Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình Thủy: Phân tích động học phần dưới nước nhà máy thủy điện

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả đã hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài: “Phân tích động hoc phan dưới nước nhà máy thúy điện”.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Trịnh Quốc Công, Bộ môn Thủy điện và NLTT Trường Dai học thủy lợi đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, khoa

Công trình và khoa Năng Lượng Trường Đại học thủy lợi cùng các thầy giáo, cô giáo đã tham gia giảng dạy và tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức trong suốt thời

gian tác giả học tập chương trình Cao học của trường Đại học thủy lợi, cũng như

trong quá trình thực hiện luận văn này.

Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, Cán bộ, công nhân viên Công ty CP tư van thiết kế Thủy Điện Miền Bắc, bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã tận tinh giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn này.

Do còn hạn chế về trình độ chuyên môn, cũng như thời gian có hạn, nêntrong quá trình thực hiện luận văn, tác giả không tránh khỏi một số sai sót Tác giảmong muốn tiếp tục nhận được chỉ bảo của các thầy, cô giáo và sự góp ý của các

MỠ ĐẦU

“Tinh cắp thiết của đ tài Mục đích của để dài

Đổi tượng và phạm vi nghiên cứu

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.

CHƯƠNG 1

‘TONG QUAN VE NHÀ MAY THỦY ĐIỆN (NMTD)

‘Téng quan về al y thay điện

‘Yeu cầu vé tinh toán én định và độ bn nhà máy,

Các nghiên cứu về phân tích động học cho NMTD ở Việt Nam và

trên th giới

“Tóm tắt nội dung chương 1

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYET PHAN TICH ĐỌNG HỌC CÔNG TRÌNH

Phương trình vi phân mô tà chuyển vị nhà máy

Phân tích h dạng Mode của dao động phần dưới nước nhà

máy thủy điện

Cée phương pháp động học phần dưới nước NMTĐ

[Noi dung phường pháp lịch sử thời gian

‘Tom tắt nội dung chương 2

CHƯƠNG 3:

LẬP BÀI TOÁN PHAN TÍCH ĐỌNG HỌC PHAN NGÀM NMTD

CHIU TÁC DỤNG CUA LỰC DAO ĐỘNG CƯỜNG BỨC DO SỰ LECH TÂM BQ PHAN QUAY TÔ MAY GAY RA.

3.4 Tailigu tinh tosin

Tài liệu về dja chất Khu vực xây dụng nhà máy thủy điện

PHAN TÍCH KET QUÁ TÍNH TOÁN.

Hình dang dao động của nhà máy ứng với các dang dao dong

Tân số dao động riêng

“Trang thái ứng suất biển dạng dưới tác đụng của tổ hợp tả trọng:

Trang thái ứng suất biến dang có xét đến tải trong động cưỡng bức.Phan tích ảnh hưởng của tai trọng động đến trang thái ứng suất

inh công trình thủy điện ĐaM Bri

Bảng 3.2: Các đặc trưng cơ lý của đá nén

Bảng 3.3: Các đặc trưng cơ lý của tông

Chương 4

Bảng 4.1: Tin số dao động riêng của bệ máy Bang 4.2: Chuyển vị của bệ máy phát

Bảng 43: Ứng suất của bệ máy phát

Bang 4.4; Biên độ dao động của bệ máy phat

DANH MỤC HÌNH VE

bj phn đưới nước nhà máy thủy điện tuabin trục đứng

Hình L.2: Bệ máy phát nhà máy thủy đi twabin trục đứng, Hình 1.3: Buồng xoắn của nhà máy thủy điện tuabin trục đứng

Hình 1.4: Ong hút của nhà máy thủy điện tuabin trục đứng

Hình 1.5: Mặt cắt nhà máy thủy điện ngang đập Nam Na 1

Minh 1.6: Mặt cắt nhà máy thủy điện sau đập Đồng Nai 2

Hình L.7: Mặt nhà máy thủy điện đường dẫn tuabin trục ngang Nam Ban 1

Hình 1.8: Mat cất nhà máy thủy điện đường dẫn tuabi trục đớng Nho Qué 3

Hình 3.3: Mat bing cao tình 191.60 m nhà máy thủy điện BaMBei

Tình 34: Mặt bằng cao tình 187.50 m nhà máy thủy điện ĐaMBä

Hình 35: Mô hình nhà máy 3DSolid Chương 4

Hình 4.1: Hình dang dao động theo phương x ( Mode 1) Hinh 42: Hình dang dao động theo phương y (Mode 1) Hình 4.3: Hình dang dao động theo phương z ( Mode 1) Hình 4.4: Hình dang dao động theo phương x ( Mode 2) Hình 4.5: Hình dạng dao động theo phương y ( Mode 2) Hình 4.6: Hình dang dao động theo phương z ( Mode 2)

