PHƯƠNG PHÁP ĐO BÓC KHỐI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

PHƯƠNG PHÁP ĐO BÓC KHỐI XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

TRƯỜ NG ĐẠI HỌC BÁ CH KHOA ĐÀNẴ NG GIÁO TRÌNH TUABIN THỦY LỰC Tháng 11-2010 L I NĨI Đ U Để đáp ng nhu cầu học tập Thuỷ điện c a sinh viên khoa Xây dựng Thuỷ lợi - Thuỷ điện thuộc Tr ng Đ i học Bách khoa Đà Nẵng giai đo n mới, biên so n giáo trình "Turbine thuỷ lực - thiết bị thuỷ lực Cơng trình trạm Thuỷ điện" (là giáo trình mơn học Thuỷ điện 2) Giáo trình đ ợc biên so n theo nội dung "Đề c ng môn học Thuỷ điện" đ ợc nhà tr ng phê duyệt năm 2005 Giáo trình Thuỷ điện g m 17 ch ng, đ ợc trình bày hai phần lớn: phần I (thiết bị thuỷ điện) phần II (cơng trình Thuỷ điện): Phần I - "Turbine thuỷ lực - thiết bị thuỷ lực" c a tr m thuỷ điện, g m ch ng (từ ch ng I đến ch ng VIII) Phần dùng để gi ng với 20 tiết lớp, nội dung tìm hiểu: turbine thuỷ lực, thiết bị điều t c, thiết bị phụ hệ th ng thiết bị phụ thuỷ lực cấu t o, tính ho t động nh lựa chọn, tính tốn xác định thơng s c b n kích th ớc c a thiết bị đ phục vụ cho thiết kế tr m thuỷ điện Phần II - "Công trình trạm thuỷ điện", g m ch ng dùng để gi ng 40 tiết lớp, thuộc hai phần: Phần IIa -"Các cơng trình thuộc tuyến lượng" với ch ng (từ ch ng IX đến ch ng XV), bao g m cơng trình thuộc tuyến l ợng: cửa lấy n ớc, bể lắng cát, công trình dẫn n ớc, bể áp lực, đ ng ng turbine, bu ng điều áp Nội dung trình bày cấu t o nh tính tốn xác định kích th ớc cơng trình thơng qua tính tốn thuỷ lực tính tốn dịng khơng n định c a chúng Phần IIb - "Nhà máy thuỷ điện", g m ch ng XVI XVII, nội dung trình bày lo i nhà máy thuỷ điện s thiết bị c điện c a chúng, cách b trí, xác định kích th ớc nhà máy, tính tốn n định tính kết cấu phần d ới n ớc c a nhà máy Giáo trình đề cập đầy đ nội dung chuyên môn c a môn học Th y điện 2, đáp ng 60 tiết gi ng lớp cịn dùng tham kh o thêm sau sinh viên tr ng tham gia vào lĩnh vực thiết kế cơng trình thuỷ điện gặp ph i Trong trình biên so n giáo trình, kh có h n khơng tránh kh i thiếu sót, mong nhận đ ợc nhiều ý kiến đóng góp c a đ ng nghiệp b n đọc để sửa chữa cho t t h n Tháng - 2006 Tác gi Ph n I TURBINE TH Y L C & CÁC THI T B TH Y L C C A TTĐ Turbine th y lực lo i động c ch y s c n ớc, nhận l ợng dịng n ớc để quay kéo rơ to máy phát điện quay theo để t o dòng điện T hợp turbine th y lực máy phát điện gọi "T máy phát điện th y lực" phần nghiên c u turbine th y lực, thiết bị điều t c giới thiệu s hệ th ng thiết bị th y lực có liên quan Ch ng I KHÁI NI M CHUNG V TURBINE TH Y L C I PHÂN LO I TURBINE TH Y L C C A TR M TH Y ĐI N Trong trình đấu tranh sinh t n c i t o giới tự nhiên, loài ng i sớm biết sử dụng động c th y lực: từ bánh xe n ớc dùng vào việc kéo máy xay xát nông s n đến phát triển chúng lên thành turbin thuỷ lực đ i kéo máy phát điện để s n xuất điện ngày Để sử dụng cách có hiệu qu l ợng dòng n ớc đặc tr ng b i t hợp cột n ớc l u l ợng khác cần ph i có đ lo i turbine khác cấu t o, kích th ớc nh trình làm việc c a chúng Dựa vào việc sử dụng d ng l ợng c cấu bánh xe công tác (BXCT) c a turbine ng i ta chia turbine th y lực làm hai lo i: turbine xung kích turbine ph n kích Trong lo i l i chia hệ kiểu turbine Viết ph ng trình Becnully cho cửa vào (chỉ s 1) cửa (chỉ s 2) c a bánh xe cơng tác turbine, ta có l ợng viết cho đ n vị trọng l ợng n ớc nh sau: α1 V12 − α V22 p1 − p + H = (Z1 - Z2) + 2g γ Z1-Z2 : thành phần l ợng chênh lệch vị trí t o ra, gọi vị năng; p1 − p : áp năng; gộp vị áp thành ( T ) γ α1 V12 − α V22 : động ( Đ ) 2g Từ thành phần l ợng ta có loại turbine thuỷ lực sau: * Turbine sử dụng phần động để làm quay BXCT gọi lo i turbine xung kích Lo i cịn gọi turbine dịng ch y khơng áp dịng ch y mơi tr ng khí nên chuyển động c a dịng tia cánh BXCT chuyển động khơng áp, áp suất cửa vào cửa nh áp suất khí tr i Turbine xung kích đuợc chia hệ sau: + Hệ turbine xung kích gáo (turbine Penton); + Hệ turbine xung kích kiểu phun xiên; + Hệ turbine xung kích hai lần (turbine Banki) * Turbine sử dụng c động năng, phần ch yếu gọi lo i turbine phản kích Lo i cịn gọi turbine dịng ch y có áp, áp lực dòng ch y cửa vào c a BXCT lớn h n áp lực cửa c a Dịng ch y qua TB dịng liên tục điền đầy n ớc toàn máng cánh Lo i đ ợc chia hệ sau: + Hệ TB xuyên tâm hướng trục ( gọi tắt là turbine tâm trục, hay Franxis); + Hệ TB hướng trục ( g m turbine cánh qu t turbine cánh quay ); + Hệ TB hướng chéo; + Hệ TB dòng ( g m turbine dòng nửa thẳng turbine dòng thẳng ); + Hệ TB thuận nghịch ( làm việc theo hai chế độ: máy b m turbine) I TURBINE XUNG KÍCH Nh nói, turbine xung kích lo i sử dụng phần động c a dòng ch y lo i turbine này, dòng n ớc sau kh i vịi phun tồn l ợng dịng ch y biến thành động để đẩy bánh xe cơng tác Vì ch y mơi tr ng khí nên chuyển động c a dòng tia cánh bánh xe công tác (BXCT) chuyển động không áp hay gọi dòng tia tự Sau nghiên c u cụ thể hệ c a turbine xung kích: I Turbine xung kích gáo ( cịn g i turbine Penton ) Turbine ng i Mỹ tên Penton đ a năm 1880 nên gọi turbine Penton Quá trình ho t động c a turbine gáo nh sau (xem hình 1-1): n ớc từ th ợng l u theo ng áp lực ch y qua vòi phun ( l u l ợng đ ợc điều chỉnh tr ớc phóng vào cánh BXCT nh van kim 7), r i phóng vào cánh d ng gáo c a turbine, làm quay BXCT kéo theo trục turbine quay, n ớc đập vào cánh gáo bị bắn hai phía đ ợc v c a turbine gom l i dẫn hầm x để tháo h l u c a nhà máy Hình 1-1 Turbine xung kích gáo Sau xem xét cấu t o tác dụng phận c a turbine gáo (hình 1-2) Vịi phun nhận n ớc từ ng áp lực biến tồn l ợng dịng n ớc thành động tr ớc đ a vào BXCT điều chỉnh l u l ợng vào turbine nh dịch chuyển qua l i c a van kim đặt bên (hình 1-2,a) Turbine gáo cột n ớc cao ng áp lực dài cịn có phận tách dịng để h ớng phần hay tồn tia n ớc không cho vào BXCT để tránh t ợng n ớc va x y lớn đóng nhanh van kim c a Bộ phận làm việc cắt gi m phụ t i máy phát điện Khi phụ t i gi m, van kim cần ph i nhanh chóng đóng bớt độ m để gi m l u l ợng thich hợp, nhiên van đóng q nhanh vịi phun xuất áp lực n ớc va lớn làm bể vòi phun Để gi m trị s áp lực n ớc va, lúc máy điều t c nhanh chóng nhấc thiết bị tách dịng lên ngắt bớt phần l u l ợng thừa kh i cánh gáo Nh l u l ợng vào BXCT gi m theo yêu cầu gi m t i mà van kim ph i đóng từ từ Sự ph i hợp dịch chuyển van kim thiết bị tách dòng liên hợp với nh c cấu liên hợp máy điều t c (xem ch ng VII -Thiết bị điều t c c a turbine thuỷ lực) Hình 1-2 Các phận c a turbine gáo Bánh xe công tác c a turbine gáo ( hình 1-1 1-2b,c ) g m có đĩa chu vi đĩa có gắn cánh d ng gáo (nên gọi gáo) Phụ thuộc vào cột n ớc mà s gáo có từ 14÷60 cánh BXCT kh i liền cánh gáo đĩa đ ợc đúc thành kh i, không ph i kh i liền cánh gáo đ ợc đúc riêng đ ợc gắn lên đĩa bu lơng hàn Chính cánh gáo có gân chia gáo làm hai phần để chia tia n ớc tác động vào gáo thành hai phần hai h ớng bắn hai bên Đuôi d ới c a cánh gáo đ ợc khoét hõm tia n ớc xuyên qua hõm c a cánh tr ớc đập thẳng vào cánh gáo thẳng góc (theo chiều quay) làm tăng cánh tay địn c a mơmen quay tránh mơmen ng ợc c a tia n ớc vào phía sau gáo nằm phía tr ớc V turbine có nhiệm vụ không cho n ớc từ bu ng BXCT bắn ngồi gian máy V ph i có kích th ớc hình dáng để h ng n ớc từ gáo xu ng hầm x mà không r i ng ợc tr l i phía sau gáo làm c n tr việc quay c a BXCT Điều quan trọng đ i với turbine gáo trục đ ng có nhiều vịi phun Hầm x có nhiệm vụ tập trung n ớc sau kh i BXCT l i để dẫn h l u Mực n ớc hầm x ph i b o đ m thấp h n cao trình thấp c a BXCT kho ng đó, th ng đ ng kính D1 đặt cao h n m c n ớc hầm x Lo i trục ngang th ng có cơng suất bé có từ đến hai vịi phun cho BXCT (hình 1-1,b), s l ợng bánh xe công tác trục th ng nh h n ba Lo i trục đ ng có s vòi phun nhiều h n, th ng hai đến sáu vịi, đ ợc b trí chung quanh BXCT Hình 1-3 biểu thị turbine gáo trục đ ng có sáu vịi phun Mặt đ ng Mặt Hình 1-3 Turbine gáo trục đ ng nhiều vòi phun Turbine gáo sử dụng động để quay cần t o nên vận t c dòng phun lớn để tăng công suất turbine, măt khác kết cấu BXCT vững turbine đ ợc sử dụng với cột n ớc cao l u l ợng nh Turbine gáo lo i lớn có ph m vi sử dụng cột n ớc từ 200÷2000m h n nữa, turbine gáo lo i nh từ 40÷250m Trục turbine gáo đ ng (hình 1-3) ngang Tr m TĐ Bôgôta Côlombia đ t đến cột n ớc cao H = 2000m, công suất lắp máy N = 500 MW Tr m Raisec Úc có cột n ớc H = 1767m N ớc ta có tr m H = 500÷800m nh Vĩnh S n Đa Nhim, sử dụng hệ turbine xung kích gáo I 2 Turbine xung kích hai l n ( turbine Banki ) Turbine xung kích hai lần có ph m vi sử dụng cột n ớc từ 6÷150m, th ng từ 10÷60m Kết cấu c