THIẾT KẾ TÍNH TOÁN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM PÔNG, QUỲ CHÂU, NGHỆ AN ppt

Để phục vụ cho việc tính toán xác định dòng chảy lũ thiết kế cho công trình, lượng mưa ngày lớn nhất ứng với các tần suất thiết kế được cho bảng sau: Bảng 2.1 Lượng mưa ngày lớn nhất ứn

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM PÔNG, QUỲ CHÂU, NGHỆ AN

MỤC LỤC 1

PHẦN I :GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 4

CHƯƠNG 1: Tổng quan về công trình 4

1.1 Giới thiệu về công trình : 4

1.2 Nhiệm vụ công trình: 4

CHƯƠNG 2: Các tài liệu điều tra thu thập được 5

2.1 Tài liệu về địa hình, địa chất: 5

2.2 Tài liệu thủy văn : 6

2.3 Tài liệu về dân sinh kinh tế tại khu vực dự kiến xây dựng công trình : 10

2.4 Nhu cầu dung điện : 11

PHẦN II :TÍNH TOÁN THỦY VĂN 13

CHƯƠNG 1: Tính toán điều tiết lũ 13

1.1 Mục đích tính toán điều tiết lũ : 13

1.2 Chọn phương pháp phòng lũ và biện pháp tháo lũ : 13

CHƯƠNG 2: Phương pháp tính toán điều tiết lũ 14

2.1 Tính toán với lưu lượng thiết kế : 14

1.2 Tính toán với lưu lượng kiểm tra : 14

PHẦN III: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG 15

CHƯƠNG 1:Bố trí sơ bộ công trình 15

1.1 Bố trí các công trình đầu mối : 15

1.2 Cách bố trí các công trình trên tuyến năng lượng : 16

CHƯƠNG 2:Tính toán thủy năng 18

2.1 Chọn hình thức điều tiết : 18

2.2 Tính toán thủy năng : 18

2.3 Lựa chọn các thông số thiết kế : 22

2.4 Phương pháp tính toán thủy năng : 404 2.5 Kết quả tính toán thủy năng : 26 PHẦN IV: CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG 28

CHƯƠNG 1: Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu 28

1.1 Nhiệm vụ của các công trình thủy công nói chung : 28

1.2 Nhiệm vụ và cấp thiết kế của công trình : 28

CHƯƠNG 2: Chọn tuyến và bố trí tổng thể công trình 30

2.1 Chọn tuyến đập và giải pháp kết cấu chính : 30

2.2 Bố trí tổng thể công trình : 30

CHƯƠNG 3: Chọn hình dạng cấu tạo cụm công trình 32

3.1 Chọn hình dàng cấu tạo đập không tràn : 32

3.2 Chọn hình dạng mặt cắt cho đập tràn : 32

CHƯƠNG 4: Tính toán thủy lực đập tràn 3 3

4.1 Xác định khẩu diện tràn và cột nước tràn theo mực nước lũ thiết kế : 33

4.2 Xác định cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra : 33

CHƯƠNG 5: Thiết kế đập không tràn 3 5

5.1 Mặt cắt cơ bản : 35

5.2 Tính toán mặt cắt thực dụng đập không tràn : 37

CHƯƠNG 6: Tính toán thiết kế đập tràn 4 3

6.1 Thiết kế mặt cắt thực dụng của đập tràn : 43

6.2 Tính toán tiêu năng : 45

CHƯƠNG 7 : Thiết kế tuyến năng lượng 4 9

7.1 Chọn phương thức cấp nước của đường dẫn nước áp lực : 49

7.2 Công trình lấy nước : 49

7.3 Tính toán tổn thất thuỷ lực qua CLN : 54

7.4 Thiết kế đường hầm dẫn nước : 56

7.5 Tính toán tháp điều áp : 57

7.6 Tính toán đường ống áp lực : 58

7.7 Tính toán nước va trong đường ống áp lực : 60

PHẦN V:LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÁY THUỶ ĐIỆN 70

CHƯƠNG 1: Chọn số tổ máy 70

1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy của TTĐ : 70

1.2 Chọn số tổ máy cho TTĐ Nậm Pông : 71

CHƯƠNG 2: Xác định các thông số của turbin và máy phát 72

2.1 Xác định các thông số cơ bản của turbin : 72

2.2 Chọn máy phát thủy điện: 80

CHƯƠNG 3: Chọn thiết bị dẫn và thoát nước 88

3.1 Thiết bị dẫn nước cho nhà máy thuỷ điện: 88

3.2 Thiết bị thoát nước cho nhà máy: 92

CHƯƠNG 4: Chọn thiết bị điều chỉnh turbin 95

4.1 Nhiệm vụ của điều chỉnh Turbin: 95

4.2 Hệ thống điều chỉnh turbin : 96

CHƯƠNG 5: Chọn sơ đồ đấu điện chính, thiết bị nâng hạ 10 1 5.1 Sơ đồ đấu điện chính: 101 5.2 Chọn thiết bị phân phối điện cho TTĐ Nậm Pông : 104

5.3 Chọn thiết bị nâng chuyển cho TTĐ Nậm Pông : 108

PHẦN VI: NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN 6210

CHƯƠNG 1: Các kích thước cơ bản của nhà máy 62 10 1.1 Vị trí và loại nhà máy : 6210 1.2 Kết cấu và kích thước phần dưới nước của TTĐ : 110 1.3 Kết cấu và kích thước phần trên nước của TTĐ : 63

CHƯƠNG 2: 66

2.1 Các thiết bị bố trí trong nhà máy thuỷ điện :

2.2 Các phòng phụ của nhà máy :

PHẦN VII: CHUYÊN ĐỀ

PHẦN VIII: CÁC PHỤ LỤC TÍNH TOÁN

LỜI CẢM ƠN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHẦN I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

1.1 Giới thiệu về công trình

1.1.1 Tên công trình: Công trình thủy điện Nậm Pông, huyện Quỳ Châu, tỉnh Nghệ an

1.1.2 Vị trí công trình

Công trình thuỷ điện Nậm Pông dự kiến đặt trên dòng sông Nậm Pông Khu đầu mối công trình thuộc xã Châu Phong còn nhà máy nằm cách quốc lộ 48 khoảng 1 km, cách đường Hồ Chí Minh trên 70km, trên địa bàn xã Châu Hạnh, huyện Quỳ Châu tỉnh Nghệ An Nậm Pông bắt nguồn từ dãy Trường sơn, biên giới Việt nam- Lào, độ cao 1.400m đến 1.500m, là nhánh cấp I và nằm ở hữu ngạn sông Hiếu, một dòng sông có lưu lượng nước rất lớn, chảy về khu vực giữa tỉnh Nghệ an, hàng năm gây ra lũ lụt rất lớn cho đồng bào ở cả thượng du và hạ du

Từ nguồn về, dòng chảy chính chảy theo hướng Tây Nam- Đông Bắc, nhập với sông Hiếu cách thị trấn Quỳ Châu khoảng 8-10 km về phía thượng lưu

1.2 Nhiệm vụ công trình:

- Thuỷ điện Nậm Pông dự kiến xây dựng trong 3 năm Nhiệm vụ chủ yếu là phát điện với công suất lắp máy là 30 MW, hoà vào lưới điện khu vực cấp điện áp 110 kV, sản điện lượng bình quân năm 123,965 triệu kWh

- Ngoài ra khi công trình thuỷ điện được xây dựng sẽ tạo công ăn việc làm cho một bộ phận không nhỏ dân trong vùng và cũng góp phần phát triển hạ tầng, thúc đẩy nền kinh tế của địa phương phát triển hơn nữa

CHƯƠNG II: CÁC TÀI LIỆU ĐIỀU TRA ĐÃ THU THẬP ĐƯỢC

2.1 Tài liệu về địa hình, địa chất:

a) Đặc điểm địa hình khu vực công trình:

- Khu vực công trình có dạng địa hình vùng núi cao trung bình với mức độ chia cắt mạnh, các sườn núi hẹp và dốc 20- 0

b) Các tài liệu qua công tác khoan trắc về địa hình:

- Đã có bản đồ địa hình toàn vùng dự định xây dựng công trình với tỉ lệ 1:20000

- Bản đồ tỉ lệ 1:200 tại khu vực tuyến đập và tại nhà máy

c) Địa chất khu vực công trình:

- Phần lớn khu vực nghiên cứu phân bố đá granitôgownai,…cấu tạo khối, đá cứng chắc, có các mạch thạch anh dày 0,5m đến 2,0m xuyên cắt

- Các hiện tượng địa chất vật lý như đá lăn, trượt lở, đá đổ tại các sườn dốc khu vực tuyến

đập rất nguy hiểm đe dọa ổn định công trình

- Điều kiện địa chất các công trình chính:

+ Điều kiện địa chất công trình tuyến đập dự kiến là tương đối thuận lợi, lòng sông có lớp cát, cuội, sỏi và tảng lăn kích thước lớn dày 1,8 tới 4,3m Dự kiến tuyến đập đặt tại vị trí mặt cắt 2-2 đã khảo sát và đập đặt trên đá đới IIA

