Zalo QR
Zalo QR
Nhà máy Thuỷ Điện ngang đập là một phần của công trình dâng nước, chịu áp lực nứơc thượng lưu, đồng thời cũng là công trình lấy nước nối trực tiếp với tuốc bin. Với đặc điểm trên, kết cấu của loại nhà máy này chịu được H £ 30 ¸40 m. Những nhà máy ngang đập có công suất lớn và trung bình thường lắp turbin cánh quay trục đứng, hoặc dùng tuốc bin cánh quạt công suất nhỏ, cột nước dưới 20m. Những tổ máy lớn có thể có đường kính bánh xe công tác D1=10¸10.5m, công suất tổ máy từ 120¸150MW , Lưu lượng qua turbin từ 650¸700m3/s. Do lưu lượng qua turbin lớn như vậy nên kích thước của buồng xoắn và ống hút rất lớn, người ta lợi dụng khoảng trống trên phần loe của ống hút để bố trí các phòng phụ. Tầng trên cùng thường bố trí máy biến thế có đường ray để chuyển vào sửa chữa trong gian lắp ráp. Loại nhà máy này thường bố trí phần điện ở phía hạ lưu còn thượng lưu bố trí đường ống dầu, nước và khí nén. Mố trụ phía thượng lưu của cửa lấy nước thường được kéo dài để bố trí cầu công tác và cầu cầu giao thông. Ngoài mục đích trên, cách bố trí này làm tăng tính ổn định nhà máy.
Một đặc điểm cần lưu ý đối với nhà máy thuỷ điện ngang đập, về mùa lũ cột nước công tác giảm, dẫn đến công suất tổ máy giảm, trong một số trường hợp nhà máy có thể ngừng làm việc. Để tăng công suất nhà máy trong thời kỳ lũ đồng thời giảm đập tràn, hịên nay trên thế giới người ta thiết kế nhà máy thuỷ điện ngang đập kết hợp xả lũ qua đoạn tổ máy. Nếu nghiên cứu bố trí một cách hợp lý công trình xả lũ trong đoạn tổ máy thì khi tràn làm việc có thể tạo thành những vị trí có thể tăng cột nước công tác của tuốc bin dẫn đến tăng công suất của trạm thuỷ điện.
Phần qua nước của tổ máy bao gồm : Công trình lấy nước, buồng xoắn và ống hút cong. Hình 2-1 là phối cảnh nhà máy thuỷ điện ngang đập không kết hợp xả lũ qua đoạn tổ máy.
Đối với trạm thuỷ điện ngang đập, cột nước thấp, lưu lượng lớn, chiều dài đoạn tổ máy thường xác định theo kích thước bao ngoài buồng xoắn và ống hút. ở mặt nằm ngang chiều rộng cửa lấy nước bằng chiều rộng mặt cắt cửa vào buồng xoắn và kích thước đó phải phù hợp với điều kiện lưu tốc cho phép qua lưới chắn rác. Chiều ngang đoạn tổ máy theo chiều dòng chảy phần dưới nước của nhà maý phụ thuộc vào kích thước cửa lấy nước, buồng xoắn tuốc bin và chiều dài ống hút, đồng thời việc tính toán ổn định nhà maý và ứng suất nền có quan hệ đến kích thước phần dưới nước của nhà máy đặc biệt đối với nền mềm.
Để giảm chiều cao phần dưới nước của nhà máy, trong thiết kế thường áp dụng mặt cắt buồng xoắn hình chữ T hướng xuống với đỉnh bằng, như vậy có thể cho phép rút ngắn chiều cao tầng tuốc bin và máy phát đặt gần tuốc bin hơn.
Để đảm bảo ổn định chống trượt và ứng suất đáy nền không vượt quá trị số cho phép, tấm đáy của nhà máy ngang đập nằm trên nền mềm thường có kích thước rất lớn. Lợi dụng chiều dày tấm đáy người ta bố trí ở thượng lưu dưới cửa lấy nước hành lang kiểm tra và thu nước.
Hình 2-1. Nhà máy thuỷ điện ngang đập không kết hợp xả lũ qua đoạn tổ máy
Phần dưới nước của nhà máy thuỷ điện ngang đập kết hợp xả lũ có nhiều dạng kết cấu khác nhau tuỳ thuộc vào cột nước và kích thước tổ máy. (Hình 2-2)
Với cột nuớc từ 25¸40m nếu bố trí nhà máy thuỷ điện trong thân đập tràn sơ đồ I (Hình 2-2) thì các phòng phụ và phòng đặt các thiết bị phụ bố trí các tầng trên ống hút. Khi chuyển thiết bị đến gian lắp ráp dùng cầu trục đặt trên mố biên ở đỉnh đập chuyển xuống bằng giếng đứng, hoặc có sân tập kết thiết bị bố trí ở hạ lưu nhà máy, ở đó thiết bị được chuyển đến bằng đường sắt hoặc ô tô, sau sẽ lắp ráp.
ở các trạm thuỷ điện cột nước thấp, đường kính bánh xe công tác D1 lớn công trình tràn xả lũ thường áp dụng sơ đồ II. Với sơ đồ này khi vận chuyển thiết bị dùng cầu trục đặt trên đỉnh đập tràn để thao tác chuyển vào gian máy, trong gian máy có thể bố trí thêm cầu trục phụ để cẩu các cấu kiện có tải trọng nhỏ. Nhược điểm của sơ đồ này là nắp đậy trên gian máy tuyệt đối kín.
Để khắc phục nhược điểm của các sơ đồ trên, trong thiết kế người ta nghiên cứu bố trí công trình xả lũ trên buồng xoắn sơ đồ III, vớ sơ đồ này trục tổ máy sẽ tăng, dẫn đến kết cấu phần dưới nước cũng tăng.
Hình 2-2. Sơ đồ các dạng nhà máy thuỷ điện ngang đập kết hợp xả lũ
Với kết cấu như sơ đồ IV, công trình xả lũ có áp bố trí trên buồng xoắn. Loại sơ đồ này có thể áp dụng với các cột nước khác nhau. Nhược điểm của sơ đồ này là cửa lấy nước turbin đặt sâu, tải trọng cửa van lớn, thao tác không thuận tiện, trục tổ máy dài, kết cấu phần dưới nước tăng. Trong thiết kế và vận hành ở các trạm thuỷ điện loại lớn người ta thấy rằng áp dụng sơ đồ V bố trí công trình xả lũ có áp dưới buồng xoắn là tốt nhất,vì nó loại trừ tất cả các nhược điểm của sơ đồ trên. Với sơ đồ này, để giảm độ sâu dưới móng nhà máy thường áp dụng buồng xoắn bê tông đối xứng có mặt cắt hướng lên phía trên và tăng chiều cao ống hút, như vậy có thể giảm được kích thước phần dưới nước của nhà máy.
Hình 2-3. Nhà máy thuỷ điện trong thân đập tràn
1- Van xả lũ, 2- Van sửa chữa, 3- Lưới hắn rác, 4- Máy phát, 5- Phòng điều khiển, 6- Hành lang cáp, 7- Van sửa chữa ống hút, 8- ống thông hơi, 9- Phòng cung cấp nước kỹ thuật, 10- Thiết bị phân phối điện, 11- Khoang đổ đầy cát, 12- Hệ thống lọc nước kỹ thuật, 13- Hành lang tập trung nước, 14- Cầu trục thao tác van ống hút, 15- Rãnh vớt rác, 16- Máy vớt rác, 17- Máy biến thế, 18- Giếng dây cáp.