Hình 4.7: Hình dang dao động theo phương x ( Mode 3)

Hình 4.8: Hình dạng dao động theo phương y ( Mode 3)

Hình dang dao động theo phương x ( Mode 4) Hình dạng dao động theo phương y ( Mode 4) Hình dạng dao động theo phương z ( Mode 4) Hình dang dao động theo phương x ( Mode 5)

Hình dang dao động theo phương y ( Mode 5)

Hình dang dao động theo phương z ( Mode 5) Hình dang dao động theo phương x ( Mode 6) Hình dang dao động theo phương y ( Mode 6) Hình dang dao động theo phương z (Mode 6) Hình dang dao động theo phương x ( Mode 7) Hình dang dao động theo phương y ( Mode 7) Hình dạng dao động theo phương 2 (Mode 7) Hình dang dao động theo phương x ( Mode 8) Hình dang dao động theo phương y ( Mode 8) Hình dạng dao động theo phương 2 ( Mode 8) Hình dang dao động theo phương x ( Mode 9) Hình dạng dao động theo phương y ( Mode 9) Hình dang dao động theo phương z (Mode 9) THình dang dao động theo phường x ( Mode 10) Hinh dang dao động theo phương y ( Mode 10) Hình dang dao động theo phương z (Mode 10) Chuyển vị theo phương x (Tinh tải)

Chuyển vị theo phương y (Tĩnh tải) Chuyển vị theo phương z ( Tinh tai) Ứng suất theo phường x (Tinh tii) Ung suit theo phương y (Tinh tai)

Ứng suit theo phương z (Tinh tả)

Ứng suất chính theo phương 1 ( Tĩnh tải)

Ứng suắt chính theo phương 2 (Tinh ti) Ứng suit chính theo phương 3 ( Tĩnh tả)

ĐỒ thị chuyển vị theo phương x (Tinh động) Đô thị chuyển vị theo phương y ( Tinh động) "Đồ thị ứng suấttheo phương x ( Tĩnh động)

Đồ thị ứng suất theo phương y ( Tĩnh động)

“Chuyển vịtheo phương x (Tinh động Is) “Chuyển vị theo phương y (Tĩnh động 15)

sì Ứng suất theo phương x (Tinh động, 1s)

Ứng suit theo phương z (Tinh động 1s)

“Chuyển vị theo phương Z ( Tinh động.

Ứng suất theo phương y ( Tĩnh động,

Ung suất chính theo phương 1 (Tinh động, t=1s)

Ứng suit chính theo phương 2 ( Tĩnh động t=1s) Ứng suắt chính theo phương 3 (Tinh động, t=ls)

“Chuyển vị theo phương x (Tinh động t=1.6s) “Chuyển v theo phương y (Tinh động 1.65) 63)

Ứng suất theo phương x ( Tĩnh động t=1.65)

63) 1.63)

Ứng suit chính theo phương 1 (Tinh động, t=1.65)

“Chuyển vị theo phương z ( Tinh động, t

Ứng suất theo phương y (‘Tinh động, t=] Ứng suất theo phương z (Tinh động,

Ứng suất chính theo phương 2 ( Tĩnh động (=1 6) Ứng suất chính theo phương 3 ( Tĩnh động, 1.65)

“Chuyển vị theo phương x của bệ đỡ máy phát ( Tĩnh tải).

“Chuyển vịtheo phương y của bệ đỡ máy phát (Tinh tải)

“Chuyển vị theo phương z của bệ đỡ máy phát ( Tĩnh tải).

