Cách làm máy thủy điện

1.1 PHÂN LOẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

Nhà máy thuỷ điện là công trình thuỷ công trong đó bố trí các thiết bị động lực [turbin, máy phát điện] và các hệ thống thiết bị phụ phục vụ cho sự làm việc bình thường của các thiết bị chính nhằm sản xuất điện năng cung cấp cho các hộ dùng điện. Có thể nói đây là một xưởng sản xuất điện năng của công trình thuỷ điện. Loại và kết cấu nhà máy phải đảm bảo làm việc an toàn của các thiết bị và thuận lợi trong vận hành.

Nhà máy thuỷ điện được chia thành ba loại cơ bản:

- Nhà máy thuỷ điện ngang đập được xây dựng trong các sơ đồ khai thác thuỷ năng kiểu đập với cột nước không quá 35 - 40 m. Bản thân nhà máy là một thành phần công trình dâng nước, nó thay thế cho một phần đập dâng. Của lấy nước cũng là thành phần cấu tạo của bản thân nhà máy. Do vị trí nhà máy nằm trong lòng sông nên loại nhà máy này còn được gọi là nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông. Chi tiết kết cấu loại nhà máy này được trình bày trong chương II mục 2-1.

- Nhà máy thuỷ điện sau đập được bố trí ngay sau đập dâng nước. Khi cột nước cao hơn 30-45 m thì bản thân nhà máy vì lý do ổn định công trình không thể là một thành phần của công trình dâng nước ngay cả trong các trường hợp tổ máy công suất lớn. Nếu đập dâng nước là đập bê tông trọng lực thì cửa lấy nước và đường ống dẫn nước turbin được bố trí trong thân đập bê tông, đôi khi đường ống dẫn nước turbin được bố trí trên mái hạ lưu của đập.

- Nhà máy thuỷ điện đường dẫn trong sơ đồ khai thác thuỷ năng kiểu đường dẫn hoặc kết hợp, nhà máy thuỷ điện đứng riêng biệt tách khỏi công trình đầu mối. Cửa lấy nước đặt cách xa nhà máy. Trong trường hợp công trình dẫn nước là không áp thì cửa lấy nước nằm trong thành phần của bể áp lực; trong trường hợp công trình dẫn nước là đường hầm có áp thì cửa lấy nước bố trí ở đầu đường hầm và là một công trình độc lập. Đường dẫn nước vào nhà máy thường là đường ống áp lực nhưng trong trường hợp trạm thuỷ điện đường dẫn cột nước thấp với đường dẫn là kênh dẫn thì có thể bố trí nhà máy thuỷ điện kiểu ngang đập.

Ngoài cách phân loại cơ bản trên nhà máy thuỷ điện còn được phân loại theo vị trí tương đối của bản thân nhà máy trong bố trí tổng thể: Nhà máy thuỷ điện trên mặt đất [nhà máy thông thường]; nhà máy thuỷ điện ngầm được bố trí toàn bộ trong lòng đất, nhà máy thuỷ điện nửa ngầm với phần chủ yếu của nhà máy bố trí ngầm trong lòng đất, phần mái che có thể bố trí hở trên mặt đất; nhà máy thuỷ điện trong thân đập được bố trí trong thân đập bê tông, trong thân đập đất, giữa các trụ chống của đập trụ chống...

Về đặc điểm kết cấu của ba loại cơ bản trên, nhà máy thuỷ điện còn có nhiều dạng kết cấu đặc biệt khác như nhà máy kết hợp xả lũ dưới đáy hoặc trong thân đập tràn, trong trụ pin, nhà máy thuỷ điện ngang đập với turbin capxul, nhà máy thuỷ điện thuỷ triều... Các loại nhà máy này tạm xếp chung vào loại nhà máy đặc biệt.

Về công suất nhà máy thuỷ điện chia làm nhiều loại theo công suất lắp máy, cách phân loại này chỉ là tương đối và cụ thể với tiêu chuẩn của từng quốc gia. Ở Việt nam cấp công trình được xác định theo tiêu chuẩn TCVN-5060-90:

Nhà máy thuỷ điện lớn Nlm ³ 1000 MW

Nhà máy thuỷ điện vừa : 15 £ Nlm £ 1000 MW Nhà máy thuỷ điện nhỏ : Nlm £ 15 MW

Theo cột nước nhà máy thuỷ điện phân theo ba loại tuỳ thuộc cột nước công tác lớn nhất:

Nhà máy thuỷ cột nước cao : Hmax > 400 m Nhà máy thuỷ điện cột nước trung bình : 50 £ Hmax £ 400 m Nhà máy thuỷ điện cột nước thấp : Hmax < 50 m

Cột nước công tác Hmax có liên quan đến loại turbin bố trí trong nhà máy. Ở TTĐ cột nước cao bố trí turbin tâm trục tỷ tốc bé và khi cột nước Hmax >500 m sử dụng turbin gáo. Ở TTĐ cột nước trung bình thường bố trí các loại turbin tâm trục với các tỷ tốc từ lớn đến bé và trong một số trượng hợp với cột nước Hmax >150 m có thể sử dụng turbin cánh chéo. Ở TTĐ cột nước thấp thường bố trí turbin cánh quay hoặc turbin cánh quạt và cũng có thể bố trí các turbin tâm trục tỷ tốc lớn hoặc turbin cánh chéo.

Hình thức lắp máy cũng có ảnh hưởng lớn đến kết cấu nhà máy thuỷ điện: Với turbin phản kích công suất lớn thường bố trí trục đứng. Bố trí như vậy nhà máy sẽ gọn hơn nhưng chiêu sâu móng nhà máy sẽ lớn. Với TTĐ ngang đập cột nước thấp Hmax 360

cos j

0,8

0,85

0,90

- Số vòng quay định mức đồng bộ]: to máy phát n = 60f , trong đó: p- số đôi cực từ của ro

- Hiệu suất máy phát điện : hmf phụ thuộc vào công suất phát điện của máy mát. Hiệu suất ở chế độ làm việc với công suất định mức của máy phát loại lớn có thể đạt 96,5-98,5%.

2. Kết cấu máy phát và tổ máy

Tổ máy thuỷ điện có ba hình thức lắp máy: trục đứng, trục ngang và trục xiên. Trong hình thức lắp máy trục đứng có thể sử dụng các máy phát kiểu treo và kiểu ô [ hình 1-3]. Thông thường máy phát kiểu treo được sử dụng với các máy phát có tốc độ quay n > 150 vòng/phút, máy phát kiểu ô - khi n 150 v/f - chọn máy phát kiểu treo, ngược lại chọn máy phát kiểu ô.

Ngày nay các máy phát kiểu ô công suất lớn, giá chữ thập dưới đỡ ổ trục chẵn của chúng thường đặt trên nắp turbin để giảm chiều cao phần dưới nước nhà máy TĐ.

Đường kính ngoài trục turbin được xác định theo công thức:

trong đó công suất máy phát Nmf, kW, no - vòng / phút.

Đường kính trục lấy chẵn 5 cm khi dv =60 ¸ 100 cm, chẵn 10 cm khi dv > 10 cm theo chiều tăng kích thước.