Kinh nghiệm thiết kế cho thấy rằng, khi áp dụng sơ đồ IV và V để bố trí tràn xả lũ, vì để bảo đảm sự làm việc ổn định của đường tràn, giảm dòng chảy phân bố không đều ở hạ lưu và sự xuất hiện mạch động nên phải bố trí tổ máy đối xứng. Để bảo đảm hiệu quả phun xiết lớn thì chiều dài đoạn tổ máy phải tăng từ 5-10% so với chiều dài đoạn tổ máy của nhà máy thuỷ điện không kết hợp. Như vậy, lưu lượng qua đường hầm xả tràn gấp 1.5¸2 lần lưu lượng qua tuốc bin và đạt hiệu quả phun xiết rất lớn dẫn đến tăng công suất tổ máy. Nếu tăng chiều cao ống hút hoặc chiều cao tương đối của nó bắt đầu từ đoạn hình chóp cụt thì có thể tăng mặt cắt đường hầm xả lũ. Bố trí tổ máy đối xứng trong đoạn thì góc bao của buồng xoắn giảm xuống còn 135¸1600, đồng thời trên mặt bằng được mở rộng với góc b =1800 (Xem mặt bằng tầng buồng xoắn A- A,B-B sơ đồ IV và V).
Dưới đây sẽ giới thiệu một số sơ đồ về nhà máy trạm thuỷ điện ngang đập kết hợp xả lũ. Hình 2-3 là nhà máy trạm thuỷ điện ngang đập bố trí trong thân đập tràn. Để giảm kích thước phần dưới nước của nhà máy, người ta áp dụng buồng xoắn bê tông có mặt cắt hướng xuống phải lắp kim ô tựa trên nắp tuốc bin. Trong sơ đồ thể hiện việc bố trí một cách hợp lý các phòng thiết bị phụ của tổ máy.
Hình 2-4. Nhà mấy thuỷ điện kết hợp xả lũ đáy (có áp)
1- Buồng xoắn, 2- ống hút, 3- Tràn có áp qua giữa buồng xoắn và ống hút, 4- Van xả tràn, 5- Van sửa chữa, 6- Đường ô tô, 7- Đường xe lửa, 8- Cầu trục nâng van xả tràn và ống hút, 9- van sửa chữa tràn có áp.
Hình 2-4. thể hiện nhà máy trạm thuỷ điện ngang đập kết hợp bố trí tràn có áp giữa buồng xoắn và ống hút. Toàn bộ phần điện của nhà máy đều bố trí phía hạ lưu. Buồng xoắn bê tông có mặt cắt hướng xuống, máy phát đặt trên nắp đậy tuốc bin. Cách bố trí này giảm được chiều cao phần dưới nước của nhà máy.
Qua kết quả nghiên cứu vận hành và thiết kế ở các trạm thủy điện kết hợp xả lũ về các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cho thấy: Trong đoạn tổ máy bố trí công trình xả lũ thì tiết kiệm được vật liệu xây dựng (Bê tông 20-30%, cốt thép 5-7%), song lượng thép cửa van và rãnh van tăng lên.
Để giảm giá thành xây dựng và giảm chiều cao phần dưới nước của nhà máy những năm gần đây các nước trên thế giới sử dụng rộng rãi tổ máy trục ngang turbin cápxun chảy thẳng với cột nước dưới 20-25m. Hình 2-5 là một trong những nhà máy trạm thuỷ điện ngang đập dùng tuốc bin cáp xun chảy thẳng kết hợp xả lũ qua tổ máy.
Từ sơ đồ ta thấy, sử dụng tuốc bin cáp xun chảy thẳng cho phép giảm được độ sâu hố móng, kết cấu phần dưới nước cũng đơn giản hơn tổ máy trục đứng. Do áp dụng ống hút thẳng và không có buồng xoăn tuốc bin nên giảm được chiều dài đoạn tổ máy. Loại tuốc bin này do lưu lượng dẫn xuất Q'1 tăng, nên công suất tổ máy tăng so với tổ máy trục đứng cùng kích thước, bánh xe công tác D1 tuốc bin cápxul chảy thẳng nhỏ hơn bánh xe công tác D1 tổ máy trục đứng.
So sánh kích thước của turbin chảy thẳng với turbin trục đứng khi cùng công suất (Hình 2-6 ) cho thấy với cột nước H =8 m công suất N = 20.000 W, đường kính D1 của tổ máy trục đứng là 8 m còn tổ máy turbin cápxul chảy thẳng 7 m nên công trình nâng cao được 1.3 m, chiều dài đoạn tổ máy từ 19.2 m giảm xuống còn 12 m.
Hình 2-5. Nhà máy thuỷ điện kết hợp xả lũ với turbin kiểu capxun
Ngoài những ưu điểm trên tổ máy trục ngang turbin cápxul còn có những ưu điểm khác so với tổ máy trục đứng khi đường kính D1 và lưu lượng dẫn xuất Q'1 như nhau thì hiệu suất turbin chảy thẳng tăng từ 2-4% so với turbin trục đứng, Quan hệ h = f(N) có xu hướng thoai thoải hơn trong tất cả giá trị lưu lượng, hơn nữa dùng ống hút thẳng nên tổ máy có thể làm việc được trong các chế độ không tối ưu của turbin và cho phép làm việc trong phạm vi phụ tải thay đổi lớn, trong khi đó tổ máy trục đứng dùng ống hút cong qua thí nghiệm với phụ tải thay đổi lớn thì hiệu suất giảm nhanh.
Nhược điểm của tổ máy trục ngang turbin chảy thẳng là khi sửa chữa máy phát phải tháo toàn bộ phần qua nước của tổ máy.
Hình 2-6. So sánh kích thước của các phương án lắp máy trục ngang và trục đứng
Nhà máy thuỷ điện sau đập và nhà máy thuỷ điện đường dẫn có một số đặc điểm giống nhau. Cả hai loại nhà máy cùng dùng đường ống dẫn nước vào turbin. ống áp lực đặt trong thân đập bê tông hoặc đập bằng vật liệu địa phương, nếu là nhà máy thuỷ điện đường dẫn thì ống áp lực đặt lộ thiên. Cả hai loại nhà máy này không trực tiếp chịu áp lực nước phía thượng lưu, do đó kết cấu phần dưới nước và biện pháp chống thấm đỡ phức tạp hơn nhà máy ngang đập. Nhà máy thuỷ điện sau đập thường dùng với cột nước từ 30-45m £ H £ 250 ¸ 300m.
Tuỳ thuộc vào cột nước công tác, nhà máy thuỷ điện sau đập thường dùng turbin tâm trục, tuốc bin cánh quay cột nước cao hoặc tuốc bin cánh chéo. ở nhà máy thuỷ điện sau đập phần điện thường bố trí phía thượng lưu giữa đập và nhà máy, còn hệ thống dầu, nước thì bố trí phía hạ lưu. Hình 2-7 và 2-8 thể hiện hình phối cảnh và cắt ngang nhà máy thuỷ điện sau đập bêtông trọng lực không kết hợp xã lũ.
