2
10
4
°R
1
00
3

f =345°-R1095
f =33
0°-R
1086
f=
315
f=
°-R
30
107
0°
6
-R
10
67

5
14

9
10

5

1270
1350

Mặt cắt ngang buồng xoắn
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 15


NGUYỄN TẤN KHOA
LỚP: 05X2A
ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

2.4 Chọn ống hút :
Nước sau khi làm bánh xe công tác của TuaBin quay sẽ được dồn về phía hạ lưu
qua ống xả, ống xả ngồi việc dẫn nước về hạ lưu với tổn thất năng lượng nhỏ nhất, nó
cịn có những tác dụng sau đây :
+Tháo nước từ trong bánh xe công tác xuống hạ lưu với tổn thất năng lượng nhỏ
nhất.
+Sử dụng thêm phần lớn động năng còn lại của dòng chảy sau khi ra khỏi BXCT.
+Tận dụng thêm cột nước tĩnh Hs (gọi là độ chân khơng tĩnh) tính từ mặt cắt cửa ra
BXCT đến mực nước hạ lưu ở hầm xả nước.
Sau khi xem xét và so sánh các loại ống xả, quyết định chọn loại ống xả hình cong cho
TuaBin tâm trục đứng đang tính tốn.

Dựa vào bảng tra loại ống xả hình cong và kích thước ống xả bảng 1 trang 16 tài liệu
Bảng Tra Thiết Bị Thuỷ Điện ta được số liệu kích thước ống xả ở mẫu số ứng với TuaBin

PO123-BM84 (Loại ống hút 4H) (kích thước tính bằng mét).
SỐ
HIỆU

D1

h

L

B5

D4

h4

h6

L1

h5

4H

0.84

2.1

3.78

2.302

1.136

1.136

0.563

1.47

1.1

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 16


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

11
00
3780

23

02

0,
32
6
D
1=
27
4

1471

56
3

11
36

21
00

1136

90°

Ống hút kiểu 4H
2.5 Chọn máy phát điện:
Dựa vào hai thông số:
+Công suất máy phát = /Z =6600 /4 = 1650 (KW)
+ Số vịng quay máy phát điện = =500 (v/ph)

+ Cơng suất biểu kiến

S

N lm
6600

 2182.5
z.mf cos  4.0, 945.0,8
(kVA)

Dựa vào hai thơng số Cơng suất máy phát và Số vịng quay máy phát điện, ta tra
bảng phụ lục PL2.20 chọn được kiểu máy phát BC260/44-14 có các thơng số kỹ thuật
sau
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 17


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

Loại máy phát

BC260/29-12*

Số
vịng
quay
(v/ph)

Cơng
suất biểu
kiến

500

2120

(kVA)

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Cơng
suất
(kW)

Điện
áp
(V)

Hiệu
suất
(%)

1700

6300

95.5

Cường
độ dịng Trọng
điện (A) lượng
(T)
195

25

Kiểu máy phát

Do

h0

l

l1

do

m

n

S

k

BC260/29-12*

310

133

304

110

150

320

280

50

20

Máy phát BC260/29-12* có hiệu suất 95.5% chênh lệch trong khoảng 1.0% <5%
cho phép với hiệu suất của máy phát ta đã chọn ở phần đầu (94,5%) nên máy phát này là
phù hợp.
* Máy kích từ
Có máy kích từ tương ứng : BBC-74/11-6
- Điện áp kích từ : 110/25 (V)
- Cơng suất: 50/3,5 Kw
- Mô men đà: 20,0(Tm2)
- Trọng lượng lắp ráp lớn nhất: 10(T)
2.6 Chọn máy biến áp chính :
Nhiệm vụ của máy biến áp: nâng và giảm điện áp. Để truyền tải điện năng đi xa

thì cần dùng MBA nâng điện áp lên cao nhằm giảm tổn thất trên dây tải và giảm tiết diện
dây tải. Cuối đường dây phải dùng MBA để hạ áp xuống 3-6 kV và thường nhất là 220 V
để cấp cho các hộ dùng điện.
Khi lựa chọn máy biến áp ở nhà máy thủy điện cần dựa vào 3 thông số:

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 18


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

+ Điện áp sơ cấp máy biến áp () :chọn = 6300 V ( với công suất biểu kiến S=2120 kVA <
20000 kVA => Umf = 6,3 kV)
+ Điện áp thứ cấp máy biến áp () :chọn V
+Công suất biểu kiến máy biến áp:
N lm  N tudung  N hôgân

Stải=

Z . cos  .k

(kVA)

Trong đó:
Nlm=6600 (kw)
Ntd = (23)%.Nlm=165(kw):cơng suất tự dùng nhà máy thủy điện.

