Nghiên cứu ứng dụng neo cánh xoắn trong hệ thống neo nhà máy điện mặt trời nổi

NGHIÊN CỨU TRAO ĐỔI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NEO CÁNH XOẮN TRONG HỆ THỐNG NEO NHÀ MÁY ĐIÊN MẶT TRỜI NỔI STUDY TO APPLY HELIX ANCHOR IN THE ANCHORING SYSTEM OF THE FLOATING SOLAR POWER PLANT ThS Nguyễn Hà A[.]

NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NEO CÁNH XOẮN TRONG HỆ THỐNG NEO NHÀ MÁY ĐIÊN MẶT TRỜI NỔI STUDY TO APPLY HELIX ANCHOR IN THE ANCHORING SYSTEM OF THE FLOATING SOLAR POWER PLANT ThS Nguyễn Hà An ThS Trần Anh Tuấn Viện Nghiên cứu Cơ khí - Bộ Cơng Thương TĨM TẮT Neo cánh xoắn ứng dụng hệ thống neo nhà mảy điện mặt trời trục có cánh xoắn, trục vng, trịn đặc thép hàn cảnh xoắn Các cảnh xoắn làm thép, ép thành hình bước ren vít Khi neo xoay đất, cánh xoan sinh lực đẩy hướng trục làm cho tiến phía trước Neo cánh xoắn thiết kế thay đôi đê đáp ứng tái trọng yêu cầu theo hình dạng kinh tế hiệu quà đồng thời sử dụng dê truyền tải trọng từ bề mặt xuống sâu hơn, địa tầng chịu lực phù hợp Bài báo trình bày tóm tắt kết q nghiên cứu, tính tốn tải trọng thơng số neo áp dụng thử nghiệm ứng dụng thực tế hệ thống neo nhà máy điện mặt trời Từ khóa: Neo cảnh xoắn; Hệ thống neo; Nhà mảy điện mặt trời nôi ABSTRACT Helix anchor applies in the anchoring system of the floating solar power plant, is pile with helix plate, the pile is made of solid square, circle bar or tubular steel shaft to which helix plates are welded The helix plates are made ofsteel plate, and pressed to properform of a pitched screw thread When the helix anchor rotates in the ground, the helix plates generate axial force to make it to advance The helix anchor is designed variably to response the required load according to the most economical and effective configuration at the same time is used to transfer the loadfrom the surface to deeper, more suitable load-bearing strata This article presents a summary of the studied results, load calculation and basic parameter of helix anchor applied for real test and real apply in the anchoring system of the floating solar power plant Keywords: Helix anchor; Anchoring system; Floating solar power plant ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, SỐ 292, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỒI GIỚI THIỆU VÈ HỆ THÓNG NEO VÀ ỬNG DỤNG hệ thống neo nhà máy điện mặt trời thời gian gần Cùng với phát triển nên kinh tế nước ta, ngành điện phát triển mạnh mẽ đê đáp ứng lượng lượng tái tạo, lượng điện mặt trời, điện gió ưu tiên phát triên Các nhà máy điện mặt trời hồ thủy điện, hồ thủy lợi tiết kiệm quỳ đất tối ưu khả phát điện Neo cánh xoắn bao gồm có hai phần trục neo cánh neo Trục neo chế tạo từ thép đặc hình trịn, vng thép ống: kích thước trục vng từ 38mm tới 60mm trịn đường kính ngồi từ 60 tới 324mm Chiều dài trục tính tốn đáp ứng tải trọng yêu cầu neo Nhà máy điện mặt trời gồm mảng phao liên