Hình 2-7. Nhà máy thuỷ điện sau đập bê tông trọng lực
Để giảm ứng suất, trong thiết kế người ta bố trí khe lún giữa nhà máy và đập bê tông, nhưng cột nước không lớn thì nhà máy xây liền với đập.
Nhà máy thuỷ điện đường dẫn ống áp lực đặt lộ thiên có thể sử dụng cột nước đến 2000m. Với cột nước từ 500-600m trở lên thường dùng turbin gáo tổ máy trục đứng hoặc trục ngang.
Hình 2-8. Nhà máy TĐ sau đập bê tông trọng lực
1-lưới chắn rác, 2- Van sửa chữa, 3- Thiết bị đóng mở van công tac, 4- Đường ống tuốc bin, 5- Máy biến thế, 6- Thanh dẫn máy phát.
Những nhà máy thuỷ điện sau đập và đường dẫn đã được xây dựng hoặc trong giai đoạn thiết kế thường dùng các sơ đồ sau đây để bố trí (Hình 2-9).
Sơ đồ I nhà máy thuỷ điện bố trí trong đập bê tông trọng lực, để dẫn nước vào tuốc bin được thuận dòng, đoạn ống áp lực nối với buồng xoắn đặt nằm ngang hoặc nằm nghiêng, khoảng trống giữa đập và nhà máy bố trí máy biến thế. Toàn bộ phần điện của nhà máy bố trí phía thượng lưu nhà máy, phía hạ lưu bố trí các hệ thống dẫn, nước khí. Khi công trình xây dựng trên nền đá cứng, cho phép tăng ứng suất dưới đập, thì nhà máy bố trí gần tim đập ( sơ đồ II). Với sơ đồ này kích thước ống hút phải kéo dài, lợi dụng khoảng trống các tầng trên ống hút bố trí các phòng phụ của nhà máy, tầng trên cũng bố trí máy biến áp. Với sơ đồ này toàn bộ phần điện của nhà máy bố trí phía hạ lưu, phía thượng lưu bố trí các hệ thống dẫn khí, nước vv...
Sơ đồ III, nhà máy thuỷ điện bố trí sau đập vòm. Trước đây thường đặt nhà máy cách xa đập vòm và dùng đường ống dẫn nước áp lực đi vòng qua bờ đá. Nhưng ngày nay với kỹ thuật tính toán đập vòm hoàn chỉnh, kết hợp với sự làm việc của nền đá cho phép đặt nhà máy ngay sau đập vòm với đường dẫn nước đi qua thân đập. Để giảm khoảng cách giữa đập và nhà máy, trong một số trường hợp nhà máy phải tạo thành dạng cong trong bình đồ. Mặc dù bố trí như vậy tăng thêm tính phức tạp, song với những tuyến hẹp cho phép tăng chiều dài nhà máy.
Hình 2-9. Sơ đồ bố trí nhà máy sau đập và đường dẫn.
Nhà máy thuỷ điện sau đập trụ chống (sơ đồ IV) tuỳ theo kích thước của đập, khoảng cách giữa các trụ và chiều dày của nó mà đề ra các phương án bố trí nhà máy. Với khoảng cách giữa các trụ không lớn thì bố trí một tổ máy cùng với cầu trục và gian lắp ráp riêng cho từng tổ máy (phương án 1), hoặc với sàn lắp ráp chung cho toàn nhà máy nếu cho phép đục thông các trụ chống (phương án 2). Khi khoảng cách giữa hai trụ nhỏ, người ta đưa hẳn nhà máy ra sau các trụ, khi đó nhà máy có kết cấu như nhà máy sau đập (phương án 3). Hoặc khoảng cách giữa các trụ chống của đập có kích thước lớn thì có thể nghiên cứu bố trí toàn bộ nhà máy trong một khoang.
Khi kích thước đập bê tông đủ lớn cả chiều cao và chiều ngang có thể bố trí nhà máy trong thân đập (sơ đồ V). Nhà máy trong thân đập giảm được khối lượng bê tông trong thân đập và phần bê tông nhà máy, nhưng chỉ có lợi khi không phải mở rộng mặt cắt ngang đập và chiều cao đoạn tổ máy. Bên cạnh đó nhà máy trong thân đập bê tông trọng lực có những nhược điểm nhất định như làm yếu mặt cắt ngang đập, gây ứng suất tập trung ở hạ lưu và ứng suất cục bộ rất phức tạp khó tính toán một cách chính xác.
Khi tuyến đập nằm trong địa hình hẹp, công trình xả lũ không bố trí hai bên bờ được, trong trường hợp đó phải nghiên cứu đến phương án bố trí tràn mái (sơ đồ VI). Do dòng phun tạo nên độ ẩm lớn trong không khí, vì vậy phải bố trí các thiết bị điện cao thế trong buồng kín hoặc một địa điểm cách xa nhà máy. Thường về mùa lũ, mực nước hạ lưu dâng cao, có khi vượt qua cao trình sàn máy, trong trường hợp đó tường nhà máy về phía hạ lưu phải xây bằng bê tông cốt thép đủ độ dày và có biện pháp chống thấm.
Sơ đồ VII và VIII là nhà máy thuỷ điện đường dẫn, đặc đIểm của nhà máy này cơ bản giống nhà máy thuỷ điện sau đập, chỉ khác nhau là phần kích thước dưới nước đơn giản hơn chủ yếu do kích thước bánh xe công tác D1 nhỏ hoặc trạm thuỷ điện lắp tuốc bin gáo. ở những trạm thuỷ điện đường dẫn cột nước cao, lắp tuốc bin tâm trục có thể áp dụng ống hút hình chóp cụt hoặc ống hút loe, như vậy kết cấu phần dưới nước sẽ đơn giản hơn nhiều. Nước sau khi ra khỏi ống hút chảy về hạ lưu bằng kênh dẫn.
Một số nhà máy thuỷ điện sau đập được xây dựng thường áp dụng các sơ đồ đã giới thiệu trên như: nhà máy thuỷ điện bố trí trong thân đập bê tông trọng lực (Hình 2- 10). Khi kích thước đập bê tông đủ lớn người ta có thể nghiên cứu bố trí nhà máy trong các khoang riêng trong thân đập, yêu cầu kích thước của các khoang đó phải bảo
đảm bố trí các thiết bị, đồng thời thoả mãn cường độ của đập. Đường ống turbin đặt trong thân đập có thể đứng hoặc nghiêng. Với phương án bố trí như vậy ống hút dẫn nước ra từ bánh xe công tác đến sông tương đối dài. Khi ống hút dài làm giảm hiệu suất của tổ máy và điều kịên vận hành không thuận lợi, thì từ đoạn loe của ống hút có thể thay đổi bằng buồng dẫn nước không áp, có mặt cắt lớn (Hình 2-10). Tầng trên buồng dẫn nước bố trí cầu trục chân dê để thao tác van, và bố trí máy biến thế của trạm.