+ Điều kiện địa chất công trình tuyến đường hầm dự kiến xây dựng cũng tương đối tốt: tuyến dài khoảng 5km, địa hình phân cắt trung bình, hầm sâu dưới mặt đất đến hàng trăm mét

- Hồ chứa thủy điện Nậm Pông là hồ chứa miền núi, hẹp, nông, vách dốc 20- 0

40 Địa hình phân cắt mạnh, hiện tượng trượt lở đất đá ven bờ phát triển mạnh với quy mô cục bộ, khả năng thấm mất nước qua hồ chứa và hai vai đập là nhỏ, không đáng kể

2.2 Tài liệu thủy văn:

a) Đặc điểm khí hậu:

- Khí hậu:Công trình thủy điện nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với các hướng gió chính là: Gió mùa Đông, Đông Bắc, gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông Nam Gió mùa Đông Nam ảnh hưởng lớn tới lượng mưa ở vùng

- Nhiệt độ và độ ẩm không khí:

+ Chế độ nhiệt trong năm biến đổi theo mùa rõ rệt mùa nóng và mùa lạnh, sự chênh lênh nhiệt độ giữa 2 mùa có khi lên tới 0

20 + Lưu vực sông Hiếu nói chung có độ ẩm không cao Giá trị độ ẩm tương đối trung bình năm ít biến đổi trong vùng, giữa các tháng độ ẩm ít thay đổi

- Chế độ mưa: Phân bố mưa trên lưu vực sông Hiếu có xu hướng tăng dần từ hạ lưu lên phía thượng nguồn

Để phục vụ cho việc tính toán xác định dòng chảy lũ thiết kế cho công trình, lượng mưa ngày lớn nhất ứng với các tần suất thiết kế được cho bảng sau:

Bảng 2.1 Lượng mưa ngày lớn nhất ứng với tần suất thiết kế:

Lượng mưa ứng với các tần suất thiết kế(Xmax %p ) Trạm

Quỳ Châu 496 435 382 331 269 224

- Lượng bốc hơi trên khu vực công trình: Lượng bốc hơi trung bình năm quan trắc được cho thấy trên lưu vực biến đổi từ vùng thấp đến vùng cao Ở vùng cao có lượng bốc hơi nhỏ hơn vùng thấp và tổng lượng bốc hơi năm dao động trong khoảng từ 700m đến 950m

- Chế độ gió tại khu vực khảo sát: Gió hoạt động trên lưu vực sông Cả nói chung và lưu vực sông Hiếu nói riêng thay đổi theo mùa, cơ chế gió mang nhiều tính địa phương nhất là ở những nơi có địa hình phức tạp Trong năm phân biệt hai mùa gió:

+ Mùa đông gió thịnh hành là Đông - Đông Bắc, mùa đông tập trung xung quanh hướng gió thịnh hành với một tần suất khá cao và tương đối ổn định

+ Mùa hè hướng gió thịnh hành là Tây - Tây Nam, gió mùa hè không tập trung bằng mùa

đông Gió Lào tập trung nhiều từ tháng IV tới tháng VII mang thời tiết khô nóng rất khó chịu

b) Các đặc trưng về thủy văn dùng cho công tác thiết kế:

- Đặc trưng dòng chảy năm thiết kế: Qua quá trình quan trắc tại các trạm thủy văn khu vực

dự kiến xây dựng công trình và dựa trên những kết quả tính toán thủy văn ta thu được đặc trưng dòng cháy năm thiết kế tại tuyến công trình được cho bởi bảng sau:

Bảng 2.2: Đặc trưng dòng chảy năm thiết kế tại tuyến Nậm Pông

o Q

3/

m s C v C s 10 50 75 80 90 Nậm Pông 354 12,15 0,356 2C v 17,9 11,6 9,03 8,47 7,05 +Q o: là lưu lượng trung bình nhiều năm,

+C v,C s: là hệ số đặc trưng dòng chảy năm,

- Chế độ dòng chảy qua tuyến đập được đặc trưng bởi đường duy trì lưu lượng ngày đêm cho bởi bảng sau:

Bảng 2.3 Lưu lượng ngày đêm tuyến Nậm Pông ứng với các mức bảo đảm:

Lưu lượng ngày đêm thiết kế P% 3

Trong đó F là diện tích lưu vực tuyến công trình

Bảng 2.4 Tọa độ đường duy trì lưu lượng ngày đêm tuyến nhà máy Nậm Pông

Bảng 2.5 Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tại tuyến công trình Nậm Pông:

3

%( / )

p

Q m s Phương pháp

- Dòng chảy bùn cát tự nhiên đến tuyến công trình:

+ Dòng chảy bùn cát tự nhiên tới tuyến công trình được xác định theo độ đục thực đo của trạm Quỳ Châu

+ Kết quả tính toán lưu lượng phù sa trung bình hàng năm đến tuyến công trình được giới thiệu bảng sau:

Bảng 2.6 Dòng chảy phù sa trung bình hằng năm tuyến đập Nậm Pông

+ρo: Dung trọng riêng của bùn cát

+W ,tc V tc: là tổng lượng và tổng thể tích phù sa lơ lửng và di đẩy

- Trên cơ sở tính toán và đo đạc trên bình đồ tổng thể ta có được bảng tọa độ đường quan hệ

2.3 Tài liệu về dân sinh kinh tế tại khu vực dự kiến xây dựng công trình:

a) Tình hình thực tế của huyện Quỳ Châu:

- Quỳ Châu là một huyện vùng cao của tỉnh Nghệ An, Việt Nam Quỳ Châu nằm trong vùng kinh tế Phủ Quỳ, trung tâm của miền Tây Bắc Nghệ An

- Địa hình khu vực khá phức tạp bị ngăn cách bởi nhiều sông suối nhỏ Tuy nhiên đây cũng

là thuận lợi để phát triển thủy điện Do địa hình phức tạp nên vốn rừng của huyện vẫn được bảo tồn tốt

- Cơ cấu ngành nghề của huyện:

+ Lâm nghiệp: Quỳ Châu là huyện có diện tích rừng lớn ở Nghệ An, chiếm gần 60% diện tích đất tự nhiên

+ Trong sản xuất nông nghiệp: Tuy diện tích đất nông nghiệp bị hạn chế nhưng do áp dụng nhiều khoa học kỹ thuật tiến bộ nên sản lượng vẫn cao 93 tạ/ha (vào năm 2003)

+ Ngành tiểu thủ công nghiệp với các ngành nghề truyền thống như dệt thổ cẩm, đan lát,…tuy chưa phát triển nhưng đã đem lại phần nào thu nhập cho người dân

- Quỳ Châu vẫn là huyện nghèo, mỗi năm thu ngân sách trên địa bàn chỉ trên 1 tỷ đồng ngoài ngân sách do Nhà nước cân đối

=> Trên thực tế Quỳ Châu còn phải đối mặt với nhiều khó khăn như tiềm năng lâm nghiệp chưa được khai thác hợp lý, công nghiệp- tiểu thủ công nghiệp- dịch vụ phát triển chậm, thu ngân sách còn thấp…

b) Định hướng và mục tiêu phát triển kinh tế-xã hội đến năm 2015:

1) Định hướng phát triển kinh tế:

Để phát triển kinh tế đạt hiệu quả cao nhất Quỳ Châu đã chia các xã ra thành 4 vùng kinh tế khác nhau:

2) Một số chỉ tiêu phát triển kinh tế-xã hội đến năm 2010

- Tốc độ tăng trưởng GDP thời kỳ 2001-2010 là: 12,6%/năm

- Thu nhập bình quân đầu người năm 2010: 3,725 triệu đồng, tăng gấp đôi so với năm 2000

- 80% dân số dùng nước sạch năm 2005 và 100% dân dùng nước sạch năm 2010…

2.4 Nhu cầu dùng điện:

Đến năm 2003, Quỳ Châu mới chỉ có 7/12 xã, thị trấn có điện lưới quốc gia với 6.550 hộ

được dùng điện, chiếm 63,4% số hộ cả huyện, 519 máy phát thủy điện cực nhỏ của bà con

nhân dân vùng sâu vùng xa Vì vậy nhu cầu dùng điện của người dân là rất lớn Công trình thủy điện Nậm Pông được xây dựng sẽ góp một phần lớn điện bổ sung cho các huyện thiếu

điện trong vùng, làm cho đời sống người dân nâng cao và góp phần làm cho nền kinh tế phát

triển

PHẦN II: TÍNH TOÁN THỦY VĂN

CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

1.1 Mục đích của tính toán điều tiết lũ

- Điều tiết lũ nói chung là quá trình làm thay đổi dòng chảy lũ dọc theo đường vận chuyển của

nó, cụ thể là đỉnh lũ giảm nhỏ, thời gian lũ dài ra

- Nhiệm vụ tính toán điều tiết lũ nhằm thoả mãn nhu cầu phòng lũ, chứa bớt lũ vào dung tích phòng lũ, giảm bớt lưu lượng xả qua công trình xả lũ, từ đó đáp ứng yêu cầu phòng chống lũ cho các công trình ven sông và khu vực hạ lưu, qua tính toán tìm ra các biện pháp phòng chống lũ thích hợp và có hiệu quả nhất, như xác định quy mô và kích thước của công trình xả