a đ n gi n (hình1-4), dễ chế t o nên đ ợc sử dụng rộng rãi tr m th y điện nh có l u l ợng bé, cột n ớc vừa, trục th ng nằm ngang Hình 1-4 Turbine xung kích lần Turbine g m có vịi phun tiết diện hình chữ nhật đ ợc n i liền với đo n ng chuyển tiếp Vòi có c cấu điều chỉnh l u l ợng g m van phẳng gắn với trục điều khiển có tay quay vơ lăng Khi vơ lăng quay, trục điều chỉnh tịnh tiến phía tr ớc phía sau làm cho tiết diện c a vịi phun thay đ i, nên l u l ợng vào turbine đ ợc thay đ i theo Bánh xe công tác g m cánh cong đ ợc gắn đĩa 6, s cánh từ 12÷48 Trục turbine xuyên qua bánh xe công tác gắn chặt với đĩa then V (bu ng) dùng để chắn không cho n ớc từ BXCT bắn ngồi Hầm x có nhiệm vụ dẫn n ớc h l u Hình dáng BXCT turbine xung kích hai lần gần gi ng l ng sóc Dịng n ớc từ vịi phun tác dụng vào cánh phía (nhận kho ng chừng 80% l ợng c a dòng n ớc) đẩy BXCT lần th nhất, xong l i vào kho ng tr ng BXCT r i l i tác dụng lần th hai vào cánh tr ớc kh i bánh xe công tác (nhận thêm 20÷30% phần l ợng cịn l i) Cũng ta gọi turbine xung kích hai lần Hiệu suất c a lo i turbine tùy thuộc vào s cánh c a BXCT vào kho ng 80÷85% u điểm c b n c a turbine xung kích hai lần chọn đ ng kính BXCT s vịng quay turbine ph m vi rộng mà không phụ thuộc vào l u l ợng, b i l u l ợng khơng phụ thuộc vào đ ng kính mà phụ thuộc vào chiều rộng BXCT Nh chế t o turbine với đ ng kính bé để có vịng quay lớn, gi m giá thành chế t o turbine t máy th y lực I Turbine xung kích phun xiên Turbine xung kích phun xiên (hình 1-5) có hình d ng gi ng turbine gáo khác kết cấu BXCT h ớng c a tia n ớc vào BXCT Tia n ớc bắn vào BXCT không trực giao với cánh mà làm với cánh góc α, nh làm vành ghép mép ngồi c a BXCT nên đ n gi n hóa đ ợc cách ghép cánh vào đĩa Hình d ng cánh lo i dễ chế t o h n Nó cho phép gia công hàng lo t cách đập Turbine tia nghiêng đ ợc sử dụng rộng rãi, đ ợc sử dụng TTĐ nh có cột n ớc vào kho ng H = 30÷400m Hình 1-5 Turbine xung kích phun xiên I TURBINE PH N KÍCH Turbine ph n kích lo i sử dụng phần phần động c a dịng n ớc Bánh xe cơng tác c a làm việc mơi tr ng chất l ng liên tục áp lực n ớc phía tr ớc bánh xe cơng tác lớn h n phía sau c a Khi ch y qua rãnh t o b i bề mặt cong c a cánh, dòng n ớc thay đ i h ớng tác dụng lên cánh làm quay BXCT Dựa vào h ớng c a dòng n ớc cửa vào cửa BXCT ng i ta chia turbine làm hệ: tâm trục, h ớng trục, cánh chéo, turbine dịng, thuận nghịch Hình 1-6 Các phận c a turbine ph n kích Xét mặt cấu t o, bất c hệ turbine ph n kích g m phận sau: bu ng turbine 1, vịng bệ 2, c cấu h ớng dòng 3, BXCT 4, bu ng BXCT 5, ng x 6, trục trục thiết bị phụ c a chúng (hình 1-6) Sáu phận đầu hình thành phận qua n ớc c a turbine, trục trục phận kết cấu có nhiệm vụ tiếp nhận truyền mơ men quay từ BXCT đến rôto c a máy phát điện Trong phận qua n ớc BXCT phận trực tiếp biến đ i th y thành c chuyển động quay Bộ phận c cấu h ớng n ớc có tác dụng thay đ i trị s l u l ợng h ớng dòng ch y tr ớc vào BXCT, ng x đ ợc dùng để tháo n ớc từ BXCT h l u Sau lần l ợt xem xét phận c a turbine ph n kích, hệ turbine khác ch yếu bánh xe cơng tác cịn phận khác nhìn chung gi ng Việc phân lo i TB ph n kích dựa vào h ớng dịng n ớc vào kh i BXCT I Bánh xe công tác c a turbine tâm tr c (turbine Franxis ) Turbine tâm trục (xem hình 1-7) hệ TB ph n kích đ ợc sử dụng rộng rãi Chất l ng từ bu ng qua cánh h ớng dòng vào cửa vào cánh BXCT theo h ớng xuyên tâm r i chuyển chuyển h ớng 900 kh i BXCT để vào ng x theo h ớng dọc trục Do gọi turbine tâm trục Turbine kỹ s ng i Pháp tên Franxis hoàn chỉnh năm 1849 nên cịn gọi turbine Franxis Hình 1-7 Bánh xe công tác c a turbine tâm trục BXCT c a turbine tâm trục g m có vành 14 vành d ới 13, cánh có d ng cong khơng gian ba chiều gắn chặt vào hai vành S cánh từ 12 đến 22 cánh, th ng 14 đến 18 cánh Th ng BXCT đ ợc đúc liền thành kh i, tr ng hợp bị điều kiện vận chuyển h n chế chế t o BXCT thành phần, lắp ráp dùng bulông ghép vành đai ghép nóng vành d ới c a phần l i hàn II Tính tốn k t c u bu ng xo n Tính tốn k t c u bu ng xo n đa giác b ng bêtơng c t thép Tính tốn kết cấu bu ng xoắn bêtơng đa giác theo hai ph ng pháp sau: a - Tính theo phương pháp v Hình 17-9 Cấu t o bu ng xoắn đa giác bêtơng c t thép Về kết cấu gần chía bu ng xoắn làm ba phần để tính: - Phần sàn: có