Ưu điểm của phương thức bố trí nhà trong thân đập bê tông trọng lực, giảm chiều dài ống áp lực đồng thời giảm tổn thất thuỷ lực, đỉều kiện vận hành tốt, nhà máy làm việc trong đIều kiện nhiệt độ và độ ẩm không đổi. Khi thiết kế và xây dựng những trạm thủy điện sau đập cột nước cao ở những tuyến sông hẹp, mái dốc đứng, chiều dài nhà máy không thể tăng được do địa hình hạn chế, người ta nghiên cứu bố trí tổ máy kép theo hướng dòng chảy. Với phương thức bố trí như vậy hình thành hai gian máy, cao trình lắp máy giống nhau song ống hút bố trí thành hai bậc có độ cao khác nhau (Hình 2-11 a). Đường ống áp lực dẫn nước vào tuốc bin thể hiện trên bình đồ (Hình 2- 11 b). Hai gian máy cùng cao trình nên dùng chung một cầu trục để tiến hành lắp ráp, có đường ray riêng, cầu trục có thể chuyển từ gian máy này tới gian máy khác.
Hình 2-10. Nhà máy TĐ trong thân đập trọng lực.
1. Nhà máy trong thân đập, b) Hình dạng vòm nhà máy
Rãnh van sửa chữa, 2- Rãnh van sửa chữa ống dẫn nước vào cửa van, 3- ống thông hơI, 4- Đường ô tô, 5- ống dẫn nước, 6- Hành lang kiểm tra,7- Tường bê tông cốt thép, 8- Hành lang phụt vữa.
Hình 2-12 mặt cắt ngang nhà máy thuỷ điện sau đập có công suất tổ máy lớn Ntm=60MW, cột nước Htt=50m, lắp tuốc bin tâm trục, máy phát kiểu treo đặt chìm.
Kích thước ống hút tương đối dài, người ta bố trí các phòng đặt thiết bị phụ và phòng phục vụ, tầng trên cùng đặt máy biến thế và cầu trục cổng đóng mở van. Toàn bộ thiết bị đIện của nhà máy đều bố trí về phía hạ lưu. Phía thượng lưu cuối đường ống áp lực dẫn nước vào tuốc bin lắp van đĩa đặt trong gian máy, khi lắp ráp đều dùng cầu trục chung các thùng dầu áp lực, máy đIều tốc và các hệ thống dầu, khí, nước bố trí phía thượng lưu nhà máy.
Hình 2-11. Nhà máy TĐ sau đập bố trí khối đôi
a, Mặt cắt ngang nhà máy , b- bình đồ khu nhà máy
1- Đường ống tuốc bin, 2- Các phòng thiết bị phụ, 3- Máy biến thế, 4- Vị trí đặt máy thế khi kiểm tra, 5- Cửa lấy nước, 6- Gian sửa chữa (lắp ráp).
Kích thước đoạn tổ máy của nhà máy thuỷ điện sau đập lắp tuốc bin tâm trục trục đứng thường xác định trên cơ sở kích thước buồng xoắn và ống hút. Với buồng xoắn kim loại mặt cắt hình tròn có góc bao j = 3450 thì chiều dài đoạn tổ máy thường từ 3.2¸4.2D1. Để giảm chiều dài đoạn tổ máy, có thể áp dụng buồng tuốc bin có mặt cắt hình ô van, song loại buồng xoắn này rất phức tạp về mặt gia công.
Khi độ cao hút Hs có trị số dương hoặc bằng không của loại tuốc bin tâm trục thì cao trình bản đáy nhà máy đặt không sâu lắm, chiều dài đoạn loe của ống hút thường từ 3.5¸4.5D1, vì vậy có thể bố trí các phòng đặt thiết bị phụ trên tầng ống hút, bố trí máy biến thế tầng trên cùng. Trong một số trường hợp đặc biệt thì chiều dài ống hút có thể từ (8¸10)D1 hoặc lớn hơn (Hình 2-11).
Hình 2-12. Nhà máy TĐ sau đập đường ống áp lực đặt hở 1- ống tháo nước buồng xoắn, 2- ống tháo nước ống hút.
Nhà máy thuỷ điện đường dẫn lắp tuốc bin gáo thì kết cấu phần dưới nước của nhà máy đơn giản vì không có buồng xoắn và ống hút (Hình 2-13). Đoạn cuối đường ống áp lực dẫn nước vào tuốc bin lắp vòi phun có tiết diện thu hẹp, toàn bộ động năng của dòng chảy biến thành lực xung kích tác động lên cánh gáo tuốc bin. Trong vòi phun lắp van kim điều chỉnh lưu lượng, nước sau khi ra khỏi tuốc bin chảy về hạ lưu bằng kênh xả.
Tuỳ thuộc vào công suất và số vòi phun của tuốc bin gáo, tổ máy có thể trục đứng hoặc trục ngang, khi có số vòi phun lớn hơn hai thì tổ máy thường trục đứng. Đối với tổ máy trục ngang, nếu bố trí trục tổ máy song song với trục nhà máy thì có thể giảm được chiều rộng gian máy và khẩu độ cầu trục ( Hình 2-13). Nếu tăng công suất tổ máy trục ngang thì bằng cách cứ một máy phát lắp hai tuốc bin ở hai bên, bố trí như vậy chiều dài gian máy sẽ tăng lên.
Hình 2-13. Nhà máy TĐ đường dẫn lắp đặt turbin gáo.
Chiều rộng B của buồng xả.
B ³ D5 + (2¸2.4)D2
Khoảng cách từ tâm ống hút đến tường buồng xả
C ³ D5/2 + (1.7 ¸ 2.0)D2.
Khoảng cách từ tâm ống hút đến tường buồng xả
h9 ³ (1.1¸1.5)D2.
Trong đó: D5- Đường kính mặt cắt ra ống hút, D2- Đường kính mép ra của bánh xe công tác tuốc bin tâm trục, hoặc đường kính cửa ra buồng bánh xe công tác tuốc bin hướng trục.
Kết cấu nhà máy thuỷ điện ngầm phụ thuộc rất ít vào phương thức tập trung cột nước mà chủ yếu phụ thuộc vào đIều kiện địa hình và cấu trúc địa chất. Nó có thể xây dựng trong những điều kiện địa chất khác nhau, từ đá có cường độ cao cho đến yếu.
Hình 2-15. Các loại kết cấu gian máy TTĐ ngầm và nửa ngầm
Sự khác nhau giữa nhà máy thuỷ điện ngầm và nhà máy thuỷ điện xây trên mặt đất là toàn bộ nhà máy nằm sâu trong đất, sự liên hệ giữa nhà máy và mặt đất bằng các giếng đứng hoặc đường hầm ngang. ở những nơi địa hình phức tạp, địa chất tầng trên xấu, nếu địa chất dưới sâu tốt cho phép xây nhà máy thuỷ điện ngầm thì khối lượng đào đắp sẽ giảm , tuyến đường ống áp lực dẫn nước vào turbin sẽ ngắn, áp lực nước va giảm có lợi cho việc điều chỉnh tổ máy.Tuỳ thuộc vào cường độ của đá, kết cấu tường và trần của nhà máy trạm thuỷ điện ngầm cũng khác nhau. Hình 2-15. thể hiện các loại kết cấu nhà máy thuỷ điện ngầm và nửa ngầm.
Với cường độ khối đá rất cứng, không có áp lực hông và áp đứng rất nhỏ, nếu đá cứng thuộc cấp 8-10 thì không cần phải xây vòm bê tông chịu lực và chỉ cần trát tường (sơ đồ I). Khi cường độ đá thấp hơn và có áp lực đứng thì phải xây vòm chịu lực. Trong trường hợp này có thể có hai cách: áp lực đất đá và tải trọng cầu trục thông qua chân vòm chuyền xuống khối đá (Sơ đồ IIb), hoặc chỉ có tải trọng cầu trục thông qua hệ thống dầm và trụ cột chuyền xuống khối đá (sơ đồ II).