Trọng lượng toàn bộ máy phát điện sơ bộ có thể lấy bằng:

Gmf = y Di la , tấn [1-13]

Trong đó hệ số y = 44 ¸ 50 - đối với máy phát kiểu ô; y = 48 ¸ 58 - đối với máy phát kiểu treo.

Bảng 1-3.

Trong lượng của rotor cùng với trục thường chiếm 50-55% trong lượng chung của máy phát. Máy phát hiện nay có đường kính vỏ ngoài đạt đến 20 m, chiều cao 4-5 m và trọng lượng có thể đạt 2000 tấn.

Momen đà của của rotor máy phát có thể tính sơ bộ theo một số công thức kinh nghiệm, ví dụ :

GD2 = 2,9D4l j , T.m2. [1-14]

trong đó: Di, la - m ; ji hệ số phụ thuộc vào số cực máy phát điện: với 2p 200-300m.

Ở TTĐ cột nước cao, cửa van trước buồng xoắn có công dụng tránh cho cánh hướng nước phải chịu áp lực lớn khi ngừng làm việc, giảm tổn thất nước rò rỉnhqua cá hướng nước và cơ bản bảo vệ cánh hướng nước khỏi bị phá huỷ do khí thực khi nước rò rỉ qua chúng với lưu tốc lớn. Khi bố trí cửa van trước buồng xoắn thì các cửa van này còn kết hợp làm nhiệm vụ bảo vệ tổ máy khỏi chế độ quay lồng khi hệ thống điều khiển chúng không làm việc. Đối với TTĐ có phương thức cấp nước độc lập, cửa van trước buồng xoắn được bố trí ở tất cả các trường hợp cột nước lớn hơn 300 m, hoặc đường ống dài trên 300-400 m. Trong trường hợp cột nước nhỏ hơn 200 m chỉ bố trí khi thời gian làm việc của turbin dưới 3000 giờ/ năm. Còn đối với TTĐ cấp nước theo nhóm với ống dẫn nước chung cho một số tổ máy thì cửa van được bố trí trên tất cả các ống rẽ nhánh. Trên hình 1-6 là sơ đồ bố trí các cửa van trên tuyến đường ống áp lực.

Van đĩa áp dụng với các đường ống có đường kính từ 0,5 ¸ 8,5 m, với đường kính nhỏ sử dụng cho các cột nước dến 600m, đường kính lớn hơn 4,0 m áp dụng cho cột nước dưới 170 -230m. Trên hình 1-7 là sơ đồ cấu tạo của các loại cửa van đĩa. Điểm đặc trưng của cấu tạo van đĩa là phần hộp van của nó giống như một đoạn ống hai đầu có bích để nối tiếp với đường ống bằng bu lông, trong hộp van là đĩa thép có gioăng chèn quay xung quanh trục và được điều khiển bằng thuỷ lực từ bên ngoài. Ở vị trí đóng mặt đĩa vuông góc với dòng chảy, trục quay của đĩa về nguyên tắc luôn nằm ngang. Trước và sau cửa van người ta bố trí ống cân bằng áp lực để giảm lực mở cửa van. Các loại van đĩa khác nhau cơ bản là hình dạng của đĩa van như thể hiện trên hình 1-7. Van đĩa đường kính không lớn lắm có thể làm bằng thép đúc kết hợp hàn, hộp van thường làm thành hai phần và hàn ghép lại với nhau. Ổ trục thượng dưới dạng bạc đồng bôi trơn bằng mỡ.Van cầu thường sử dụng ở các TTĐ cột nước cao [H = 120 ¸ 1800 m]., khi cột nước cao hơn 600 m chỉ sử dụng loại van này. Trên hình 1-8 là nguyên lý cấu tạo của các loại van cầu.

Đặc điểm cấu tạo cơ bản của van cầu là phần quay của nó có dạng như một đoạn ống. Khi mở phần này tạo với ống thành đoạn liên tục có đường kính cùng với đường kính ống nên không làm thay đổi hướng và độ lớn vận tốc khi qua nó, có nghĩa là tổn thất thuỷ lực sẽ không đáng kể. Các loại van cầu khác nhau ở kết cấu hộp van, phần quay và hình thức chèn. Có ba loại cơ bản là: a - mặt van kiểu đĩa; b- mặt van hình cung; c- mặt van dạng hai đầu nằm trong hộp van. Loại mặt van hình đĩa có đường kính 0,8 ¸ 4,2 m sử dụng ở cột nước H = 170 ¸ 800 m hoặc hơn, van hai mặt có

Hình 1-6. Vị trí các cửa van trên ống dẫn nước turbin.

I- Cột nước H < 200m; II- H > 200¸300m; III- H >150¸200 m; IV- H » 200 m, đường ống dẫn nước hở trên mặt đất và dẫn nước turbin bằng đường hầm; V và VI - H » 400 m và H » 800 m, đường hầm dẫn nước và đường ống dẫn nước turbin để hở trên mặt đất; 1- van sửa chữa kiểu van phẳng; 2- van công tác kiểu van phẳng; 3- van sửa chữa kiểu van phẳng hoặc van đĩa; 4 - van công tác kiểu van phẳng hoặc van đĩa; 5- van công tác kiểu van cầu hoặc đĩa; 6- van công tác kiểu van cầu; 7- van sửa chữa kiểu van cầu; 8- van sửa chữa kiểu van

đĩa; 9- van công tác kiểu van đĩa; 10- van côn trên ống xả nước; 11- ống xả-nước; 12 đường

hầm dẫn nước áp lực; 13- tháp điều áp; 14- ống dẫn nước turbin đặt hở; 15- ống dẫn nước

đặt hở; 16- đường hầm dẫn nước turbin.

Hình 1-7. Nguyên lý cấu tạo các loại van đĩa.

a- Mặt đĩa lồi; b- mặt đĩa phẳng; c- đĩa dạng khung dầm với một mặt chịu áp; d- đ dạng khung dầm với hai mặt đối xứng. 1- hộp van; 2- đĩa; 3, 4- các loại gioăng chèn; 5, 6 bộ phận hướng dòng đặt cố định; 7- rãnh thoát nước rò rỉ; 8 - dầm gân; 9, 10 - thép mặt; 11- gioăng nối ống.

Hình 1-8. Ngyên lý cấu tạo các loại van cầu.

a - mặt van kiểu đĩa; b- mặt van hình cung; c- mặt van dạng hai đầu nằm trong hộp van. 1- phần quay; 2- hộp van; 3- gioăng chèn; 4- gioăng tháo lắp; 5- vít điều khiển gioăng tháo lắp; 6- ống cố định; 7- mặt van quay.

Hình 1- 9. Đồ thị xác định phạm vi ứng dụng, trọng lượng van đĩa và van cầu

1 - Vùng làm việc van đĩa; 2- vùng làm việc van cầu; 3- trọng lượng van đĩa H =25 ¸120m; 4- trọng lượng van cầu H =280 ¸950 m;

đường kính 0,8 ¸ 3,15 m sử dụng ở cột nước H = 45 ¸ 310 m, van hình cung với đường kính 0,8 ¸ 3,15 m sử dụng ở cột nước H = 115 ¸ 800 m. Kích thước và trọng lượng cũng như giá thành chế tạo van cầu lớn hơn đáng kể so với van đĩa. Trên hình 1- 9 là các đồ thị xác định gần đúng phạm vi sử dụng và trọng lượng của các loại van này.

