Kiểm toán đường ống áp lực nhà máy thủy điện trong giai đoạn vận hành

Bài viết Kiểm toán đường ống áp lực nhà máy thủy điện trong giai đoạn vận hành nghiên cứu kiểm tra độ bền kết cấu thép của đường ống áp lực phục vụ kiểm định an toàn công trình bằng phương pháp phần tử hữu hạn đóng một vai trò rất quan trọng, có thể phân tích được chuyển vị và ứng suất tổng thể của đường ống với các điều kiện làm việc thực tế từ đó đánh giá được mức độ an toàn của đường ống để có phương án xử lý gia cường phù hợp.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-5957-0 KIỂM TOÁN ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRONG GIAI ĐOẠN VẬN HÀNH Khúc Hồng Vân1, Nguyễn Văn Hiện2, Phạm Thị Ngọc Diệp2, Phạm Hải Đăng2 Trường Đại học Thủy lợi, email: diepptn73@wru.vn Sinh viên Khoa Cơng trình, Trường Đại học Thủy lợi ĐẶT VẤN ĐỀ Đường ống áp lực nhà máy thủy điện thường có quy mơ lớn vận hành điều kiện chịu áp lực cao nên dễ xảy cố nghiêm trọng thép ống bị ăn mòn, mố đỡ đường ống áp lực bị lún Nghiên cứu kiểm tra độ bền kết cấu thép đường ống áp lực phục vụ kiểm định an tồn cơng trình phương pháp phần tử hữu hạn đóng vai trị quan trọng, phân tích chuyển vị ứng suất tổng thể đường ống với điều kiện làm việc thực tế từ đánh giá mức độ an toàn đường ống để có phương án xử lý gia cường phù hợp Thơng qua ví dụ cụ thể, báo cung cấp giải pháp thực tiễn để kiểm toán an tồn đường ống áp lực q trình vận hành PHƯƠNG PHÁP KIỂM TOÁN ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC 2.1 Cường độ tính tốn vật liệu Cường độ tính tốn vật liệu R, (TCVN 8636:2011) xác định theo công thức đây: R = σc.C.K.m.mv đó: σc - ứng suất chảy vật liệu; C - hệ số chuyển đổi từ cường độ sang cường độ tiêu chuẩn; K - hệ số kể đến tính đồng chất vật liệu; m - hệ số điều kiện làm việc; mv - hệ số phụ thuộc vào cấp cơng trình 2.2 Kiểm tốn độ bền chịu áp lực từ bên Khi kiểm tra độ bền đường ống chịu áp lực từ bên cần kiểm tra thành phần ứng suất mặt cắt dọc mặt cắt ngang vị trí cho Hình chịu thành phần lực vng góc song song với trục ống Thành ống nhịp; Thành ống giáp đai gối; Đai tăng cứng thành ống; Đai gối thành ống Hình Vị trí kiểm tra ứng suất đường ống Công thức kiểm tra độ bền :    2   x2     x  3 2x  R   R x  R đó:  - ứng suất ống thép;  - ứng suất hướng vòng; z - ứng suất hướng dọc; x - ứng suất tiếp; R - cường độ tính tốn 2.3 Kiểm tốn ổn định chịu áp lực từ bên Khi kiểm tra ổn định đường ống chịu áp lực p từ bên áp lực đất, áp lực khoan phụt… cần kiểm tra ổn định thành ống hai đai tăng cứng ổn định thân đai theo công thức: p  pcr : pcr cường độ tới hạn xác định theo công thức kinh nghiệm công thức giải tích 199 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82- XÂY DỰNG MO HINH PTHH Việc xác định ứng suất đường ống theo cơng thức giải tích có tiêu chuẩn gặp nhiều khó khăn đặc biệt đường ống làm việc theo điều kiện thực tế lún không mố, đường ống chịu dao động áp lực nước ống, chiều dày ăn mòn khơng đường ống vị trí khau… Đường ống áp lực mô từ phần tử (Frame) sườn gia cường bao quanh chu vi ống kéo dọc theo phương trục ống (Extrude) thành phần tử vỏ (Shell) Các chân mố đỡ tạo từ vị trí sườn gia cường nên đảm bảo nguyên tắc nút trùng nút Từ mơ hình số, trạng thái ứng suất biến dạng đường ống với điều kiện thực tế vận hành phân tích phương pháp phần từ hữu hạn Hình Biểu đồ lún đường ống