Hình 2-16. Nhà máy TĐ ngầm Split ( Nam tư ) Nlm=452,2 MW, H =269,0 m
a)- Mặt bằng gian máy ở cao trình 13.15m, b)- Mặt bằng tầng tuốc bin ở cao trình 1.20m, c)- Mặt cắt ngang nhà máy, d)- Mặt cắt ngang gian máy biến thế. 1- Đường hầm dẫn nước, 2- Phòng đặt van trước tuốc bin, 3- Phòng điều khiển trung tâm, 4- Máy biến thế 16/220KV, 5- Máy biến thế 16/110KV, 6- Đường hầm vào gian máy.
Trong trường hợp đá có cường độ yếu, có áp lực đứng và ngang, sự nứt nẻ nhiều và phong hoá mạnh thì phải xây tường và vòm chịu lực (sơ đồ III). Đất đá có cường độ quá yếu thì áp dụng kết cấu hình móng ngựa, kết cấu này bảo đảm được áp lựcđứng và ngang rất tốt (sơ đồ IV).
Khi nhà máy đặt ở cao trình không sâu lắm thường áp dụng kết cấu kiểu sơ đồ V, trần nhà máy có thể một phần nồi lên mặt đất, hoặc sau khi xây xong lắp đất lại. Loại nhà này thường gọi kiểu nửa ngầm.
Hình 2-17. Các dạng nhà máy TĐ nửa ngầm.
a,b,c- Các dạng nhà máy thuỷ điện ngầm :1- Nhà bố trí các thiết bị phân phối, 2- Gian máy, 3- Đường ống tuốc bin, 4- Tâm trục đường nhánh, 5- Cầu trục đóng mở van ống hút, 6 - Van hình cung, 7- Lỗ vào đường ống tuốc bin, 8- Hầm dẫn cáp máy phát, 9- Hành lang.
Sự phối hợp giữa các công trình ngầm được xác định bởi vị trí bố trí các thiết bị chính và thiết bị phụ. Trong thiết kế và xây dựng nhà máy thuỷ điện ngầm, người ta nghiên cứu, lựa chọn phương án bố trí các thiết bị chính và phụ một cách hợp lý phù hợp với điều kiện thực tế của công trình. ở nhà máy thuỷ điện ngầm việc bố trí máy biến thế là một vấn đề lớn ảnh hưởng nhiều đến kết cấu và việc bố trí các thiết bị chính bên trong nhà máy. Người ta chỉ bố trí máy biến thế trên mặt đất khi nhà maý nằm không sâu lắm, còn nói chung là đặt dưới mặt đất, ở bên cạnh nhà máy trong hành lang riêng hoặc ngay trong nhà máy. Hình 2-16. thể hiện cách bố trí thiết bị chính và phụ trong gian máy của nhà máy thuỷ điện ngầm.
ở nhà máy thuỷ điện ngầm hoặc nửa ngầm, đường dẫn nước vào tuốc bin thường có dạng giếng đứng để giảm chiều dài đường dẫn hoặc hơi nghiêng. Cửa van cuối đường ống trước tuốc bin có thể đặt ngay trong gian máy lợi dụng cầu trục ngay trong gian máy để lắp ráp, cũng có khi cửa van trước tuốc bin đặt trong hành lang riêng có cầu trục thao tác. Sàn lắp ráp của nhà máy thuỷ điện ngầm thường đặt ở đầu nhà máy hoặc có thể đặt giữa nhà máy nếu nhà máy có số tổ máy nhiều và đường vận chuyển vào bằng giếng đứng. Để giảm khối lượng đào đá ở đoạn ống hút người ta thường ít dùng ống hút cong đáy nằm ngang mà dùng ống hút cong có đáy dốc ngược lên, có tiết diện tròn hoặc ô van với chiều cao lớn h=(4¸5)D1 và chiều rộng thường bằng 1.6D1, khi đó khối lượng thi công sẽ giảm, song hiệu suất ống hút không giảm đi bao nhiêu.
Đường vận chuyển thiết bị vào nhà máy có thể làm theo dạng giếng đứng đi thẳng xuống gian lắp ráp hoặc đường hầm nằm ngang cho ô tô hoặc toa xe vào nhà máy. Thường người ta tận dụng các đường hầm thi công để bố trí các đường hầm vận chuyển, hành lang thông gió vv...
Nhà máy thuỷ điện nửa ngầm là kiểu nhà máy chuyển từ nhà máy trên mặt đất xuống nhà máy ngầm ở cao trình không sâu lắm. Hình 2-17. thể hiện một số dạng nhà máy thuỷ điện nửa ngầm. Trần nhà máy có thể một phần nổi lên mặt đất, hoặc sau khi xây xong lấp đất lại.
Khi phân tích các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và điều kiện vận hành nhà máy thuỷ điện ngầm người ta nhận thấy rằng nó có một số ưu điểm sau đây:
1- Lợi dụng cường độ cao của vòm đá để chuyển một phần tải trọng kết cấu của nhà máy và thiết bị xuống nền móng và do đó giảm nhẹ kết cấu chịu lực.
2- Công trình xây dựng trong điều kiện địa chất vững chắc, an toàn cao, khả năng an toàn quốc phòng tốt.
3- Có thể thi công, lắp ráp liên tục, không phụ thuộc vào thời tiết khí hậu.
4- Thiết bị vận hành trong điều kiện độ ẩm và nhiệt độ ổn định giảm được ứng suất trong thiết bị.
5- Nếu điều kiện địa chất tốt có thể cho phép bố trí nhà máy tại vị trí bất kỳ trên tuyến đường dẫn không phụ thuộc vào điều kiện địa hình.
6- Tuyến đường dẫn nước có áp ngắn vì tuyến đi thẳng, tổn thất cột nước nhỏ, đường ống tuốc bin có dạng giếng đứng hoặc ngiêng, có lợi cho tổ máy làm việc ổn định, áp lực nước va giảm.
Song ở nhà máy thuỷ điện ngầm có một số nhược điểm: Khối lượng thi công lớn, yêu cầu kỹ thuật cao, điều kiện thông gió, thoát nước, ánh sáng phải bảo đảm mới thoả mãn điều kiện làm việc của công nhân vận hành.
Trạm thuỷ điện tích năng (TTĐTN) là một phương thức lợi dụng năng lượng mới, bao gồm hai quá trình bơm trữ nước và phát điện. TTĐTN có hai hồ chứa, một ở thượng lưu và một ở hạ lưu.
Hình 2-18. Cắt ngang nhà máy TĐ tích năng với sơ đồ 3 máy
1- Động cơ- máy phát, 2- Tuốc bin tâm trục, 3- Bích nối trục, 4- Khớp ly hợp, 5- Máy bơm, 6- Gối tựa.