Ứng suit theo phương x của bệ đỡ máy phát (Tinh tải)Ứng suất theo phương y của bệ đỡ máy phát (Tĩnh tải)

Hình 4.68: Ứng suất chính theo phương 1 của bệ đỡ máy phát (Tinh ti)Hình 4 69: Ứng suất chính theo phương 2 của bệ đỡ máy phát (Tĩnh tà)Hình 70: Ứng suất chính theo phương 3 của bệ đỡ máy phát (Tinh tải)

MỞ DAU

1.TÍNH CAP THIẾT CUA DE TAL

Ngày nay, nước ta dang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

nên nhủ cầu điện năng ngày càng tăng Điều đó đã đặt ra nhiều cấp thết về năng

lượng cho đất nước, Chính vi vậy mà các công tình tram thủy điện được xây dụng trên ngày một nhiều, Nhà máy thủy điện là một kết cấu hình khối lớn, hình dạng Khí phức tạp với nhiễu khoảng trồng bên trong Toàn bộ nhà máy nói chung và từng phần nói riêng phải đảm bảo đủ ôn định và đủ độ bn dưới tác động của mọi tổ hợp

tải tong tĩnh và tải trọng động trong các giai đoạn xây dựng, vận hành, sửa chữa.

Nhà máy thiy điện phân chia thành hai phần: phần trên nước và phn dưới nước,

phần dưới nước chiếm khoảng 70% bé tông nhà máy.

nói chung và tính kế ấu phần

tĩnh O

áy nói riêng thi phần lớn người ta xét bài toán ở trạng thái

bài toán tĩnh , dưới tác dụng của tải trọng tĩnh là tải trọn tác dụng chậm lên công

tình, sự chuyển động của hệlà châm và lực quán tính rt nhỏ có thể bộ qua được

“Trong thực tế nhà máy thủy điện chịu tác dụng của các tải trọng động tác dụng

thường xuyên liên tục Tải trọng này do sự lệch tâm bộ phận quay tổ máy gây lên Dưới tác dụng của tải trong động, Phin dưới nước của nhà máy thủy điện đặc biệt là k ấu bệ đờ máy phát chịu dao động cường bức nên việc phân tích động phần

dưới nước nhà máy là rất cần thiết để

+ Xác định trạng thái ứng suất, biển dang của kết cầu phần dưới nước dưới tác dụng tải trong nh và tai trong động để kim tra điều kiện bên của kết cầu

+ Xác định tần số dao động riêng của kết cấu phần dưới nước nhà máy thủy

điện để kiểm tra cộng hượng khi tổ máy chịu tác dụng của lực dao động cường bức + Xác định biên độ dao động của bệ máy để kiểm tra tổ máy làm việc an toàn,

biên độ dao động nằm trong phạm vi cho phép của tổ máy.

nước nhà máy thủy điện là rit cần thiết Tác giả chọn để ti: “Phân tích động học phần dưới nước cũa nhà máy thủy điệu” sẽ góp một phần vào công nghệ thiết kế,

phân tích kết cấu nhà máy thủy điện, đảm bảo nhà máy làm việc an toàn với mọi tổ.

hợp ải trọng trong thực tế vận hành 2 MYC ĐÍCH CUA ĐÈ TÀI

Phân tích kết edu phần dưới nước của nhà máy thủy điện chịu tác dung của

tải trọng động do sự lệ lâm tổ máy gây lên từ đó xác định được ảnh hưởng của tải

trọng này đến chuyển vi và nội lực trong kết cấu nhà máy Đồng thời xác định tần số dao động riêng, biên độ dao động của bệ đỡ tỏ máy dé đưa ra kết cấu hợp lý cho phin dưới nước nhà máy thủy điện và đặc biệt là kết cầu, kích thước hợp lý cho b

đỡ máy phát

3, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHAM VI NGHIÊN COU

- Trạng thái ứng suất biến dạng phần dưới nước nhà máy thủy điện chịu tạ trọng

~ Trạng thái ứng suất biển dang phần dưới nước nhà máy thủy điện khi kể đến tải trọng động do sự lệch tim của phần qua tổ máy gây lên Từ đó có

ảnh hưởng của tải song này đến kết sầu nhà máy.

- Xác định tin sổ dao động riêng, kiểm tra cộng hưởng tổ máy

- Kiểm tra biên độ dao động của bệ đỡ máy phát

- Đưa ra kết eu, ích thước hợp lý cho bệ đỡ máy phát thủy điện 4 CÁCH TIẾP CAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

- Điều trụ thống kế va tổng hợp các ti liệu đã nghiên cứu liên quan đến để ti

= Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đao động, phương trình vi phân mô tả chuyển

động của hệ nhiều bậc tự do chịu tải trong dao động cường bức,

- Nghiên cứu các phương pháp giải phương trinh vi phân mô tả chuyển động của hệ nhỉ bậc tự do.

