Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu ảnh hưởng dao động mực nước đến trạng thái ứng suất trong dao động mực nước điều áp

Trong số đó, có rắt nhiều trạm thủy điện khai thúc kiễu kết hợp và đường dẫn với đường din di và có ấp nên quản tỉnh của đường him rất lớn, Để đảm bảo dn định tổ máy và giảm áp lục nước

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 dé tài: “Nghién cứu ảnh hưởng dao động mực nước đến trạng thái ứng suất trong tháp điều áp”.

Tác giả xin bay tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Nguyễn Van Sơn và 1S Trịnh Quốc Công, Bộ môn Thủy điện và NLTT Trường Đại 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 Đảo 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 tư

van 13, Tổng công ty tư van xây dựng Thủy Lợi Việt Nam, bạn bè đồng nghiệp va gia đình đã tận tình 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, nên trong quá trình thực hiện luận văn, tác giả không tránh khỏi một số sai sót Tác giả mong muốn tiếp tục nhận được chỉ bảo của các thầy, cô giáo và sự góp ý của các bạn bè

LỜI CAM KET

Tôi xin cam đoan day là công trình nghiên cứu của riêng tôi Cúc số liệu tích

dẫn là trung thục Cúc kết quả nghiên cứu trong luận văn chưa từng được người nào

công bố trong bắt kỳ công trình nào khác

Nguyễn Thị Thanh Hương

MG DAU setitiiiiiiiiiirrrrrrrrsrrrreroe

1 Tính cấp thiết của dé tai 1

2 Mục dich của đề ti 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4, Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2CHƯƠNG I: TONG QUAN VE THAP DIEU ÁP

1.1 Các loại thấp điều áp thường ding 31.1.1 Tháp điều áp ki viên trụ 31.1.2 Tháp diéu dp kiểu viên trụ có mang ngăn 41.1.3 Tháp điều áp ki hai ngân (có ngin trên và ngan dưới) 5

2.1 Tinh toán dao động mực nước trong tháp điều áp "

2.1.1 Phương trình vi phân cơ bản của tháp điều áp 1

3.1.1.1 Phương trình động lục học 7

2.1.1.2 Phương trình liên tục 2B

2.1.2 Tính toán thủy lực tháp điều áp bằng giải tích 1g

2.1.21, Yêu cầu tinh tản 4

2.1.2.2 Thip điều áp hình tụ Bhi không xết tới sức cin thy lực 1s

2.1.23, Thấp did dp hành trụ kh xẻ tái sức cain thy lực 1

2.1.24 Thấp điều áp có mang cin 20

2.1.3, Phương pháp sai phân hữu hạn và ứng dung tin học giải bài toản diy

lực trong thấp điều áp 22

2.13.1 Các phương trình co bản 2

2.1.3.2 Phương pháp sai phân hữu han Ole z 2.1.3.3 Phương pháp sai phân hữu han Ơle~ Cos z5 2.1.3.4, Phương pháp sai phân hữu han và lập trình giải nó trên mây tnh26

2.2 Cơ sở lý huyết phân ích kết cầu tháp điều ấp chịu tại trọng động 7

2.2.1, Phương trình động lực học cơ bản trong bài toán động và các phương

pháp giải 27

2.2.2, Xác định lực quản tinh 28

2.2.3, Xác định lực dan 29 2.24 Xúc định lực cảm 29

2.2.5, Lời giải phân tích kết cấu chịu tải trong động bằng phương pháp lich sử

thoi gia 41

2.2.5.1, Các phương pháp tỉnh toán 1n

2.15.2 Tinh toán động đắt hằng phương pháp “Lịch sử thd gimn” 31

2.3 Kết luận chương 35

KHI XÉT ĐỀN ANH HUONG CUA DAO BONG MYC NƯỚC - ÁP DỤNGCHO THÁP DIEU ÁP CUA TRAM THỦY ĐIỆN SUỐI CHAN

3.1 Tổng quan công trình 36 3.1.1 trí công tình 46 3.1.2, Nhigm vụ công trình 4

3.1.3, Cấp công trình 36

3.1.4, Điều Kiện tự nhiền 0

3.1.4.1, Điều kiện khí tượng thủy văn 403.1.4.2 Điều hin đị hình 4l

3.1.4.3 Đặc điềm dja hình - địa mao 41 3.2 Xie định dao động mye nước trong TDA 2 3.2.1, TỔ hap tink toán 4

3.2.2 Kết quả tỉnh toán 423.3 Xây đựng mô hình tinh toán két edu thip điều dp khỉ mực nước dao động 48

3.3.1, Các thông số cơ bản của mồ hình 48

3.3.2 Cúc lực tác dung và tổ hợp lực 4 3.3.3, Xây dựng mổ hình tính 4

34 Kết quả tính toán tường hợp không kể đến biến thiên của dao động mực

nước trong thấp st

3.5 Kết quả tinh toán trường hợp có kể đến biển thiên của dao động mực nước,

trong thấp 58

KET LUẬN VÀ KIÊN NGH

Hình 1.1: TDA kiểu viên trụ

Hình 1.2 TDA kiểu vi trụ có mảng ngăn.

"Hình L3 TBA kiểu hai ngăn

Hình 1.4 TDA kiểu cỏ mang tran.