Trong những giờ yêu cầu phụ tải hệ thống thấp, máy bơm lấy điện từ hệ thống bơm nước từ hồ chứa hạ lưu lên trữ ở hồ chứa thượng lưu để phát điện trở lại vào những giờ cao điểm của phụ tải hệ thống. Loại TTĐTN góp phần giải quyết tốt việc phủ đỉnh biểu đồ phụ tải của hệ thống, cải thiện điều kiện làm việc của trạm nhiệt điện (TNĐ) và mang lại hiệu quả kinh tế cho hệ thống. Thiết bị bố trí trong nhà máy TĐTN phụ thuộc vào sơ đồ bố trí thiết bị trong đó. Tồn tại ba sơ đồ lắp đặt thiết bị : Sơ đồ 4 máy batuorbgiồnm,máy phát, máy bơm , động cơ điện bố trí thành các tổ máy độc lập; sơ đồ 3 máy với turbin, máy bơm , động cơ điện thuận nghịch (động cơ - máy phát) bố trí kết hợp vào một tổ máy; sơ đồ với 2 máy thuận nghịch turbin - bơm, động cơ - máy phát bố trí trong một tổ máy. Các loại tuốc bin này có thể làm việc theo hai chức năng máy bơm và turbin khi thay đổi chiều và máy phát cũng làm việc với các chức năng động cơ điện hoặc máy phát tương ứng. Những tổ máy như vậy thường gọi là tổ máy thuận nghịch. Hiện nay trên thế giới thường sử dụng rộng rãi sơ đồ 2 máy hoặc 3 máy. Với TTĐTN phạm vi sử dụng cột nước tương đối rộng, vì vậy có thể áp dụng được các loại tuốc bin hướng trục, tuốc bin tâm trục, tuốc bin cánh chéo.
Hình 2-19. Nhà máy TĐ tích năng với sơ đồ 2 máy
Sơ đồ lắp đặt 4 máy có ưu điểm là mỗi tổ máy (bơm hoặc turbin) được thiết kế theo chế độ làm việc tối ưu của mình, không phụ thuộc vào nhau. Một trong số TTĐTN với sơ đồ như vậy được áp dụng ở TTĐTN Raysek-Kraysek (áo) có cột nước cao 1772m, tại đây sử dụng turbin gáo và máy bơm đa cấp. Do có nhược điểm là vốn đầu tư xây dựng lớn nên sơ đồ này không được áp dụng phổ biến.
Sơ đồ lắp đặt ba máy với turbin, máy bơm và động cơ hai chiều được bố trí trên cùng một trục phổ biến rộng rãi ở các nước Tây âu nơi mà 60% tính theo công suất của TĐTN được sử dụng theo sơ đồ này. Trên hình 2-18 thể hiện hình cắt ngang nhà máy TĐTN với sơ đồ 3 máy: turbin tâm trục 2, máy bơm 5 và động cơ điện hai chiều 1. Trong sơ đồ ba máy trục đứng thì máy bơm bao giờ cũng bố trí phía dưới turbin vì độ cao hút Hs của máy bơm thường nhỏ hơn so với turin. Trục nối từ turbin tới máy bơm xuyên qua ống hút turbin. Giữa turbin và máy bơm có bố trí khớp ly hợp 4 để tách rời nhau khi tổ máy làm việc ở chế độ phát điện, làm như vậy tránh được việc hút nước ra khỏi máy bơm ở chế độ này và tổn thất “ quạt gió” khi máy bơm quay cùng với turbin.
Sơ đồ ba máy thường được ứng dụng ở các TTĐTN với cột nước cao sử dụng turbin gáo (H> 300m) và máy bơm nhiều cấp. Với sơ đồ này turbin gáo đặt cao hơm mực nước hạ lưu lớn nhất khi tổ máy làm việc với chế độ bơm không phải hút nước ra khỏi buồng xoắn và BXCT turbin tránh được tổn thất năng lượng khi turbin quay trong nước.
Ưu điểm cơ bản của sơ đồ lắp đặt thiết bịynlà ch ế độ làm liệc của turbin và máy bơm trong vùng hiệu suất cao của riêng mình, tổ máy chỉ quay theo một chiều khi phát điện cũng như khi bơm như vậy sẽ rất thuận lợi khi khởi động máy bơm cũng như khi chuyển chế độ làm việc từ chế độ này sang chế độ khác. Khi chuyển chế độ làm việc chỉ cần thực hiện các thao tác đóng mở van tương àứnthgômi.
Hình 2-19 thể hiện mặt cắt ngang nhà máy trạm thuỷ điện tích năng trong sơ đồ hai máy thuận nghịch với tuốc bin tâm trục đường kính bánh xe công tác D1 = 6.75m với công suất bơm 76.6MW và cột nước bơm 63m, công suất tuốc bin 56.9MW và cột nước phát điện 58m. Trong sơ đồ này sử dụng hai máy thuận nghịch (turbin- bơm, máy phát- động cơ), khi thay đổi chế độ làm việc từ chế độ bơm sang chế độ phát điện hoặc ngược lại, của tổ máy đổi chiều quay tương ứng.
Cột nước công tác ở chế độ turbin Hct = hđỉnh-htt, nhỏ hơn cột nước công tác ở chế độ bơm Hct=hđỉnh+htt. Do cột nước công tác khác nhau nên số vòng quay dẫn xuất của tổ máy cũng khác nhau, cho nên không có sự trùng khớp về số vòng quay dẫn xuất khi thay đổi chế độ làm việc từ bơm sang turbin hoặc ngược lại. Nếu thiết kế chọn chế độ tối ưu khi phát điện thì khi ở chế độ bơm sẽ có hiệu suất máy bơm thấp hoặc ngược.
Nếu chọn số vòng quay của turbin thứ
Để đảm bảo có sự trùng khớp về vùng làm việc tối ưu ở cả hai chế độ đòi hỏi số vòng quay của tổ máy ở hai chế độ phải khác nhau. Thường số vòng quay ở chế độ bơm lớn hơn số vòng quay của tuốc bin từ 1.2¸1.35 lần. Đây là một trong số tồn tại của sơ đồ lắp đặt thiết bị loại này nó làm phức tạp kết cấu khi chế tạo động cơ điện hai chiều. Tổ máy như vậy thường gọi tổ máy thuận nghịch.
Mặt khác, chiều quay của hai chế độ ngược nhau sẽ làm phức tạp hoá quá trình chuyển tiếp từ chế độ này sang chế độ khác và do đó làm giảm tính linh hoạt của tổ máy TĐTN.
Bên cạnh những khó khăn, phức tạp về chế độ làm việc, TTĐTN với sơ đồ hai máy có ưu điểm là giảm được một máy thuỷ lực ,khớp ly hợp và một số van do đó có thể giảm được khoảng 30% vốn đầu tư cho thiết bị so với sơ đồ ba máy, đồng thời rút ngắn chiều cao nhà máy cũng khoảng 30¸35% và do đó giảm chi phí xây dựng công trình.
Về kết cấu nhà máy với sơ đồ lắp đặt hai máy nhìn chung là không có gì khác so với các nhà máy thuỷ điện thông thường. Điểm khác là do khi làm việc ở chế độ bơm có hệ số khí thực cao, độ sâu HS nhỏ nên turbin phải để thấp hơn hạ lưu thường từ 9¸15% cột nước công tác. Vì vậy, nếu không muốn trục tổ máy quá dài thì động cơ điện phải đặt thấp hơn mực nước hạ lưu gây khó khăn trong việc bố trí giao thông vào gian lắp máy trong trường hợp nhà máy bố trí trên mặt đất như các TTĐ thông thường. Đối với phương án nhà máy thuỷ điện tích năng bố trí ngầm thì có thể nói không có gì khác so với nhà máy thuỷ điện loại này.