2. Cửa van cửa ra ống hút.

Cửa van tại cửa ra ống hút với mục đích sửa chữa turbin, khi đó cần phải đóng cửa van này để bơm cạn nước trong buồng xoắn và ống hút. Cửa van này thường là van trượt phẳng một tầng hoặc nhiều tầng. Vị trí của nó có thể ở cửa ra, giữa hoặc đầu đoạn loe của ống hút.

Thông thường người ta sử dụng một hoặc hai bộ cửa van này cho toàn bộ nhà máy tuỳ theo số lượng tổ máy. Việc đóng mở cửa van này có thể bố trí cầu trục ở phía trên ống hút, thường là cầu trục kiểu chân dê hoặc tời di động trên dầm cố định.

3. Thiết bị nâng chuyển.

Thiết bị nâng chuyển chính trong nhà máy thuỷ điện là cầu trục phục vụ cho lắp ráp và sửa chữa tổ máy.

Thông thường cầu trục chính bố trí trong gian máy, tầm hoạt động của nó chung cho toàn bộ gian máy. Trong một số trường hợp, phục vụ cho tháo lắp van trước buồng xoắn người ta sử dụng cầu trục riêng.

Cầu trục chính có tải trọng rất lớn, có thể đến 1000 tấn, tuy nhiên tuỳ vào trọng lượng vật cẩu lớn nhất [rotor] và kích thước nhà máy mà có thể sử dụng cầu trục kép [2 cái]. Trên hình 1-10 là ví dụ về hình hạng và kích thước của cầu trục 250/30 T, móc chính có sức nâng 250 T, móc phụ - 30 T.

1.2.3. Thiết bị điện

Thiết bị điện của trạm thuỷ điện bao gồm: dây dẫn điện từ máy phát, máy biến áp chính trạm phân phối điện, hệ thống điện tự dùng, hệ thống đo lường kiểm tra và điều khiển, thiết bị điều khiển trung tâm.

Điện áp đầu ra máy phát tuỳ thuộc vào công suất có thể từ 3,5 ¸ 24 KV, việc truyền tải từ máy phát điện đến máy biến áp với dòng điện lớn đòi hỏi dây dẫn tiết diện lớn và tổn thất điện năng cũng lớn, hơn nữa dây dẫn đắt tiền nên đòi hỏi máy biến áp phải bố trí thật gần máy phát điện. Với công suất máy phát dưới 100 MVA đoạn dây dẫn này thường để trần, khi công suất lớn hơn chúng thường là các cáp điện chuyên dùng.

Máy biến áp chính nhằm nâng cao điện áp để tài điện đi xa. Phụ thuộc vào hệ thống mà TTĐ cung cấp, điện áp cao thế của máy biến áp [MBA] có thể 35, 110, 220, 500 KV hoặc cao hơn. Máy biến áp chính về nguyên tắc được bố trí ngoài trời, chúng đòi hỏi phải làm mát bằng không khí hoặc bằng nước.

Cấu tạo các bộ phận chính của máy biến áp thể hiện trên hình 1-11, a. Các bộ phận chủ yếu gồm vỏ máy chứa dầu cách điện 1 trong đó là các cuộn dây và lõi thép từ [ruột máy], các đầu dây dẫn vào và ra với các sứ cách điện cao thế và hạ thế 23, các máy làm mát bằng không khí 4 với các quạt gió tăng cường 6, thùng dầu phụ 5 với ống đo dầu 7 đảm bảo cho dầu trong máy biến áp có áp suất ổn định trong quá trình làm việc. Máy biến áp đặt trên hệ thống đường ray chung cho toàn trạm và có thể vận chuyển vào gian máy để sửa chữa. Máy biến áp công suất nhỏ hơn 50 MVA thường đặt trên bốn bánh xe, với MBA công suất trung bình và lớn đặt đặt trên nhiều xe lăn, mỗi xe có bốn bánh. Để vận chuyển MBA vào gian lắp ráp người ta di chuyển đến chỗ chuyển hướng của đường ray, dùng kích thuỷ lực nâng MBA lên và quay chiều các xe lăn theo hướng ray cần di chuyển. Chiều rộng đường ray thường lấy bằng chiều rộng đường ray thông dụng của giao thông còn chiều khoảng cách giữa các bánh xe hoạc các xe lăn phụ thuộc vào kích thước cầu trục có thể là 2000, 2500, 3000 mm.

Máy biến áp được phân thành hai loại theo số cuộn dây: hai cuộn dây và ba cuộn dây. Loại hai cuộn dây dùng để tăng điện áp máy phát lên một cấp điện áp, còn MBA ba cuộn dây tăng điện áp lên hai cấp khác nhau cung cấp cho hai hệ thống khác nhau. Theo số pha người ta chế tạo máy biến áp ba pha và máy biến áp một pha.

Nhãn hiệu của máy biến áp phải thể hiện công suất, điện áp, phương pháp làm mát, số pha và khả năng lắp đặt ngoài trời.

Khả năng vượt tải tạm thời của MBA trong một số ít giờ có thể đạt 30 ¸ 40%, còn khả năng vượt tải lâu dài có thể từ 5 ¸ 10%.

Kích thước sơ bộ của MBA có thể xác định theo các đồ thị hình 1-11, b: đường liền nét trong biểu đồ xác định trọng lượng là trọng lượng toàn bộ MBA, còn đường không liền nét là trọng lượng phần ruột. Lượng dầu sơ bộ tính ở mức 1 kg cho 1 KVA công suất.

Hình 1-10. Cầu trục điện sức nâng 250/30 T và đồ thị xác định trọng lượng cầu trục

1- cầu trục; 2- xe nâng móc chính và móc phụ; 3- bánh xe cầu trục; 4- móc chính; 5- móc phụ; 6- buồng điều khiển; 7- động di chuyển cầu trục.

Hình 1-11. Các bộ phận và kích thước chủ yếu máy biến áp ba pha.

a- Máy biến áp; b- đồ thị xác định sơ bộ các kích thước và trọng lượng máy BA. 1- vỏ; 2- bánh xe; 3- sứ cách điện; 4- máy làm mát; 5- thùng dầu phụ; 6- quạt gió; 7- ống đo dầu

Hệ thống điện tự dùng phục vụ cho sản xuất của bản thân TTĐ chiếm khoảng 0,2¸1,0% điện năng sản xuất. Các hộ tự dùng được chia làm ba loại : Loại không cho phép mất điện khi làm việc [các hệ thống dầu, cấp nước kỹ thuật, khí nén, kích từ, phòng hoả, điều khiển máy cắt & cầu dao, điều khiển các cửa van công tác, chiếu sáng trong nhà]; loại cho phép mất điện tạm thời trong thời gian ngắn [hệ thống tháo nước tổ máy, thoát nước rò rỉ, chiếu sáng ngoài trời...], loại cho phép mất điện dài trong một thời gian nhất định [hệ thống lọc và xử lý dầu, các xưởng sửa chữa, các kho chứa...].

Hệ thống điện tự dùng tuỳ theo từng loại thiết bị sử dụng điện áp từ 220 V đến 10 KV. Vì vậy cần có máy biến áp hạ thế nối trực tiếp máy phát hoặc từ hệ thống thanh góp điện áp máy phát.