Minh 1.5 TDA kiểu có lõi trong

Hình 1.7 TBA kiễu nữa nén kh

Hinh L8 Buồng dưới TDA Thủy điện A Vương ~ Quảng Nam

Tình L9 Budng trên TDA thủy điện A Vương ~ Quảng Nam

Hình 2.1 Sơ đỗ tính toán dé lập phương trình.

Hình 22 Dao động mye nước rong thấp điều ấp

Hình 2.3 Nguyên tắc làm việc ở màng cản

"Hình 24 Sơ đồ khối tỉnh ton dao động mực nước trong TDA,

Hình 2.5(a, b, ) Mô hình tính toán của hệ kết cấu có nhiễu bậc tự do

“Hình 3.1 Sơ đồ tính toán ứng với MNC

Hình 3.2 Biểu tính toán mực nước thấp nhất rong tháp (MNmin)

Hình 3.3 Sơ đỗ tính toán ứng với MNLTK

Hình 3.4 Biểu đồ tính toán mực nước cao nhất trong tháp (MNmax)

Hình 3.5: Mặt cắt ngang 1-1 của TDA Suối Chăn 1

“Hình 3.6: Mặt cắt ngang 2-2 của TDA Suối Chăn 1

Hình 57: Mặt cắt ngang 3-3, 4-4, 5-5 của TDA Suối Chăn 1

“Hình 3.8 Mô hình kết cầu tháp điều áp trạm thủy điện Suỗi Chăn 1

27 30 44 45 46 47 48 49 s0

““

Hình 3.9 Phương chiều của hệ trục tọa độ địa phương của phần tử shell quy định

Hình 3.10 Quy định, phương chiều nội lực của phần tử shell quy định tong bai

toán không gian

Tình 3.11 Phổ ứng sắt F11 ứng với trường hợp 1

Tình 3.12 Phổ ứng suất F22 ứng với trường hợp!

Hình 3.13 Phổ MII ứng với trường hợp 1

Hình 3.14 Phổ M22 ứng với tưởng hợp

Hình 3.15 Phổ F1 lớn nhất trong quá trình mực nude trong tháp dao động

"Hình 3.16, Phd F22 lớn nhất tong quá trinh mực nước trong thấp dao động

Hình 3.17, Phổ M11 lớn nhất trong quá trình mực nước trong thấp dao động.

"Hình 3.18, Phổ M22 lớn nhất rong quả tình mực nước trong tháp dao động

inh 3.19 Đỗ thị E11 tại phan tử đáy ngăn trên tháp the thời gian,

Hình 3.20, Đồ thị F22 tại phần tử đáy ngăn trên tháp theo thời gian

Hình 3.21, Đề thị MII tại phn tử đầy ngăn trên thấp theo thoi gian

Hình 3.22, Đồ thị M22 tại phần tử đáy ngăn trên tháp theo thời gian.

55

56 56

5

sĩ 59 59

60

ot 6i

“

%

Thông số chi yếu của công trình

Lưu lượng lũ thi công

Kết quả tính toán dao động mực nước trong tháp

Giá trị tính toán chỉ tiêu cơ lý khối đá

Cie đặc trưng cơ lý của bể tông

Đặc trưng vt liệu lâm thấp

Tin số dao động rigng của hấp điều áp

so sánh kết quả trường hợp 1 với trường hợp 2.

3? ái 42 51

“

58 63

MỞ DAU

1 Tinh cấp thiết của đề tài

Với điều kiện địa hình có nhiều đồi núi, nhiều sông suối nên đắt nước ta có

iềm năng lớn về phát triển thủy điện Hiện nay đã và dang có rit nhiễu trạm thủy

điện được xây dựng trên đất nước ta Trong số đó, có rắt nhiều trạm thủy điện khai

thúc kiễu kết hợp và đường dẫn với đường din di và có ấp nên quản tỉnh của

đường him rất lớn, Để đảm bảo dn định tổ máy và giảm áp lục nước va trong quá trình vin hành, trạm thủy điện loại này cần xây dựng thấp điều áp

Việc xây dựng thấp điều áp chiếm một tỷ trong giá thành tương đối lớn trongxây dựng công trình thủy điện, việc chọn hình thức kết cấu, kích thước tháp hợp lý

số ý nghĩa quan trong, ảnh hưởng đến gid thành và sự lâm việc an toàn của công

trình, Để chọn được kích thước, kết cấu tháp hợp lý ngoài việc tính toán thủy lực,

xác định mục nước trong thấp côn phải thông qua tính toán kết cầu xác định trang

thai ứng suất biến dạng của tháp Hiện nay khi phân tích kết edu đối với tổ hợp tải

trọng có áp lực nước trong tháp, bài toán được chọn là bai toán tĩnh với mức nước.

trong tháp thường chọn là mye nước lớn nhất Kết quả của phương pháp tính toán

này ít phản ánh được trạng thái làm việc của tháp khi mực nước trong tháp biến.

thiên

Do đó, Việc nghiên cứu ảnh hưởng dao động mục nước đến trạng thái ứng suất

trong tháp điều áp có ý nghĩa lớn, góp phần vào việc lựa chon hợp lý kết cầu, tiết

cdiện ổn định, kiểu tháp, kích thước tháp điều áp cho trạm thủy điện.