l kht (vùng vòng bệ), quy ớc vành; - Phần th ợng l u: trụ (t ng áp lực nhà máy); - Phần t ng xoắn h l u, có hai d ng: t ng phẳng dày t ng cong m ng a1 Tính kết cấu sàn (hình 17-10,a) Thực tế sàn có d ng vành khăn méo, để tiện tính tốn ng i ta quy hình trịn Vành ngồi sàn coi nh đ ợc ngàm xung quanh, cịn vành coi nh ngàm tự tuỳ theo liên kết với vòng bệ T i trọng lên sàn g m g m có: - Trọng l ợng b n thân sàn áp lực n ớc phân ph i (q); - T i trọng tập trung trọng l ợng bệ máy phát t i trọng từ bệ máy truyền tới, chúng đ ợc đặt t i c nh c a vành khăn (P); - Mômen bệ máy pháy ngăn c n chuyển vị xoay c a mép sàn (M) Hình 17-10 Các s đ tính kết cấu phần bu ng xoắn đa giác bêtông Theo lý thuyết vành khăn có mép tự tỳ đ ợc lập b ng tính sẵn a2 - Tính kết cấu tường hạ lưu bu ng xoắn : - Tính tr ng hợp t ng phẳng dày (hình 17-9,a) có độ dày thay đ i chiều cao không gi ng nhau, cần tính phần m ng (abcd) tính nh ngàm b n c nh, chịu t i trọng chịu t i trọng n ớc hình thang bên Độ dài c a 291 mặt hai đ ng tiếp tuyến với đ ng cong bu ng xoắn t o với s n bên góc 45O, có thẻ lấy độ dài ab = 0,4 L - Tính tr ng hợp t ng h l u cong có bề dày δ = const với bán kính R (hình 17-9,b) Điều kiện coi t ng m ng δ/R < 0,2 Để tính t ng ng i ta đ a t ng kết câu nửa trụ trịn (hình 17-10,b) ngàm bơn phía, coi tập hợp c a nhiều thẳng đ ng có hai đầu ngàm Để kể đến tính làm việc có ràng buộc ng i ta đ a vào vào đai đàn h i có bề rộng H/2 t o nên lực kéo pK để liên kết chịu lực đ ng Thanh đ ng chịu áp lực n ớc bên q1 q2 pK ( q1 + H) H Ng i ta gi i đ ợc lực kéo theo công th c: p k = 64 R δ + 1,625 H tính đ ợc mơmen u n t i hai đầu ngàm A B theo công th c sau: 11 H2 (5 q1 + 2H ) − MA = H pk 192 60 11 H2 (5 q1 + 3H ) − (17-23) MB = H pk 192 60 H2 ( q1 + H ) − H pk M g.nhip = 192 48 P P a3 - Tính kết cấu tường bên thượng lưu: (hình 17-9,a 17-10,c) T ng bên th ợng l u bu ng xoắn chia hai đo n (hình 17-9,a): - Đo n từ t ng áp lực h l u bu ng xoắn lấy 0,75 H (đo n mnop) coi ngàm ba c nh (với mặt sàn, với mặt d ới móng, vớí mặt phía tu ng h l u bu ng xoắn) - Đo n từ mp tr th ợng l u (là trụ van) đ ợc coi ngàm hai c nh (c nh c nh d ới) Tính ngàm ba c nh (hình 17-10,c), ng i ta lập cơng th c, hệ s tra b ng: M x = (0,75H) ( α x q1 + α 'x q ) (17-24) M y = H ( α y q1 + α 'y q ) R = ( 0,75H) ( β q + β ' q ) Các hệ s α, β công th c hệ s mômen lực cắt tra b ng b - Tính theo phương pháp giá khung: Ph ng pháp v tính xác h n, nhiên đ ợc áp dụng đ m b o m ng, sàn kết cấu quy ớc ch thật khơng trịn, kết qu tính tốn khơng tiết kiệm h n ph ng pháp kết cấu Do có thê tính theo ph ng pháp giá khung cách cắt qua tim t ng bu ng xoắn 1m dài đ a toán khung phẳng dùng c học kết cấu để tính, có thiên an tồn nh ng đ n gi n 292 Hình 17-11 S đ tính bu ng xoắn thép ph ng pháp giá khung Bu ng xoắn th ng tỳ vào vòng bệ turbine nên coi nh g i tựa đ n, đáy bu ng xoắn đúc với kh i bêtông d ới nên coi nh ngàm (hình 17-11,a,b) Khi tính giá khung ta cắt 1m dài trục bu ng xoắn Chiều dài ngang đ ng c a khung đ ợc chọn theo độ dày t ng đ i c a bêtông: - Khi H/δ > coi khung m ng chọn khung có kích th ớc: H x L; - Khi H/δ < coi khung dày chọn khung có kích th ớc : h x l để tính Tải trọng tác dụng lên giá khung g m có: - Trọng l ợng b n thân bệ máy bên truyền xu ng: N = ΣGi, đ a tim vịng bệ nên có mơmen M dịch vị trí dặt t i trọng; - T i trọng truyền từ bệ máy phát (g m: t i trọng đ ng Ag mômen d i lực tim vành bệ Mg, ý đ a t i trọng động tỉnh t i cách nhân với hệ s động) - Trọng luợng sàn bu ng xoắn ng i l i sàn: q; - Trọng l ợng đ ng c a giá khung: Q; - Apa lực n ớc bên bu ng xoắn, có kể n ớc va; - ng lực nhiệt độ co ngót bêtơng (tính riêng) Các trường hợp tính tốn: - Tr ng hợp vận hành bình th ng: với mực n ớc th ợng l u MNDBT; - Tr ng hợp đặc biệt: bu ng xoắn có n ớc nh ng thiết bị bên tháo đ a sửa chữa, gây kéo mép bu ng xoắn; bu ng xoắn tháo c n n ớc đê sửa chữa -Tr ng hợp có n ớc va thuỷ lực cắt b tồn phụ t i Tính k t c u bu ng xo n kim lo i m t c t tròn Kh sử dụng chịu lực c a bu ng xoắn kim lo i tròn là: - Bu ng thép chịu áp lực n ớc bên trong, bêtơng bên ngồi chịu t i trọng ngồi; - Bu ng thép không chịu áp lực n ớc (thép dầy 8-10 mm) mà bêtông chịu c ; - Bu ng thép bêtông tham gia chịu áp lực n ớc bên 293 Hình 