Trong nhà máy điện bố trí các thiết bị phân phối điện áp máy phát. Tất cả các thiết bị này về nguyên tắc được lắp đặt theo bộ [cụm] để khi sửa chữa có thể thay thế dễ dàng. Chúng được lắp đặt dọc theo toàn bộ chiều dài nhà máy, trong các gian có chiều cao 4-5m, chiều rộng 6-8 m.

Trạm phân phối điện áp cao được bố trí ngoài trời, sơ đồ đầu dây và vị trí và thiết bị của nó sẽ được trình bày trong mục 1-7.

1.2.4. Các hệ thống thiết bị phụ

Các hệ thống thiết bị phụ bao gồm: Hệ thống dầu, cấp nước kỹ thuật, khí nén, phòng hoả, tháo nước sửa chữa và rò rỉ sẽ được trình bày trong 1-6 dưới đây.

1.3 KẾT CẤU VÀ KÍCH THƯỚC PHẦN DƯỚI NƯỚC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

1.3.1. Các kết cấu phần dưới nước của nhà máy

1. Thiết bị bố trí phần dưới nước nhà máy

Dọc theo chiều dài nhà máy [vuông góc với chiều dòng chảy], phần dưới nước gồm nhiều khối turbin giống nhau và ngoài cùng là sàn lắp ráp. Tuỳ điều kiện địa chất nền và chiều dài, toàn bộ nhà máy có thể là một khối liền hoặc cách nhau bằng những khe lún ngang cắt nhà máy thành từng đoạn. Trong mỗi đoạn gồm từ một hoặc một số tổ máy, riêng phần sàn lắp ráp do chịu tải trọng khác nên thợ thường tách riêng khỏi các khối turbin. Phần dưới nước tính từ dưới lên có tầng ống hút, tầng turbin. Về phía thượng lưu trước ống hút thường bố trí một số hành lang như hành lang tháo cạn nước buồng xoắn và ống hút, hành lang tập trung nước thấm, hành lang phụt vữa xi măng và kiểm tra.

Ở tầng turbin, ngoài turbin còn đặt các thiết bị phụ của trạm thuỷ điện, các hệ thống này nhằm bảo đảm sự làm việc bình thường của các thiết bị chính: hệ thống thiết bị cung cấp dầu mỡ, hệ thống thiết bị cung cấp nước kĩ thuật, hệ thống thiết bị tháo nước sửa chữa tổ máy, hệ thống tiêu nước nhà máy, các hệ thống cáp điện. Ngoài ra còn bố trí các kho chứa và một số phòng phụ, máy tiếp lực và cơ cấu điều chỉnh.

Dưới sàn lắp ráp thường bố trí các xưởng, kho, các phòng a xit, ác quy, máy bơm, giếng tập trung nước.

2. Các kết cấu chủ yếu phần dưới nước

Phần dưới nước gồm các bộ phận dẫn nước buồng xoắn, ống hút, đường ống turbin] hoặc kênh xả đối với tua bin xung kích. Tuỳ thuộc vào loại nhà máy và loại tua bin phần dưới nước có khác nhau. Đối với trạm thuỷ điện ngang đập phần dưới nước của nhà máy ngoài buồng xoắn, ống hút còn có cửa lấy nước liên kết với nhà máy, dẫn

Hình 1-12. Mặt cắt ngang nhà máy thuỷ điện ngang đập

nước trực tiếp vào buồng xoắn. Trạm thuỷ điện sau đập và đường dẫn phần dưới nước chủ yếu là buồng xoắn và ống hút, nước vào buồng xoắn qua đường ống áp lực đặt trong thân đập hoặc đường ống áp lực đặt lộ thiên [nhà máy thủy điện đường dẫn]. Khi nhà máy thủy điện lắp tua bin xung kích gáo thì phần dưới nước của nhà máy đơn giản vì không có buồng xoắn turin và hình dạng phức tạp của ống hút, nó chỉ là kênh xả dẫn nước ra hạ lưu.

Điều kiện địa chất nền có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước và hình dạng phần dưới nước của nhà máy nhất là bản đáy của tổ máy. Khi nhà máy xây trên nền đá có cường độ chịu lực cao thì giảm được chiều dày bản đáy, giảm được thép gia cố nền, ngược lại xây trên nền đất yếu thì độ dày bản đáy của nhà máy rất lớn cần gia cố cốt thép nhiều. Trong thực tế xây dựng do điều kiện địa chất, nhà máy cần đặt sâu xuống tầng đá gốc thì phải dùng ống hút cong có độ cao lớn mới đạt được các tham số điện năng của tổ máy, cũng có thể dùng ống hút cong có độ cao thấp nhưng phải hạ cao trình đặt máy xuống hoặc sử dụng turin loại có tỷ tốc cao phù hợp với cột nước trong trường hợp đó. Hình 1-12. thể hiện mặt cắt ngang nhà máy thuỷ điện ngang đập xây trên nền đất qua đó ta có thể thấy được kết cấu cơ bản phần dưới nước của nhà máy

1.3.2. Nguyên tắc xác định kích thước và các cao trình chủ yếu

1. Kích thước chiều dài đoạn tổ máy [vuông góc với dòng chảy]

Kích thước phần dưới nước của nhà máy thuỷ điện có quan hệ đến đường kính turbin D1, chiều cao hút Hs, hình dạng và kích thước ngoài buồng xoắn, ống hút [hoặc là máng xả nước khi dùng turbin xung kích].

Với nhà máy thuỷ điện ngang đập buồng xoắn turbin, ống hút, cửa lấy nước có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước phần dưới nước. Cửa lấy nước nhà máy thuỷ điện ngang đập nối trực tiếp với buồng xoắn. Ngoài ra điều kiện địa chất nền cũng ảnh hưởng đến hình dạng và kết cấu phần dưới nước của nhà máy.

Trong các bộ phận dưới nước của nhà máy thuỷ điện thì kích thước ngoài của buồng xoắn thường là lớn nhất. Do đó, chiều dài đoạn tổ máy được xác định trên cơ sở kích thước ngoài của buồng xoắn turbin và các mố trụ bố trí giữa các tổ máy.

a, Xác định sơ bộ chiều dài đoạn tổ máy [l]

Chiều dài đoạn tổ máy l có quan hệ đến loại turbin, đường kính bánh xe công tác D1 và cột nước của trạm thuỷ điện.

Đối với nhà máy thuỷ điện ngang đập không kết hợp xả lũ trong đoạn tổ máy với turbin hướng trục, thì chiều dài đoạn tổ máy thường từ [2,9 ¸ 3,2] D1, khi đường kính nhỏ thì lấy giá trị lớn và ngược lại. Đối với turbin tâm trục chiều dài đoạn tổ máy phụ thuộc vào tỷ tốc ns và nằm trong giới hạn từ [2,7 ¸ 4,2] D1, khi tỷ tốc ns tăng lấy trị số lớn.

Hình 1-13. Sơ đồ sơ bộ xác định chiều dài đoạn tổ máy [l] của nhà máy thuỷ điện.

a]. nhà máy thuỷ điện ngang đập không kết hợp xả lũ qua tổ máy

b, nhà máy thuỷ điện sau đập và đường dẫn.