Chính vì các yếu tổ phân tích trên nên việc nghiên cứu ảnh hưởng dao động

mực nước đến tháp diều áp là rt cần hit Tác giả chọn đề thi: "Nghiên cứu ảnh

Sướng dao động mực mước dén trạng thái ứng sudt trong tháp điều áp”.

XXây dựng bài toán phân tích ứng suất biển dang của tháp điều áp khi mực

nước trong tháp dao động trong quá trình chuyển tiếp tổ máy Sau đó so sánh kết quả với phương pháp coi mực nước trong tháp lá tĩnh để thấy được ảnh hưởng của dao động mức nước đến trang thải ứng suit biến dạng của thấp điều áp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

~ Xác định được sự biến thiên về mực nước, lưu lượng trong tháp điều áp;

- KẾt quả phân tích kết cấu tháp điều áp khi bỏ qua sự biển thiên của mực

nước trong thấp;

- Kết quả phân tích kết cấu tháp điều áp khi kể đến sự biển thiên của mực

nước, lưu lượng trong tháp;

- Kết quả phân ích ảnh hường dao động me nước đến trang thải ứngbiển dạng của thấp điều áp

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Điều tra, thống ké và tổng hợp cúc tả liệu đã nghĩ ên cứu liên quan đến để

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán thủy lực trong tháp điều áp;

- Nghiên cứu bài toán quan hệ tương hỗ giữa dao động mực nước trong tháp

điều áp với trang thai ứng suất, biển dạng của tháp:

- Xây dựng mộ hình toán mô phỏng sự làm việc của tháp điều áp khi mực

nước trong tháp biển thiên, điều kiện biên là dao động mực nước, lưu lượng được

xác định từ bài toán thủy lực trong tháp điều áp;

~ Ứng dụng phân tích kết cho công trình cụ thẻ;

- Phân tích, đánh giá kết quả.

CHUONG I

TONG QUAN VE THÁP ĐIỀU AP

Đường ống dẫn nước vào turbin của trạm thủy điện ngoài áp lực nước thông

thưởng côn chịu thêm áp lực nước va khi đồng mỡ turbin;

Xếu tạo ra một mặt thoáng ở một vị tí nào dé trên đường ống, thi ở đồ áp lực

nước va được giải phóng và từ vị trí này trở lên thượng lưu đường ống sẽ không.

chịu ap lực nước va nữa;

"Tháp điều áp (TDA) là một bộ phận tạo ra mặt thoảng nói trên Do đó TDA có.

tác dụng giữ cho đường him dẫn nước phía trước thấp khỏi bị áp lực nước va Ngoài ra nó còn làm giảm nhỏ áp lực ở phần đường ống din nước từ tháp vào

turbin

Tháp điều áp thường được ding các loại sau

1L1- Các loi tháp điều áp thường đùng

1.1.1 Tháp điều áp hid viên ry

TBA kiểu viên trụ là một giếng đứng hoặc giếng nghiêng có tiết diện không,

thay đối

Hình 1.1: TBA kiểu viên tụ.

4 Ui điển: Kiểu thấp này có kết cầu đơn giản, đễ thi công, tính toán thit kế đơn

giản;

b, Nhược điểm: Ché độ ôn định khi dng chảy qua thấp tốn thất thủy lực cục bộ 6

chỗ nỗi tiếp đường him và đường ống với tháp có thé lớn, đồng thời dung tích tháp

lớn, thời gian dao động kéo dài;

Ứng đụng: Đăng các trạm thủy điện cột nước hấp, mục nước thượng lưu ít thay

đối

1.1.2 Thập điều áp Kiễu viên ry có mang ngăn

Thực chất loại tháp này là TDA kiểu viên trụ, nhưng có đặt một mang cản ở

đây thấp để tang thêm tổn tất thủy lực khỉ dòng chảy vào và ra khỏi thấp Ming

cản có thể dưới dang lễ cản hoặc lưới căn, lâm tăng tổn thất thủy lực khi nướcchảy qua nó do đó giảm được biên độ dao động dẫn đến giảm được dung tích tháp

và làm cho dao động mực nước trong thập tắt nhanh.

Hình 1.2, TBA kiéu viên trụ có mang ngăn

So với TDA kiểu viên try TDA kiểu viên trụ có mang ngăn làm giảm được tổn thất thủy lực của dong én định khi qua vị trí đặt tháp;

TDA kiểu viên trụ có màng ngăn được dùng ở các trạm thủy điện cột nước.

trung bình và mực nước thượng lưu ít thay đỗ.

