Tuabin thủy lực

Hình 16-20. Kết cấu và bố trí nhà máy thuỷ điện trục ngang.

Bên cạnh sàn lắp ráp có phân xường cơ khí phục vụ gia công sửa chữa nhỏ của nhà máy và kho dầu. Cũng cần chú ý rằng trong nhà máy thuỷ điện loại tương đối nhỏ, khi dùng truyền động cua roa giữa trục máy phát và trục turbine, có thể lợi dụng khoảng trống đủ lớn giữa các máy để tháo lắp sửa chữa thì không cần bố trí gian lắp ráp riêng. Tuy nhiên, cũng cần xem xét cụ thể đối với nhà máy cụ thể để quyết định sự có mặt hay vắng mặt của từng hạng mục của nhà máy dù là nhỏ, sao cho đảm bảo yêu cầu về kinh tế - kỹ thuật có lợi nhất. Trong nhà máy trục ngang thường vẫn bố trí sàn lắp ráp riêng, và thường dùng loại cầu trục điều khiển bằng thủ công đơn giản kiểu palăng xích.

3. Xác định kích thước nhà máy TĐ

Bố trí và xác định kích thước mặt bằng nhà máy cần đảm bảo những yêu cầu sau

- Đảm bảo đủ kích thước để bố trí thiết bị, tránh lãng phí không cần thiết;

- Đảm bảo tiện lợi và an toàn trong vận hành và sửa chữa, do vậy cần đủ khoảng cách cho nhân viên đi lại không vướng máy móc thiết bị; khoảng thông thương tối thiểu 1m, khoàng trồng cạnh vật thể quay hay điện cao áp thì tối thiểu phải 1,5m;

- Cầu trục chuyển thiết bị lớn qua các tổ máy và các trang thiết bị trong gian máy không bị va chạm. Khi chọn kích thước mặt bằng nhà máy cần cố gắng tận dụng cầu trục đã được chế tạo sẵn; có kích thước, sức nâng phù hợp nhằm giảm giá thành cầu trục và đẩy nhanh tốc độ mua sắm cầu trục, chú ý đến tầm hoạt động của móc chính của cầu trục khi chọn kích thước nhà máy.

a - Xác định các cao trình và chiều cao nhà máy:

Chiều cao của nhà máy phụ thuộc vào chiều cao của tổ máy, thiết bị, chiều cao của kết cấu công trình và chiều cao nâng vật nặng của thiết bị nâng. Nó gắn liền với các cao trình chính sau:

- Cao trình lắp turbine ( lm ): cao trình này được chọn thoả mãn yêu cầu phòng chống khí thực của tổ máy thuỷ lực, thường tính với mực nước sau nhà máy là nhỏ nhất và thoả mãn độ cao hút nước nhỏ hơn giá trị cho phép. Mặt khác nếu hạ cao trình lắp máy quá sâu để lợi về an toàn khí thực thì sẽ tăng khối lượng phần dưới nứơc, do vậy cần phải chọn thích đáng thoả mãn yêu cầu chống khí thực và khối lượng xây dựng ít;

- Cao trình sàn máy phát ( smp ): là cao trình mặt sàn gian máy phát. Cao trình này có liên quan với chiều cao phần dưới tầng turbine và phần stator máy phát. Không gian bên dưới phải đủ chiều cao đặt thiết bị và để nhân viên vận hành đi lại an toàn, thường lấy từ 2,7 - 3 m. Cao trình sàn còn phải đảm bảo cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất, hoặc được che chắn không để nước tràn vào trong mọi trường hợp;

- Cao trình ray dầm cầu trục ( dct): là cao trình của mặt đường ray dưới bánh xe lăn của cầu trục. Điều kiện để xác định cao trình này là thoả mãn rút được vật cao và nặng nhất của tổ máy và vận chuyển chúng trong gian máy mà không va quệt các vật khác với khoảng cách an toàn từ vật di chuyển dến các vật cố định khác  0,25 - 0,5m.