Tổ máy thuỷ điện với buồng xoắn turbin bằng bê tông có góc bao b = 180 ¸ 192 0do đó tổ máy bố trí không đối xứng thì nhất thiết phải áp dụng ống hút cong không đối xứng trên mặt bằng. Trong một số trường hợp đặc biệt, ví dụ dùng buồng turbin hình vuông trạm thuỷ điện cột nước thấp hoặc ống hút kiểu loe thì chiều dài đoạn tổ máy sẽ tăng lên.

Đối với nhà máy thuỷ điện kết hợp xả lũ qua đoạn tổ máy thì chiều dài l của đoạn tổ máy thường tăng lên với mục đờích bố trí đư ng tràn xả lũ.

b] Xác định kích thước chiều dài đoạn tổ máy l dựa vào kích thước bao ngoài lớn nhất của buồng xoắn tua bin.

Ở trạm thuỷ điện cột nước thấp, lưu lượng lớn với buồng xoắn bê tông thì kích thước chiều dài đoạn tổ máy thường do kích thước buồng xoắn quyết định, đây là kích thước bao ngoài lớn nhất bảo đảm cho đoạn tổ máy bố trí các thiết bị [Hình 1-14.I]

Ở trạm thuỷ điện cột nước trung bình, kích thước đoạn tổ máy thường xác định bởi kích thước mặt bằng vòng ngoài buồng xoắn, đồng thời xem xét việc bố trí một số thiết bị phụ phục vụ cho vận vận hành tổ máy, các mố trụ bố trí giữa các tổ máy [Hình 1-14.III]

Ở trạm trạm thuỷ điện cột nước cao, do lưu lượng nhỏ, kích thước mặt bằng của đường bao buồng xoắn nhỏ, do đó chiều dài đoạn tổ máy phụ thuộc vào kích thước mặt bằng của máy phát, vị trí bố trí các thiết bị ở tầng máy phát và lối đi lại để bảo đảm vận hành bình thường.

- Ở những trạm thuỷ điện đường dẫn cột nước cao, dùng ống hút hình loa, buồng xả nước có mặt cắt hình vuông với chế độ thuỷ lực có áp hoặc không có áp thì kích thước chiều dài đoạn tổ máy không được nhỏ hơn 4D1 [Hình 1-14.IV]

- Trạm thuỷ điện lắp turbin xung kích, khi xác định kích thước phần dưới nước khác hẳn với phương pháp đã trình bày ở trên. Bởi vì, loại turbin này không có buồng xoắn và ống hút, cuối đường ống áp lực là vòi phun, nước từ turbin chảy ra dưới dạng tự do. Vì vậy, kích thước đoạn tổ máy của loại turbin này xác định trên cơ sở bố trí các thiết bị phụ và các yêu cầu khác để đảm bảo máy [Hình 1-14.V]

- Đối với tổ máy turbin cáp xun kết cấu phần dưới nước của loại này bao gồm bản đáy, các trụ đứng. Giữa các trụ đó bố trí buồng tổ máy và các phòng đặt tua bin phụ [Hình 2-3.VI].Kích thước đoạn tổ máy của loại turbin này được xác định trên cơ sở chiều rộng buồng dẫn nước trong đó đặt tổ máy.

Qua phân tích các trạm đã xây dựng và các trạm đang thiết kế dùng turbin cápxul cho phép xây dựng các công thức kinh nghiệm để xác định kích thước cơ bản của tổ máy và phần qua nước của nó.

+] Khi nối trực tiếp [nmf = ntb] đường kính hộp máy phát có thể nằm trong phạm vi từ [1,14 ¸ 1,16 ]D1.

+] Mặt cắt cửa vào của buồng dẫn nước có dạng hình vuông, diện tích tiết diện của nó có thể tính theo công thức [m2]:

trong đó : Q-lưu lượng qua tua bin [m3/s]; H- cột nước của trạm

Chiều dài đoạn tổ máy l =[1,15 ¸ 1,3]D1

Diện tích tiết diện mặt cắt cửa ra của tổ máy có thể tính theo công thức [m2]:

Ở tầng ống hút về phía hạ lưu nhà máy thường được bố trí các van sửa chữa để sửa chữa tổ máy khi cần thiết. Ở những trạm thuỷ điện kết hợp xả lũ qua tổ máy các van khống chế lưu lượng tràn cũng bố trí ở tầng ống hút về phía hạ lưu. Tất cả các loại van đó đều dùng cầu trục riêng, điều khiển bằng động cơ điện hoặc bằng hệ thống thuỷ lực.

Từ hình 1-14. cho thấy có thể bố trí cửa van trong hành lang tháo lũ và van sửa chữa cuối ống hút. Nếu diện tích tầng ống hút rộng và cao trình mực nước hạ lưu cao nhất cho phép thì bố trí van như hình 1-14.VIII

Khi đoạn loe của ống hút tương đối dài với mục đích giảm chiều dài trụ pin, người ta có thể bố trí rãnh van sửa chữa ở đoạn loe và dùng một dầm đậy lại. Khi muốn thả van sửa chữa xuống thì trước tiên phải cẩu dầm đó ra Hình 1-14.II

Số lượng cửa van sửa chữa tuỳ thuộc vào số tổ máy ở trạm, song thông thường người ta quy định đóng từ một đến hai tổ máy cùng một lúc. Sự phân chia trụ pin trong ống hút phải có khoảng cách giống nhau để tiện việc chế tạo cửa van. Trong quá trình vận hành cửa van sửa chữa thường để ở một nơi thuận tiện về phía hạ lưu ở tầng ống hút.

2. Khi kích thước chiều ngang đoạn tổ máy [song song dòng chảy]

Chiều ngang đoạn tổ máy phần dưới nước xác định chủ yếu trên cơ sở kích thước cửa lấy nước, buồng xoắn và chiều dài ống hút. Đối với trạm thuỷ điện ngang đập có công suất lớn, nếu chiều dài đoạn tổ máy lấy theo trị số gần đúng từ [2,9¸3,2]D1 thì chiều ngang bản đáy có thể lấy từ [6¸8]D1.

Ở trạm thuỷ điện sau đập và đường dẫn cột nước trung bình dùng turbin tâm trục trục đứng, khi chiều dài đoạn tổ máy lấy theo trị số gần đúng từ [2,7¸4,2]D1 thì chiều ngang bản đáy có thể lấy từ [6¸7]D1. Các trị số trên chỉ gần đúng để xác định sơ bộ kích thước ban đầu.

Hình 1-14. Kết cấu phần dưới nước của nhà máy thuỷ điện với các loại tua bin khác nhau

3. Các cao trình phần dưới nước nhà máy

Chiều cao phần dưới nước nhà máy được tính từ cao trình tấm đáy ống hút đến vòng tựa stato máy phát bao gồm: chiều dày bản đáy nhà máy, chiều cao loại ống hút đã chọn, chiều dày lớp bê tông của buồng xoắn, chiều cao từ cao trình sàn turbin đến cao trình đáy stato máy phát. Hình 1-15. thể hiện các cao trình chủ yếu phần dưới nước của nhà máy thuỷ điện

- Cao trình lắp turbin Ñ1[cao trình lắp máy] là một trong những cao trình chính để làm cơ sở xác định các cao trình khác của phần dưới nước nhà máy thuỷ điện. Cao trình này chủ yếu được quyết định bởi mực nước tính toán hạ lưu nhỏ nhất và độ cao hút Hs. Các thông số này đã nêu ở phần thiết bị, song khi xác định cao trình này cần phải xem lòng dẫn hạ lưu có bị xói sâu trong quá trình vận hành làm cho mực nước hạ lưu giảm xuống không bảo đảm điều kiện tính toán ban đầu.