Đề xuất phương pháp lich sử thời gian để giải phương tình vi phân mỗ tả kế cầu

phần dưới nước ntmáy thủy điện chịu tải trọng dao động cường bức do sự lệch.

tâm phần quay tổ máy sây ra

= Xây đựng mộ hình 3-D phn đưới nước nhà máy thủy điện chịu ác tải trọng nh

và tại trọng động bằng phần mềm Phần từ hữu hạn có các module phân tích động

theo phượng pháp lịch sử thời gian.

- Phân ch, đánh giá kết quả

1.1 Tổng quan về nhà máy thủy điện (NMTĐ).

"Nhà máy thủy điện là một kết cu không gian gồm nhiều edu kiện có hình dang

phức tạp độ cứng khác nhau nối liễn thành một khối Nhà máy thủy điện phân chia thành hai phần: phần trên nước và phần dưới nước, phần dưới nước chiếm

Khoảng 70%: bể tông nhà mấy.

1.11 Phin trên nước nhà máy thấy điện

- Phin trên nước của nhà may thủy điện được giới hạn bởi cao trình sàn nhà máy:

và cao trình đình nhà may

~ Phin trên nước nhà máy thuỷ điện bao gồm sàn máy, hệ khung đờ, dim cầu tr,

kết cầu khung dàn của mái nhà máy

- Các thiết bị bổ trí rong phần trên nước nhà máy, + Cầu trục chính

+ Các tủ di

++ Các phòng chức năng

1.1.2 Phần dưới nước nhà máy thủy điện

Phin dưới nước nhà máy thủy điện được giới hạn từ cao trình đáy móng đến đấy

+ Hệ thống tháo nước tổ máy

+ Trạm bơm tiêu thoát nước

+ Hệ thống cấp nước kỹ thuật

+ Với mỗi kiểu nhà máy thủy điện khác nhau tì thiết bị bổ trí phần dưới nước lại

khác nhau

+ Nhà máy thuỷ điện san đập và đường dẫn phần dưới nước sằm buồng xoá hút, bệ máy phát, đường ông Turbin

+ Nhà máy thuỷ điện ngang dip phần dưới nước ngoài buồng xoắn ông hút, bề máy phát còn có cửa lấy nước dẫn nước trực tiếp vào buồng xoắn.

+ Nhà máy thuỷ diện lắp Tuabin xung kích gáo, phần dưới nước chủ yếu là kênh xả

dẫn nước ra hạ lưu.

1.1.3 Các hạng mục cơ bản phần dưới nước nhà máy thấy đện Tuabin trục

a Máy phát điện

~ Máy phát điện là thiết bị quan trọng bổ trí phin dưới nước nhà máy thủy điện.

May phát la động cơ biển cơ năng của Tuabin thành điện năng cung cấp cho hệ

thống điện Máy phát điện ba

- Những thiết bị chính của phin dưới nước nhà máy thủy diện tuabin trục đứng

BS máy phát là kết cấu đỡ máy phát và tuatin, nó chịu toàn bộ tải trọng động và

tải trọng tĩnh Vì vậy phải bảo đảm day đủ tính ổn định, cường độ và độ cứng, kết

cấu bệ bằng bêtông cốt thép, Tưởng bê lông bao quanh hành lang thông gió máy phát và bệ máy đúc iền với nhau (nắp chắn gi).

Bg đỡ máy phát được thi công ngoài công trường được thể hiện ở hình 1.2

(bp/Jilama comavn)

e Busing xodn

Buồng xoin là bộ phận qua nước của Turbin, buồng xoắn kim loại do xưởng chế

tạo thiết kể, nó chịu toàn bộ áp lục nước bên trong, lớp bê tông bao ngoài chịu ải

trong từ trên truyền xuống Chủ yếu thiết kế buồng xoắn bê tông mặt cắt hình tròn và buông xoắn bê tông mặt cắt hình thang chị áp lực nước bên trong,

Buồng xoắn được thi công ngoài công trường được thể hiện ở hình 1.3

4 Ông hút

Ông hút là bộ phận dẫn nước ra của Turbin, chủ yếu chịu tác dụng của nước Tram thuỷ điện loại vừa và loại lớn thường ding ống hút cong, về mặt kết cấu

thưởng chia làm 3 đoạn : đoạn chóp cụt, đoạn khuyu, đoạn loe.