1.1.3 Tháp điều áp kiễu hai ngăn (có ngăn trên và ngăn dưới)

TDA nay gồm hai ngăn và một giếng đứng, ngăn trên va ngắn dưới có tiết

diện lớn hơn nhiều so với giếng đứng

|

S|

Hình 1.3 TBA kiểu hai ngăn

Kết cấu TDA này làm giảm được thời gian dao động mà lại hạn chế được biên

149 mực nước trong tháp;

TDA kiểu hai ngăn có dung ích thấp nhỏ hơn nhiều so với TĐA kiểu viên trụ

nhưng né Iai có nhược điểm là cầu tạo phức tp, và thường thich hợp với thấp ngằm

Us điềm : Hoàn toàn có thé khống chế mục nước ca nhất của thập;

"Nhược điểm: Làm mắt một phần nước qua mang tran,

LLS Tháp diều áp kU có lõi rong điễu kép hay kiểu sai phân)

Hình 1.3 TDA kiểu có lồi trong

Un diém: Khi mục nước en cao khôi miệng giếng đứng thì tần a ngân Ngo,

do đó không chế được độ cao lớn nhất của mục nước ty theo sức chiu đựng của ngăn ngoài;

Ung dung: Dùng khi tháp để hở trên mặt đất.

1.16, Thấp điều áp kiéw nén khí hoặc kiểu mia nén khí

ff

Hình 1.6 TDA kiểu nền khí Hình 1.7 TBA kiểu múa nón khí

cá Nhược điểm: trong quá quan lý phải bổ sung để duy trì thé tích không khí trong

thấp bị hao hụt do cuốn theo nước trong quá trình vận hành, kết cầu tháp phải bền

vũng chịu được áp lực thay đổi của không khí và phải kín để không khi không thoát

thấp nhưng hiệu quả không bằng TDA kiểu nén khí hoàn toàn.

b, Ưu điển: không cần ba sung không khí trong quá trình vận hành nhưng thé tích

thấp đôi hỏi lớn hơn.

e Ung dung: Dùng thích hợp với vùng có động đất vì kích thước nhỏ nhẹ.

2 Các nghiên cứu về tính toán thủy lực, phân tích kết cầu thấp điều áp cũa

trạm thủy điện 6 Việt nam và trên thé giới

12.1, Che nghiên cứu về tính toán thủy lực

a Nghiên cứu tính toán thủy lực TDA của tram thủy điện ở Việt Nam

- Theo tim hiểu của tác giả thì tinh toán thủy lực TDA thi các trong nghiên cứu.

và sản suất hiện nay đu tính toán theo cuỗn s ty Kixi-lep,

~ Hiện nay, ở Việt Nam tinh toán thủy lực TDA được áp dụng bằng phần mềm

Transient của TS Nguyễn Văn Sơn - Trường Đại học Thủy Lợi và đã được sử dung

vo sin suất một số công trình như: Sẻ San 4A, Suối Sap 3,

Ngoài nụ cũng có phần mềm WatedHammer - BK Trường Đại học Quốc Gia

TPHCM

= Theo tim hiểu của tác giả th tính toán thủy lực TDA thi các trong nghiên cứu

và sản suất hiện nay đều tỉnh toán theo cuỗn sổ tay Ki-xi-lep ở Nga Và cũng có một

số phần mềm ra đời cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin

1.2.2 Các nghiên cứu về tính toán kết cấu

Nghiên cứu tính toán, phân tích kắt cầu TBA của trạm thúp điện ở Việt Nam

= Theo tim hiểu của tác giả thì tính toán kết cầu TDA trong các nghiên cứu và

sản suất hiện nay các tác giả đều tính toán theo trạng thái tĩnh, tinh theo mye nước.

lớn nhất trong tháp để tính ra thép bố tri cho công trình Và chưa xét tới bài toánđộng, nh hưởng dao động của chất ling tới công trình

- Một số hình ảnh TDA ở Việt Nam

.3 Tóm tit nội dung chương 1

= TDA là công trình có tác dụng làm giảm áp lực nước va dẫn từ đường him,

đường ông dẫn nước vào tuabin nhà mấy thủy điện

- Có rit nhiều loại TDA, mỗi loại được sử dụng địa hình, nhu edu cụ thể khác.

nhau.

- Tính toán thủy lực TDA có rit nhiễu tác giá tinh và đã xây dựng lên các phần.

mềm tính nhanh, chính xác như phần mém Transient của TS Nguyễn Văn Sơn ~

“Trường Đại học Thủy Lợi.

- Tính toán kết câu TDA các tác giả hiện nay haw hết đều tính toán theo trạng

thái

nh.

inh, tính (heo mực nước lớn nhất rong thấp để tính m thập bổ ho công

Vi vây thấy rỡ được sự ảnh hưởng của mục nước trong thấp ảnh hướng đến

kết cấu TDA như thé nao là hết sức cần thiết

CHUONG II

CO SỞ LÝ THUYET GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN

2.1, Tinh toán dao động mực nước trong thấp điều áp

2.11 Phương trình vi phân cơ bin của thấp điều áp

-31.1.1 Phương trình động lực học

Xét trạng thái chảy không ổn định của hệ thống "đường him dẫn nước —

“TĐA” với đường him dẫn nước nằm ngang Tinh toán xét khối nước dao động gdmđường ham dẫn nước, TDA;

A a nS

ot | > Ps “ Qbda

Gs @

Hình 2.1 Sơ đồ tính toản để lập phương trình

Theo định luật biển thiên động lượng, hình chiều vetơ biến thiên động lượng,

của kh nước di chuyên ong đường him dẫn nước nước thấp tong thời gian d

lên rực x bằng tổng hình chiếu của tte các ngoại lục tác dụng đến khối nước

a (ov) | »x ey

Trong đó.