17-11* Các s đ tính két cấu bu ng xoắn kim lo i a - Tính bu ng xoắn bêtơng thơng thường Do bu ng xoắn thép chịu toàn áp lực n ớc bên trong, nên phần bêtông chịu t i trọng bên ngồi Giữa phần tiếp giáp bêtơng thép ng i ta đặt lớp đàn h i dày từ đến 4cm để bu ng xoắn thép tự biến d ng không nh h ng đến lớp bêtơng bọc ngồi (hình 17-11,a) Chỉ cần tính tốn ớp bêtông c thép từ tâm bu ng xoắn tr lên, ớp d ới liên kết thành kh i nên khơng cần tính Ta chọn s đ lực theo ph ng pháp giá khung dùng ph ng pháp c học kết cấu để tính (hình 17-11,a) b - Tính bu ng xoắn trịn v khơng chịu áp lực nước mà bêtông chịu: Tr ng hợp v thép lấy bề dày từ đến 10 mm để ch ng thấm Phần bêtông bao quanh phần chịu áp lực n ớc bên Để tính diện tích c t thép cho vịng bêtơng tr ớc hết ta coi nh v thép chịu áp lực n ớc, dựa vào cơng th c tính ng suất pháp ng suất tiếp cho v thép chịu lực tính chiều dày v thép vùng ba điểm vùng đặc tr ng K, H M (hình 17-11,b): p ρ ( R + r ) δK = σ c r p ρ ( R + ρ ) (17-24) δM = σ c 2.( R + ρ ) p ρ δH = σc Sau thay chiều dày v thép diện tích c t thép vịng c a vịng bêtơng bên ngồi 1mét dài, vùng t ng ng, ta có: 100 p ρ ( R + r ) FK = r σa 100 p ρ ( R + ρ ) (17-25) FM = σ a 2.( R + ρ ) 100 p ρ FH = σa Diện tích c t thép dọc c a vịng bêtơng mét chu vi chịu ng suất tiếp: 100 p ρ (17-26) F doc = σ a Trong công th c trên: p - áp lực n ớc bên có kể áp lực n ớc va; ρ - bán kính c a mặt cắt ng; R - kho ng cách từ trục turbine đến trung tâm mặt cắt tính tốn; r - bán kính vịng bệ; σ a - ng suất cho phép c a côt thép; σ c ng suất 294 phép c a thép làm ng c - Tính bu ng xoắn áo thép bêtông tham gia chịu lực: Tr ng hợp áp lực n ớc phân chia cho áo thép chịu áp lực n ớc pC l i bêtơng chịu (p - pC) Trên c s xác định chiều dày ố thép tính diện tích c t thép vịng bêtơng Dùng cơng th c phần b nh ng thay p b i (p - pC) Cần ý cần tính kết cấu thêm với trọng l ợng b n thân bu ng xoắn, t i trọng ngồi (tr ng hợp thi cơng có nh h ng dến độ bền c a bu ng xoắn) III Tính tốn k t c u ng x Tính tốn kết cấu ng x th ng với b n phần sau (hình 17-12,a) - Kh i chóp d ới bu ng xoắn (là đo n nón cụt c a ng x ); - Đo n cong từ mặt cắt qua tim đo n cong đến đầu trụ van giữa; - Dầm sâu (nằm bên d ới t ng áp lực c a bu ng xoắn); - Đo n khuếch tán c a ng x Tính tốn k t c u kh i chóp Kh i chóp c a x kết cấu có độ dày thay đ i từ ( δ1 ) xu ng d ới ( δ ), mặt phẳng, mặt d ới xoáy c Để đ n gi n tính tốn ta đ a chóp d ng trụ (hình 17-12,b) có chiều cao H (lấy chỗ cao nhất) với bán kính trụ lấy trung bình R1 R2 bề dày lấy trung bình δ1 δ Để tính tốn ta cắt mét dài theo chu vi trụ coi nh dầm có đầu d ới ngàm, đầu tựa (hoặc tự do) vào vòng bệ turbine S đ lực t i trọng xem (hình 17-12,b) Hình 17-12 Các s đ tính đo n chóp đo n cong c a ng x a - Các tải trọng tính tốn g m: - T i trọng thẳng đ ng P g m: t i trọng b n thân, t i trọng tỉnh động từ bệ máy truyền qua vịng bêh xu ng chóp (t i trọng động nhân kĐ = 1,5 - đ a tỉnh); 295 - Mômen u n M d i lực P từ đỉnh chóp trung tâm trụ quy ớc với độ lệch tâm e = (R1 - R2) /2, M = ΣPi.e; - Lực ngang áp lực n ớc th ợng l u (tính từ mực n ớc th ợng l u đến đáy chóp; áp lực n ớc h l u lấy ng với mực n ớc h l u lớn Trừ áp lực cho l i biểu đ áp lực n ớc hình thang với q1 q2 b - Các trường hợp tính tốn: - Tr ng hợp nhà máy vận hành bình th ng, mực n ớc th ợng l u MNDBT; - Tr ng hợp đầy t i ngắt c , sinháp lực n ớc va lớn nhất; - Tr ng hợp sửa chữa ng x : h l u khơng có n ớc Tính k t c u đo n cong ng x Đây kết cấu ph c t p, có độ dày thay đ i, th ng có d ng kh i, ch a có ph ng pháp tính hồn chỉnh Th ng tính nh sau: - Phần (hình 17-12,a):có thể coi nh b n hay dầm liên kết ngàm với t ng bu n xoắn g i lên chóp; hai h ớng cịn l i (song song với dịng ch y) coi ngàm tựa lên trụ ng x Đ i với bu ng xoắn kim lo i, phần dày nên khơng cần tính mà đặt thép cấu t o; - Phần d ới đo n cong: ng i ta coi nh hình thang ngàm ba phía, riêng phía th t (theo dịng ch y) xem tự (nếu khơng có trụ giữa) tựa lên trụ (hình 17-12,c) ng i chia thành dãi dọc, ngang t i giao điểm dãi đặt lực ng ợc chiều tác dụng lẫn t i giao điểm có độ võng cân Từ tính c giá trị mơmen Nhà máy chế t o kim khí Lenin (Liên Xơ cũ) có lập sẵn b ng tính cho hai lo i ng x N4 N5 Tính k t c u d m sâu Dầm sâu phần nằm d ới t