1.2 Chọn phương pháp phòng lũ và biện pháp tháo lũ

1.2.1 Các phương pháp phòng lũ của kho nước (hồ chứa)

Có 3 phương pháp chính để phòng lũ cho hồ chứa đó là:

- Có rất nhiều phương pháp tháo lũ như tháo lũ qua tràn tự do, xả lũ qua tràn có cửa van hay xả

lũ qua tràn dọc hoặc xả qua xiphông Từ tuyến đã chọn, mực nước thiết kế, phương án bố trí công trình và giải pháp kết cấu chính, chọn hình thức xả lũ là xả mặt với tràn không có cửa van vì công trình nhỏ, kích thước công trình xả lũ không lớn nên không cần thiết dùng đến van

CHƯƠNG II : PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ

2.1.Tính toán với lưu lượng thiết kế:

- Có rất nhiều phương pháp tính toán khác nhau như phương pháp tính đúng dần (phương pháp giải tích), phương pháp Pôtapốp, Kôtrêrin…Tuy nhiên trong giai đoạn thiết kế sơ bộ chọn phương pháp tính toán điều tiết lũ đơn giản của Kôtrêrin để tính

Lưu lượng xả lớn nhất được tính theo công thức

max

max

W

V1

- Do hồ chứa của công trình Nậm Pông có dung tích hữu ích nhỏ, hồ chỉ điều tiết ngày đêm nên

ta bỏ qua dung tích phòng lũ, coi Vsc = 0 Nên qxả = 1%

Q = 2198 (m3/s)

Q =2198 m3/s để tính toán xác định cột nước tràn để tính toán xác định cột nước tràn

2.2.Tính toán với lưu lượng kiểm tra:

- Cũng dùng phương pháp tương tự như trên tính toán lưu lượng xả lớn nhất ứng với mức 0,2% là:

Qxả = 0,2%

max

Q =2960 m3/s

PHẦN III:TÍNH TOÁN THỦY NĂNG

CHƯƠNG I : BỐ TRÍ SƠ BỘ CÔNG TRÌNH

1.1.Bố trí các công trình đầu mối:

a) Tuyến đập chính

- Vị trí: Khi khảo sát địa hình tại khu vực các kỹ sư đã đưa ra 2 phương án chọn vị trí xây dựng tuyến đập.Trong đồ án này, chọn vị trí xây dựng tuyến đập theo phương án 2 Vị trí của tuyến đập được xác định trên bình đồ bởi hai điểm:

D1 có tọa độ: X = 2158968,0468 Y = 503649,7685

D4 có tọa độ: X = 2158803,3877 Y = 503954,6937

- Tuyến đập gồm có đập dâng nước và đập tràn nối liền với nhau:

b) Đập dâng nước: - Vị trí của đập dâng dược xác định dựa vào vị trí của tuyến đập Đập dâng được bố trí ở hai bên của tuyến đập Với chiều cao đập thảo mãn các điều kiện không cho nước tràn qua trong bất kì trường hợp nào

- Loại đập: Có thể thiết kế đập theo các loại sau đây:

- Hình dạng mặt cắt: Dạng tam giác

c) Đập tràn:

- Vị trí xây dựng đập tràn cũng giống như đập không tràn đều phụ thuộc vào vị trí tuyến

đập Được xác định bởi 2 điểm D1, D4 Được xây dựng kẹp giữa 2 đoạn của đập không tràn

- Đập tràn có mặt cắt dạng Ôphixêrốp tràn tự do với cao trình đỉnh tràn ứng với MNDBT = 258m Đập chỉ có một khoang tràn không bố trí cầu công tác cũng như thiết bị nào trên tràn Chiều rộng của tràn vào khoảng 60m

- Lưu lượng lớn nhất qua tràn sẽ là lưu lượng ứng với tần suất là 0,2% tức là mực nước lũ kiểm tra Hình thức tiêu năng qua tràn sẽ là tiêu năng mặt với hình thức tiêu năng phóng xa, tiêu năng bằng mũi phun Với cao trình mũi phun đảm bảo cho quá trình tiêu năng được tốt nhất

1.2 Cách bố trí các công trình trên tuyến năng lượng:

a) Cửa lấy nước:

- Vị trí cửa lấy nước được bố trí ngay dưới đập không tràn phía góc phải

- Vì trạm thủy điện là kiểu đập kết hợp đường dẫn và do địa hình tương đối dốc lên cửa lấy nước là cửa lấy nước có áp

- Hình dạng cửa lấy nước: Cửa lấy nước có mặt cắt là hình chữ nhật, nhưng phía trên được thiết kế có vòm để tăng khả năng chịu áp lực và cũng để thuận dòng chảy vào

- Cửa lấy nước có bố trí lưới chắn rác và các van sự cố và sửa chữa…

- Ngưỡng của cửa lấy nước được bố trí thấp hơn mực nước chết

- Đáy của cửa lấy nước lấy cao hơn cao trình bùn cát từ 1-2m

- Ngưỡng trên hay ngưỡng dưới đều có phần đầu lượn theo hình elip để cho dòng chảy nào

là thuận và tổn thất thủy lực là nhỏ nhất

b) Tuyến năng lượng:

- Với một phương án chọn cửa lấy nước có rất nhiều phương án chọn tuyến năng lượng Trên cơ sở điều kiện địa chất địa hình và tính kinh tế, ta thống nhất chọn phương án sẽ trình bày ở bản vẽ Chiều dài tuyến đập là 5km

- Đường hầm là đường hầm có áp làm bằng bê tông cốt thép, nằm hoàn toàn trong lòng đất

được nối tiếp với của lấy nước đoạn cuối là tháp điều áp

- Tháp điều áp làm theo hình thức viên trụ có họng cản là kiểu tháp dễ thi công và có khả năng làm giảm áp lực nước va rất tốt Tháp được xây dựng gần nhà máy nhất có thể, đỉnh nhô lên phía trên thông khí, sau tháp là đường ống áp lực làm bằng thép được đặt lộ thiên, có các

mố ôm, mố đỡ để cố định ống và ổn định đường ống Độ dài đường ống chính là 354,5m, đoạn chia vào hai tổ máy dài 1,2m, nhằm dẫn nước có áp vào các tuabin nhà máy

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG

2.1 Chọn hình thức điều tiết:

- Do công trình thủy điện Nậm Pông nằm trên khu vực miền trung của đất nước nơi có địa hình rất phức tạp Địa hình ở trong khu vực chủ yếu là núi cao và dốc lên khi xây dựng đập hình thành hồ chứa thì dung tích hồ chứa không được nhiều Chính vì vậy mà trạm thủy điện không thể đủ dung tích để tiến hành điều tiết năm chỉ đủ dung tích để tiến hành điều tiết ngày

đêm

- Một lý do nữa khiến trạm chỉ có thể điều tiết theo hình thức ngày đêm là không thể tăng chiều cao đập lên quá cao sẽ làm diện tích ngập lụt lên quá lớn dẫn tới đền bù nhiều Hơn nữa khi tăng mực nước trong hồ sẽ bị tổn thất nhiều do khi lên cao núi sẽ có nhiều hang và địa chất kém hơn Hơn nữa, tăng chiều cao đập cũng không làm thể tích hồ chứa tăng lên đáng kể

2.2 Tính toán thủy năng:

2.2.1 Chọn lưu lượng thiết kế: ( Q tk )

- Theo kinh nghiệm với trạm thủy điện điều tiết ngày đêm, để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất thì lưu lượng thiết kế sẽ lấy 1,2 đến 2 lần lưu lượng bình quân năm của dòng chảy:

Q tk= (1,2 ÷ 2).Q o

+ Q tk: lưu lượng thiết kế

+ Q o: lưu lượng bình quân nhiều năm của dòng chảy theo tài liệu thủy văn(Q o=12,15 3

2.2.2 Xác định mực nước dâng bình thường (MNDBT) của hồ chứa:

- Dựa vào bản đồ khu vực, địa chất khu vực, cũng như việc đo vẽ tính toán

Đưa ra những đánh giá về khả nằng phát điện cũng như mức độ ngập lụt của từng phương

án MNDBT và những điều kiện hạn chế của mực nước trong hồ để đưa ra một phương án có tính kinh tế cao nhất Quá trình tính toán rất phức tạp nên đồ án này không thể tìm hiểu hết

được vì vậy sơ bộ chọn MNDBT = 258m

2.2.3 Xác định dung tích có ích của hồ chứa: (W )

- Vì trạm thủy điện đang tính toán là trạm thủy điện điều tiết ngày đêm nên dung tích có ích của hồ chứa được xác định trên cơ sở: Vào mùa kiệt dung tích của hồ chứa phải trữ đủ nước của giờ không phát điện hoặc giờ phát thấp điểm để dùng toàn bộ dung tích đó phát điện cho giờ cao điểm trong ngày (4-8)giờ Trong đồ án chọn số giờ cao điểm trong ngày là 5 giờ