Nhộ gần= (3-5%)Nlm=4%Nlm= 264 (kw):công suất hộ gần sử dụng điện áp máy phát.
cosϕ=0.8 (hệ số công suất)
k:hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ (thường lấy k=0.75)
Chọn z=2 :số tổ máy biến áp
6600  264  165
 5142,5
2
�
0,8
�
0,
75
S=
(kVA)

Dựa vào các thông số trên , tra phụ lục P2.25 ta chọn được MBA loại TM-5600/10
Với công suất định mức là S = 5600 KVA; Utc = 10 KV ; Usc =6.3 KV
Các thông số của MBA TM-5600/10

Điện áp (kV)

Loại máy

Cơng suất định mức
(kVA)

Cao áp

Hạ áp

TM-5600/10

5600

10,0

6,3

Kích thước và trọng lượng của MBA TM3200/10 ( Bảng 19-trang 65 BTTBTĐ)
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 19


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Trọng lượng MBA
(Kg)

Kích thước (mm)

MBA

TM5600/1
0

Nắp
Б

Chiề
u
rộng


Khoản
g cách
ray Д

Điể
m
cao
nhất

Chiều
dài B

Khoản
g cách
B1

Phần
nâng
lên

Dầu

283
0

3760

1594

4000

4300

2530

8060

642
0

Tồn
bộ

1896
0

2.7 Chọn thiết bị điều tốc :
- Công dụng của thiết bị điều tốc: căn cứ vào yêu cầu thay đổi của phụ tải bên ngoài, máy
điều tốc tiến hành điều chỉnh độ mở cánh hứng nước đảm bảo lưu lượng để đảm bảo cơng
suất phát ra N=P và giữ cho vịng quay khơng đổi.
-Để chọn được loại máy điều tốc thích hợp, người ta căn cứ vào năng lực công tác của
động cơ tiếp lực:

Năng lực công tác yêu cầu Ay/c của ĐCTL được tính theo cơng thức sau

Ay / c 

(3 4) N TB
H TK

(KGm)

N lm
6600

 1728
z.

4.0,955
mf
NTB : công suất của TuaBin, NTB =
(KW)

HTK : cột nước tính tốn , HTK = 40 (m)
A yc 

4 �1728
 1093(KGm)
40

Như vậy Ay/c < 3000kGm chọn máy điều tốc loại nhỏ.

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 20


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Tra bảng PL2.11 chọn máy điều tốc K 1000.
2.8 Chọn cần trục:
Ta dựa vào hai thông số để chọn cần trục là sức nâng lớn nhất của thiết bị cần nâng và
chiều dài nhịp cần trục.
Căn cứ vào trọng lượng lớn nhất của vật cần trục để chọn được loại cần trục thích hợp:
Gmax = max (GnângMBA , GBXCT + Trục , GRTmf + Trục)
Trong đó:
GBXCT + Trục: Trọng lượng bánh xe công tác và trục của Turbine:
GBXCT + Trục = 18.6 (Tấn).(phụ lục 2.13/91)
GRTmf + Trục: Trọng lượng Rôto+trục của máy phát (trọng lượng lắp ráp lớn nhất)
GRTmf + Trục = 10 (Tấn).(phụ lục 2.21/101)
GnângMBA :Trọng lượng máy biến áp (phần nâng lên)
GnângMBA = 8.06 (Tấn).(phụ lục 2.26/114)
Vậy trọng lượng lớn nhất của vật cần trục là:
Gmax = GRTmf + Trục = 18.6 (Tấn).
Với sức nâng này ta chọn được loại cần trục loại từ 20-50 Tấn, có các thơng số như sau:
Trọng tải Chi
nâng
ều
dài
Mó M nhị

c
óc p Lk
chí ph
nh
ụ
(tấn )
30

5

Độ cao Kích thước chính
nâng
Mó
c
chí
nh

(m)