kết phao đỡ pin, phao kết nối, phao đường chốt liên kết Xung quanh mảng phao hành lang lại dùng để kết nối với hệ thống neo Hệ thống neo đảm bảo mảng phao cố định dịch chuyển khoảng cho phép tác động sóng, gió, dịng chảy mực nước dao động Tại mồi điểm neo, cáp neo kết nối với nhánh cáp phụ để giảm số lượng điểm neo Góc lớn dây neo mặt phang nằm ngang 30° Hĩnh Neo cánh xoắn thiết bị lắp đặt Cánh xoắn làm từ thép tấm, cắt ép biên dạng máy khuôn ép thủy lực Mồi cánh xoắn 360° với bước xoắn từ 76mm đến 152mm Cánh xoắn phải có bước đồng để giảm thiểu nhiễu loạn đất lắp đặt Chiều dày cánh xoắn thông thường từ tới 31,75mm, phụ thuộc vào đường kính trục điều kiện tải trọng Khoảng cách hai cánh khoảng - lần đường kính cánh xoắn Khi thi công hồ, dùng máy thủy lực thiết bị nôi đê truyền mô men xoan qua kelly liên kết với đầu neo Hĩnh Hệ thống neo nhà máy điện mặt trời nối Cơ SỞ TÍNH TOÁN KÉT CẤU NEO Hệ thống neo nhà máy điện mặt trời nối sử dụng loại neo cánh xoắn neo bê tông phụ thuộc vào yêu cầu cơng trình kết khảo sát địa hình, địa chất Neo cánh xoắn sử dụng rộng rãi ngành xây dựng, giao thông Trên giới, neo ứng dụng nhà máy điện mặt trời Ở Việt Nam, Viện Nghiên cứu Cơ khí đưa vào ứng dụng 2.1 Phương pháp tính tốn kết cấu neo Tính tốn tải trọng kéo nén tới hạn neo cho phép xác định đặc tính định dạng neo (đường kính cánh xoắn, khoảng cách cánh, chiều dài neo, đường kính trục neo ) Hai phương pháp tính phương pháp cắt hình trụ phương pháp chịu lực đơn lẻ dựa sức bền tính đất ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 292, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỒI Phương pháp tính tốn dự báo mơ men xoắn lắp đặt dựa tải trọng hệ số thực nghiệm Các kiểm nghiệm kéo, uốn, xoắn dựa tải trọng mô men neo 2.2 Tính tốn tải trọng tói hạn neo theo phương pháp cắt hình trụ Phương pháp dựa giả thuyết ràng trạng thái neo xoắn trung gian phần đất chèn xung quanh neo phần đất mở rộng xung quanh Tổng tải trọng neo (Qt) bao gồm tải trọng nén đất phía cánh (Qlt), lực cản cắt hình trụ khối đất cánh xoắn (Q2) lực càn ma sát/bám dính dọc theo phần trục neo phía cánh xoắn (Q3) Lực cản kéo xác định sau ([1], [2]): Trong đó: A : Diện tích bề mặt trụ cắt cánh xoan (Acs = 7tDaLh); D : Đường kính trung bình bê mặt trụ cắt, với Da= (Db + Dt)/2; Db: Đường kính cánh xoăn cùng; Dt: Đường kính cánh xoắn cùng; Lh: Khoảng cách cánh xoắn; s„: Độ bền cắt đất II »0 MI* W • I t Qi ' ■ I I M í F t I Ị Qu Q, = A,tv (cN„c + ơ'VNq7) + AS,, + 7iDss LO csu = Qlt+Q2 + Q3 (1) Tải trọng nén đất phía cánh xoan cùng: Qlt = At(cN+ơ'vNq) (2) I Q: I f Trong đó: A: Diện tích cánh xoắn cùng; c: Lực dính kết đất; N,: Hệ số chịu tải lực bám dính; ơ’: ứng suất dọc thực tế, xác định: ơ'v = H X Ym (H^ Chiều sâu cánh thứ nhất; Y : Khối lượng riêng đất); Nq: Hệ số chịu tải lóp đất phủ bên Lực cản cắt hình trụ khối đất cánh xoắn: Q ^2 = A cs S u (3) Hình Sơ đồ phương pháp cắt