- Tính dung tích có ích với trường hợp như sau: Vào mùa kiệt ngày có lượng nước đến trữ nước với số giờ không phát điện là 19 giờ và giành toàn bộ lượng nước đó phát cho 5 giờ cao

điểm với lưu lượng thiết kế Dung tích có ích trữ trong 19 giờ, trong trường hợp này vừa đúng

bằng dung tích nước bổ sung dùng để phát điện cho 5 giờ cao điểm Đây cũng là dung tích có ích lớn nhất và được xác định từ phương trình cân bằng như sau:

+ Q s: lưu lượng nước đến

- Trong trường hợp này Q scũng chính bằng Qd= 4,556 ( 3

/

m s) vì ứng với Q s thì dung tích của hồ chứa sẽ lớn nhất làm cho lượng điện mà nhà máy phát được sẽ lớn nhất trong 5h cao

- Mực nước chết được xác định trên cơ sở đã biết MNDBT và dung tích có ích của hồ chứa

đã tính toán được ở trên:

- Từ MNDBT = 258m ta tra quan hệ Z – W lòng hồ bảng 1.7 suy ra dung tích toàn bộ của

- Dựa trên cơ sở tính lượng bùn cát tới hồ trong vòng 1 năm

Vì lượng bùn cát tới hồ khi xây dựng đập chủ yếu vào mùa lũ khi dòng chảy lớn Tuy nhiên

do hồ là điều tiết ngày đêm lên lưọng bùn cát tới sẽ bị xả qua tràn hết lên lượng bùn cát đọng lại tại chân đập chỉ còn là lượng bùn cát di đẩy ở dưới đáy

- Xác định thể tích bồi lắng trong 1 năm

Wcattoanbo = ρ.W namnuocden

+ Wcattoanbo : dung tích cát toàn bộ đến hồ trong 1 năm

+ ρ : độ đục của bùn cát theo tài liệu thủy văn ρ= 154,9 (g/ 3

+ W : dung tích nước đến trong 1 năm

0, 059.101,5 =>V cattoanbo= 0,0396 6

Vì hệ số β = 0,0014< 0,02 nên trạm thủy điện chỉ thích hợp với hình thức điều tiết ngày đêm

2.3 Lựa chọn các thông số thiết kế:

a) Lưu lượng bình quân nhiều năm (Q o):

Theo tài liệu tính toán thủy văn Q o = 12,15 ( 3

m /s) b) Lưu lượng thiết kế (Q tk):

Theo tính toán ở trên Q tk = 21,87 ( 3

m /s) c) Lưu lượng bảo đảm (Qd):

Như đã tính toán ở trên Qd = 4,556 ( 3

= 258 – 87,6

=>H = 170,4 (m)

- Cột nước ứng với công suất bảo đảm (H bd):

Cột nước được xác định theo công thức:

Cột nước bình quân là lấy trung bình cộng của các cột nước trong các thời đoạn tính toán và

được xác định theo công thức:

e) Sơ bộ tính ra các công suất của nhà máy:

- Công suất bảo đảm (N bd):

Công suất bảo đảm được tính theo công thức như sau:

bd

N = 8,5 Qd.H bd

= 8,5.4,556.169,79

=>N bd= 6,575 (MW)

- Công suất lắp máy (N lm): Theo kinh nghiệm lấy N lm= (2-5) N bd

Trong đồ án này chọn N lmbằng 4,5 lần N bd vậy ta có N lm ≈ 30 (MW)

Để tính ra các công suất lắp máy chính xác ra thực hiện việc so sánh về lợi ích kinh tế, số giờ lợi dụng công suất lắp máy giựa các phương án để tìm ra công suất lắp máy cho phù hợp.Quá trình tính toán sẽ được trình bày ở phần sau Kết quả tính toán trong phần phụ lục tính toán dựa trên sự so sánh giữa 3 phương án N lmlần lượt là 29MW; 30MW; 31MW Dựa vào số giờ lợi dụng công suất lắp máy và điện lượng trung bình năm ứng với từng công suất lắp máy kể trên đi tới lựa chọn ra N lm = 30 (MW)

2.4 Phương pháp tính toán thủy năng

2.4.1 Cách tính toán mô hình phát điện như sau:

a).Ngày có lưu lượng dàng chảy lớn Q s ≥Q tk thì phát điện với lưu lượng thiết kế ( Q fd =Q tk) trong suốt 24h

b).Ngày có lưu lượng nhỏ Q s< Q tk thì phát điện vào 5 giờ cao điểm trong ngày với (Q fd =Q tk) (gọi là Q cao) Lượng nước còn lại sẽ được phân phối đều vào 19 giờ thấp điểm còn lại và gọi là Q thap

2.4.2 Các trị số cột nước ở từng thời đoạn:

H : cột nước tổn thất ứng với lưu lượng Q i

2.4.3 Công suất trong từng thời đoạn ( N i )

i

N = 8,5.Q i H i

+ Q i: lưu lượng ở thời đoạn thứ i

2.4.4 Điện lượng trong từng thời đoạn ( E i )

i

E = N i.t i

+ t i: thời đoạn tính toán tương ứng với H i

2.4.5 Tiền thu được ứng với lượng điện E i

Tính theo giá bán điện các giờ tương ứng và các mùa tương ứng do Tập đoàn Điện lực Việt Nam đưa ra thì:

- Mùa lũ (4 tháng trong năm)

+ Giá giờ cao điểm: 418 đ/kWh

+ Giờ thấp điểm: 439 đ/kWh

- Mùa khô (8 tháng trong năm):

+ Giá giờ cao điểm: 2077 đ/kWh

+ Giờ thấp điểm: 418 đ/kWh

Quá trình tính toán đã được lập thành bảng trong phụ lục với:

Cột 1: P% chọn thời đoạn là 10h lên ∆P%= 0,114% lên P% là cấp số cộng của 0,114% Cột 2: Q s lưu lượng nước đến trung bình cua của thời đoạn tính toán

2

dau cuoi s

Cột 4: Q thap= .24 .5

19

Cột 5: Cột nước tổn thất ứng với Q cao.H tt tra quan hệ Q H tt nội suy

Cột 6: Cột nước tổn thất ứng với Q thap.H tt tra quan hệ Q H tt nội suy

Cột 7: Mực nước hạ lưu ứng với Q cao.Z hl tra quan hệ Q Z hl nội suy

Cột 8: Mực nước hạ lưu ứng với Q thap.Z hl tra quan hệ Q Z hl nội suy

Cột 9: Cột nước phát điện tương ứng với giờ cao điểm H fd.Được xác định theo công thức

Nhưng nếu N fd> N lm thì chỉ lấy N fd= N lm= 30 (MW)

Cột 12: Công suất phát điện giờ thấp điểm N fdđược xác định theo công thức

fd

N = 8,5.cột 4.cột 10/1000

+ Chia cho 1000 để đổi từ kW ra MW

Nhưng nếu N fd> N lm thì chỉ lấy N fd= N lm= 30 (MW)

Cột 13: Điện lượng thu được vào giờ cao điểmE cao được xác định theo công thức:

5.10.cot11

24

th p i i

Cột 15: Tiền điện thu được trong thời đoạn được tính theo công thức:

Tiền = E cao.giá điện giờ cao điểm + E th pâ giá điện giờ thấp điểm

Cụ thể mùa lũ Tiền = 418.cột 13 + 439.cột 14

Mùa khô Tiền = 2077.cột 13 + 418 cột 14

2.5.Kết quả tính toán thủy năng:

a) Điện lượng mùa lũ bình quân năm:

cao

E = 18312,5 MWh; Tiền thu được: 7,654 tỷ VNĐ

E th pâ = 54554,58 MWh; Tiền thu được: 23,949 tỷ VNĐ

b) Điện lượng mùa kiệt bình quân:

E cao= 33365,28 MWh; Tiền thu được: 69,3 tỷ VNĐ

E th pâ = 17733,47 MWh; Tiền thu được: 7,413 tỷ VNĐ

c) Tổng điện lượng bình quân năm:

E = 123965,8 MWh; Tiền thu được: 108,316 tỷ VNĐ

=> Từ phụ lục tính toán ta rút ra bảng kết quả sau

Bảng 2.1 Kết quả tính toán các thông số thuỷ năng được tổng hợp ở bảng sau

1 Diện tích lưu vực tuyến Nậm Pông F km2 345,0

2 Lưu lượng trung bình năm Q o 3

15 Công suất lắp máy N l m MW 30

16 Công suất đảm bảo N bd MW 6,575

PHẦN IV: CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG

CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU

1.1.Nhiệm vụ của các công trình thủy công nói chung

- Những công trình thuỷ công là bộ phận quan trọng của trạm thủy điện (TTĐ), khi xây dựng xong những công trình này có nhiệm vụ tập trung cột nước tạo thành hồ chứa, tích nước mùa lũ và cấp nước vào mùa kiệt theo yêu cầu dùng nước của các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp, đồng thời đảm bảo an toàn cho bản thân công trình dâng nước và các công trình đầu mối khác, đưa dẫn nước từ hồ chứa tới nhà máy để phát điện Vì vậy công trình thủy công còn có nhiệm vụ là xả