(Ong hút được th công ngoài công trường được thể hiện như hình 1.4

Hình 1.4: Ong hút của nhà máy thuỷ điện Tuabin trục đứng « )

1.1.4 Một số kiểu nhà máy thủy điện

"Nhà máy thủy điện hiện nay được xây dựng nhỉ Nhung thường bao

kiểu nhà máy thủy điện sau

+ Nhà máy thủy điện ngang đập Như nhà máy thủy điện Nm Na 1-Tinb Lai Châu

xử dụng Tuabin Capxun- được thể hiện như hình 1.5

+ Nhà máy thủy điện sau đập Như nhà máy thủy điện Đẳng Nai 2-Tinh Đẳng Nai

.được thể hiện như hình 1.6

+ Nhà máy thủy điện đường dẫn Như nhà máy thủy điện Nam Ban 1

ign Nho Qué

3-inh Lai Châu sử dụng Tuabin trục ngang như hình 1.7 và nhà máy thủy.

“Tỉnh Hà Giang sử dụng Tuabin trục đứng như hình 1.8

Hình 1.5: Mat edt Nhà máy thủy điện ngang đập Nam Na I- Lai Châu

(Công ty CP tư vấn thiết ế thủy điện Miễn Bắc)

Hình 1.6: Mặt cất Nhà máy thủy điện sau đặp Đẳng Nai 2(Công ty CP tư vin xây dựng Điện 1)

Năm Ban 1- Lai Châu

(Cong ty CP tư vấn thiết kế thủy điện Miền Bắc)

th bt i? L

Mình 1.8: Mặt cắt Nhà máy thủy điện đường dẫn -tua bin trục đứng,

Nho Qué 3- Hà Giang

{ Công ty CP tư vấn xây dựng Điện 1)

1.2 Yeu cầu về tính toán én định và độ bền nhà may.

1.2.1, Yêu cầu chung về tính toán ổn định và độ bén nhà máy

- Toàn bộ nhà may nói chung và timg phần nói riêng phải đảm bảo đã ổn định và đủ độ ben dưới tác động của mọi tổ hop tải trọng tinh và ải trong động trong cấc giả đoạn xây dựng, vn hành, sta chữa

- Các sơ dé tính én định và độ bên của nhà máy phải phản ánh hợp lý các giai đoạn

xây dựng nhà máy và phải xét đến trạng thái ứng suắt thay đổi khi nhà máy bị

- Thể hiện rõ được biến dạng của nhà máy cùng làm việc với nền.

122 Yên ẩn định và độ bỀn nhà máy trong giai đoạn vận hành:

- Khi nhà máy di vào van hình, tổ máy truyền động, dưới tác dụng của ti tong

động nhà máy bị dao động Nhà máy (hường dao động với 3 nguyên nhân sau + Chin động do lệch tâm quay tổ máy gây ra Chin động này có inh chất chu kỳ

+ Chan động do áp lực nước thay đổi qua cánh hướng nước Chin động này có tính.

chất chủ kỳ.

+ Chin động do áp lực mạch động của dong chảy và khí thực sinh ra Lực này không có tính chất chu ky thay đổi phúc tạp.

Nhà máy phải đảm bảo an toàn và đủ độ bén khí bị tác dụng bởi các tải trọng động này.

1.3 Các nghiên cứu về phân tích động học cho NMTD ở Việt nam và trên thể

1.4.1 Cúc nghiên cứu về phân tích động học cho NMTP ở Việt Nam

- Theo tà liệu thu thập được hiện nay ít đề ti nghiên cứu về phân tích động học cho nhà máy thủy điện ĐỀ tài nghiên cứu và thực tẾ sin xuất các năm trước vỀ nhà

máy thủy điệ cíc ác giá chủ yu đi vào phân tích bài toán nh

- Cùng thời điểm làm luận văn với tác giả có một dé tài nghiên cứu động học cho

nhà máy thủy điện Dé tài: * Phan sich kết edu, dn định của nhà máy thủy điện chịu tải trọng động đắt theo phương pháp lich sử thời gian” của tác giả Đỗ Hồng Hoàng.

1.32 Các nghiên cứu về phân tích động học cho NMTĐ ở trên thé giới

- Theo tài gu thu thập được hiện nay thì thé giới đã có đề tài phân tích động học nhà máy thủy điện như:

+ ĐỀ tài: “Vibration analysis of hydropower house based on fluid-structure coupling numerical method’-Weishuhe, College of water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, P.R.Ct

‘Tc giả Weishuhe đã phân tích rung động nhà máy thủy điện do dp lực nước bingphương pháp số.