M
óc
ph
ụ

M

K

14

B

F

Lm

C1 C2 D 1

D2

b
D3

D
4

(m)
12

A

Vị trí móc cầu trục

(mm)
63
00

SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

51

00

27
50

30 25 25
0 0 00

(mm)
40 30 16
0 0 00

19
10

25
60

95
0

Trang: 21


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

3.1 Xác định cao trình lắp máy
Việc xác định cao trình lắp máy (lm) dựa vào điều kiện tránh khí thực và có hiệu quả
kinh tế. Ta thấy khi Hs quá bé thì phải tăng khối lượng đào phần cơng trình dưới nước
nhất là khi Hs < 0 nghĩa là mực nước hạ lưu cao hơn điểm xét khí thực, song nêú lấy H s
quá lớn sẽ khơng đảm bảo loại trừ khí thực tuy khối lượng phần dưới nước bé hơn.
Tùy theo loại tuabin và phương pháp lắp trục mà chúng ta có thể sử dụng cơng thức
xác định cao trình lắp máy như sau :
Đối với tuabin tâm trục, trục đứng qui định cao trình lắp máy (lm) là cao trình đi qua
điểm giữa cánh hứng nước. Hs tính từ mực nước hạ lưu tới cửa ra của bánh xe công tác.
3.1.1 Xác định độ hút nước cho phép

Cơng thức tính Chiều cao hút nước cho phép:
10, 0 

H S=
Trong đó :


 ( M   )H
900


Δ- độ cao nhà máy so với mực nước biển, vì trị số 900 rất bé,sai số không đáng kể

nên sơ bộ chọn Δ=136(m).
Δ  - độ hiệu chỉnh hệ số khí thực , tra hình quan hệ Δ  ~H (hình 7-4) giáo trình
tuabin thủy lực- ĐHTL,với cột nước tính tốn bằng 40m,ta được Δ  =0.03
 M - hệ số khí thực trên ĐĐTTHC tại điểm tính tốn. Ta dùng cột nước thiết kế để
tính Hs ,do đó tra trên ĐĐTTHC ta được  M =0.21
Vậy chiều cao hút nước cho phép:

HS  10 

136
 (0.21  0.03) �40  0.25
900
(m)

3.1.2 Xác định cao trình lắp máy
Việc chọn lm đặt càng sâu càng an toàn về khí thực, tuy nhiên khối lượng phần dưới
nước của nhà máy sẽ càng lớn. Vì vậy chọn lm sao cho vừa an tồn về khí thực vừa đảm
bảo khối lượng cơng trình.
Đối với tuabin tâm trục trục đứng , cao trình lắp máy đi qua điểm giữa của chiều cao
cánh hứng nước.
bo
lm = hl + Hs + 2

Trong đó :
hl : cao trình mực nước hạ lưu)
Với lưu lượng Qtrạm= 20.63 m3/s nội suy quan hệ Q~fhl có hl= 128.5m
b0= =0,34 m : Chiều cao cánh hướng nước.
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 22


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Hs=0.25 (m)
0,34
 lm =128.5 + 0.25 + 2 =128.90 (m)

Kết luận:  lm = 128.90 (m). Để đảm bảo cao trình của đỉnh ống xả ngập dưới mực
nước hạ lưu tối thiểu 1 đoạn là 0,5(m) ( sẽ tính ở phần sau). Vậy ta chọn  lm = 128.90
(m).
3.2 Xác định cao trình sàn tuabin
Zstb  Zlm   max  d
Trong đó:
Zstb – Cao trình sàn tuabin.
Zlm – Cao trình lắp máy, Zlm = 128.90 m
 max - Bán kính lớn nhất buồng xoắn .  max =0,210 m
d- Chiều dày lớp bê tông bảo vệ trên đỉnh buồng xoắn, đối với b̀ng xoắn kim
loại chọn d= 1m
Thay số ta có:
Zstb = 128.9  0.21  1  130.11 (m)
3.3 Xác định cao trình đáy ống hút:
Zđoh= Zlm – bo/2 – h (m)
Trong đó:
Zđoh – Cao trình đáy ống hút .
bo – Chiều cao cánh hướng nước. bo=0.34 (m)
h - Chiều cao ống hút, h= 2.10 (m)
Thay số ta có :
Zđoh = 128.9 – 0.34/2 – 2.1 =126.63 (m)
3.4 Cao trình lắp máy phát
Zlmf = Zstb + h2 + h3 + h10 (m)
Trong đó:
Zlmf – Cao trình lắp máy phát .
h2- Chiều cao của giếng tuabin. h2= 2.80 (m)