được lượng nước thừa khi có lũ về Ngoài ra công trình thủy công còn ảnh hưởng trực tiếp đến

hiệu quả phát điện cũng như vốn đầu tư xây dựng công trình, vì vậy khi thiết kế cần phải tính toán sao cho đảm bảo cả điều kiện về kinh tế và kỹ thuật

Các hạng mục chủ yếu của công trình thủy công:

1) Đập dâng nước

2) Đập tràn và công trình xả lũ

3) Tuyến năng lượng của nhà máy thủy điện

1.2 Nhiệm vụ và cấp thiết kế của công trình

1.2.1 Nhiệm vụ cụ thể của công trình

Thuỷ điện Nậm Pông được xây dựng có nhiệm vụ chính là phát điện với công suất lắp máy N lm

= 30MW và cấp cho lưới điện quốc gia với sản lượng điện trung bình là 123,965.106 kWh/năm đã tính toán ở trên Ngoài ra nó còn góp phần giảm mực nước lũ cho vùng hạ du, tích một phần nước dùng để tưới tiêu cho vùng hạ lưu tỉnh Nghệ An vào mùa kiệt Ngoài nhiệm vụ phát điện, công trình còn giúp phát triển giao thông, du lịch

1.2.2 Đánh giá cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế

1) Cấp công trình được xác định từ 2 điều kiện:

a) Theo chiều cao đập và loại nền:

∇đỉnh đập = MNDBT+d

Sơ bộ lấy d = 4 (m)

∇đỉnh đập = MNDBT + d = 258 + 4 = 262 (m)

⇒ Chiều cao đập là : Hđập = ∇đỉnh đập - ∇đáy đập

∇đáy xác định trên mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, lấy tại vị trí sâu nhất ứng với cao trình 235m, sau khi đã bóc bỏ lớp phủ ta có ∇đáy = 232 (m)

Hđập =∇đỉnh đập - ∇đáy đập = 262 – 232= 30 (m)

Và lớp đáy tuyến đập là nền đá

Vậy theo TCVN 285-2002 ta tra được cấp của công trình là cấp III

b) Theo nhiệm vụ của công trình:

Nhiệm vụ chính của công trình Nậm Pông là phát điện với công suất lắp máy là 30 MW Theo TCVN 285-2002 ta tra được cấp của công trình là cấp III

=> Từ hai điều kiện trên ta có cấp của công trình là cấp III

Tần suất lưu lượng đảm bảo phát điện p = 85%

Hệ số tin cậy khi thiết kế công trình Kn = 1,15

CHƯƠNG 2 : CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH

2.1 Chọn tuyến đập và giải pháp kết cấu chính

a) Chọn tuyến đập:

- Vị trí: Khi khảo sát đưa ra 2 phương án chọn vị trí xây dựng tuyến đập.Trong đồ án này chọn

vị trí xây dựng tuyến đập theo phương án 2 Vị trí của tuyến đập được xác định trên bình đồ bởi hai điểm:

D1 có tọa độ: X = 2158968,0468 Y = 503649,7685

D4 có tọa độ: X = 2158803,3877 Y = 503954,6937

- Tuyến đập gồm có đập dâng nước và đập tràn nối liền với nhau:

b) Chọn loại đập cho công trình dâng nước và đập tràn:

Việc lựa chọn kết cấu đập cần dựa trên cơ sở so sánh kinh tế– kỹ thuật giữa các phương án Nhưng trong đồ án này lấy theo kinh nghiệm của một số công trình đã xây dựng gần khu vực nên

sơ bộ chọn giải pháp kết cấu đập bê tông trọng lực để thiết kế

Căn cứ vào loại đập đã chọn và các tài liệu địa hình, địa chất ta bố trí công trình đầu mối cho trạm thuỷ điện Nậm Pông như sau:

1) Tuyến đầu mối:

- Đập dâng được bố trí ở bờ phải của lòng sông, làm bằng bê tông trọng lực bên dưới là cửa lấy nước Nối tiếp với đập không tràn là đập tràn có chiều dài 60m cũng làm bằng bê tông trọng lực có hình dạng mặt cắt thực dụng theo Ôphixêlốp loại I tại vị trí đã xác định ở trên

2) Tuyến năng lượng:

- Cửa nhận nước bố trí ở bên dưới đập dâng ở bờ bên phải

- Đường hầm áp lực nối tiếp với cửa lấy nước dài 5km đi xuyên qua núi, chạy dọc theo bờ phải của sông Nậm Pông

- Cuối đường hầm dẫn nước là tháp điều áp

- Sau tháp điều áp là đường ống áp lực được làm bằng thép dài 345,7m được đặt lộ thiên đưa dòng nước có áp vào nhà máy

- Nhà máy thủy điện được đặt ở cuối đường ống áp lực Sau nhà máy là đoạn kênh để dẫn nước từ nhà máy ra dòng sông chính chảy về phía hạ lưu

3) Trạm phân phối và đường dây

4) Nhà vận hành

5) Đường vận hành

CHƯƠNG 3: CHỌN HÌNH DẠNG CẤU TẠO CỤM CÔNG TRÌNH

3.1.Chọn hình dạng cấu tạo của đập không tràn

- Nhưng do thời gian làm đồ án hạn chế nên chỉ dựa trên những phân tích về điều kiện địa hình

ở đây rất dốc, qua khảo sát địa chất nơi đây có sẵn rất nhiều cát sỏi, dòng chảy tới có lưu tốc bình

thường Chính vì vậy dự kiến chọn hình thức đập là đập bê tông trọng lực như vậy tuyến năng lượng của nhà máy sẽ ngắn hơn và đường ống được bố trí trong thân đập làm tăng độ an toàn

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN

4.1 Xác định khẩu diện tràn và cột nước tràn theo mực nước lũ thiết kế:

- Do công trình thủy điện Nậm Pông là công trình nhỏ, đập dâng nước thấp, dung tích hữu ích của hồ nhỏ nên chọn hình thức xả mặt không có cửa van, lưu lượng xả được xả trên toàn bộ chiều dài tuyến tràn, dựa vào điều kiện địa hình địa chất chọn bề rộng tràn là Btràn= 60m chỉ là một khoang tràn không bố trí cầu giao thông phía trên vì cửa lấy nước đã bố trí hết bên phải dưới đập dâng

- Sơ bộ chọn đập tràn thực dụng để tính toán Dựa trên công thức tính lưu lượng qua đập tràn:

Qxả = ε.m.σn.B 2g 3/ 2

t H

Ta sẽ có chiều cao Ht của đập tràn là :

3 / 2).2.

m

Q

H

σε

+ σn = 1 (coi chế độ chảy trong tràn là tự do)

+ m : hệ số lưu tốc của tràn theo kinh nghiên (m = 0,49)

+ ε là hệ số co hẹp bên, vì chỉ có mỗi mố bên lên sơ bộ lấy ε = 1

-Vậy MNLTK= MNDBT+ Ht= 258+6,7= 264,7 (m)

4.2.Xác định cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra:

Vì ta chọn bề rộng khoang tràn theo điều kiện địa hình nên bề rộng của khoang tràn là không đổi B= 60m và cũng chỉ có một khoang tràn duy nhất, xả nước theo phương thức xả mặt không cửa van

Từ công thức: Qxả = ε.m.σn.B 2g 3/ 2

t H

).2

(

n

xa t

g B m

Q H

σε

=

2/32960

- Cột nước tràn ứng với mực nước lũ thiết kế H tMNLTK =6, 7( )m

- Cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra H tMNLKT =8( )m

- Với QTDmax= 21,87(m3/s) tra quan hệ Q Z hlsau nhà máy ta có Zhlmax= 88,35m

- Với QTDmin= 4,556 (m3/s) tra quan hệ Q Z hlsau nhà máy ta có Zhlmin= 86,65m

CHƯƠNG 5:THIẾT KẾ ĐẬP KHÔNG TRÀN

5.1 Mặt cắt cơ bản:

5.1.1 Dạng mặt cắt cơ bản:

Nhưđã trình bày ở trên mặt cắt cơ bản của đập không tràn là dạng tam giác và sơ bộ ta xác định

được chiều cao và bề rộng đập như sau:

- Đỉnh mặt cắt có cao trình ngang với MNDGC = MNDBT + Hsc

Hsc: Cột nước siêu cao, lấy theo tài liệu tính toán điều tiết lũ ở trên ta có:

Hsc = Htr = 6,7 m ⇒ MNDGC =258 + 6,7 = 264,7 m

- Chiều cao mặt cắt đập: H1 = MNDGC – ∇dáy

⇒ H1 = 264,7–232 = 32,7 m

+ ∇đáy: 232 theo tài liệu về địa hình

- Chiều rộng đáy đập (B) bao gồm đoạn hình chiếu của mái thượng lưu là n.B, hình chiếu của của mái hạ lưu là (1 – n).B Trị số n chọn theo kinh nghiệm: n = (0 ÷ 0,1), ta chọn n = 0 (mái thượng lưu thẳng đứng)

3.1.2 Xác định chiều rộng đáy đập (B):

Chiều rộng đáy đập được xác định theo điều kiện ổn định và ứng suất

- Theo điều kiện ổn định:

=

1 n

1

1 c

αnγ

γ

f

H

K

B

1 c

1

1 n

2, 4γ

0, 7 0 0, 5

f n α

1γ

+ γ1: Dung trọng của đập (bê tông), γ1 = 2,4 (t/m3)

+ γn: Dung trọng của nước, γn = 1 (t/m3)

+ n: Hệ số mái thượng lưu, n = 0

+ α1: Hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm Vì đập cao, công trình quan trọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo màng chống thấm.α1 = (0,4 ÷ 0,6) xác

định theo mức độ xử lý nền, sơ bộ ta chọn: α1 = 0,5

+ Kc- Hệ số an toàn ổn định cho phép Theo quan điểm tính toán ổn định theo quy phạm mới,

ổn định của công trình trên nền được bảo đảm khi:

nc Ntt≤

K

R

m.

1 0 0.(2 0) 0, 5 1 n n.(2 n) α

1γ

+ MNDBT: Mực nước dâng bình thường, MNDBT = 258 m

+ MNDGC: Mực nước gia cường, MNGC = 264,7 m

+ ∆h, ∆h': Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất

+ ηs, ηs': Độ dềnh cao nhất của sóng ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất + a, a': Độ vượt cao an toàn

Đối với công trình cấp III: a = 0,5 (m), a’ = 0,4 (m)

Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính toán

1) Xác định ∆h:

∆h=2.10-6 s

H g

D

.2

+ H- chiều sâu nước trước đập

+ αs- góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió,αs=00

+ kηs được xác định theo quy phạm: QPTL- C1-78

+ hs1 %- chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%; được xác định như sau (theo QPTL- C1-78): + Giả thiết trường hợp đang tính toán là sóng nước sâu: (H>0,5l)

+ Tính các đại lượng không thứ nguyên ,

V

t.g

2

V

D.g

2

V

D.g tra đồ thị 35 của QPTL-C1-78 ta xác định được các đại lượng

không thứ nguyên 2tb

V

h.g

và V

t

g tb Chọn cặp giá trị nhỏ nhất

Từ đó ta xác định được htb , ttb

+ Bước sóng trung bình được xác định như sau:

π

=λ2

t

g 2 tb tb

- Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu

6 Góc kẹp giữa trục dọc hồ và hướng gió αo 0 0

7 Cao trình nước dềnh do gió ∆h (m) 0,002 0,0004

25 ηs 0,968 0,297

Từ bảng kết quả tính toán, chọn được cao trình đỉnh đập là 266 m

- Để đảm bảo an toàn với mực nước lũ kiểm tra là 266m, ta làm thêm tường chắn sóng cao 1m

có một phần chân dính vào đỉnh đập.Vậy cao trình cao nhất là cao trình của tường chắn sóng cao

267m, còn cao trình đập chỉ là 266m

5.2.2 Bề rộng đỉnh đập

- Nếu đỉnh đập không có yêu cầu giao thông, bề rộng đỉnh đập chọn theo điều kiện cấu tạo: b ≥ 4

m Nếu có yêu cầu giao thông thì chọn bề rộng theo cấp đường Trong đồ án này, sơ bộ chọn b =

5 m

5.2.3 Hệ thống hành lang trong thân đập

Các hành lang trong thân đập có tác dụng tập trung nước thấm trong thân đập và nền, kết hợp để kiểm tra, sửa chữa Hành lang cuối cùng (ở sát gần nền) còn được sử dụng để phụt vữa chống thấm Kích thước hành lang chọn theo yêu cầu sử dụng Hành lang phụt vữa chọn theo yêu cầu thi công (kích thước máy khoan phụt và khoảng không cần thiết khi thi công) Do chiều cao đập thấp nên chỉ thiết kế một hành lang tập trung nước thấm trong thân đập và nền, kết hợp để phụt vữa chống thấm

Sơ bộ chọn kích thước hành lang phụt vữa là: bx h = 2x 3m

- Chiều sâu phụt vữa S1:

S1 phụ thuộc vào độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập: Theo qui phạm Liên Xô 123- 60, chiều sâu

≥

Các khe lún đặt cách nhau khoảng 8 – 15 m tuỳ theo tính chất của nền Khe lún cắt suốt chiều cao của đập, đảm bảo cho các đoạn đập làm việc độc lập nhau

Khe nhiệt có thể chỉ cắt đến một độ sâu nhất định kể từ đỉnh đập Khoảng cách giữa các khe phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, nói chung khoảng 10 – 20 m Tuy nhiên, do ở cuối khe nhiệt nằm ở lưng chừng đập thường xuất hiện ứng suất tập trung rất lớn, vì vậy ta bố trí khe nhiệt trùng với khe lún

Sơ bộ ta chọn các khe đặt cách nhau 12 m

5.2.6 Thiết bị thoát nước

1/ Thiết bị thoát nước thân đập

- Bố trí nhiều đường ống đặt sau lớp bêtông chống thấm ở mặt thượng lưu Ống làm bằng bêtông

đục lỗ đặt theo phương thẳng đứng, khoảng cách mỗi đường ống là 3m, đường kính ống là 15 cm

2/ Thiết bị thoát nước mặt đập và đáy đập

- Làm rãnh thoát nước chạy theo chiều dài đập, khoan các lỗ xuống nền làm giảm áp lực nước

đẩy ngược sau đó tập trung nước vào đường hầm dẫn xuống hạ lưu

5.2.7 Xử lý nền đập

- Xử lý nền đập sẽ làm cho nền đập tăng khả năng chịu lực, khả năng chống trượt, ít thấm nước Trước khi đổ bê tông tiến hành dọn nền, bóc bỏ lớp phong hóa để đập được đặt trên nền đá gốc, khoan phụt vữa xi măng tạo màng chống thấm Ngoài ra có thể neo thép giữa nền và đập để tăng khả năng ổn định của đập Ở đây ta dùng neo thép đường kính 36 mm, lỗ khoan 70 mm

5.2.8 Cấu tạo đỉnh đập dâng

- Là đập bê tông trọng lực kết hợp tràn toàn tuyến, không kết hợp làm đường giao thông Đỉnh

đập cần có cấu tạo thích hợp cho việc đi lại kiểm tra và các phương tiện chuyên dụng đi lại khi

sửa chữa Do đó mặt đập làm dốc về hai phía để thoát nước mưa, hai bên có rãnh nhỏ tập trung nước Bên phải đập cần làm lan can thép có chiều cao khoảng 1.0m

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẬP TRÀN

∗ Cách xây dựng mặt cắt đập như sau:

- Chọn hệ trục xOy có: Trục Ox ngang cao trình ngưỡng tràn, hướng về hạ lưu; trục Oy hướng xuống dưới; gốc O ở mép thượng lưu đập, ngang cao trình ngưỡng tràn

- Vẽ đường cong theo toạ độ Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn

- Tịnh tiến đường cong đó theo phương ngang về hạ lưu cho đến khi tiếp xúc với biên hạ lưu của mặt cắt cơ bản đập tràn

- Mặt cắt hạ lưu được nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính R:

R = (0,2 ÷0,5)(P + Htr)

Trong đó: P: Chiều cao đập so với đáy hạ lưu đập P =∇ng–∇đáy = 258 – 232= 26 m

X

tr H

động năng, một phần động năng phục hồi thành thế năng (bằng mực nước hạ lưu), phần còn lại

nếu không có giải pháp tiêu hao hữu hiệu thì sẽ gây xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến an toàn công trình Vì vậy cần phải tiêu năng cho công trình

6.2.2 Chọn hình thức tiêu năng

Để tiêu hao năng lượng thừa của dòng nước, thường áp dụng các hình thức sau:

- Tiêu năng mặt

- Tiêu năng đáy

- Tiêu năng phóng xa

Tiêu năng phóng xa bao gồm hai quá trình: một phần tiêu năng trong không khí và một phần tiêu năng ở lòng sông Chiều dài phóng xa càng lớn càng có lợi Đối với đập càng cao, chiều dài phóng xa càng lớn Trái lại, với đập thấp nước phóng xa sẽ gần chân đập, nên việc dùng hình thức tiêu năng phóng xa bị hạn chế

Tiêu năng mặt có đặc điểm là dòng chảy của hình thức tiêu năng này ở trạng thái chảy mặt (vận tốc lớn nhất xuất hiện ở gần mặt thoáng) Điều kiện áp dụng là sau đập tràn phải có bậc cụt và mực nước hạ lưu thay đổi ít