+ m khối lượng nước tong đường him dẫn nước

Lty Khối lượng m không thay đổi trong quá trình dao động m.

diện đường him din nước (m")

+L: chiều dai đường him dẫn nước (m);

+ ÿ¡ trọng lượng riêng của nước;

+g: gia te trong trường (m/s),

+ V: vận the dòng chiy trong đường him dẫn nước (ms)

Hình chiếu veetơ vận tốc dương lên trục x: Vs

inh chiếu các ngoại lực tác dụng lên khối nước nước lên trực x (SSX) gm

+ Ap lực nước lên hai đầu khối nước: ~yf (Z.= hạ ~h,)

+ Z: chênh lệch mye nước trong TDA so với mục nước tĩnh trong hồ chứa

hoặc trong bé dp lực, chiều dương hướng xuỗ dưới (m);

+ hg: tổn thất cột nước khi nước cháy vào và ra khối tháp: By = Eq

š,: hệ số cân cục bộ của thấp

Vas: vận tốc đồng chảy trong TDA, chiều dương hướng từ dưới lên trên (mis).

+ Lực ma sắt và các lực cản lên khối nước di chuyển: hi,

+ hị tổn thất cột nước trong đường him: gdm tổn thất cục bộ vả tổn thất ma

sit doe đường: hạ =h, +h

2 hệ số sức cân thủy lực đạc đường của đường him dẫn nước;

4: đường kính đường him

+ Hình chiếu trọng lực và áp lực nước vuông góc với trục x nên bằng không Gọi tổng tổn thất cột nước h, =h, +h, + hụ, +h,

d(mV)x wig Khi đó SP x V8 (2h, 02TA" ,

3.1.1.2 Phương tình liên tục

Theo định luật liên tục của đồng cháy: lưu lượng qua turbin trong thời gian dt

bằng lượng nước chảy qua đường him dẫn nước cộng (hoặc trừ) lượng nước từ

‘TDA chảy ra trong cũng thời gian đó

Qr=Q;+ Qu © Qidt= fVidt + Faz 3)

+ Qu: lưu lượng chảy vio (ra) TDA: Q,

+ Q¡: lưu lượng đồng chảy vào turbin (m/s)

+ E:tiết điện TDA (m?)

Kết hợp hai phương trình trên và thay h,

Fa

Trong 46 ¬Lgeht se

2.1.2 Tính toán thủy lực thúp điều áp bằng giải tích

2.1.2.1 Yêu câu tính toán

Mục đích tính toán thủy lực TDA nhằm xác định biên độ dao động mực nước.

trong TDA (mực nước cao nhất và thấp nhất) để chon loại, xác định tiết điện én

định và kích thước của TDA hợp lý nhất theo điều kiện kinh tế và ky thuật;

“Tính toán thủy lye để xác định các trị số:

~ Tỉnh ton mực nước cao nhất trong tháp điều p, nh với mực nước hồlớn nhất, tổn tht thấy lực nhỏ nhất trong đường dẫn có thể xảy ra trong trường hợp

đó, và giảm đột ngột toàn bộ phụ tải của nhà máy (từ lưu lượng lớn nhất đến lưu.lượng bằng không);

~ Tính toán mực nước thấp nhất trong tháp điều áp, h với mực nước

thấp nhất trong hi chia (mc nước chế), tổn thất hủy lực lớn nhất trong đường

hằm và có thể xây ra trong các trường hop tăng ti sau:

+ Tăng công suất tương đương với một máy, nhưng không nhỏ

N30 000 kw; hơn 33% công suất toàn nhà máy, với cỡ nhà máy có công su

+ Tăng công suất tương đương với ha tổ mấy, nhưng không nhỏ

hơn 50% công suất toàn nhà máy, với cỡ nhà máy có công suit N > 30 000 kw;

+ Tăng 100% công suất toàn nha máy, hoặc với một giá trị công

suất mã nhà may tham gia vào việc điều chỉnh tin số của hệ thống mạng điện

Sau khi xác định được mực nước thấp nhất trong tháp điều áp phải kiểm trađiều kiện mép trên của Sng dẫn nước vào turbine phối thấp hơn mực nước này ít

nhất là 2 - 3m để tránh không khí lọt vào turbine,

Tir kết quả tinh toin xác định được mực nước thấp nhất và cao nhất của TDA

từ đồ xác định được cao trình định và cao trình đầy của TDA.

21.2.2 Tháp điễu áp hình tr khi không sét 1 sức căn thủy lực

3) Dao động mực nước khi không xét tổn thất thủy lực

b) Dao động mực nước khi cắt toàn bộ phụ tải có kế đến tồn thắt thủy lực

©) Biểu đồ sắc định mục nước ding và giảm ove đại

Khi không xét tới sức cân thủy lực thì kết quả tinh toán có thể phần nào sai khác với thực tế, song cho phép ta hình dung được toàn bộ quá trình dao động sóng, trong TDA;

Khi bo qua các tổn thất thay lực và xét trong trường hợp lưu lượng qua turbine

thay đồi tức thời, tư phương trình (2-4) ta có:

` es)

we

Đây là phương trình vi phân tuyén tinh bộc hai hệ số hằng, giải nd với cúc điều

kiện ban đầu khi t = 0:

tường ứng với trạng thái ổn định ban đầu;