+ ĐỀ tài: “Nonlinear dynamic analysis of the Three Gorge Project powerhouse excited by pressure fluctation”- Zhang, CH., and Zhang, Y.1.2009, Journal of Zhejiang University Science

“Tác giả Zhang đã phân tích động học phi tuyến của nha máy thủy điện Three Gorge kích thích bởi áp lực thay đổi bắt thường.

1.4 Tom tất nội dung chương 1

- Nhà máy thủy điện là 1 hạng mục phúc tạp của công tinh thủy điện Đặc bi

phần đưới nước nhà máy có các hạng mục như: bệ máy phát (in „ ng hút à các hạng mục cơ bản và quan trong Vì vậy chúng phải được đảm bảo én định và đội

A tubin, trong quá trình van hành nhà máy vì 1 lý do

bên trong quá trình vận hành nhà máy cùng làm việc với các thiết bị đặt trên

- Bệ máy phát đỡ máy phát

nào đồ Roto quay lệch tâm gây ra lực chắn động ly tâm có tính chất chu kỷ làm nhà máy bị dao động Vì vậy tinh toán phân ích động lực học cho phần dưới nước nhà

máy thủy điện là hết sức edn thiết

- Tài liệu nghiên cứu về vẫn để "phân tích động lục học cho phần dưới nước nhà

máy thủy điện” ở nước ta là ít

~ Nhà máy thủy điện dùng loại Tuabin khác nhau ứng với các kiểu nhà máy khác.

nhau, tác gi tính toán động học phần dưới nước nhà máy thủy điện do lệch tâm

‘quay tổ máy gây ra với nhà máy thủy điện Tuabin trục đứng

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET PHAN TÍCH ĐỘNG HỌC CÔNG TRÌNH

[Nha máy thủy điện khi bị tác động bởi lực kích động do khối lượng lệch tâm quay tổ máy gây ra thì nhà máy sẽ bị chuyển vi Để thấy được kết quả chuyển vị này ta đi

tìm phương trình vi phân mô tả chuyỂn vị của nhà mấy 2.1 Phương trình vi phân mô ta chuyỂn vị của nhà máy

“Nhà máy chịu tác động của lực kích động bởi khối lượng lệch tâm quay tô máy gây.

ra, Để xét đơn giản ta xét hệ liên tục với các bậc tự do là chuyển vi tại các điểm 123

- Khả năng phản ứng của nhà máy khi chịu tác dung của lực tải trong lệch tim quay được biểu thị qua chuyển vị của nút i là:u,(9), vận tốc chuyển vị ít) vị

chuyển vị wi(t), vớ

- Dưới tác dụng của lực kích động bởi khối lượng lệch tâm quay tổ máy gây ra thì

tại mỗi điểm nút i chịu tác dụng của 3 thành phần lực Thiết lập phương trình cân.

2.1.1 Xác định lực din hỗi tye

- Lực đàn hồi được giả thiết tỷ lệ thuận với chuyển vị, Theo nguyên lí cộng tác dung

(Ohi ý: Lực dan hồi cân bằng với lực nút nhằm duy uì đường đàn hồi (ngược chiều

~ Lực quán tính tỷ lệ thuận với gia tốc:

+ [U]: là ma trận gia tốc chuyển vị của nhà máy

2.14 Lực tác động biển thiên thời gian P(t)

(Giáo trình Động lực học công trình -PGS.TS Phạm Đình Ba, Nhà xuất bản xây

+ my: Khối lượng bộ phận quay máy phát.

+ e: Độ lệch tâm quay của bộ phận quay so với tâm quay

+ 2: Vận tốc góc của bộ phận quay

2.1.5, Phương tình vi phân mô tả chuyển vị của nhà máy

“Từ phương trình (2.1), (2.3), (2.5), 2.7), (2.8) ta được phương tình vi phân mô tả chuyển vị của phi đưới nước nhà máy dưới tác dụng của tải trọng lệch tâm bộ phận quay tổ máy gây ra

[M]IUE[ClIU[K][U]=me®Ẻ 2.10)

2.2 Phân tích hình dang Mode của dao động phin dưới nước nhà máy thủ

2.2.1, Phân tích tin số dao động

“Từ phương tình (2.10), phân tích tin số dao động tự do nên vecto tải trong ngoài

+ [U]: thể hiện dang dao động + [4]: Biên độ dang dao động,

“Thay phương trình (2.16) vào phương trình (2.12) ta được:

WỊ,20 nên da[[K]~øÈM ]|=0 65

Phương trình (2.15) là phương trình bậc n có nghiệm ø;`,e, "

Vecto tin số dao động riêng

: ‘ y hay tin số dao dé; 20 và pd “Từ a, ta sẽ xác định được chu ky hay tần số dao động: T= 71 va / = 2.2.2 Phân tích hình dang Mode của dao động.

