Проектирование здания гидроэлектростанции

ГЭС.docx

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра использования водной энергии
Курсовой проект по курсу
“Проектирование здания гидроэлектростанции”.
Консультант: Муравьев О.А.
Выбор формы и определение размеров турбинных камер
Выбор типа и определение параметров предтурбинных затворов
Определение формы и размеров отсасывающих труб
Определение отметки отсасывающей трубы
Выбор гидрогенераторов
Определение габаритов и массы повышающих трансформаторов
Электрическая часть ГЭС
Подбор кранового оборудования здания ГЭС
Система автоматического регулирования турбин
Список используемой литературы
Компоновка и конструирование здания ГЭС
В курсовом проекте мы выбрали:
–тип агрегата вертикальный с радиально-осевой турбиной
При решении всех компоновочных и конструктивных вопросов необходимо стремится к уменьшению объемов строительных работ и стоимости оборудования с учетом обеспечения нормальных условий эксплуатации ГЭС.
Описание компоновки здания ГЭС
В данном курсовом проекте рассматривается деривационное здание ГЭС. Оно имеет головную компоновку следовательно расположено ближе к НБ а также имеет общий подводящий водовод и индивидуальные отводящие.
Машинный зал – подземный имеет 2-х зальную компоновку и включает:
–галерею ремонтных затворов отсасывающей трубы
Здание ГЭС имеет горизонтальные и вертикальные коммуникации:
–горизонтальные – для транспорта оборудования и людей
–вертикальные – для вывода токопроводов из здания ГЭС и для вентиляции
Обделка сводов и стен выполняется в соответствии с таблицей где определяющими критериями являются окружающая порода и ширина машинного зала.
Агрегатные блоки выполнены с учётом «Норм технологического проектирования ГЭС»:
Для осуществления главной функции ГЭС – выработки электроэнергии и регулирования мощности в энергосистеме – необходимы комплексы различного оборудования от которого зависит надежность и эффективность эксплуатации станции. В связи с этим очень важно подобрать тип и параметры оборудования решить вопросы его компоновки.
Основное энергетическое оборудование включает в себя:
Гидросиловое оборудование:
–Гидротурбины и гидрогенераторы. В зависимости от напора подбирается тип турбины.
–Система автоматического регулирования (САР) предназначена для управления турбиной путем изменения открытия НА.
–Также к гидросиловому оборудованию относятся: система возбуждения (СВ) и система охлаждения (СО).
Электрическое оборудование.
Электрическое оборудование включает в себя токопроводы от генератора силовые трансформаторы открытое распределительное устройство (ОРУ) системы собственных нужд (СН) систему контроля и управления (СКУ) и центральный пункт управления (ЦПУ).
Механическое оборудование.
Механическое оборудование зданий ГЭС включает затворы и подъемно-транспортные механизмы (краны подъемники).
–Предтурбинный затвор. Т.к. имеет место разветвлённый подводящий водовод то необходима их установка. Затворы располагаются в здании машинного зала.
–Ремонтные затворы отсасывающих труб.
Подъемно-транспортное оборудование:
–Кран машинного зала – мостовой кран. Выбирается с учётом грузоподъёмности и ширины машинного зала. В данном курсовом проекте кран выполнен с опорой на пяты свода.
–Кран для ремонтных затворов отсасывающих труб.
Вспомогательное оборудование
Вспомогательное оборудование зданий ГЭС включает в себя систему технического водоснабжения (ТВ) пневматического хозяйства (ПХ) масляного хозяйства (МХ) откачки воды из проточной части (СОВ) противопожарную систему.
Форма спиральной камеры определяется углом охвата 0 и формой поперечных сечений спирали. По типу станции принимаем металлическую спиральную камеру с углом охвата φ0=3450. Размеры поперечных сечений и очертаний спирали в плане устанавливается гидравлическим расчетом спиральной камеры. Исходными данными для гидравлического расчета спирали является равномерное поступление расхода в статор и направляющий аппарат по его периметру. Отсюда следует что расход Qφ проходящий через произвольное сечение спирали определяемое углом φ равен:
Qр – расчётный расход турбины Qр = 55.62 м3с.
Существует несколько методов расчёта. Воспользуемся приближенным методом расчёта по условию постоянства средних расходных составляющих скоростей в поперечных сечениях спирали: Vср= const.
Расчётная величина средней скорости Vср определяется по графику зависимости Vср= f(H) и равна Vср = 10.2 мспри расчётном напоре Нр = 117.55 м.
Площадь произвольного поперечного сечения спирали находится по формуле:
Радиус поперечного сечения спирали определяется по формуле:
Наибольшие радиусы внешнего очертания спирали:
– радиус окружности по которой расположены входные кромки статорных колонн.
Все вычисления производятся в табличной форме:
Данные таблицы позволяют построить любое произвольное поперечное сечение и очертание спиральной камеры в плане. При этом поперечным сечением примыкающим к зубу спирали по условию сопряжения со статором турбины придают эллиптическую форму вытянутую в направлении оси турбины с площадями равными площадям определённым расчётом или несколько большими.