ng áp lực c a bu ng xoắn có tỷ s bề dày (H) chiều dài nhịp (L) lớn h n 1/2 (hình 17-13,a), nên ng lực không phân b theo quy luật đ ng thẳng nữa, ph i áp dụng lý luận dầm sâu để tính với dầm dầm đ n hay dầm liên tục Do dầm cao nên t i trọng tập trung từ hàng trụ truyền qua đỉnh dầm đến đáy Nếu theo đ ng khuếh tán 450 đến đáy phân b đặn s đ tính tốn dầm sâu chịu lực phân b P P Hình 17-13 S đ tính kết cấu dầm sâu a - Tải trọng tác dụng lên dầm sâu: - T i trọng kết cấu bên nhà, cầu trục qua trụ t ng truyền xu ng; - T i trọng c a bệ máy qua thành t ng bu ng xoắn truyền xu ng; - Trọng l ợng b n thân dầm sâu; - Lực đẩy lên c a n ớc b - Tính tốn nội lực dầm sâu: Ng i ta lập sẵn b n tra hệ s tính tốn theo công th c: Hợp lực c a ng suất kéo Z, ng suất nén D, gọi chung Z: 296 Z = α q L Diện tích c t thép: k Z Fa = σT Kho ng cách từ đáy dầm đến hợp lực: Z0 = ξ L Trong công th c trên: k - hệ s an toán; σ T - ng suất cho phép c a thép; hệ s : ξ; α tra b ng theo β = H / L ε = C / H Đặt c t thép n i đặt hợp lực Z D, tuỳ điều kiện xê dịch Tính k t c u đo n khu ch tán c a ng x Đo n khuếch tán ng x dầm rỗng có chiều cao thay đ i (hình 17-14,b) Khi tính tốn ta cắt băng dài mét theo h ớng vng góc với dịng n ớc Đây phần ng x có nhiều ph ng pháp tính tốn Việc xác định thực tế làm việc c a khung phụ thuộc nhiều yếu t Đ i với nhà máy kiểu kết hợp, ngồi vấn đề trình tự thi cơng nh h ng đến kết cấu khớp xun vng góc với chiều dọc nhà máy nhằm b o đ m thi công gi m ng suất nhiệt, lún nh h ng lớn đến s đ lực c a chúng Hình 17-14,a trình bày s khớp xuyên vừa nêu Hình 17-14 Các s đ tính kết cấu đo n khuếch tán ng x - Khớp xuyên su t I, th ng từ hai đo n t máy đặt khớp, nói chung kho ng cách hai khớp lo i I không 40 - 50 m; 297 - Khớp xuyên lo i II, cắt đến đỉnh sàn ng x , th ng dùng hai t máy đặt khớp lo i I; - Khớp xuyên lo i III, cắt su t đến đáy, làm yếu kh i d ới n ớc Th ng dùng khớp xuyên lo i I để cắt cho đo n t máy hai đo n t máy Sau lấy tr ng hợp dùng khớp xuyên I để cắt cho đo n t máy để trình bày tính (tr ng hợp cắt qua hai t máy tính t ng tự) Để tính kết cấu đo n khuếch tán th ng tính s chỗ đ i diện sau đây:: - Mặt cắt II-II qua t ng áp lực c a bu ng xoắn (hoặc t ng sau nhà máy) Do t ng dày có độ c ng t ng lớn nên chọn s đ khung h ngàm phía (b); - Mặt cắt qua (I-I) dầm không dày, coi khung kín Nếu đá c ng để gi m nhẹ bề dày móng ta nên cắt tách móng kh i trụ Ta có s đ khung hai ngăn tựa bên d ới (d) Dùng c ph ng pháp tính sau đây: a - Phương pháp sơ đ khung có nút cứng Galerkin: Đây quan niệm s đ hay đ ợc dùng Liên Xô cũ Coi đo n khuếch tán tập hợp c khung phẳng vng góc dịng ch y, khung làm việc độc lập Vì t i khung đ i x ng t i trọng tác dụng đ i x ng qua tim trụ giữa, coi nh ngàm trụ Vì cần cắt nửa đ i x ng để tính (hình 17-14,c và17-15,a) Hình 17-15 Các s đ tính đo n khuếch tán ng x Tính theo khung dày hay khung m ng dựa vào H/δ (nếu H/δ < khung dày chọn khung h x l; H/δ > khung m ng chọn khung H x L) Viện sỹ 298 Galerkin coi nút khung tuyệt đ i c ng (phần g ch g ch I-I trên) khơng bị biến d ng I = ∞, kích th ớc nút c ng lấy nửa bề dày Mặt khác trụ dịch chuyển theo ph ng đ ng c a nút nh Việc gi i khung có nút c ng theo b ng tra c a ph ng pháp chuyển vị ph ng pháp phân ph i mômen nút b - Phương pháp sơ đ khung giải theo học kết cấu: Quan niệm tính đo n khuếch tán theo s đ khung khơng xác nh ph ng pháp nút c ng nh ng đ n gi n sử dụng ph ng pháp c học kết cấu thơng th ng để tính Để tính, ta cắt băng theo chiều vng góc với dịng ch y có khung kín (đ i với mềm), khung h (đ i với đá c ng) S đ kết cấu nh hình (17-15,b,c) t ng ng với t i trọng tr ng hợp làm việc bình th ng Tải trọng tính tốn g m: - Trọng l ợng b n thân giá khung; - Trọng l ợng thiết bị sàn ng x (nếu có) truyền xu ng nh : động c , thùng dầu, máy b m n ớc v.v ; - Áp lực n ớc lên từ d ới đáy; - Áp lực n ớc ng x ; - Ph n lực tác dụng c a t i trọng bên gây coi nh ngo i lực; - Các t i trọng khác, có Các trường hợp tính tốn: - Tr ng hợp sửa chữa ng x : bên ng x khơng có n ớc, t i trọng bên đầy đ ; - Tr ng hợp bên thiết bị tháo đ a sửa chữa, nhà máy làm việc với mực n ớc h l u sau nhà máy lớn Trên khái qt s cách tính tốn kết cấu s phần tử c a nhà máy thuỷ điện đ ợc dùng thực tế thiết kế nhằm giúp cho anh chị