Chiều cao phần trên của nhà máy kể từ sàn máy phát đến trần nhà H (hình 16- 21,a) tuỳ thuộc kiểu nhà máy kín (sơ đồ I, II) hoặc kiểu nửa kín (III) hay hở (sơ đồ IV); Ở nước ta chỉ dùng nhà máy kiểu kín thích hợp với thời tiết khắc nghiệt. Chiều cao gian máy H được quyết định dựa vào điều kiện nâng và vận chuyển vật nặng và rút lỏi MBA.

Do vậy thông qua cao trình

dct và tính đến chiều cao cầu trục cộng với khoảng trống

an toàn từ xe goòng đến trần chừng 500 mm là xác định được chiều cao gian máy.

Hình 16-21. Kết cấu phần trên và sàn lắp ráp

1-ray chuyển MBA; 2- MBA; 3- BXCT; 4- ổ trục với gối đõ; 5- rotor; 6- giá đỡ trên; 7- nắp turbine;

8- tổ máy; 9- kích từ, trục turbine, thiết bị làm nguội máy phát; 1-1- khớp lún; 2' - vùng làm việc của móc chính; 3' - vùng làm việc của móc phụ; b4 - phạm vi tác dụng của móc chính; b5 - của móc phụ.

Chiều cao phần dưới nước được tính từ cao trình tấm đáy ống hút đến vòng tựa stator máy phát (hình 16-18), bao gồm chiều dày bản đáy (thường lấy 0,5-2m trên nền đá và từ 3-5m trên nền mềm), chiều cao ống hút đã chọn, chiều dày lớp bêtông của buồng xoắn (thường lấy từ 0,8 -1m đối với buồng xoắn kim loại và từ 1,2 -1,5m đối với buồng xoắn betông), độ cao từ sàn turbine đến cao trình đáy stator máy phát để đi lại và bố trí thiết bị (thường lấy từ 2,7-3m).

b - Xác định kích thước mặt bằng nhà máy:

Kích thước mặt bằng phần dưới và phần trên có liên quan nhau về tháo lắp và bố trí thiết bị. Kích thước phần dưới phụ thuộc chủ yếu vào kích thước buồng xoắn và ống xả (hình 16-3), riêng nhà máy ngang đập còn phụ thuộc vào cửa lấy nước (hình 16-1 và 16-2). Kích thước phần trên nhà máy phụ thuộc vào số lượng và kích thước tổ máy, kích thước sàn lắp ráp, phạm vi hoạt động của cầu trục và lối đi lại cho nhân viên vận hành.

Chiều dài của nhà máy L: xác định theo công thức sau:

L n.l lslr 

l (16-3)

Trong đó: n là số tổ máy ;

l - chiều dài đoạn tổ máy, hay chính là khoảng cách giữa hai trục tổ máy cạnh nhau, khoảng cách nầy lấy bằng đường kính hố máy phát DhB B cộng thêm khoảng đi lại và kích thước thiết bị điều tốc (hoặc nếu kích thước buồng xoắn cộng với

bề dày phần bêtông giữa hai buồng xoắn, nếu buồng xoắn có kích thước lớn hơn);

lslr- chiều rộng sàn lắp ráp, thường lấy  chiều dài đoạn tổ máy:

lslr

= (1 - 1,2).l (khi số mỗi lần sửa chữa một tổ máy);

= (1,3- 1,5).l (khi số mỗi lần sửa chữa hai tổ máy).

l - kích thước tăng thêm ở tổ máy cuối , thường lấy l = 2-5m.

Kích thước chiều ngang nhà máy B: xác định dựa vào đủ bố trí máy phát, thiết bị điều tốc (tủ điều tốc và két dầu áp lực), bản điện bên máy, thiết bị khác và khoảng đi lại, kết hợp nhịp cầu trục và phạm vi hoạt động của cầu trục.