hình trụ Lực cản ma sát/bám dính dọc theo phần trục neo phía cánh xoắn cùng: Q3 = 7TDLQS (4) Trong đó: Ds: Đường kính ngồi trục neo; Ls: Chiều dài trục phía cánh tiếp xúc với đất; ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 292, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỔI Q : Lực cản trục, xác định: Q = a X su ([3]); a: Hệ số bám dính trục, a = 0,21 + 0,26x(Pa/Su) < ([3]); Pa: Áp suất khí Qs: Lực cản trục, xác định: Qs = a X Su (theo công thức (4)) ằQi Thơng thường, bỏ qua hồn tồn thành phần lực bám dính/ma sát trục đặc, * trục thường có diện tích be mặt nhỏ Đối với trục rồng, thường có diện tích bề mặt lớn hon, lực cản bám dính/ma sát trục phần đáng kê cùa tổng lực cản ’ X _ X Phương pháp chịu lực riêng lẻ dựa giả thuyết mồi cánh xoắn neo hoạt động độc lập đất Tải trọng tới hạn neo tổng lực cản lên cánh xoắn riêng lẻ lực cản ma sát/bám dính dọc theo phần trục neo phía cánh xoắn Lực cản ma sát/bám dính phần đáng kê bỏ qua tùy thuộc vào kích thước trục neo Tổng tải trọng xác định sau([l], [2]): Trong đó: Ahi: Diện tích hình chiếu cánh xoắn thứ i lên mặt phăng ngang; c: Lực dính kết đất; Nc: Hệ số chịu tải lực bám dính; ơ'vj: ửng suất dọc thực tế, xác định: ơ'vi= Hị X Ym (H.: Chiều sâu cánh thứ i; ym: Khối lượng riêng đất); Nq: Hệ số chịu tải lớp đất phủ bên trên; Ds: Đường kính ngồi cùa trục neo; Ls: Chiều dài trục phía cánh tiếp xúc với đất; Mfcdft ” » t1 I í t ịj • » t 2.3 Tính tốn tải trọng tói hạn neo theo phương pháp chịu lực riêng lẻ Q = S[A (cNc + ơ'viN )] + JIDLO (5) ^-t L hl X s s^s X rj“T Hl J «0*4 t ’ ’ M.íl' M 1j I ỉ 1,1 ỉ 1_Ị it * ’ • f • ĩ Ĩ *t r" ri T Hĩnh Sơ đồ phương pháp chịu lực riêng lẻ 2.4 Tính tốn mơ men lắp đặt neo Ngun lý tính tốn mơ men lắp đặt neo neo lấp đặt vào đất, lực cản dọc trục sinh trình lắp đặt tăng lên mơ men lắp đặt tăng dần lên Phương pháp công cụ xác thực đơn giản để dự báo mô men lắp đặt neo cánh xoắn Mối liên hệ mô men lắp đặt neo lực cản (tải trọng) thể qua công thức với hệ số thực nghiệm Knhư sau ([4]): Q ^-t = Kt,xTe, ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 292, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn (6) NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỒI Trong đó: Qt: Tải trọng (N); Te: Mô men lắp đặt (N.m); K: Hệ số thực nghiệm (m-1) Trong đó: M : Mơ men xoắn trục neo; w,: Mô men cản xoắn; [ĩ]: ứng suất xoắn cho phép Giá trị hệ số thực nghiệm K khuyến nghị Kt = 33 m-1 trục vuông trục trịn neo cánh xoắn với đường kính nhỏ 89 mm, Kt = 23 nr1 trục trịn đường kính trục trịn 89 mm, Kt = 9,8 nr1 trục trịn đường kính trục trịn 219 mm Giá trị Kt khơng phải số, nằm dải từ 10 đến 66 m'1, phụ thuộc vào điều kiện đất, kích thước hình dạng trục, chiều dày cánh xoắn ứng dụng (kéo KÉT QUẢ ỦNG DỤNG TRONG THựC TIỀN 3.1 Tính tốn thử nghiệm neo cánh xoắn đất cát Tính tốn neo cánh xoắn lắp đặt đất cát, chịu tải trọng * Các thông số neo: nén) neo 2.5 