sinh viên phần có ph ng h ớng thiết kế nhà máy Đi vào tính tốn cụ thể cịn gặp nhiều vấn đề cần ph i tìm hiểu cụ thể h n để hoàn chỉnh h n 299 TÀI LI U THAM KH O TÀI LI U TI NG VI T: - Bộ môn thiết bị thuỷ điện - Tr ng ĐHTL - Giâo trình Turbine Thuỷ lực, năm 1982; - Võ Sỹ Huỳnh, Ng Thị Xuân Thu - ĐHBK Hà Nội - Turbin nước, xuất b n năm 2005; - Lê Phu - T sách ĐHXD Hà Nội - Turbin nước, xuất b n năm 1971; - Bộ môn Thuỷ điện - ĐHTL Hà Nội - Công trnh Trạm Thuỷ điện, xuất b n năm 2003; - Khoa XDTL - TĐ Tr ng ĐHXD - Trạm Thuỷ điện (Các cơng trình tuyến lượng), xuất b n năm 1991; - Khoa XDTL - TĐ Tr ng ĐHXD - Nhà máy Trạm Thuỷ điện, xuất b n năm 1991; -Bộ môn Kỹ thuật điện, ĐHTL - Phần điện nhà máy điện trạm biến áp, 1976; - Bộ môn thiết bị Thuỷ điện, ĐHTL - Thiết bị phụ trạm thuỷ điện, 1971 ; - Nguyễn Thiện Nguyễn H nh - Khảo sát thiết kế trạm TĐ nh , 1971 TĔI LI U TI NG NGA: - P.P Gubin - Trạm Thuỷ điện; xuất b n năm 1972; - Đ C Savelep - Nhà máy Thuỷ điện, xuất b n năm 1967; - A A Berer nôi - Nhà động lực Trạm Thuỷ điện, xuất b n năm 1964; - L A V ladislav lev - Rung động t máy thuỷ lực, xuất b n năm 1972; - A A Umansky - Cẩm nan thiết kế cơng trình nhà công nghiệp, nhà ở, nhà công cộng , xuất b n năm 1972; - V X Golisman - Tính toán nhà máy thuỷ điện đập tràn, xuất b n năm 1968; - I I Ulisky - Kết cấu bê tông c t thép ; - N N Kvalĩp - Cẩm nan kết cấu turbine thuỷ lực, xuất b n năm 1971; - V A Or l p - Bu ng điều áp Trạm thuỷ điện, xuất b n năm 1968; 10 - Tiêu chuẩn định mức thiết kế đường ng thép Trạm thuỷ điện TY-951 ; 11 - Tài liệu Liên Xô dịch từ Mỹ năm 1960 - Cẩm nan Trạm thuỷ điện ; 12 - G A Plonsky - Thiết bị khí thuỷ cơng, xuất b n năm 1959 300 M CL C Trang L I NÓI Đ U Ph n I TURBINE TH Y L C VÀ CÁC THI T B T.L C C A TTĐ Ch ng I KHÁI NI M CHUNG V TURBINE THU L C Ch Ch Ch I Phân lo i turbine thuỷ lực c a TTĐ I Turbine xung kích I Turbine xung kích gáo I 2 Turbine xung kích hai lần I Turbine xung kích phun xiên I Turbine ph n kích I BXCT c a turbine tâm trục I BXCT c a turbine h ớng trục I 3 BXCT c a turbine h ớng chéo I Turbine dòng I Turbine thuận nghịch ng II CÁC B PH N CHÍNH C A TURBINE THU L C 17 II Vòng bệ, c cấu h ớng dòng, trục c a turbine ph n kích 17 II Thiết bị dẫn n ớc c a turbine 20 II Lo i bu ng h II 2 Bu ng hình ng II Bu ng xoắn c II Thiết bị tháo n ớc c a turbine 31 II ng x hình nón cụt II ng x hình cong II 3 ng x khuỷu cong ng III HI N T NG KHÍ TH C TRONG TURBINE THU L C III Hiện t ợng khí thực tác h i 37 37 III Những biện pháp phịng ch ng khí thực III Điều kiện x y khí thực hệ s khí thực 38 III Xác định cao trình đặt turbine 39 ng IV NGUYÊN LÝ CÔNG TÁC VÀ LU T T NG T C A TB IV Dòng ch y turbine thuỷ lực 41 IV Ph ng trình c b n c a turbine thuỷ lực 42 IV Luật t ng tự đ i l ợng quy dẫn c a turbine 44 IV Các điều kiện t ng tự IV Các quan hệ c a hai turbine t ng tự IV 3 Các đ i l ợng quy dẫn IV Vòng quay đặc tr ng (tỷ t c) IV Tính tốn hiệu suất c a turbine thực từ mơ hình 301 Ch ng V THÍ NGHI M MƠ HÌNH VĔ Đ C TÍNH TURBINE Ch V Mơ hình vật lý hệ th ng thí nghiệm V 1 Hệ th ng thí nghiệm h V Hệ th ng thí nghiệm kín V Đ ng đặc tính c a turbine V Đ ng đặc tính đ n V 2 Đ ng đặc tính t ng hợp V Đ ng đặc tính t ng hợp c a nhóm t máy V Xây dựng đ ng đặc tính t ng hợp vận hành ng VI CH N KI U LO I VÀ CÁC THÔNG S C A TBTL VI Vấn đề chuẩn hoá TB ph m vi sử dụng cột n ớc c a TB VI 1 Vấn đề chuẩn hoá VI Ph m vi sử dụng cột n ớc c a lo i turbine VI Những vấn đề chung chọn turbine VI Lựa chọn turbine ph n kích VI Chọn theo quy cách s n phẩm VI 2.Chọn theo b ng, biểu hệ lo i đ ng đặc tính t ng hợp VI 3 Các kích th ớc khác c a BXCT turbine ph n kích VI Chọn thơng s c b n c a turbine xung kích VI Chọn thông s c b n c a turbine gáo VI Xác định kích th ớc c a t bine xung kích hai lần Ch Ch ng VII THI T B ĐI U T C C A TURBINE THU L C VII Nhiệm vụ c a thiết bị điều t c turbine VII Các lo i thiết bị điều t c th công VII Thiết bị điều t c tự động VII S đ nguyên lý điều t c trực tiếp VII Các s đ nguyên lý điều t c đ n gián tiếp VII 3 Các s đ điều t c kép gián tiếp VII Một s c cấu điều khiển c a máy điều t c VII Thiết bị dầu áp lực c a máy điều t c VII Lựa chọn thiết bị điều t c VII Chọn điều tôc lo i nh VII Chọn điều tiết trung bình van lớn ng VIII