Tix phương trình (2.14) ứng với mỗi ø; thi ta có 1 vectow riêng [4] Nhưng vì định

thức (2.15) triệt tiêu nên hạng của ma trận chỉ còn n-1, do đó chỉ có n-I thành phần

của [A] độc lập Thường chọn 4, =1, khi đó vectow chuyển vị trở thành,

Khi xác định được [đ ]ta x@ xác định được hình dang dao động của Mode thứ ¡

2.3 Các phương pháp động học phn dưới nước nhà máy thủy điện

2.3.1 Phân tích động học phần dưới nước NMTĐ bằng phương pháp tình lực

"ngang nương đương

Phương pháp tinh lực ngang tương đương là phương pháp trong đó lực quán tính (lgch tâm quay tổ mấy sinh ra) tác động lên công trình theo phương ngang được

thay bằng các nh lực ngang tương đương,

a Ưu điểm của phương pháp

++ Phương pháp này rit thông dung trong tính toán các công tình xây dựng trong các vùng có động đất và được quy định trong tắt cả các tiêu chuẳn thiết kế kháng chấn

+ Phương pháp này đơn giản, dễ sử dụng

b Nhược điểm của phương pháp

+ Phương pháp này chỉ xéttới các dạng dao động cơ bản

+ Phương pháp này không áp dụng được cho các công trình có hình dạng không đều đặn, hoặc có sự phân bổ khối lượng và độ cứng không đều trong mat bằng cũng như

trên chiều cao,

++ Phương pháp này không cung cấp được các thông tin vé sự làm việc của công

trình trong thi gian động đắt để cho phép thiết kế được các công trình vừa hiệu qua

+ Phương pháp này chỉ giới hạn cho việc tính toán tuyến tính

3.32 Phân tích động học phần dưới nước NMTĐ bằng phương pháp phổ phản

- Phương pháp ph phản ứng fa phương php tổ hợp thông ké các phản ứng lớn nhất

ở các dao động chính.

độ lớn nhất của Phổ phn ứng là một đổ thj mà các tung độ của nó bigu thị

một rong các thông số phản ứng của hệ kết cấu theo chu kỳ dao động tự nhiền của nó và độc ập với lịch sử chuyển động của hệ kết cầu theo thời gian

a Các bước tính toán

+ Xác định chu kỳ và dang dao động cho mỗi dạng dao động chính của hệ kết cầu

¬+ Từ phỏ phản ứng động dit ho trước, xác định các phổ gia tốc cực đại ứng với các

chủ kỹ dao & 1g và hệ số cán tới han của mỗi dao động chính

+ Xác định phản ứng lớn nhất của hệ kết cầu ở mỗi dạng dao động chính + Thống ké các phản ứng lớn nhất ở các dang dao động chính

b Ưu, nhược điểm của phương pháp.

- Ưu điểm

+ Phương pháp này tính toán nhanh, đơn gi

++ Phương pháp này xéttới nhiều dạng dao động dùng cho hệ nhiễu bậc tự do

+ Kết quả tính toán với độ chính xác chấp nhận được.

+ Với công trình lớn và phúc tạp, việc sử dụng các phương phấp tỉnh lực ngang tương đương không được chính xác thì có thể đùng phương pháp này.

- Nhược điểm.

+ Phương pháp này chỉ giới han cho việc tính toán tuyển tính

2.3.3 Phân tích động học phần dưới nước NMTĐ bằng phương pháp lịch sử thời

- Phương pháp lịch sử thời gian là phương pháp coi lệch tâm quay tổ máy là một tác.