TTĐTN với sơ đồ lắp đặt hai máy thuận ngịch thường được sử dụng khi cột nước H< 100¸150m.
Với cột nước từ 12¸15m nhà máy TĐTN sử dụng tổ máy cáp xun trục ngang thuận nghịch là hiệu quả nhất. Hiệu suất tổ máy khi quay ngược lớn nhất trong các chế độ công tác của tổ máy thuận nghịch thường thấp hơn so với tuốc bin và máy bơm cùng làm việc với cột nước trên một ít.
Nhà máy điện thuỷ triều (ĐTT) lợi dụng biên độ giao động năng lượng triều lên xuống để phát điện. Chiều cao biên độ giao động của thuỷ triều ở một số nơi có thể tương đối lớn ( 2¸6m). Trong điều kiện địa hình tự nhiên có vịnh hẹp người ta xây đập ngăn lại thành bể chứa. Nhà máy được xây dựng như một công trình ngăn biển, và trong đó bố trí nhà máy thuỷ điện để phát điện.
Hiện nay khó khăn nhất là thiết kế kết cấu nhà máy với việc bố trí tổ máy làm việc theo hai hướng của dòng chảy ngược nhau theo chiều lên xuống của thuỷ triều.
Để đơn giản kết cấu nhà máy, người ta có thể bố trí các tổ máy giống nhau đặt theo hai hướng của dòng chảy, làm như vậy có thể số tổ máy phải tăng gấp đôi, nhà máy với số tổ máy nhiều và do đó vốn đầu tư xây dựng quá lớn. Sơ đồ kết cấu này tuy đơn giản về kết cấu song ngày nay ít được ứng dụng.
Ngày nay xu thế sử dụng sơ đồ kết cấu nhà máy với turbin tác dụng hai chiều (làm việc theo hai chiều của dòng chảy).
Với kết cấu trên sơ đồ I hình 2-20 buồng dẫn nước tuốc bin có hai cửa lấy nước từ hai phía, đồng thời ống hút có phần mở rộng bố trí cả hai phía, phần khuỷu cong có thể quay được khi tổ máy đổi chiều công tác. Kết cấu này rất phức tạp cả trong xây dựng lẫn trong vận hành nên cũng không được phổ biến rộng.
Kết cấu trên sơ đồ II hình 2-20 sử dụng hình ống loe cho thấy có lợi và đơn giản kết cấu hơn. Cửa lấy nước và cửa ra ống hút bố trí van và lưới chắn rác có cầu trục dạng khung để thao tác.
Hình 2-20. Các sơ đồ bố trí nhà máy TĐ thuỷ triều.
Hình 2-21. Nhà máy điện thuỷ triều Rance (Pháp)
1.Tổ máy cáp xun, 2- Mố trụ rỗng để dẫn các đường dây cáp điện, 3- Buồng bánh xe công tác, 4- Máy biến thế, 5- Cáp cao thế, 6- Rãnh van, 7- Đường ô tô.
Ngày nay người ta thường dùng tổ máy chảy thẳng làm việc hai chiều (hình 2-20 sơ đồ III). Kết cấu này giảm được kích thước phần dưới nước, giảm kích thước đoạn tổ máy, đối với TTĐTT nhiều tổ máy thì điều này có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế. Phần dưới nước gồm buồng dẫn nước mặt cắt hình vuông và ống hút thẳng. Khi tổ máy vận hành ngược lại theo chiều triều xuống thì ống hút sử dụng như ống dẫn nước vào tuốc bin, còn buồng dẫn nước trong đó lắp tổ máy cáp xun thì làm việc như ống hút. Với sơ đồ kết cấu này buồng turbin kéo dài và có độ côn không lớn hơn so với ống hút.
Sử dụng turbin chảy thẳng tác dụng hai chiều với máy phát đặt ngoài dòng chảy trong gian máy hoặc một gian riêng (sơ đồ IV hình 2-20) sẽ là phương án kết cấu thuận lợi. Trong ống hút chỉ bố trí mỗi BXCT turbin.
Hình 2-21. là một ví dụ về nhà máy điện thuỷ triều Rance (Pháp) gồm 24 tổ máy cáp xun trục ngang mỗi máy công suất 10 MW, đường kính tuốc bin D1=5,35 m.
Khái niệm về phân loại trạm thuỷ điện nhỏ ở mỗi nước mỗi khác. Việc phân loại thường dựa theo quy mô đầu tư, công suất lắp máy của TTĐ. ở nước ta tạm thời lấy mức nhỏ hơn 5.000 kW để phân loại turbin nhỏ. ở các TTĐ nhỏ thường có tổ máy không quá 3.
Yêu cầu cơ bản đối với TTĐ nhỏ là nhà máy và các công trình đầu mối phải đảm bảo chi phí thiết kế, xây dựng và vận hành ở mức tối thiểu.
Muốn vậy, một trong các giải pháp tốt nhất để tăng hiệu quả kinh tế của TTĐ nhỏ trong giai đoạn thiết kế là sử dụng các thiết kế định hình các bộ phận công trình và sử dụng các thiết bị đồng bộ chế tạo sẵn hàng loạt. Các thành phần công trình đầu mối sử dụng độc lập để đơn giản hoá kết cấu các bộ phận. Khi tính toán lựa chọn các giải pháp kết cấu và kích thước các bộ phận công trình có thể đơn giản hoá tính toán. Cố gắng sử dụng các vật liệu rẻ tiền và vật liệu địa phương như gạch, đá, polyme... Giải pháp bố trí tổng thể công trình và giải pháp thi công cố gắng tránh phải xây dựng các công trình tạm như đê bao ngăn dòng và công trình xả lũ thi công qui mô lớn và phức tạp. Việc tiến hành sửa chữa các thiết bị có thể thực hiện bằng cách thay thế từng cụm chi tiết.
Nguyên tắc phân loại nhà máy thuỷ điện nhỏ là phải chi tiết hoá để tiện lợi cho việc xây dựng các thiết kế định hình trên cơ sở phân tích các sơ đồ tập trung cột nước, bố trí nhà máy trong tổng thể công trình và đặc điểm của loại thiết bị sử dụng.
Về sơ đồ tập trung cột nước chúng chia ra làm hai loại : Nhà máy thuỷ điện ngang đập (nhà máy chịu áp lực nước trực tiếp từ thượng lưu) và nhà máy thuỷ điện sau đập và đường dẫn (nhà máy không chịu áp lực nước trực tiếp từ thượng lưu).
Về đặc điểm cấu tạo thiết bị động lực :
Về kích thước turbin được phân loại theo đường kính BXCT: 0.5 m; 1.0m...
Sau đây sẽ trình bày đặc điểm cấu tạo của một số đặc điểm cấu tạo của nhà máy thuỷ điện thiết kế định hình.
Dạng I: Nhà máy thuỷ điện trục đứng, buồng turbin kiểu hở, ống hút hình nón cụt hoặc ống hút cong (hình 2-22).