*‡* lương ứng với trạng thái ôn định cuối cũng; các kỹ hiệu khác là kỹ hiệu chung Ta có nghiệm tổng quát

G4)

Phương trình (2-6) thể hiện dao động sóng mực nước trong TĐA lả him sin

không tit với biên độlớn nhất

2.1.2.4 Thập dig ấp hình tụ Bhi xt tt cản thấy lực

Sức cản thủy lực trong hệ thông đường dẫn nước có áp làm giảm biên độ dao.động trong thấp điều ấp và làm cho dao động tắt din, Một phần tổn tht thấy lực cơ

bản là tổn thất dọc đường hy trong đường him dẫn nước tháp điều áp, nó phụ thuộc

vào độ nhám của đường him;

Trong thự té, do điều kiện thi công và trong quả tình vận hành độ nhám này

khác với thiết kế, do đó để đảm bảo an toàn độ nhám tính toán cần sử dụng hai giá

tr khi tính toán cho trường hợp cắt tải chọn độ nhắm nhỏ nhất có thé và khi tính

toán cho trường hợp tăng tải cin chọn độ nhám tối đa

a Khí giảm tải

Xết trường hợp cắt tải toàn bộ lưu lượng từ Qo đến Q„ = 0 Vì thời gian đồng.turbine thường rất ngắn (Ts = 3 6s) nên Ts ảnh hưởng không đáng kể dao động.mực nước tong thấp điễu áp Vi vậy trong tính toán xem như đồng tức thi:

Với trường hợp đóng hoàn toàn từ từ Qo đến Qe = 0, ở trạng thái ban đầu.(rang thi dn định) mực nước trong tháp điều áp thắp hơn mực nước trong hỗ chứa

một trị số Zụ = hạ, tinh theo công thức thủy lục:

đZ wF (dz) fe

ar dina) “ts ey

Để lân ta đặt ký hiệu cho các hằng số: k=; x, ~ÊE nghiệm e đơn gi đặt ký hiệu cho các hằng số: k, 3n L được nghiệ

‘chung của phương trình (2-4*) khi cắt tải hoàn toàn:

"Mực nước dng lên cao nhất rong thip điều áp Z = Z4„„ Khi SE

Tir Q-9%) tac: ett!

A 4(2)

aera)

Khi đó 2k/Z„„„ —In(L+2k/Z2„.)= 2k/Z, 210)

hay Zon ta 14% 2-10" vi snh(t @-10)

“Trong đó:

(10)

độ lớn nhất Zax trong ứng với mực nước cao

nhất trong thấp điều p Mực nước cao nhất trong thấp điều áp được tinh với tườnghợp mực nước thượng lưu cao nhất hoặc MNDBT

“Thực tế tinh toán cho th ự sắc cản thấy lực rong hệ thong đường dẫn có

ảnh hưởng đến biên độ lớn nhất của dao động mực nước tháp điều áp Với đường

him dẫn nước dai 20km sai khác có thể đến 25%

Véi trường hợp này LA Te-nhi-a-chỉn đề nghị công thức gần đúng:

(-0sx0Istz] G12)

Trong đố: Z7 là mực nước dâng lên trong thấp khỉ bộ qua tổn thất cộtnước trong đường him, tinh theo công thức (2-7); ø

b Khí tăng tải

Khi tăng công suất tram Ny đến Ne , lưu lượng sẽ phải tăng từ Qy đến Q,, ứng

với trang thai dn định mới.

Trong trường hợp này, coi như mở tức thời, công thức gần đúng tinh tị sốmực nước hạ thấp nhất trong tháp sẽ

Za = Zig 1-1) {14015622 (ene[te(ieme]p mez, (13)

"Mm:Óđ ,

Trong đó: DI

Z¿— Mực nước ôn định cuối cùng;

Qry~ Lưu lượng bạn đầu qua turbine;

Qre = Lưu lượng én định cudi cùng;

Ho tn thất cột nước trong đường dẫn

sua” xác định theo biểu thức (2-7)

Trường hợp Qy =0, tăng đến Q., cổ thể đồng công thúc

1+0/08z(L+z)]Z1,, (2-14)

Hoặc theo công thức gin đúng của Ac-ne

Z„„ =(140,1e+0,50°) 22, G15)Các công thúc (2-12), (2-13) và (2-14) chỉ phù hợp với số z < 1,24 khi

£>=1,24 dao động không chu kỳ và mực nước hạ thấp nhất bằng Z,

2.1.2.4 Tháp điều áp có màng cản

Ở trạng thái ôn định, mực nước thấp hơn mực nước ở thượng lưu một trị số:

( ren Ms a1)

a Trường hợp edt tài

“Xét quá trình cắt tải tức thời toàn bộ từ Qry đến Q+ = 0 trong quá trình thayđổi lưu lượng vào turbine sẽ xuất hiện dng chảy vào tháp điều áp, do đồ xuất hiệnthêm tốn thất qua mang ean của tháp điều áp

Vay tốn thất thủy lực toàn bộ của hệ thống:

+h, ch, th, =(y +8.)