M T S THI T B KHÁC C A TTĐ VIII Cửa van đ ng ng áp lực VIII Các hệ th ng thiết bị phụ thuỷ lực c a TTĐ VIII Hệ th ng thiết bị dầu VIII 2 Hệ th ng cấp n ớc kỹ thuật VIII Hệ th ng khí nén VIII Hệ th ng tháo n ớc t máy 302 50 53 59 65 71 73 81 86 87 88 95 102 105 VIII Hệ th ng c u ho nhà máy Ph n II,a CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN TUY N NĔNG L NG TTĐ Ch ng IX KHÁI QUÁT V THÀNH PH N VÀ B TRÍ TTĐ IX Các thành phần c a tr m thuỷ điện 111 IX Các s đ b trí TTĐ kiểu đập 112 IX Các s đ b trí TTĐ kiểu đ ng dẫn 115 Ch ng X CƠNG TRÌNH L Y N C C A TR M THU ĐI N Ch Ch X Phân lo i công trình lấy n ớc c a TTĐ X Các thành phần c a cơng trình lấy n ớc X L ới chắn rác thiết bị dọn rác X 2 Cửa van X Thiết bị nâng h , vận chuyển X Cơng trình lấy n ớc mặt X Cơng trình lấy n ớc d ới sâu ng XI B L NG CÁT C A TR M THU ĐI N XI Công dụng phân lo i bể lắng cát XI Tính tốn thuỷ lực bể lắng cát ng XII CƠNG TRÌNH D N N C C A TTĐ 120 121 127 131 140 144 XII Khái niệm công trình dẫn n ớc c a TTĐ 150 XII Đ ng dẫn n ớc c a tr m thuỷ điện 150 XII Chọn tuyến đ ng dẫn hình d ng đ ng dẫn XII 2 Tính tốn kết cấu đ ng hầm dẫn n ớc c a TTĐ XII Kênh dẫn c a tr m thuỷ điện 154 XII Chọn tuyến kính vă hình th c tuyến kính XII Cấu t o mặt cắt kính XII 3 Kênh tự động khơng tự động điều tiết XII Tính toán thuỷ lực đ ng dẫn 159 XII Tính thuỷ lực đ ng dẫn khơng áp XII Tính thuỷ lực đ ng dẫn có áp XII Tính t n thất thuỷ lực l ợng c a đ ng dẫn TTĐ XII Lựa chọn mặt cắt kinh tế đ ng dẫn TTĐ 163 XII Bể áp lực c a Tr m thuỷ điện 165 XII Cấu t o phần c a bể áp lực XII Các s đ b trí t ng thể bể áp lực XII Tính tốn xác định kích th ớc n định bể áp lực Ch ng XIII Đ NG NG TURBINE XIII Khái quát đ ng ng turbine XIII 1 Phân lo i đ ng ng turbine XIII Chọn tuyến b trí đ ng ng turbine XIII Đ ng ng thép 303 171 174 XIII 2.1.Cấu t o đ ng ng thép phận thiết bị cơng trình XIII 2 Tính tốn đ ng ng thép XIII Đ ng ng bêtông c t thép 189 XIII Phân lo i cấu t o lắp đặt đ ng ng XIII Tính tốn kết cấu ng bêtông c t thép C VA VÀ CH Đ LÀM VI C KHÔNG N Đ NH Ch ng XIV N Ch XIV Khái niệm c b n n ớc va chế độ chuyển tiếp TTĐ 194 XIV 1.Hiện t ợng n ớc va đ ng ng áp lực c a TTĐ XIV Các chế độ chuyển tiếp điều chỉnh t máy thuỷ lực XIV Tính tốn n ớc va đ ng ng đàn h i 198 XIV C s lý thuyết c a n ớc va ng đàn h i XIV 2 Tính tốn n ớc va ph ng pháp gi i tích XIV Tính tốn n ớc va ph ng pháp đ gi i XIV Biện pháp gi m áp lực n ớc va đ ng ng 218 219 XIV Tính tốn b o đ m điều chỉnh t máy thuỷ lực ng XV BU NG ĐI U ÁP C A TR M THU ĐI N XV Công dụng vă nguyên lý làm việc c a bu ng điều áp XV Các lo i bu ng điều áp XV Các lo i bu ng điều áp XV 2 Kết cấu bu ng điều áp XV Lựa chọn bu ng điều áp XV Ph ng trnh vi phđn c b n c a bu ng điều áp XV Ph ng trnh động lực học XV Ph ng trình liên tục XV Tính tốn thuỷ lực bu ng điều áp ph ng pháp g.tích XV Tính tốn thuỷ lực bu ng điều áp hnh trụ XV Tính tốn thuỷ lực bu ng điều áp có kết cấu c n XV Tính tốn thuỷ lực bu ng điều áp hai bu ng XV Tính tốn thuỷ lực bu ng điều áp ph ng pháp đ gi i XV Đ gi i đ i với BĐA hình trụ XV Đ gi i đ i với BĐA có c n XV Đ gi i đ i với BĐA hai bu ng XV Vấn đề n định hệ th ng bu ng điều áp XV Khái quát thiết kế bu ng điều áp Ch 223 224 230 232 240 246 247 Ph n II.b NHÀ MÁY C A TR M THU ĐI N ng XVI NHÀ MÁY THU ĐI N VÀ CÁC THI T B TRONG NM XVI Khái quát thành phần nhà máy thuỷ điện XVI 1 Nhà máy thuỷ điện b trí thiết bị nhă mây XVI Phân lo i nhà máy thuỷ điện 304 248 XVI Đặc điểm cấu t o c a lo i nhà máy thuỷ điện XVI Các thiết bị nhà máy thuỷ điện XVI Máy phát điện c a tr m thuỷ điện XVI Cầu trục nhà máy thuỷ điện XVI 3 Mây biến âp XVI B trí thiết bị phụ nhà máy thuỷ điện XVI Kếu cấu kích th ớc nhà máy thuỷ điện B trí kết cấu phần trín nhà máy TĐ B trí kết cấu phần d ới nhà máy TĐ Xác định kích th ớc nhà máy TĐ Gia c lịng sơng h l u nhà máy TĐ 250 256 269 Ch ng XVII TÍNH TỐN N Đ NH VÀ K T C U PH N D I NHÀ MÁY TR M TH Y ĐI N XVII.1.Tính tốn n định tr ợt ng suất d ới b n đáy NMTĐ 279 XVII Tính tốn độ bền phần d ới c a nhà máy TĐ 282 XVII Tính tốn độ bền chung c a nhà máy TĐ XVII 2 Tính tốn độ bền cục phần d ới c a nhà máy TĐ I Tính kết cấu bệ máy phát điện trục đ ng II Tính tốn kết cấu bu ng xoắn III Tính tốn kết cấu ng x TĔI LI U THAM KH O 300 M CL C 305