h3 – Chiều dày bệ đỡ máy phát. h3= 1.10 (m)
h10 – Chiều cao giá chữ thập dưới + guốc phanh.
Thay số ta có:
Zlmf = 130.11+2.80+1.10 = 134.01 (m)
3.5 Cao trình sàn máy phát
Zsmf = Zlmf + Lct + ltt (m)
Trong đó:
Zsmf – Cao trình sàn máy phát. Zsmf = 134.01(m)
Lct – Chiều cao máy phát Lct = 1.33 (m)
ltt – Chiều cao giá chữ thập trên 0.1 (m)
Thay số ta có :
Zsmf = 134.01 + 1.33 + 0.1 = 135.44 (m)
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 23


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

3.6 Cao trình sàn lắp ráp
Xác định cao trình sàn lắp máy phải đảm bảo điều kiện giao thông đi vào nhà
máy ,cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất và thuận tiện trong công tác lắp ráp ,sữa chữa .
Theo kinh nghiệm chọn Cao trình Sàn Lắp Ráp cao hơn Cao trình Sàn Máy Phát
một chiều cao h= 1.7 (m) .
Theo đó, Cao trình sàn lắp ráp như sau:
Zslr = Zsmf + 1.7 = 135.44+1.7= 137.14 (m)
3.7 Cao trình cầu trục ( cao trình đỉnh đường ray)

Zct = Zslr + d + hcc + ld + 1 (m)
Trong đó:
Zct – Cao trình cầu trục.
Zslr – Cao trình sàn lắp ráp. Zslr = 137.14 (m)
d - khoảng cách an toàn so với sàn , lấy d=1.5 (m)
hcc – Chiều cao vật cần cẩu, lấy chiều cao cao nhất của máy phát hcc = 3.04 (m)
ld – chiều dài dây, ld = 1 (m)
1 (m) là chiều cao an tồn đề phịng dây dãn hoặc tuột.
Thay số ta có :
Zct = 137.14 + 1.5 + 3.04 + 1 + 1 =143.68 (m)
3.8 Cao trình trần nhà máy
Ztnm = Zct + Hct + a (m)
Trong đó:
Ztnm – Cao trình trần nhà máy.
Hct – Chiều cao cầu trục. Hct = 2.75 (m)
a – khoảng cách an tồn để cho cầu trục có thể di chuyển an toàn trong nàh máy.
a lấy trong khoảng (0.2-0.5)m , chọn a= 0.5 (m)
Thay số ta có :
Ztnm = 143.68 + 2.75 + 0.5 = 146.93 (m)

PHẦN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
1.Bố trí nhà máy.
Bố trí trục nhà máy vng góc với trục đường ống:
Ưu điểm : có kết cấu đơn giản, giảm được đoạn uốn cong, bớt mố néo nên giảm được
tổn thất thủy lực, dễ bố trí mặt bằng cơng trình.
Nhược điểm : khi ống bị vỡ, nước theo đường ống và sườn dốc đổ xuống nhà máy gây
tai nạn và hư hỏng thiết bị, do đó cần phải làm tường chắn và hào thốt nước.
Bố trí trục nhà máy song song với trục đường ống :
Ưu điểm : khi có sự cố đường ống, nước được thốt xuống hạ lưu mà không gây tác
hại cho nhà máy.