Hình 1-15. Mặt cắt ngang của nhà máy thuỷ điện thể hiện các cao trình chủ yếuphần dưới nước .

- Cao trình đáy ống hút Ñ0: khi đã xác định được cao trình lắp turbin Ñ1 lấy cao trình này làm chuẩn, căn cứ kích thước ống hút đã chọn ta tính được cao trình đáy ống hút. Cao trình này phải đảm bảo miệng ống hút ngập dưới mực nước hạ lưu một đoạn 0,5 m. Chiều dày bản đáy phần dưới nước nhà máy tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất nền thông qua tính toán để xác định.

- Cao trình sàn turbin Ñ2: cao trình này có liên quan đến lớp bê tông của buồng xoắn, độ dày của lớp bê tông này thông qua tính toán kết cấu mới xác định được, song trong thiết kế sơ bộ có thể lấy như sau: đối với buồng xoắn kim loại độ dày thường 0,8¸1,0 m ; đối với buồng xoắn bê tông cốt thép độ dày thường 1,2¸1,5 m .

- Cao trình đáy stato máy phát Ñ3: đây là khoảng không gian của tầng turbin có chiều cao từ cao trình sàn turbin đến cao trình đáy stato. Ở đây, ngoài giếng turbin còn bố trí các cơ cấu điều chỉnh turbin, các hệ thống đường ống của thiết bị phụ, cáp điện..vv..Vì vậy, khoảng cách này phải bảo đảm chiều cao nhất định để bố trí thiết bị, đồng thời để nhân viên vận hành thao tác thuận tiện thường từ 2,7¸3,0 m. Khi xác định cao trình đáy stator [cao trình máy phát], cao trình này phải đảm bảo cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất để máy phát không bị ngập. Song điều kiện này không phải trong bất kì trường hợp nào cũng thảo mãn, nhất là khi mực nước hạ lưu sông thay đổi lớn giữa mùa lũ và mùa kiệt. Trong trường hợp này, nếu đặt máy phát trên mực nước cao nhất hạ lưu thì trục tổ máy dài không lợi cho tính ổn định khi vận hành, chiều cao phần dưới nước tăng lên, khối lượng bê tông sẽ tăng nhiều. Khi gặp trường hợp này thường được thông qua biện pháp công trình là xây tường ngăn chống thấm phía hạ lưu và chỉ trên cơ sở đó mới hạ được cao trình đặt máy xuống khi đủ để bố trí các thiết bị trong nhà máy.

1.4 KẾT CẤU VÀ KÍCH THƯỚC PHẦN TRÊN NƯỚC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

1.4.1. Các dạng kết cấu phần trên nước của nhà máy thuỷ điện

Kết cấu và kích thước phần trên nước nhà máy thuỷ điện có liên quan chặt chẽ đến việc bố trí các thiết bị trong gian máy. Phần xây lắp bên trên của nhà máy thuỷ điện có thể dùng một trong những hình thức sau: nhà máy kín, nhà máy hở, nhà máy nửa hở.

1. Kết cấu nhà máy thuỷ điện kiểu kín [Hình 1-16.I,II]

Kết cấu phần trên nước của nhà máy thuỷ điện kiểu kín bao giờ cũng phức tạp và giá thành đắt hơn so với các loại nhà máy kiểu hở và nửa hở. Phần này có kết cấu tương tự như một nhà máy công nghiệp, bên trong có cần trục chạy dọc suốt nhà máy phục vụ công việc lắp ráp và sửa chữa tổ máy. Các thiết bị được bảo vệ che chở khỏi bị tác động xấu của thời tiết khí hậu, đảm bảo có thể lắp ráp, sửa chữa thiết bị trong bất kì điều kiện nào.

Ở những nhà máy thuỷ điện lớn các trụ đỡ chịu một tải trọng rất lớn của cần trục và các tải trọng của mái che truyền xuống, chiều rộng gian máy có thể từ 22¸25 m và chiều cao thường trên 30 m. Với kết cấu như vậy tương đối phức tạp, thời gian thi công dài hơn và giá thành đắt hơn các nhà máy kiểu hở, nửa hở song nó có ưu điểm là điều kiện vận hành thuận lợi. Những trạm thuỷ điện đã xây dựng ở nước ta hiện nay đều áp dụng nhà máy thuỷ điện kiểu kín.

2. Kết cấu nhà máy thuỷ điện kiểu nửa hở [Hình 1-16.III]

Nhà máy thuỷ điện kiểu nửa hở cho phép giảm được kích thước phần xây lắp bên trên nhưng phải bảo đảm điều kiện vận hành của các thiết bị. Phần trên rất thấp nhằm để tăng tốc độ thi công nhà máy. Loại nhà máy này cầu trục chính đặt ngoài, tất cả các thiết bị đều bố trí bên trong gian máy. Trên mỗi tổ máy có nắp đậy, có thể tháo lắp được, khi sửa chữa hoặc lắp ráp cầu trục sẽ di chuyển đến vị trí nhất định để thao tác hoặc có thể dùng con lăn đẩy sang một bên. Ở những trạm thuỷ điện lớn bên trong gian máy thường lắp cầu trục phụ để cẩu những cấu kiện nhỏ mà cầu trục lớn không thao tác được. Nếu nắp đậy tổ máy dùng con lăn kéo bằng tời giảm được thời gian mở gian máy lúc này cẩu trục đưa thiết bị đến và đã ở vị trí của nắp.

Chiều cao gian máy của loại nhà máy kiểu nửa hở tuỳ thuộc vào điều kiện lắp ráp vận hành của tổ máy, công tác sửa chữa thường xuyên không cần đến cẩu trục chính.

Ưu điểm của nhà máy thuỷ điện kiểu nửa hở là giảm được giá thành xây lắp bên trên, công tác lắp ráp nhanh hơn, tổ máy thứ nhất có thể đưa vào vận hành sớm. Loại nhà máy này có thể áp dụng trong các điều kiện khí hậu khác nhau.

3. Kết cấu nhà máy thuỷ điện kiểu hở

Loại nhà máy này không có gian máy, chỉ có một hệ cột đỡ dầm cẩu trục mọi thao tác đều ở ngoài trời. Các máy phát có nắp che để bảo vệ, các thiết bị phụ bố trí ở các tầng khác của nhà máy và dưới gian lắp ráp. Kiểu nhà máy này khi sửa chữa , lắp ráp thiết bị đều làm việc ngoài trời. Đây là điều kiện không lợi đối với những vùng nóng.