Предтурбинный затвор устанавливается в двух основных случаях:
)если имеет место разветвлённый турбинный водовод (для ремонта одного из агрегатов;
)на индивидуальных водоводах при больших напорах (для защиты НА от щелевой кавитации).
Т.к. диаметр входного сечения Двх=2.58 м и расчётный напор Нр=117.55 м то выбираю дисковый затвор с плоскоскошенным диском ЗДс260-120 со следующими характеристиками:
Диаметр затвора – 2600 мм
Статический напор – 120 м
Диаметр сервомотора – 600 мм
Число сервомоторов – 1
Время закрытия-открытия – 120 с
Масса затвора – 20.5 т.
В реактивных турбинах вода из рабочего колеса выпускается в отсасывающую трубу и по ней отводится в нижний бьеф. Отсасывающая труба существенно влияет на энергетические показатели турбин. Отсасывающая труба в значительной мере определяет размеры нижней части блока здания ГЭС и отметку заложения основания.
Форму и размеры отсасывающих труб подбираем по рекомендациям заводов – изготовителей гидротурбин (ОСТ 24.023.11–72) с указанием типа турбин с которыми они применяются для радиально осевой турбины РО 170 с диаметром рабочего колеса D1 = 2.8м.
В подземных ГЭС увеличение высоты трубы не приводит к ощутимому удорожанию поэтому на этих станциях применяются высокие изогнутые трубы с цилиндрическим коленом но стремятся ограничить ширину для того чтобы имелась возможность сохранить целики скалы между выработками. Это достигается за счёт высоты конической части и довольно длинного диффузора который может иметь наклон от 0 до 30. Колено делается постоянного сечения и имеет форму тора. В пределах диффузора сечения изменяются с круглого на овальное с тем же углом конусности.
Площадь поперечного сечения находится по формуле:
Qр = 55.62 м3с - расчётный расход турбины
Vэк = 3.5 мс – экономически наивыгоднейшая скорость.
Высота поперечного сечения находится по формуле:
Определение уклона и отметок отводящего туннеля:
- коэффициент шероховатости
Основными параметрами гидрогенераторов являются:
–величина номинальной мощности P кВА;
–коэффициент мощности
–частота вращения n обмин;
–напряжение на выходах U кВ.
Активная мощность каждого из генераторов установленных на ГЭС (кВт) составляет:
установленная мощность ГЭС ;
za количество установленных на ГЭС агрегатов za = 4.
Номинальная мощность генератора (кВА) находится по выражению:
где cos = 0.85 0.90.
Скорость вращения генераторов такая же как и скорость вращения гидротурбин n мин-1 n = 272.7мин-1.
Габариты гидрогенераторов зависят от конструкции основных элементов и характеристик используемых материалов.
Диаметр расточки статора (ротора) Дi (м) может быть определён по формуле:
Vu – окружная скорость ротора Vu 160 мс для генераторов номинальной мощностью P 175 МВА. Принимаем Vu = 160 мсдля генератора номинальной мощностью P = 64МВА;
nразг. – разгонная скорость вращения турбины (максимальная) равная nразг. = (1.7 2.0)n мин-1. Принимаем ;
Высота активной стали (м) находится по выражению:
Сэ – коэффициент использования активных материалов при форсированном воздушном охлаждении Сэ = 6 7 принимаем Сэ = 7;
P – номинальная мощность генератора кВА;
n – номинальное число оборотов мин-1;
Принимаем стандартную высоту активной стали lак = 1100 мм.
Тип генератора определяется числом оборотов и отношением Дilак.
При Дilак = 5.1 и n = 272.7мин-1 принимаем подвесной генератор со следующими габаритами:
Наружный диаметр активной сталиДа
Минимальная ширина прохода
Расстояние от нижней крестовины до статораа = 0.3м для подвесного генератора длина выступающей части валаС = 1.0м.
Общая масса генератора определяется по следующей формуле:
A = 35 45 тм2 принимаем A = 40 тм2.
Масса ротора генератора с валом составляют 45 50% его общей массы.
При проектировании ГЭС значение высокого напряжения при котором передается энергия выбирается в зависимости от дальности передачи электроэнергии и мощности передаваемой по одной высоковольтной линии (ВЛ).
В курсовом проекте применяем трехфазные трансформаторы повышение напряжения осуществляется по схеме – одиночный блок когда на каждый генератор устанавливается один трехфазный трансформатор.
Повышающие трансформаторы ГЭС подбираются по суммарной номинальной мощности подключенных к ним генераторов:
Р=64000кВА- номинальная (кажущаяся) мощность генератора
тр=0.99 – кпд трансформатора
Допускается небольшая перегрузка трансформатора на 5 10 %
Для откатки трансформатора с целью ремонта на монтажную площадку и обратно на место установки предусматриваются продольные и поперечные пути. Расстояние между осями рельсов продольного пути принимают равным 1524 мм а поперечных при активной мощности от 20 до 175 МВт -2000 мм.
Т.к. установленная мощность то принимаю 2 линии электропередач (ЛЭП) по 120 МВт с напряжением U = 220 кВ.