Tiêu năng đáy có đặc điểm là dòng chảy có vận tốc lớn nhất xuất hiện ở gần đáy hạ lưu Tiêu năng đáy thường dùng khi với công trình có cột nước thấp, địa chất nền tương đối kém

⇒ Đối với TTĐ Nậm Pông do đập tương đối thấp nên chọn hình thức tiêu năng mặt

6.2.3 Thiết kế mũi phun cho tiêu năng mặt

1).Góc nghiêng α của mũi phun được xác định căn cứ vào điều kiện chiều dài dòng phun xa,

đồng thời thể tích bê tông ở chân đập tương đối ít Theo kinh nghiệm thì nên lấy α = 150 ÷ 300 là hợp lý (ở đây chọn α = 150)

2).Cao trình mũi phun

Cao trình mũi phun phải cao hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu ít nhất là 1m để đảm bảo dòng

phun vào không khí và tránh nước hạ lưu ngập mũi phun Xác định theo đường tọa độ đập và bán kính nối tiếp Ta chọn cao trình mũi phun ở cao độ 245m

3).Bán kính cong R nối tiếp giữa mặt đập và mũi phun cần đảm bảo sao cho dòng chảy không tách khỏi mặt đập và mũi phun R > (8÷10)h, với h là độ sâu nước trên ngưỡng tràn, sơ bộ lấy bằng độ sâu co hẹp cuối dốc nước hc:

xa Q

Eo= MNLTK- ∇đáy hl= 264,7-232= 32,7m là cột nước toàn phần so với đáy hạ lưu,

Có trị số F(τc), dựa vào phụ lục 15.1 bảng tra thuỷ lực ta có τC =0, 05

Là khoảng cách theo phương ngang từ mũi phun đến trung tâm dòng nước tại đáy kênh hạ lưu,

được xác định theo công thức:

S

L

2

12cos.sin

sin.cos

ααδ

2

2, 07.cos15 2.32, 7.(1 0, 602)2.0,9 0, 602.32, 7.cos15 sin15 sin 15 37,931

+ ϕ: hệ số kể đến tổn thất cột nước, phụ thuộc vào lưu lượng đơn vị và chiều dài tính từ đỉnh

đập đến mũi phun, tra đồ thị quan hệ (hình 22- 64) trang 451 “ Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi, tập III,

Tổng chiều rộng tràn cuối dốc nước : B = 60m

Với Vxm là vận tốc dòng chảy cuối dốc nước sơ bộ tính theo công thức:

1 2 0, 9 2.9,81.19, 7 17, 694( / )

xm

5) Xác định chiều sâu hố xói:

Được xác định theo công thức kinh nghiệm của M.S.Vozogô:

(A1 và K1 được tra trong tài liệu: “Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo nước, Nhà xuất bản Xây dựng, Trường đại học Thuỷ lợi”)

+ q: Lưu lượng đơn vị tràn xả mặt, q = 36,63 m3/s

S0: Cột nước chênh lệch thượng hạ lưu:

CHƯƠNG 7:THIẾT KẾ TUYẾN NĂNG LƯỢNG

7.1.Chọn phương thức cấp nước của đường dẫn nước áp lực

- Đối với công trình Thủy điện Nậm Pông thì các công trình trên tuyến năng lượng bao gồm: cửa lấy nước, đường hầm áp lực, tháp điều áp, đường ống áp lực, kênh dẫn nước hạ lưu nhà máy

- Trạm thuỷ điện Nậm Pông là trạm thuỷ điện kiểu đường dẫn có chiều dài đường hầm dẫn nước tương đối lớn (5km), số tổ máy ít Do đó chọn phương thức cấp nước theo nhóm, phương thức dẫn nước vuông góc với nhà máy cho trạm thuỷ điện Nậm Pông

7.2 Công trình lấy nước: (cửa lấy nước)

7.2.1 Công dụng, phân loại cửa lấy nước

- Cửa lấy nước (CLN) là công trình đầu tiên trong hệ thống công trình dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện, nó trực tiếp lấy nước từ hồ chứa, từ dòng sông vào các công trình dẫn nước hoặc vào nhà máy thuỷ điện Hình dạng và kết cấu CLN phụ thuộc vào sơ đồ và thành phần các công trình

đầu mối, điều kiện địa hình địa chất khu vực xây dựng công trình Cửa lấy nước được phân làm

hai loại cơ bản là cửa lấy nước trên mặt và cửa lấy nước dưới sâu

- Cửa lấy nước trên mặt (CLN không áp)

CLN không áp là CLN mà dòng chảy trong nó có mặt thoáng tự do Loại này thường được ứng dụng trong trường hợp mực nước thượng lưu ít thay đổi Vì vậy chúng thường được dùng ở các trạm thuỷ điện đường dẫn với các công trình đầu mối cột nước thấp (trạm thuỷ điện không điều tiết hoặc điều tiết ngày)

- Cửa lấy nước dưới sâu (CLN có áp)

CLN có áp có phạm vi sử dụng không hạn chế, đặc biệt chúng được ứng dụng trong trường hợp mực nước thượng lưu thay đổi nhiều Để dòng chảy qua công trình lấy nước là có áp thì CLN phải

được bố trí dưới MNC nối tiếp với đường ống áp lực

Theo vị trí làm việc của cửa lấy nước ta có hai hình thức cửa lấy nước

- CLN kiểu bên bờ

- CLN kiểu đập

Từ cách phân loại, đặc điểm sơ bộ và điều kiện ứng dụng của từng loại CLN, chọn CLN cho trạm thuỷ điện Nậm Pông là kiểu có áp Vì đây là trạm thuỷ điện có: Cột nước cao Hmax= 170,4m; cột nước Hmin= 161,87m và địa hình cũng tương đối dốc và hẹp Nhà máy thuỷ điện đường dẫn có đập dâng là đập bê tông trọng lực vì vậy CLN rất vững chắc khi ở dưới sâu

7.2.2 Yêu cầu chung

∗CLN phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Cung cấp đủ lưu lượng nước cần thiết theo yêu cầu của trạm thuỷ điện và các yêu cầu dùng nước khác

- Có khả năng ngừng cung cấp nước hoàn toàn trong các trường hợp kiểm tra sửa chữa và sự

cố đối với các công trình dẫn nước Để đảm bảo điều kiện này đòi hỏi phải bố trí các cửa van sửa chữa và van sửa chữa - sự cố

- Bảo vệ các các bộ phận và thiết bị của các công trình dẫn nước khỏi bị hư hại do bùn cát, vật nổi và rác bẩn gây nên Muốn vậy phải bố trí lưới chắn rác, tường ngực để chắn vật nổi, đường xả cát, bể lắng cát…

- Đảm bảo dòng chảy vào thuận dòng để giảm tối đa tổn thất thuỷ lực và không gây nên phễu xoáy trước CLN

- Kết cấu chắc chắn, vận hành tiện lợi với chi phí nhỏ nhất

+ Hình thức cửa vào: Các bộ phận của CLN phải có hình dạng và kích thước phù hợp với từng điều kiện cụ thể của kết cấu công trình

7.2.3 Các thiết bị bố trí tại cửa lấy nước:

-Các thiết bị bố trí trên CLN phải thỏa mãn các điều kiện trên

+Các thiết bị này bao gồm:

1 Tường ngực 2 Lưới chắn rác

3 Van sửa chữa 4 Van công tác

Cửa lấy nước cần bố trí các thiết bị sau

1/ Lưới chắn rác:

- Lưới chắn rác thường được đặt trước van sửa chữa và van sự cố- sửa chữa (van công tác) Nó

có nhiệm vụ giữ lại rác bẩn và các vật nổi tránh làm hư hại bản thân CLN, hệ thống đường dẫn và các thiết bị thuỷ lực của nhà máy thuỷ điện Kết cấu của lưới chắn rác là một hệ thống khung dầm

và các thanh ngang dọc có tiết diện hình tròn, hình chữ nhật hoặc hình lưu tuyến Khoảng cách giữa các thanh phụ thuộc vào kích thước và loại turbin, số lượng và loại rác bẩn trong dòng chảy Việc lựa chọn các kích thước này phải thông qua tính toán sao cho những vật trôi qua lưới chắn rác không làm hư hại các bộ phận turbin Trong thiết kế sơ bộ, đối với turbin tâm trục khoảng cách giữa các thanh có thể lấy như sau

Vì a = 3 10(÷ cm) Nên chọn a = 4cm

2/ Thiết bị vớt rác trên lưới:

- Việc dọn rác bẩn trên lưới chắn rác nhờ các thiết bị chuyên dụng Các thiết bị này được bố trí trên cầu trục sử dụng chung cho toàn bộ cửa lấy nước

3/ Cửa van :

- Van sửa chữa được đặt sau lưới chắn rác Nó có nhiệm vụ đóng kín toàn bộ cửa lấy nước trong trường hợp sửa chữa, kiểm tra định kỳ các thiết bị thuỷ điện khi mà van công tác bị sự cố