Tính tốn kiểm bền neo * Kiếm tra độ bền kéo trục neo cánh xoăn [5]: = N/F * Tính mô men lắp neo: Te = Q/Kt = 195,42 kG.m (chọn hệ số Kt = 33 nr1) (9) ISSN 2615-9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 292, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAOĐỎI * Kiểm nghiệm trục neo: 3.2 Tính tốn neo cánh xoắn ứng dụng thực tiễn nhà máy điện mặt trịi noi Trong q trình làm việc thực tế, dây neo nghiêng góc a = 30° so với mặt phang nằm ngang Tải trọng yêu cầu tấn, đó: - Lực kéo theo phương thẳng đứng Ft = Tính tốn neo cánh xoắn lắp đặt đáy hồ cho nhà máy điện mặt trời, chịu tải trọng theo phương xiên 30° so với mặt phăng năm ngang 3000 X sin 30° = 1500 kG; * Các thông số bàn neo: - Lực theo phương ngang (lực gây uốn) F2 = 3000 X cos 30° = 2598,1 kG; - Mô men uốn tác dụng lên neo: Mu = F,X = 259,8 (kG.m); Khoảng chìa lên mặt đất neo = o,lm; - Kiểm nghiệm độ bền kéo (7), ta có: = 7,5 Mpa < [ơk] = 185 Mpa (đảm bảo đủ bên); Chọn neo có đường kính cánh xoắn ộ400mm, chiều dày 8mm (thép SS400 - J1S G3101:2010); khoảng cách hai cánh h = 750mm; chiều dài toàn neo L = 3100mm; trục neo ống rồng có đường kính Ds = 76mm, dày 6mm (thép SS400 - JIS G 3452:2014) * Đối với đất: c = 0,2 kG/cm2; Ỵm = 2,7 g/cm3; góc ma sát (p = 17,32° - Kiếm nghiệm độ bên uôn (8): = 207,7 Mpa < [ơj = 220 Mpa (đảm bảo đủ bền); - Kiểm nghiệm độ bền xoắn (9): T = T/Wt = 78,11 Mpa Hình Neo cánh xoắn thử nghiệm * Hình ảnh thử tải thực tế: * Tính mơ men lắp neo: Te = Q/Kt = 578,8 kG.m (chọn hệ số Kt= 33 m1) * Kiểm nghiệm trục neo: Dây neo nghiêng góc 30° so với mặt phẳng nằm ngang Các lực tác dụng lên neo: Hĩnh Thử tải neo cánh xoăn thử nghiệm - Lực kéo theo phương thẳng đứng F1 = 3000 X sin 30°= 1500 kG; ISSN 2615 - 9910 (bản in), ISSN 2815 - 5505 (online) 10 TẠP CHÍ Cơ KHÍ VIỆT NAM, số 292, tháng năm 2022 cokhivietnam.vn / tapchicokhi.com.vn NGHIÊN CỨU-TRAO ĐỒI - Lực theo phương ngang (lực gây uốn) F2= 3000 X cos 30°= 2598,1 kG; - Mô men uốn tác dụng lên neo: Mu = F2 X1 = 259,8 (kG.m); Khoảng chìa lên mặt đất neo = o,lm - Kiếm nghiệm độ bền kéo theo (7), ta có: = 11,15 Mpa < [ơk] = 235 Mpa (đảm bảo đủ bền) - Kiểm nghiệm độ bền uốn (8): = 199,2 Mpa < [ơu] = 230 Mpa (đảm bảo đủ bền); Hỉnh Neo cánh xoắn ứng dụng nhà máy điện mặt trời nối - Kiểm nghiệm độ bền xoắn (9): T = T/ W =221,9 Mpa < [r] = 250 Mpa (đảm bảo đù bên) Hình ảnh thử tải thực tế: Hình Thử tải neo nhà máy điện mặt trời định tính thực tiền đắn áp dụng neo cánh xoắn lình vực Hơn nữa, thuận lợi cua neo cánh xoan lắp đặt điều kiện thời tiết Lắp đặt không cần đào, không tạo rác, không tạo lực tác động rung động, mà sử dụng chúng giảm thiểu rủi ro thiệt hại kết cấu bên cạnh từ di chuyển đất Chúng sẵn sàng sử dụng sau lắp đặt Cũng việc lắp đặt neo nhanh, khả lắp đặt tới 40 neo ngày Vì vậy, việc áp dụng neo cánh xoắn phù hợp thuận tiện hệ thống neo nhà máy điện mặt trời có điều kiện địa chất thích họp.