+

“Hình 2.3 Nguyên tắc làm việc ở màng cản

1- Sơ đồ nguyên tắc kim việc của màng cản

1 Biểu đồ xác định mục nước cục dại khi đột ngột cit toàn bộ phụ tải

Một trong những đặc điểm riêng biệt của tháp điều áp có mảng cân là khảnăng xuất hiện hiện tượng "sóng xô”của sóng nước va vào đường him dẫn nước.Khi hg số cản cña thấp điều áp Gy lớn, trong quá trình chuyển tiếp do kết quả của

hiện tượng "sông xô”của nước va mà lực nước trong đường dẫn còn lớn hơn cả áp lực do mực nước dâng cao nhất trong tháp điều áp.

b, Trường hợp tăng tải

Mực nước thấp nhất xuất hiện trong quá trình tăng tải Trong thiết kế chọn tính

toán cho trường hợp này là tăng tải toàn bộ một tổ máy tử lưu lượng không tai Q„

đến đẩy tải Qua, hoặc tăng toàn bộ các tổ máy trong phạm vi điều chỉnh bìnhthường, ví dụ từ 50% đến 100% phụ tải với mực nước thượng lưu thấp nhấttính toán bằng giải ích trường hợp này rt phức tạp, có thể giải bài toán này bằng

đồ giả hoặc sử dụng các phương pháp số ứng dụng trên máy nh

2.1.3, Phương pháp sai phân hữu han và ứng dung tn học giải bài toán thấy lực trong thấp điều áp

Các phương pháp sai phân: Ole, Ơle-Cosi hoặc Runge- Kutta là phương

pháp có thể ứng dung để gai quyết các bai toán về các chế độ không ổn định thủy lực trong các hệ thông đường dẫn nươc của TTD có tháp điều áp Sau đây sẽ trình.

bay một số phương pháp sai phân đơn giản ứng dụng cho tháp điều áp.

21.3.1 Các phương trình cơ bản

399)

Trong đó

Qu Lyf = tương ứng là lưu lượng, chiều dải, diện tích ti diện đường

Z.~ tga độ mực nước trong tháp điều áp lấy mục nước hồ chứa lâm tọa

đồ gốc, chiều dương xuống đưới;

hạ — tổn thất cột nước trong hệ thing đường dẫn và hấp điễu áp

hth tha + hy

(Qr~ Lưu lượng nước qua turbine;

điện tích tiết điện của thấp điều áp tương ứng tương ứng khi ở mực nước Z

+ Biển thời gian

Do gia tốc của khối nước trong hệ hông đường dẫn và tháp điều áp không lớn

trong các quá rình chuyển tiếp nên trong tính toán tổn thất cột nước hy có th thepquy luật của đông chấy ôn định Giá tị của các tôn thất phụ thuộc vào hướng và độlớn của vận tốc trong các thành phan của hệ thống ở mỗi thời điểm tinh toản

Tên thất cột nước trong đường hằm gồm các tổn thất cục bộ (h,) và tổn thất

ma sắt dọc đường (hy): hi, =, +h,

ai M= JeiSi= K0/0/

“Tôn thất cột nước khi nước chảy vào v ra khỏi thấp

tạnG-9)6, (|=k,(0,~9,Jl,~9,}

Cột nước lưu tốc: h,

Lưu lượng qua turbine Q phụ thuộc vào chế độ của quá trinh chuyển tiếp vàđặc tính của từng loại turbine do đó cũng 1a biến của thời gian t.

[Nr vậy, các him Qu và Z trong hệ phương trình (2:3) và (2:3”) đều là biến

của thời giant, các về phải của hệ phương trình vi phân có th biểu diễn dưới dạng

hàm với biển số thời gain sau:

3.1.3.2 Phương pháp sai phân hữu han Ole

Trong cá phương pháp sai phân vin đề chủ yếu là xác định đúng giá trị của

nghiệm tại từng thời điểm tính toán Khác nhau giữa các phương pháp tính toán là

tốc độ hội tụ của nghiệm.

'Với phương pháp Ole, các phương trình (2-17) và (2-18) thể hiện dưới dang

Qin + AtE(Z2,sQ1,2s1-,) (2-19)

Rịa ALE, (2u,Q),.st¡) (220)

Qin = Qui ACK (2,1)

#8 =Z, +AtR (2,,,1) 2-22)

Trong đó: Các chỉ số i ~ thời điểm tính toán; k- chỉ số bước lặp

huge điểm của phương pháp này là tốc độ hội tụ chậm

2.13.3 Phương pháp sai phân hữu han Ole ~ Cosi

Sử dụng phương pháp sai phân Ole ~ Cosi, nghiệm của hệ (2-17); (2-18) được

biểu diễn dưới dạng sau:

"` Aart) " "

Za fh tert ) (205)

4)E(Z.9, 1) (21%)

¬ ` 2-224)

“Trong đó: Các chỉ số ¡ thời điểm tính toán; k ~ chỉ số bước lap.

Sai số cho phép lấy theo (2-23) và (2-24)

Do ngay trong từng bước lp tếp theo đã lấy các giá tr trung bình để trùnghòa sai số nên tốc độ hội tụ nhanh hơn.