Hình 1-16. Các kiểu kết cấu bên trên của nhà máy thuỷ điện

1.4.2. Nguyên tắc xác định kích thước chủ yếu của nhà máy kiểu kín

1. Kích thước mặt bằng của nhà máy

a, Chiều dài L của nhà máy

Chiều dài nhà máy là tổng chiều dài của các khối máy, chiều dài của sàn lắp ráp , đoạn tăng thêm ở tổ máy cuối cùng. Toàn bộ chiều dài có thể biểu thị bằng công thức sau:

L=n.lđ +lsc + Äl

Trong đó: n- số tổ máy ; lđ - chiều dài đoạn tổ máy ; lsc - chiều dài gian lắp ráp sửa chữa ,Äl - đoạn kích thước tăng thêm ở tổ máy cuối cùng đủ để cầu trục hoạt động cẩu tổ máy cuối cùng, kích thước này phụ thuộc vào kích thước bề ngang của cầu trục, hình thức cẩu [cẩu đơn hoặc cẩu kép], vị trí gian lắp máy ở hồi trái hay hồi phải. Khi xác định kích thước này lấy tâm của móc cẩu trùng với tâm tổ máy. Trong thực tế người ta thường lấy Äl = 2¸5 m.

b, Chiều ngang B nhà máy

Khi xác định chiều ngang nhà máy cần phải căn cứ vào kích thước và phương thức bố trí máy phát, các thiết bị điều chỉnh, bảng điện bên máy và các thiết bị khác được bố trí trong gian máy. Các thiết bị này phải nằm trong phạm vi thao tác của cẩu trục.

Hình 1-17. thể hiện kích thước mặt bằng gian máy phát trong đó bố trí máy phát điện, thùng dầu áp lực, tủ điều tốc, khoảng lưu không để nhân viên vận hành đi lại. Qua đó ta thấy vị trí tương tác giữa các thiết bị bố trí ở tầng turbin và tầng máy phát.

Ngoài các yếu tố trên phương pháp cẩu vật của cầu trục di chuyển bên cạnh hoặc trên đỉnh máy phát cũng liên quan đến chiều ngang của nhà máy [như hình 1-16.I,II]

Hình 1-17. Kích thước mặt bằng gian máy

2. Các cao trình chủ yếu phần trên nước của nhà máy

Cao trình phần trên nước của nhà máy gồm các cao trình sau: cao trình đáy stato, cao trình sàn máy phát, cao trình ray cẩu trục, cao trình trần nhà máy .

a, Cao trình sàn gian máy phát.

Cao trình sàn gian máy phát phụ thuộc vào hình thức bố trí máy phát cũng như chiều cao của stato máy phát. Từ cao trình đáy stato đến cao trình sàn gian máy phát là phần máy phát bố trí chìm dưới mặt sàn, thông thường phần stato máy phát được bố trí chìm dưới mặt sàn [ máy phát đặt kín], giá chữ thập trên và chóp máy phát bố trí nổi trong gian máy. Trong một số trường hợp, máy phát bố trí hoàn toàn hở trên mặt sàn gian máy [ máy phát đặt hở] thì cao trình lắp máy phát trùng với cao trình sàn gian máy. Chiều cao H của nhà máy được tính từ cao trình sàn gian máy phát đến trần nhà máy.

b, Cao trình ray cầu trục

Khoảng cách chiều cao từ sàn máy phát đến ray cầu trục phụ thuộc vào kích thước vật cẩu, phương thức cẩu [cẩu di chuyển bên hoặc di chuyển trên đỉnh máy phát], vị trí móc chính khi chưa thao tác [Hình 1-16.I,II]

- Nếu cẩu rô to máy phát hoặc bánh xe công tác di chuyển trên đỉnh các tổ máy [khoảng cách giữa vật di chuyển và vật cố định thường 0,25 ¸ 0,5 m] thì giảm được chiều ngang gian máy, song tăng chiều cao. Phương thức này chỉ dùng khi tổ máy có công suất lớn, trạm thuỷ điện cột nước thấp.

- Rô to máy phát cùng sửa chữa với trục tổ máy, để giảm chiều cao nhà máy thì phải nghiên cứu sự di chuyển của xe cẩu dọc theo nhà máy về phía thượng lưu hoặc hạ lưu [Hình 1-5.II]. Với phương thức này chiều rộng nhà máy sẽ tăng lên, song giảm được chiều cao. Nếu tính từ tâm tổ máy thì phía thượng lưu rộng hơn phía hạ lưu. Thường ở nhà máy thuỷ điện sau đập và đường dẫn do đặt van sự cố ở cuối đường ống áp lực, trong quá trình lắp ráp và sửa chữa dùng cẩu trục chính trong gian máy thao tác thì có thể xê dịch phần trên nhà máy về phía thượng lưu, như vậy cho phép giảm được chiều ngang nhà máy .

c, Cao trình trần nhà máy

Khoảng cách chiều cao từ ray cầu trục đến trần nhà máy phụ thuộc vào kích thước cẩu trục và xe cẩu, các thông số này khi chọn cẩu trục có thể biết được. Độ an toàn tính từ đỉnh xe đến trần nhà máy thường 0,5 m.

Tóm lại khi xác định chiều cao H và chiều ngang B phần trên nước của nhà máy cần phải nghiên cứu một cách toàn diện không những về mặt bố trí thiết bị, phương thức cẩu mà còn cả về mặt kết cấu, giải pháp thi công...vv..

Kết cấu chịu lực phần trên nước của nhà máy kiểu kín bao gồm các hệ thống cột và dầm. Ở những vị trí đặt khớp lún thì phần trên của nhà máy cũng phải tách ra. Các dầm và cột có thể bằng thép hoặc bê tông cốt thép, khoảng cách giữa các hệ thống cột phụ thuộc vào kích thước nhà máy và sức nâng của cầu trục . Có thể có các phương án khác nhau để bố trí hệ thống cột nhà máy [Hình 1-18.a]

Khoảng cách giữa các cột dọc theo chiều dài nhà máy bằng nhau, có các cột góc và cột đôi chỗ đặt khớp lún. Trong từng đoạn tổ máy dọc theo chiều dài cách bố trí số cột cũng có thể khác nhau [Hình 1-18.I,II,III]

Trong đó sơ đồ III tăng thêm một cột ngang tâm tổ máy, chủ yếu do công suất tổ máy lớn cấu kiện nâng có trọng lượng lớn.

Tường nhà máy giữa các trụ đỡ tông. c xây bằng vật liệu như gạch, đá hoặc đổ bê

Vì lí do an toàn không được trổ cửa sổ chỗ vị trí đặt máy biến thế, cũng như ở phía đường ống áp lực dẫn vào tua bin đặt lộ thiên của trạm thuỷ điện đường dẫn.

Hình 1-18. Bố trí hệ thống cột đỡ dầm cẩu trục và mặt bằng gian máy sàn máy phát

a, Cách bố trí các cột đỡ dầm cẩu trục, b] trụ cột bằng thépÑ- caotrình sàn máy phát ; 1- thiết bị dầu áp lực; 2- Tủ điều khiển; 3- Khớp lún

Lực hãm máy truyền từ cầu trục đến kết cấu đỡ có thể xác định bởi sức nâng, tốc độ di chuyển, thời gian hãm máy theo công thức sau:

Trong đó:

G - trọng lượng toàn bộ cầu trục và trọng lượng vật nâng nặng nhất G = Gcầu trục + Gnâng

v - vận tốc di chuyển ngang của cẩu trục

t - thời gian hãm máy

Đối với loại cầu trục lớn lực P = [2¸10%]Gnâng ; với loại cầu trục sức nâng càng nhỏ lực hãm lớn vì tốc độ di chuyển ngang lớn.