Габаритные размеры определяем по графикам:
G=100т (масса выемной части-75т)
На гидроэлектростанции необходимо создание системы электрических устройств и соединений которая должна обеспечивать энергией всех подключенных к агрегатам станции потребителей как при нормальных условиях эксплуатации так и при выходе из строя одного или нескольких агрегатов. Структуру этой системы определяет главная электрическая схема которая может быть условно разделена на две части – высокого напряжения и низкого напряжения необходимого для питания собственных нужд станции. В зависимости от мощности станции числа установленных агрегатов и характеристик потребителя энергии применяются различные схемы электрических соединений.
Основой каждой схемы является соединение генераторов с трансформаторами и линиями электропередачи.
Собственные нужды (см.схему):
I.масляное хозяйство
II.техническое водоснабжение (ТВС) агрегатов
III.пневматическое хозяйство
IV.система возбуждения генераторов
VI.аварийное закрытие затворов
VII.приводы выключателей и разъединителей
IX.осушение проточных частей агрегата
X.приводы затворов и задвижек
Для монтажа ремонта демонтажа агрегатов и вспомогательного оборудования в зданиях ГЭС монтажа транспортировки различных затворов сороудерживающих решеток и другого оборудования используются мостовые и козловые краны.
В курсовом проекте производится подбор только крана машзала. Его грузоподъемность определяется по массе ротора гидрогенератора как наиболее тяжелого элемента агрегата сборка которого производится на монтажной площадке.
Пролеты кранов следует округлять до 05 м.
Грузоподъемность (т)
Основные размеры (м)
Положение крюков (м)
Нагрузка на колеса (кН)
Система автоматического регулирования турбин (САРТ).
САРТ предназначена для управления турбиной путем изменения открытия НА в РО турбинах НА и лопастей рабочего колеса в ПЛ турбинах регулирующих расход игл и дефлекторов в ковшовых турбинах. САРT обеспечивает автоматическое поддержание заданной частоты вращения агрегата (частоты тока генератора) и предохраняет агрегат от выхода в разгон при неожиданных отключениях нагрузки например из-за коротких замыканий.
САРT состоит из маслонапорной установки (МНУ) для питания маслом под давлением (обычно 4 МПа иногда 63 МПа). Колонки управления (КУ) сервомоторов (С) и соединительного маслопровода. Связь КУ с агрегатом осуществляется через тахогенератор (ТГ) установленный на валу. Элементы САРT как правило размещаются рядом с агрегатом.
Определяем работоспособность сервомоторов НА:
Принимаем номинальное давление Pн=4Мпа тогда объём сервомоторов равен:
По универсальной характеристике турбины РО 170 определяем амод=34.1мм=0.0341м и диаметр модели Дмод=0.4355м. Для натурной турбины получаем:
Полный ход определяется по формуле:
Предусматриваем два сдвоенных сервомотора устанавливаемых на крышке турбины:
Принимаем dc=0.3м т.к. он соответствует номенклатурному.
Для дискового затвора данного типа получаем:
Необходимая номинальная работоспособность сервомоторов:
Объём сервомотора затвора:
Требуемый объём гидроаккумулятора при одной МНУ на агрегат:
Принимаем ближайшую по номенклатуре МНУ 2.51-40.
Регулятор – тип ЭГР (электрогидравлический для турбин РО одиночного регулирования). Расчётное время хода сервомотора:
Диаметр главного золотника при скорости масла Vм=5мс:
Принимаем ближайший номенклатурный dг.з.=70мм и регулятор ЭГР-70. Соединительные маслопроводы принимаются диаметром равным диаметру главного золотника d=70мм.
). Кривченко Г.И. Гидравлические машины (турбины и насосы). М.: Энергоатомиздат 1983 или Энергостройиздат 1987.
). Кривченко Г.И. Губин М.Ф. Карелин В.Я. Гидроэлектрические станции. М.: Энергоатомиздат 1987.
). Методические указания ”Водноэнергетичекие расчеты и проектирование здания гидроэлектростанции”. М.: МГСУ 2005.

Рисунки.dwg

Топографический план М 1:3000
Геологический разрез по створу М 1:3000
Магматические сланцы
положение крюков крана:
Кафедра использования водной энергии
Проектирование здания ГЭС
Московский Государственный Строительный Университет
Поперечный разрез здания ГЭС по оси агрегата М1:100
Топографический план М1:3000
Условные обозначения:
- деривационный туннель
- турбинные водоводы
- секции машинного зала
- монтажная площадка
- трансформаторный зал
- отсасывающие трубы
Геологический разрез по створу М1:3000
План здания ГЭС М1:200
Продольный разрез здания ГЭС по осям агрегатов М1:200
- рабочее колесо турбины
- подпятник с опорой
- ротор гидрогенератора
- верхняя крестовина
- нижняя крестовина
- статор гидрогенератора
Ремонтные затворы отсасывающих труб
Положение крюков крана:
Рельсы мостового крана
Помещение ремонтных затворов отсасывающих труб
Отводящий безнапорный туннель