21.34 Phương pháp sai phân hữu hạn và lip trình giải nỗ trên máy tỉnh

Giải bà toán về chế độ không ôn định trong TDA bing phương pháp si phân

hãnh theo sơ hữu hạn va lập trình giải nó trên máy tính có thể tổng quit hình (2-4), theo các trình tự như sau:

1.Các số liệu cho trước bao gồm:

- Số liệu về đường ông: L, f, độ nhắm đường him trên cơ sở đó tinh R,

số liệu về TDA: F (thay đổi the chiều cao nêu là TDA hai ngăn), hệ số

- Số lệ độ điều chính lưu lượng vào turbine Qy (quy định đồng

mỡ theo thời gian);

Các số liệu cho trước và các số liệu phụ trợ sau khi tinh được in vào file kết

"bước tiếp theo số chin giây ta lập thuật toán để cứ sau 10 bước tính mới in một lần;

hE độ ấp theo cần in có chọn lựa ví muốn in kết qui c

+ Atva tương ứng i

4, Thay đổi bước tính

5 Tinh toin xác định chế độ, bước thứ : bằng các phương pháp sai phân hữu

hạn xác định Qu, Z; (theo các phương trình sai phân và phương pháp lặp);

Hình 24 So đồ khối tink toán dao động mực nước trong TDA

2.2 Cơ sở ý thuyết phân tích kết cầu tháp điều áp chị tại trọng động

221 Phương trình động lực học cơ bản trong bài toán động và các phương pháp giải

Khi toán phan ứng động ta không thé mô hình hỗa tắt cá các hộ kết cầu

dưới dạng hệ có một số bậc dao động tự do, Đại da số các hệ kết cấu chịu lục của

ng trình xây dựng thường có mô hình tính toán gdm một số bậc tự do Jon hơn

một Đó là các hệ kết cấu ma khối lượng của chúng có thé tập trung về một số bội

phận nào đó sao cho sự làm việc thực của chúng về cơ bản không bị ảnh hưởng.

Nhưng hệ như vậy có tên gọi là hệ có khối lượng tập trung, hoặc hệ có khối lượng,rời re, hoặc thông đụng hơn, hệ cổ nhiễu bộc ự do

Để xây dụng phương tình chuyển động của hệ kết cấu ta có thể ding

phương pháp lực (phương pháp ma tận độ mềm) hoặc phương phip chuyển vi

(phương pháp ma trận độ cứng) Sau đây ta sẽ dùng phương pháp chuyển vị để thi

lập phương trình chuyển động cho hệ kết edu có mô hình tinh toán như hình 2.5

Dưới túc động của ngoại lực động Fy(t) các khối lượng my của hệ kếtcấu sẽ có các chuyển vị ngang xạ(0 (k=1,2, k, n) Trên cơ sở của nguyên lý.d"Alember, các chuyển vị này được sắc định từ phương tinh cân bằng động sau ti

mỗi k

F,‘oa (t)+ Fos (t)+Fue(= F(t) ( a) (2-25)

Trong đó,

Fox(0)~ Lực quán tính tác động lên khỗi lượng mạ;

Ec() ~ Lực cản tác động lên khi lượng my:

Fa — Lực dan bồi tác động lên khối lượng mg:

2.2.2 Xác ink lực quan tính

Lực quán tính tỷ lệ thuận với gia tốc.

Lực quán tinh tác động lên khối lượng my được xác định từ phương trình sau:

Fy, (0) =-mi, (9) (k=12, n) (2-26)

“Trong đó: my, ~ khối lượng tập trung lại nút k,

4 (1) gia tốc tại nút k ại thời điểm +

2.2.3 Xác định lực đàn hoi

Dé xác định lực đàn hồi Eu,(U) tác động lên khối lượng my ta giả thiếtring tit cả các bậc tự do của hg kết cấu đều bị chất li (hinh 2.5 b), sau đồ lẫn lượt

cho mỗi bậc tự do một chuyển vị cưỡng bức X;(Ð, x;(Ð, X,() x(9 Trong

điều kiện này tại mỗi bộc tự do sẽ phát sinh ra lục din hồi Bằng cách tháo chốt lẫnlượt các bậc tự do và bắt chúng phải chịu chuyển vị cưỡng bức đúng bằng chuyển vịngang của hệ cho ở hình 2.5.a ta sẽ được các lực đàn hồi sau tại mỗi bậc tự do

Fo O= Lan)

Trong đó

tụ, là hệ số độ cứng hoặc phân lực đơn vị sinh ra kh chất ta liền tục hệ

kết cấu với các chuyển vj bằng đơn vị (hình 2.5.0).

2.24, Xác inh lực cản

Dé sắc định lực cin Ec(9 tie động lên khối lượng my, như phần tén đã trìnhbay, ta xem lực cản trong trường hợp này là lực cản nhớt tỷ lệ thuận với tốc độichuyển động của hệ kết cầu Do đó, trong tự như cách xác đình lực đàn hồi Euu(0) „

ta xem mỗi hệ số can bat kỳ cụ, biểu diễn lực xuất hiện theo hướng bậc tự do j khi

khối lượng mẹ có tốc độ chuyển vị bằng đơn vĩ trong khi các khối lượng khác có

tốc độ bằng không (bj chốt lại), có nghĩa là ï, =1.i, =0(j #4)