Tuỳ thuộc vào công suất tổ máy và cao trình đường vận chuyển vào gian lắp ráp thường áp dụng một trong những phương án bố trí máy phát trong gian máy như Hình 1-7a.

Sơ đồ I và II thường được áp dụng với tổ máy có công suất không lớn, máy phát bố trí như sơ đồ I gọi là máy phát đặt nổi ; sơ đồ II gọi là máy phát đặt kiểu hỗn hợp. Ở cao trình sàn máy phát đặt thùng dầu áp lực, tủ điều tốc và các thiết bị phụ khác.

Khi tổ máy có công suất lớn người ta áp dụng phương thức bố trí máy phát kiểu chìm [Hình 1-18.III]. Cách bố trí này cao trình sàn máy phát ở giá chữ thập trên. Ở trên sàn máy phát ngoài máy kích từ còn đặt thùng dầu áp lực, tủ điều tốc, thiết bị phân phối điện. Còn các thiết bị phụ khác bố trí tầng dưới. Lối vào giếng turbin cùng cao trình sàn turbin . Phương án bố trí như vậy gian máy rất rộng có thể dùng để sửa chữa các thiết bị nhỏ, điều kiện vận hành rất tốt.

1.5 GIAN LẮP RÁP SỬA CHỮA

1.5.1. Mục đích yêu cầu

Diện tích gian lắp ráp là để lắp ráp các thiết bị trong thời kì xây dựng trạm thuỷ điện và tiến hành sửa chữa tổ máy trong quá trình vận hành.

Khi tiến hành lắp ráp các thiết bị chủ yếu trong nhà máy thì những bộ phận thiết bị đó được chở dần từ nơi sản xuất đến. Căn cứ kích thước bên ngoài và trọng lượng của nó cho phép chuyên chở bằng đường ô tô, đường thuỷ hoặc đường xe lửa đến gian lắp ráp. Vì vậy, khi thiết kế nhà máy thường cao trình sàn lắp ráp cùng với cao trình sàn máy phát đồng thời cùng với cao trình đường giao thông từ ngoài vào nhà máy. Bố trí như vậy không những thuận tiện cho việc chuyên chở thiết bị vào nhà máy mà còn lợi dụng diện tích tổ máy gần gian lắp ráp để tháo lắp các thiết bị.

Diện tích gian lắp ráp trong thời kì xây dựng ở những trạm thuỷ điện lớn, nhiều tổ máy thường lớn hơn nhiều diện tích gian lắp ráp trong thời kì vận hành. Vì vậy, trong thời kì xây dựng thường bố trí một diện tích tạm thời để lắp ráp nối liền với diện tích sửa chữa cố định. Trong thực tế có thể dùng diện tích đoạn tổ máy thứ nhất gần gian lắp ráp để tiến hành lắp ráp trong thời kì xây dựng, chỉ cần dùng các tấm bê tông đậy hố máy lại.

1.5.2. Nguyên tắc xác định kích thước của gian lắp ráp

Kích thước gian lắp ráp cố định là dựa vào yêu cầu cùng một thời gian sửa chữa hoặc lắp ráp một tổ máy [khi tổ máy trạm thuỷ điện ít hơn 8¸10 tổ] hoặc hai tổ máy [khi tổ máy trạm thuỷ điện lớn hơn 10]

Khi lắp ráp tổ máy phải dùng cẩu trục chính trog gian máy để tiến hành thao tác, do đó chiều ngang gian lắp ráp bằng chiều ngang gian máy. chiều dài gian lắp ráp lsc xác định trên cơ sở kích thước của tất cả các thiết bị một hoặc hai tổ máy đặt lên nó [Hình 1-19]

Khi sửa chữa tổ máy trong phạm vi diện tích gian lắp ráp thường đặt các thiết bị sau: máy kích từ, giá chữ thập trên máy phát, rô to máy phát, ổ trục với gối đỡ, nắp đậy tua bin và vòng điều chỉnh máy tiếp lực, bánh xe công tác, diện tích để sửa chữa máy biến thế, diện tích để đi lại.

Hình 1-19 Một trong những sơ đồ sắp xếp các thiết bị để xác định diện tích gian lắp ráp [chủ yếu xác định chiều dài lsc]

Ở những trạm thuỷ điện đã xây dựng số tổ máy ít thường chiều dài gian lắp ráp không vượt quá [1¸1,2]lđ song khi đoạn tổ máy hẹp có thể đạt tới [1,3¸1,5]lđ.

Chiều cao gian lắp ráp cùng với chiều cao gian máy. Nếu gian lắp ráp tiến hành sửa chữa máy biến thế , để không tăng chiều cao nhà máy, thì ở gian lắp ráp phải đặt hố máy biến thế để tháo lắp khi sửa chữa. Khi xác định chiều dài gian lắp ráp cần phải tính toán phạm vi hoạt động của cẩu trục chính và phụ, đồng thời phải xét đến phạm vi đặt thiết bị mà nó không thao tác được, trên cơ sở đó quyết định chiều dài lsc một cách hợp lí.

Hình 1-19. Sơ đồ sắp xếp các thiết bị tổ máy trong gian lắp ráp

1- đường ray; 2- máy biến thế; 3-bánh xe công tác; 4-ổ trục với gối đỡ; 5- rô to máy phát ;6- giá chữ thập máy phát ; 7- nắp đậy tua bin ; 8- tổ máy gần gian lắp ráp; 9- máy kích từ, trục tua bin, các thiết bị làm mát máy phát và các thiết bị khác; 1'- khớp lún; 2'- vùng thao tác cẩu trục chính; 3'- vùng thao tác cẩu trục ghép; b4- phạm vi thao tác cẩu trục chính

1.6 HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHỤ VÀ NGUYÊN TẮC BỐ TRÍ TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

1.6.1. Mục đích yêu cầu khi bố trí thiết bị phụ

Hệ thống thiết bị phụ chủ yếu để bảo đảm chế độ vận hành bình thường của tổ máy có thể chia làm 2 nhóm:

1. Nhóm thứ nhất gồm:

a] Hệ thống điều chỉnh công suất tổ máy bao gồm thiết bị dầu áp lực, tủ điều khiển, động cơ máy tiếp lực, đường ống dẫn dầu áp lực.

Đối với hệ thống này phải xác định dung tích dầu và áp suất dầu thường từ 16 ¸ 40 at. Ngoài ra còn dầu làm trơn các ổ chặn chính và ổ chặn định hướng của tổ máy, dầu cách nhiệt làm mát máy biến thế.

b] Hệ thống cung cấp nước kĩ thuật trong nhà máy chủ yếu để làm mát máy phát, các ổ chặn tua bin và trong một số trường hợp làm mát máy biến thế, ngoài ra còn có hệ thống cấp nước cứu hoả.

c] Hệ thống khí nén để điều khiển tổ máy và hãm máy khi cắt tải, phục vụ cho các thiết bị kiểm tra đo lường, dùng khí nén đẩy nước trong ống hút khi tổ máy làm việc ở chế độ bù đồng bộ với độ cao hút âm [Hs