phải VI DỤ THỰC TẾ 4.1 Số liệu tính tốn Nghiên cứu thực cơng trình có đường ống dẫn nước lộ thiên hình vẽ: Hình Biểu đồ lún đường ống trái Hình Sơ đồ gán lún gối Hình Đường ống áp lực nhà máy thủy điện Chiều dày đoạn ống làm việc điều kiện lún bị ăn mòn thể Bảng Thông số ống: đường ống 4700×20 mm; tổng chiều dài đường ống 195 m chia làm 13 nhịp đỡ 11 mố trung gian mố néo đầu, nhịp có vành tăng cứng - TH1: Ống làm việc điều kiện thiết kế, chiều dày ống không đổi 20 mm - TH2: Ống làm việc điều kiện lún (Hình 3, 4) ống bị ăn mịn (Bảng 1) Ta có kết biểu đồ lún đo trường theo chu kỳ 200 Bảng Chiều dày đoạn ống bị ăn mịn Vị trí Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn Chiều dày (mm) 19,65 19,78 19,39 19,58 19,55 19,63 Vị trí Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn 10 11 12 Chiều dày (mm) 19,38 19,6 19,58 19,48 19,66 19,38 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-5957-0 đường ống nằm phạm vi độ võng tương 4.2 Kết tính tốn (1) Ứng suất đối cho phép f 1   L 12000 1000 KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ Qua phân tích ảnh hưởng độ lún ăn mòn đến khả làm việc đường ống áp lực nhà máy thủy điện giai đoạn vận hành cho kết đảm bảo yêu cầu độ bền theo thiết kế Tại vị trí MP325 MT314 cần gia cố xử lý khẩn cấp điều chỉnh cột nước áp lực vận hành đường ống ứng suất lớn theo phương dọc trục ống đạt gần đến giới hạn cho phép Phương pháp phân tích kiểm tốn đường ống áp lực phương pháp phần tử hữu hạn giải pháp tính tốn đơn giản, trực quan giúp cho kết cách nhanh chóng tiện lợi Phương pháp giúp cho đơn vị quản lý vận hành kiểm định chất lượng đường ống áp lực hàng năm nhằm đưa định hợp lý tu bảo dưỡng cơng trình để đảm bảo trình vận hành diễn thuận lợi, hạn chế rủi ro xảy cơng trình trình vận hành Hình Ứng suất lớn đoạn theo phương vng góc trục (S11) Hình Ứng suất lớn đoạn ống theo phương dọc trục (S22) TÀI LIỆU THAM KHẢO Từ kết Hình 7: Khi bị lún ứng suất xảy lớn gối tăng dần theo chu kỳ Ứng suất S11 S22 tăng lên khoảng 1,7 lần so với trường hợp ống làm việc điều kiện bình thường (TH1) Tại S11 ứng suất nhỏ lớn 79,25 MPa; S22 ứng suất lớn lên tới 159,3 MPa gần đến giới hạn cho phép theo TCVN 177 MPa (2) Chuyển vị Khi đường ống làm việc điều kiện bất lợi chuyển vị tăng dần theo chu kỳ Tại CK24 ống chuyển vị lớn vị trí MP325 MT314 Độ võng lớn [1] TCVN 8636:2011, Cơng trình thủy lợi Đường ống áp lực thép - Yêu cầu kỹ thuật thiết kế, chế tạo lắp đặt [2] ADINA 9.6 (April2020), “Problem 18: Fluid flow over a flexible structure in a channel: ADINA Prime”, ADINA R & D,Inc [3] TCVN, “6 Tính tốn độ bền ổn định đường ống áp lực: Hydraulic structuresSteel penstock- Technical requirements for designing, manufacturing and installation”, TCVN 8636:2011 201 ... đường ống áp lực nhà máy thủy điện giai đoạn vận hành cho kết đảm bảo yêu cầu độ bền theo thiết kế Tại vị trí MP325 MT314 cần gia cố xử lý khẩn cấp điều chỉnh cột nước áp lực vận hành đường ống. .. Hình Biểu đồ lún đường ống trái Hình Sơ đồ gán lún gối Hình Đường ống áp lực nhà máy thủy điện Chiều dày đoạn ống làm việc điều kiện lún bị ăn mòn thể Bảng Thông số ống: đường ống 4700×20 mm;... chóng tiện lợi Phương pháp giúp cho đơn vị quản lý vận hành kiểm định chất lượng đường ống áp lực hàng năm nhằm đưa định hợp lý tu bảo dưỡng cơng trình để đảm bảo q trình vận hành diễn thuận lợi,