4. Gia cố lòng sông ở hạ lưu nhà máy

Dòng nước khi ra khỏi ống xả còn năng lượng khá lớn, cần phải tính toán gia cố để bảo đảm an toàn cho hạ lưu, nhất là đối hạ lưu nhà máy thuỷ điện ngang đập. Yêu cầu đối với gia cố là: đảm bảo sự nối tiếp thuận dòng từ cửa ra ống xả với hạ lưu; loại trừ xói lỡ đối với công trình trong giai đoạn vận hành bình thường, đảm bảo không dâng nước ở hạ lưu và không cản đường ra của dòng thấm.

Cấu trúc gia cố lòng sông hạ lưu nhà máy gồm có ba phần sau đây (hình 16-22)

- Sân tiêu năng: nằm ngay sau ống xả, có tác dụng tiêu hao phần lớn động năng từ ống xả (hoặc từ lỗ xả ở nhà máy kết hợp xả lũ), đây là nơi chịu tác dụng của dòng không ổn định lớn nhất phía hạ lưu. Kết cấu sân tiêu năng thường là những tấm bê tông nặng đổ tại chỗ với bề dày từ 2,5 - 3m (có đục lỗ qua tấm để tiêu nước) và phải qua tính toán kiểm tra lại, phần này không đặt nằm ngang mà đặt dốc ngược với độ dốc 1 : 5 (hình 16-22a,b,c):

P P

- Sân sau: nằm tiếp sau sân tiêu năng, có tác dụng tiêu hao nốt phần động năng còn lại và phân bố đều lại lưu tốc theo chiều sâu dòng chảy trước khi nhập vào lòng sông thiên nhiên. Sân sau thường nằm ngang và cấu tạo từ những tấm bêtông có chiều dày thay đổi với bề dày giảm dần từ 2 m và đến cuối là 0,6m. Ở nhà máy kết hợp khi có lưu lượng đơn vị q  40m2/s thì một phần sân sau nằm nghiêng và có tường răng hay

cọc cừ bên dưới gia cố đoạn cuối của nó (hình 16-22,b); chiều dài sân sau là LBSS.B

- Đoạn gia cố sau cùng: nối tiêp giữa sân sau và lòng sông tự nhiên để bảo vệ cho sân sau. Kết cấu của đoạn này phụ thuộc vào địa chất lòng sông ngay sau nó. Chiều

sâu chỗ xói lỡ cục bộ xác định theo công thức p = k 1,2

q ;

vkx

Trong đó: k - hệ số hiệu chỉnh; vkx - vận tốc không xói lở của đất lòng sông.

Hình 16-22. Gia cố hạ lưu nhà máy thuỷ điện.

P P

a,b) Gia cố trên nền đất và q = 20 m2/s: 1- các bản betông 1,5m;2- các bảng bêtông 1m; 3- tầng lọc ngược ;4- đá đổ 0,4m; 5- đá hộc 0,4m, 6- lổ thoát nước

b) Gia cố nhà máy không kết hợp nền đá cứng.

Kích thước các đoạn được tính toán sơ bộ theo các công thức sau:

a - Gia cố khi lòng sông trên nền đá: (hình 16-22,c).Trong điều kiện này phần gia cố chỉ cần có sân tiêu năng với các tấm bêtông dày từ 1 - 1,5 m, trong các tấm sân tiêu năng có chừa lỗ thoát nước ngầm. Chiều dài sân tiêu năng sơ bộ tính như sau :

Lstn

= ( 2 3) h1

hB1B là chiều sâu tại mặt cắt cửa ra ống xả ứng với lưu lượng bình quân nhiều năm.

b - Gia cố lòng sông trên nền đất:(hình 16-22a,b). Trường hợp nầy phải có đầy đủ sân tiêu năng, sân sau và phần gia cố cuối. Các tấm bêtông ở sân tiêu năng phải chừa lỗ thoát nước ngầm, sân sau là những tấm bêtông lát, phần gia cố sau cùng là những lớp đá đổ. Chiều dài các đoạn tính theo sơ bộ cho những trường hợp sau:

Chiều dài L = (2 - 3) h1 h 2

(đối với nhà máy không kết hợp có lưu lượng

stn2

đơn vị q  20 mP P/s và vận tốc trên sâu sau v = 2,5 m/s); Chiều dài sân sau: LSB SB = (3 - 5) hB2;

Chiều dài phần gia cố: LGB CB = (2 - 3) hB3.B

Trường hợp trong nhà máy có kết hợp xả lũ thì lưu lượng đơn vị q sẽ lớn hơn, lúc này các chiều dài của các đoạn gia cố sẽ tăng hơn so với nhà máy không kết hợp. Trong thực tế phải qua thí nghiệm mô hình gia cố hạ lưu để định. Sau đây, nếu không có kết quả thí nghiệm thì có thể tạm lấy các kích thước theo bảng (16-1) sau:

Bảng 16-1. Kích thước các đoạn gia cố

Đặc trưng

đât

q (m2/s) P P	Sân tiêu năng ( LBstnB )	Sân sau ( LSB S)B	Tốc độ sân sau (m/s)	Phần gia cố sau ( LGB CB)
Cát	 20	h1 h 2 ( 2 3) 2	( 3 5) h 2	2,5	( 2 3) h 3
Sét	 20	h1 h 2 ( 2 3) 2	( 3 5) h 2	2,5	( 2 3) h 3
Đá	 20	h1 h 2 ( 2 3) 2	-	-	-
Cát	 40	h 0 h 0 ( 34 )1 2 2	( 4 6 ) h 0 2	2,5	( 34 ) h 0 3
Cát	 60	h 0 h 0 ( 4 5)1 2 2	( 5 7 ) h 0 2	2,5	( 4 5) ( h 0 p) 3
Sét	 60	h 0 h 0 ( 4 5)1 2 2	( 5 7 ) h 0 2	2,5	( 4 5) ( h 0 p) 3
Đá	 60	h 0 h 0 ( 23)1 2 2	-	-	-

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

Trong bảng 16-1:

hB1,B hB2B , hB3B là chiều sâu nước ở các đoạn ứng với lưu lượng bình quân nhiều năm

h 0 , h 0 , h 0

tương ứnglà chiều sâu nước ở các đoạn ứng với lưu lượng lũ thiết

1 2 3

kế,

dùng đối với nhà máy kết hợp xả lũ; p - chiều sâu xói sau sân sau.

Chương XVII. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ KẾT CẤU

PHẦN DƯỚI NƯỚC CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

Chương này nghiên cứu về tính toán ổn định và kết cấu của nhà máy thuỷ điện, khác nhà công nghiệp thông thường; nhà máy thuỷ điện có kết cấu dạng khối rất phức tạp. Toàn bộ nhà máy và từng kết cấu riêng phải đảm bảo ổn định và đủ độ bền dưới tác dụng của mọi tổ hợp tải trọng tĩnh lẫn tải trọng động trong giai đoạn thi công lẫn giai đoạn vận hành, sửa chữa. Tính toán ổn định tiến hành cho cả nhà máy; độ bền của mỗi phần tử nhà máy ngoài việc phải tính khi nó tham gia làm việc chung với toàn nhà máy còn phải tính khi nó chịu tải trọng cục bộ.

XVII. 1. TÍNH ỔN ĐỊNH TRƯỢT VÀ ỨNG SUẤT DƯỚI BẢN ĐÁY N.M

1. Tính ổn định chống trượt nhà máy

Việc tính toán ổn định chống trượt của nhà máy là điều cần thiết đối với nhà máy kiểu ngang đập vì nó trực tiếp chịu áp lực nước thượng lưu; ngoài ra chỉ tính kiểm tra trượt cho nhà máy sau đập và nhà máy kiểu đường dẫn khi có bố trí khe lún - co ngót giữ đập và nhà máy, hoặc ở phía thượng lưu hoặc bên hông nhà máy có gia tải lớn.