động biển thiên theo thời gian Kết quả thé hiện sự biến thiên của gia tốc bệ máy,

vân tốc bệ máy phát hay chuyển vị bệ máy phát theo thời gian a Ưu, nhược điểm của phương php

Vie diém

+ Kết qua nội lực va chuyển vị ở bắt ky thi điểm nào¬+ Thể hiện đúng làm việc của kết cấu trong thực tẾ

~ Phương trình chuyển động của cơ hệ dưới tác dụng của lực lệch tâm quay tổ may

+4: Vector chuyển vị nút của cơ hệ +: veetor vận tốc nút của cơ hệ +: vector gia tốc nút của cơ hệ,

“tu (0: giá tị gia tốc nền tụi thời điểm tính toán t

- Việc giải phương tinh vi phân trên theo phương pháp giải ích thông thường là

không thể thực hiên được đặc biệt Ia đối với hệ có nhiều bộc tự do và chịu lực tác

cdụng của lực động thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian Do đó phương tinh trên chỉ

sổ thể được giải bing phương pháp gin ding (Phương pháp số) Hiện nay, tổn ti một số phương pháp giải phương tình rên tuỷ thuộc vào cách lấy sai phần các biến Trong luận văn tác giả giới thiệu phương pháp Newmark

- Theo Newmark:

oa "` ` 2.22)

+ Các hệ sốz,Ø xác định giá tị thay đổi của gia tốc trong bước thời gian Ar và

được xác định đảm bảo độ chính xác cũng như tính én định của phương pháp 1

1 L ‘Thong thường chọn: y= + vatspstlạ thường, 3M G55

+ Phương trình (2.22) và ( 3) kết hợp với phương trình (221) ải im ra các

giá trị t,„¡„t<1,It¿<L từ các giá trị tương ứng đã biết ở bước thứ i,Tuy nhiên đề tìm.

ra lời giải của hệ phương trình nay ta cin dùng phương pháp giải lặp vi bién uw

(2.22) và (2.23),

~ Đối với hệ tuyến tính, ta có thể biển đổi công thức Newmark để tim ra lời giải mà.

xuất hiện ở về phải của phương t

không cần sử dụng phương pháp lặp Trình tự làm như sau:

Đặt A= ty te Am =ưa TH, Am =the 224

Am, 655)

Khi đó phương trình (2.21) được viết lại như sau

“Thay (2.24) và (2.25) vào (2.22) và (2.23) ta được

An, = (A0) GANA, em

“Từ phương trình (2.28) giải ra được

Với giá tị vận tốc „và gia tốc ¡của bước tính thứ ¡ đã bigt, các giá ti và

Ap, hoa toàn được xá định

Từ phương tinh (2.31) giới ra được các giá tị ÂM, và từ phương tình (229) và

(2,30) lẫn lượt giải được Am, và Au Thay Ai, Am, vào phường tinh (2.24) tìm ra các giá trị He; Mist May + & ti số cân tại dao động thứ ï

Xác định giá trị a, / bằng 2 dang dao động riêng của kết cấu ứng với tin số và

f ta hay vào công thức (2.35) ta được

#—;gÏj/= (2.36)

2m71 =& 2.36)

mag Pee 2.37)

Giải hệ 2 phương trình (2.36), (2.37) ta được giá trị ø, '

3.5 Tóm tắt nội dung chương 2

~ Dưới tác dung của lực ly tâm do lệch tâm quay tổ máy gây ra, phương trình vi phân chuyển vị nhà máy là [M |[U}+[C ][U ]+[K][U ]= meQ sinor

~ ĐỂ xác định chu kỳ và thn số dao động túc là ta đi xá định các veeto tin số dao

động riêng Phân tích hình dạng dao động của dao động tức là ta đi xác định vecto đao động và hình dang dao đông của Mode thứ ¡

- Phân tích động học phin dưới nước nhà máy thủy điện có nhiều phương phíp hưng phương pháp hay và tối ru nhất là phương pháp lịch sử thời gian Vì ta có thể xem kết quả nội lực và chuyển vị ở bắt kỳ thời điểm nào và thể hiện đúng khả năng làm việc của kết cấu trong thực tẾ

- Phương pháp lịch sử th gian là phương pháp phúc tạp do liên quan đến giải

phương tình vi phân- phương trình dao động của hệ Nhưng theo phương pháp của

Newmark thì vấn để này được giải quyết dễ dàng Chính phương pháp này đã được.

các phần mễm tính toán kết cầu sử dụng rộng rit như: Adina, Ansys, Sap2000 để

phân tích kết cấu theo phương pháp lich sử thời gian.

Bảng 31 2 Thông số chính công trinh thủy điện ĐaM Ti

Do i

“Hình 3⁄4: Mặt bằng cao tình 157 50m nhà máy thủy điện ĐaM Bri