Với đường kính BXCT D1£ 1.0 m, cột nước H = 2¸6 m có thể sử dụng buồng turbin hở hình chữ nhật, turbin trục đứng, ống hút hình nón cụt hoặc ống hút cong, máy phát đặt cao hơn mực nước lớn nhất thượng lưu. Các kích thước cơ bản được tính theo đường kính BXCT D1. Với đường kính BXCT D1£ 0.5 m dạng này sử dụng ở cột nước H = 2¸4 m
Ưu điểm của kết cấu này là có cấu tạo đơn giản, dễ thi công, vật liệu có thể sử dụng bê tông cốt thép kết hợp với gạch đá xây. Có thể sử dụng trong các sơ đồ TTĐ đường dẫn hở cột nước thấp hoặc TTĐ trên kênh hở. So với phương thức bố trí trục ngang buồng nhà khối lượng nhỏ hơn từ 1.5¸2 lần.
Dạng II: Nhà máy thuỷ điện trục ngang, buồng turbin có áp hình ống, ống hút hình chữ S (hình 2-23).
Dạng này thường được ứng dụng trong phạm vi cột nước H = 2 ¸12 m , đường kính D1 = 1¸3 m. Với đường kính D1 = 1 m, H = 2¸6 m dạng này có thể cạnh tranh với dạng I do giảm được khối lượng bê tông xây dựng nhà máy và với đường kính D1
=2 m, H = 4¸12 sử dụng loại này có ưu việt hơn cả.
Dạng III: Nhà máy thuỷ điện trục đứng, buồng xoắn bê tông có áp, ống hút cong hoặc ống hút hình nón cụt (hình 2-24).
Khi đường kính BXCT D1= 1¸3 m, cột nước H = 8¸15 m trong thực tế thường sử dụng nhà máy TĐ dạng III. Dạng này nhà máy có kết cấu tương tự như các loại nhà máy công suất trung bình nhưng đơn giản hơn. Với nhà máy có turbin D1 = 2 m, H = 8¸10 m có thể sử dụng ống hút cong hoặc ống hút hình nón cụt. Khi D1 = 3 m, H = 10¸15 m chỉ sử dụng ống hút cong ( hình 2-24).
Dạng IV: Nhà máy thuỷ điện trục ngang với turbin cáp xun được ứng dụng phổ biến ở cột nước H = 6¸10, D1 ³ 3.0 m. Trong phạm vi này cũng có thể sử dụng nhà máy dạng II.
Do nhà máy bố trí sau đập dâng hoặc cuối đường dẫn nên nó không chịu áp lực nước từ thượng lưu trên toàn bộ chiều dài nhà máy. Áp lực nước thượng lưu mà nhà máy phải chịu thông qua đường ống dẫn nước vào nhà máy. Trạm thuỷ điện sau đập sử dụng trong phạm vi cột nước không quá 50¸60 m, còn với TTĐ đường dẫn có thể đến 1000¸1200 m. Với cột nước cao công suất nhỏ các trạm thuỷ điện loại này thường được trang bị các loại turbin có đường kính nhỏ không quá 1.5m. Thiết bị động lực của các trạm thuỷ điện cột nước cao (bao gồm BXCT turbin, buồng xoắn, ống hút , các van và thiết bị đóng mở, máy phát điện) về nguyên tắc là được chế tạo sẵn đồng bộ trong nhà máy, tại công trường xây dựng chỉ còn là công việc lắp ghép các bộ phận phận của chúng lại với nhau. Vì vậy kích thước phần dưới nước được xác định bởi kích thước thiết bị đồng bộ được chế tạo sẵn này và hình thức lắp đặt chúng. Từ kinh nghiệm thực tế thiết kế, xây dựng các công trình thuỷ điện nhỏ sau đập và đường dẫn cho thấy khối lượng công trình ít phụ thuộc vào cột nước công tác của TTĐ mà chủ yếu phụ thuộc vào hình thức lắp đặt (trục đứng, trục ngang, trục xiên) và sơ đồ dẫn nước vào (buồng turbin) và đường kính BXCT của chúng. Các dạng kết cấu cơ bản phần dưới nước của chúng được thể hiện trên các hình 2-25¸2-28.
Hình 2-26. Nhà máy TĐ sau đập trục ngang, buồng turbin chính diện, turbin tâm trục (Dạng V-b)
Dạng V: Nhà máy với turbin trục ngang, buồng dẫn nước turbin hình ống (hình 2-25, 2-26).
Dạng này được sử dụng ở các TTĐ cột nước H = 8¸120 m, turbin đường kính D1 £ 1.0 m. Với cột nước H = 30¸120 m thường sử dụng turbin tâm trục, khi cột nước H £ 30 m có thể sử dụng turbin hướng trục.
Buồng turbin dạng hình ống dẫn nước bên hông hoặc chính diện. Trong trường hợp dẫn nước bên hông, trục turbin xuyên qua buồng turbin và trục tổ máy song song với trục nhà máy. Với buồng turbin dạng chính diện (hình 2-26), trục turbin xuyên qua khuỷu cong của ống hút và trục tổ máy vuông góc với trục nhà máy (cùng hướng với đường ống dẫn nước). Ống hút hình nón cụt trục đứng với hầm xả nước đặt dưới tổ máy. Tổ máy hình 2-26 được ứng dụng rộng rãi trong các trường hợp turbin có đường kính D1 £ 0.5 m.
Dạng VI: Nhà máy với turbin trục ngang, buồng xoắn kim loại (hình 2-27, 2-28). Loại này được sử dụng với cột nước H =10¸400 m, turbin tâm trục đường kính
D1£ 1.0m . Ống hút có thể trục thẳng (hình 2-27) hoặc khuỷu cong. Với cột nước H
=50¸400 m cho thấy nó có lợi hơn cả so lới các dạng khác do giảm được kích thước nhà máy.
Dạng VII: Nhà máy TĐ với turbin trục xiên, buồng hình ống, ống hút khuỷu cong (hình 2-29) được sử dụng khi cột nước trong khoảng 10¸30 m , turbin hướng trục đường kính D1 = 1¸1.5 m. Với phương án này khối lượng bê tông khối dưới nước giảm đi đáng kể.
Dạng VIII: Nhà máy với turbin tâm trục, trục đứng, buồng xoắn kim loại (hình 2-30).
Khi sử dụng turbin tâm trục với đường kính BXCT D1 ³ 1.5 m không phụ thuộc vào cột nước người ta thường sử dụng hình thức lắp máy trục đứng với buồng xoắn kim loại, ống hút hình nón cụt thẳng trục hoặc ống hút cong có dạng thông thường.
Máy phát điện đặt hở trên sàn nhà máy, bệ đỡ máy phát dưới dạng dầm ngang cùng với sàn hoặc cùng với hệ thống cột đỡ. Một nửa buồng xoắn đặt trong khối bê tông. Với kết cấu này tạo cho tổ máy một liên kết vững chắc, móng nhà máy không sâu, điều kiện vận hành của thiết bị bảo đảm an toàn hơn.
Kích thước phần trên nhà máy được xác định trên cơ sở kích thước thiết bị chính và cầu trục bố trí trong nó và có cấu tạo theo dạng kết cấu nhà công nghiệp. Các hệ thống thiết bị phụ và các phòng quản lý vận hành ở nhà máy thuỷ điện nhỏ cũng được đơn giản hoá và kết hợp lại. Thông thường phòng điều kiển trung tâm được bố trí luôn vào đầu gian máy.
Gian lắp ráp sửa chữa có thể không bố trí hoặc bố trí bên ngoài dưới dạng tạm thời có mái che có thể tháo dỡ được.
Sưu tầm và biên soạn bởi: Valve Men Team