Hình 17-1. Các mặt trượt và sơ đồ lực tác dụng lên nhà máy ngang đập Tính toán ổn định trượt của công trình thuỷ công với ba dạng trươt:

- Trượt phẳng theo mặt tiếp xúc giữa công trình và nền (mặt trượt là mặt nằm ngang ở cao trình chôn sâu nhất của tấm móng (như hình 17-1,a - theo ABCD, ABCDEF, ABCDE hoặc theo lớp đất yếu nằm dưới tấm đáy);

- Trượt hỗn hợp: xảy ra khi dịch chuyển ngang có kéo theo một phần đất nền dưới đáy công trình (ép phì một phần đất nền);

- Trượt sâu: xảy ra ép phì đất nền dưới toàn bộ đáy nền, thường xảy ra ở nền mềm ( như đất cát, sét, đất vụn thô ... ).

Việc tính trượt của nhà maý thuỷ điện ngang đập trên nền đá cứng với H  50m, do tấm đáy có diện tích lớn nên phụ tải tác dụng không gây ra ứng suất có thể phát sinh biến dạng dẻo và ép phì, vì vậy thường chỉ tính ổn định theo trượt phẳng.Tiêu chuẩn tính ổn định là dạng trượt phẳng khi thoả mãn điều kiện sau:

max

N B

 K (17-1)

Trong đó: max là ứng suất pháp lớn nhất trên đất nền (T/mP P);

P P

 - trọng lượng riêng của đất (t/m3);

B - chiều rộng tính toán của nhà máy, theo chiều dòng chảy (m);

K - chỉ số mô hình không thứ nguyên phụ thuộc vào góc ma sát trong

 và lự dính C của đất. Đối với công trình cấp I, xác định K theo thí nghiệm mô hình; đối với các công trình cấp II, III, IV lấy K = 3 khi nền đất, lấy K = 1 khi nền cát. Nhà máy TĐ thường có N  3 nên phần lớn chỉ kiểm tra theo trượt phẳng.

Điều kiện an toàn trượt phẳng xác định như sau (hình 17-1,b):

f G UCB E pH

k 

(Ta EaB) ( TH EaH)

> [k] (17-2)

Trong đó: G là tổng các tải trọng thẳng đứng;

U - tổng áp lực đẩy ngược; f - hệ số ma sát giữa nền và công trình.; C - lực dính đơn vị của đất; B- chiều rộng nền dọc theo dòng hảy;

EpH

- áp lực đất bị động hạ lưu khi đáy bị đẩy trượt về hạ lưu;

EaB , EaH - áp lực đất chủ động ở thượng lưu và hạ lưu; Các ký hiệu tải trọng khác xem hình vẽ 17-1,b.

Đối với nền là đá thì trong (17-2) bỏ hai thành phần C.B và EpH .

Hệ số an toàn cho phép [k] tra theo cấp công trình, bảng sau: Bảng 17-2. Hệ số an toàn cho phép [k]

Trường hợp tính toán

Cấp công trình
I	II	III	IV
Vận hành bình thường	1,3	1,2	1,15	1,1
Đặc biệt	1,1	1,1	1,05	1,05
Sửa chữa	1,17	1,1	1,05	1,05

Các trường hợp tính toán kiểm tra ổn định trượt::

- Trường hợp vận hành bình thường: Tính với mực nước thượng lưu là MNDBT, còn mực nước hạ lưu lấy ứng với lưu lượng tháo một tổ máy. Các tải trọng tác dụng lấy đầy đủ với trọng lượng kết cấu của nhà máy, trọng lượng các thiết bị đặt đúng vị trí của chúng, phần chảy có đủ trọng lượng nước, áp lực nước thượng hạ lưu, áp lực thấm, đẩy nổi, áp lực đất đá thượng hạ lưu, ...v..v...