Nhược điểm : chiếm mặt bằng rộng hơn, kết cấu phức tạp, tổn thất thủy lực lớn
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 24


ĐAMH: Thiết kế nhà máy thủy điện
Hảo

GVHD:Ths Nguyễn Thanh

Chọn phương án bố trí hợp lý :
Để chắn nước ta dùng đập bê tơng trong lực, do đó đường ống áp lực sẽ nằm trong
thân đập. Nếu có nằm ở ngồi thì cũng chỉ là một đoạn ngắn. Nên việc vỡ đường ống áp
lực cũng khó xảy ra. Căn cứ vào việc phân tích trên và điều kiện địa hình ta chọn phương
án bố trí trục nhà máy vng góc với trục đường ống là hợp lý và kinh tế nhất.
Chọn nhà máy kiểu sau đập, đặc điểm nhà máy kiểu này là nằm ở hạ lưu đập, không
chịu trực tiếp áp lực thủy tĩnh của thượng lưu.
2.2 Thiết kế phần dưới nước của NMTĐ:
2.2.1 Phần nền móng cơng trình.
- Cơng trình được bố trí trên nền đá tương đối chắc và ổn định, nên ta khơng cần phải có
biện pháp gia cố nền móng. Chỉ cần đào đến cao trình thiết kế thì ta có thể tiến hành xây
dựng bình thường.
2.2.2 Phần nối tiếp thượng hạ lưu của NMTĐ.
2.2.3 Bố trí các phịng phụ.
-Phịng điều khiển trung tâm: Trong phịn này bố trí các bảng điều khiển, các tủ tín
hiệu đo lường và rơle bảo vệ. Phòng điều khiển cần sáng sủa, thuận tiện liên lạc
với các bộ phận của trạm thông qua các cáp nhị tứ từ các nơi dẫn về. Vị trí của
phịng bố trí trùng với cao trình với sàn máy. Nên bố trí ở nơi n tĩnh và tránh
rung động. Diện tích khoảng 80 – 200 cm2.

-Phòng điện 1 chiều: cung cấp dòng điện 1 chiều cho các thiết bị đo lường, tín hiệu,
điều khiển và thắp sáng khi sự cố nhà máy. Cụm phòng này gờm các phịng ắc quy
axit và phịng máy nạp điện cho ắc quy. Do khí độc từ ắc quy và axit nên bố trí
tách riêng biệt và có cửa thơng gió riêng.
-Phịng phân phối cấp điện áp máy phát: phịng này đặt các thiết bị đóng, ngắt để phân
phối điện từ thanh cái máy phát đi đén trạm máy biến áp, máy biến áp tự dùng và
đường dây tải khác . Phịng cần cao ráo, bảo đảm an tồn đi lại, rờng chừng 6 – 8
m, dài theo gian máy.
-Phịng điện tự dùng: Phịng này thường bố trí máy biến áp tự dùng và bảng điện
dùng, khoảng 30 – 50 cm2.
-Phịng thuộc nhóm sản xuất: đây là các nhóm phịng bảo đảm sự làm việc bình
thường, gờm: các hệ thống dầu, cấp nước kỹ thuật, khí nén, các xưởng sữa chữa cơ
khí, kĩ thuật điện, đo lường điện, thí nghiệm điện cao áp. Nhóm các thiết bị điện
được bố trí ở các tầng trên đảm bảo khơ ráo, an tồn. Các nhóm cơ khí như dầu,
nước thường bố trí ở tâng tuabine, dọc nhà máy, phịng khí nén và xưởng cơ khí
thường ở tầng tuabine – dưới sàn lắp máy, thiết bị cấp nước kỹ thuật và bơm tháo
nước thường đặt gần tổ máy chính, tầng tuabine.
2.2.4 Bố trí hệ thống bơm nước.
- Bố trí hệ thống làm mát máy phát, làm mát dầu các ổ chặn….Được lấy ở thượng, hạ
lưu của đập( hình vẽ ).
-Bố trí hệ thống thu và thốt nước ở ống hút ( hình vẽ).
2.2.5 Bố trí đường dẫn nước( đường ống tuabine, buồng xoắn, ống hút).
a. Bố trí đường ống tuabine.
SVTH: Hoàng Kiên Quyết -10X2A

Trang: 25