Do đó chỉ cần bố trí một bộ van sửa chữa chung cho toàn bộ TTĐ Van sửa chữa được thao tác bằng cầu trục bố trí trên cửa lấy nước

- Van công tác được đặt sau van sửa chữa Van công tác làm việc trong điều kiện dòng nước

đang chảy với vận tốc lớn nên đòi hỏi phải đủ sức nặng, lực đóng mở lớn và phải luôn sẵn sàng

làm việc Van sửa chữa và van công tác của TTĐ được chọn là loại van phẳng Van công tác được

thao tác bằng thiết bị đóng mở nhanh là hệ thống cơ khí thuỷ lực

5/ Thiết bị nâng chuyển:

- Để phục vụ cho việc đóng mở, thao tác tháo lắp các van và lưới chắn rác cũng như việc vớt

rác bẩn trên lưới chắn rác ta dùng pa lăng để phục vụ cho các cửa lấy nước của TTĐ Nậm Pông

7.2.4 Tính toán cửa lấy nước:

a) Xác định vận tốc dòng chảy trước CLN:

- Vận tốc trước lưới chắn rác phụ thuộc vào độ ngập sâu của CLN so với MNDBT, độ bẩn của dòng chảy và phương thức vớt rác LCR Nếu vận tốc càng lớn thì áp lực thuỷ động tác dụng lên lưới chắn rác càng lớn thì càng khó vớt rác do đó:

Nếu độ ngập sâu ≤ 25m và thường xuyên vớt rác trong quá trình vận hành thì: v= 1÷1,2 m/s Nếu độ ngập sâu > 25m, tiến hành vớt rác thường xuyên thì: v= 0,6÷ 0,8 m/s

Nếu độ ngập sâu quá lớn, và không thể tiến hành vớt rác thường xuyên thì: v= 0,3÷0,8 m/s

- Với TTĐ Nậm Pông độ ngập sâu của cửa lấy nước nhỏ và được vớt rác thường xuyên do đó chọn vận tốc trước lưới chắn rác là v = 1 m/s

b) Xác định kích thước cửa vào của CLN:

- Diện tích cửa vào CLN có dạng hình chữ nhật và được xác định theo biểu thức:

21.87

21,871

+ h chiều cao cửa vào CLN ; h = 5,5 m

Kiểm tra cao trình ngưỡng CLN theo điều kiện bùn cát:

ta có ( CLN bc

N −Z

∇ )= (249-242) = 7m Vậy bùn cát không lọt vào trong cửa lấy nước

- Cao trình đáy cửa lấy nước: ∇Đ CLN = ∇N CLN −1,5=249 1, 5− =247, 5m

Vậy cửa lấy nước kiểu ngầm được thiết kế 1 ngăn bằng bê tông cốt thép có bố trí 2 lưới chắn rác có một trụ pin giữa, rãnh phai và cửa van phẳng trượt có bánh xe vận hành bằng tời điện Cao trình ngưỡng cửa lấy nước là 249,0m; cao trình đáy 247,5m; cao trình trần cửa lấy nước là 254,5m Để lắp đặt và vận hành cửa lấy nước có thiết kế đường vào vận hành ở cao độ 254,5m

- Miệng cửa lấy nước có dạng hình elíp, phương trình đường cong elíp cho trần và biên cửa lấy nước còn đáy thăng như sau:

Đối với trần cửa lấy nước:

7.3 Tính toán tổn thất thuỷ lực qua CLN:

(Theo Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi- phần II: công trình trên tuyến năng lượng và thiết bị thuỷ Tập 6- Chương 1)

điện-∗Tổn thất thủy lực qua lưới chắn rác

- Tổn thất qua lưới chắn rác tính theo công thức:

+ K là hệ số lấy theo kinh nghiệm bằng 0,4

+ V: Vận tốc dòng chảy qua lưới chắn rác: V= 0,854m/s

+η: mức độ chiếm chỗ dòng chảy của các thanh lưới chắn rác

+ϕ=0,977: là hệ số vận tốc lấy theo hệ số ηbảng 1.1, trang 32, sách Công trình trạm thủy

điện

+ε: Hệ số co hẹp dòng chảy

+ϕ' = 0,1 hệ số va đập do hình dạng thanh quyết định

+λ: hệ số ma sát thủy lực

+ s: chiều dầy mỗi thanh lưới, lấy s = 1cm

+ b : khoảng cách giữa hai thanh lưới, b = 4 cm

∗ Tổn thất thủy lực qua cửa van

+V: Vận tốc tại mặt cắt cửa van, lấy bằng vận tốc trước LCR, V= 1m/s

+ ξv : hệ số tổn thất cửa van, chọn cửa van phẳng→ξV = 0,2

∗ Tổn thất thủy lực ở các khe đặt cửa van

∆hk =

g

V e

l g

k

2027,02

2 2

=

ξ

l

027,0

=ξ

+ V:vận tốc dòng chảy ở mặt cắt trước khe van, lấy bằng vận tốc dòng chảy qua lưới chắn rác, V =0,854(m/s)

+ lk, ek: chiều rộng và chiều sâu khe cửa van

+ V: Vận tốc tại các mặt cắt của tường ngực, lấy bằng vận tốc trước qua lưới chắn rác, V= 1m/s

* Tổn thất đoạn tiết diện thay đổi: ∆htd =

g

V ch

.2

2ξ2

7.4 Thiết kế đường hầm dẫn nước :

7.4.1 Tính toán các thông số của đường hầm:

Do điều kiện có hạn nên đồ án không đi vào tính toán cụ thể mặt cắt kinh tế đường hầm theo tổng chi phí tính toán năm nhỏ nhất mà coi đường hầm dẫn nước có mặt cắt là hình tròn và có

đường kính được xác định trên cơ sở giống với đường kính của đường ống áp lực:

a) Xác định đường kính của đường hầm:

ax

7 5, 2 7 5, 2.21,87

2, 3( )162

- Để đảm bảo an toàn chọn đường kính của đường hầm là D = 3,4 (m)

b) Xác định các thông số khác của đường hầm:

- Độ dốc của đường hầm được xác định theo công thức:

21,87

0, 0012 9, 075 74,867 0,85

7.4.2 Tính toán tổn thất trong đường hầm

- Tổn thất cột nước (dọc đường) trong đường hầm của phương án được chọn:

Vậy tổn thất cột nước trong hầm là: ∆h dh = ∆h dd = ∆h cb = +6 0, 071=6, 071( )m

Kể cả tới tổn thất tại cửa lấy nước thì tổn thất cột nước trước tháp điều áp là:

- Do đồ án có hạn nên không tính toán cụ thể tháp Sơ bộ chọn kích thước như sau:

+ Tháp điều áp là tháp điều áp kiểu viên trụ có họng cản và sơ bộ chọn đường kính họng cản gần bằng đường kính của đường hầm áp lực dẫn nước từ cửa lấy nước vào tới tháp và bằng 3m + Đoạn trên tháp có đường kính là 6m

- Tính toán dao động trong tháp sẽ được trình bày kỹ trong phần chuyên đề

7.6 Tính toán đường ống áp lực

7.6.1 Tác dụng của đường ống áp lực

- Đường ống áp lực của trạm thuỷ điện là đường ống dẫn nước có áp từ hồ chứa (đối với trạm thuỷ điện kiểu đập) hoặc từ bể áp lực hay tháp điều áp (đối với trạm thuỷ điện kiểu đường dẫn)

đến turbin nước Nó có công dụng tạo thành toàn bộ hoặc phần lớn cột nước cho trạm thuỷ điện

Vì vậy nó có đặc điểm là có độ dốc lớn, bố trí gần nhà máy, chịu áp lực nước bên trong lớn nhất của trạm thuỷ điện bao gồm cả áp lực nước va

7.6.2 Chọn tuyến đường ống:

- Việc chọn tuyến đường ống cần căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất mà tuyến đường ống

đi qua và phương thức khai thác thuỷ năng đồng thời đảm bảo tốt mấy điểm sau:

- Tuyến đường ống ngắn, thẳng để hạ thấp giá thành, giảm tổn thất thuỷ lực, giảm áp lực nước

va, từ đó làm cho tổ máy vận hành ổn định Tuyến ống không nên quá dốc, quá cong

- Đường ống áp lực phải đặt trên nền kiên cố, ổn định; tránh những nơi sạt lở và bố trí theo dốc sườn núi

7.6.3 Xác định các kích thước cơ bản của đường ống:

1) Chọn loại đường ống và tính đường kính ống:

a) Chọn loại đường ống:

Trạm thuỷ điện Nậm Pông có cột nước Htt = 162 m, tuyến đường ống được đặt ngoài trời nên chọn loại đường ống là thép có nhiều ưu điểm như bền, rẻ tiền, tiết kiệm được thép làm vỏ ống, lắp ráp đơn giản, tiện lợi

b) Xác định đường kính ống (DKT):

Việc xác định đường kính ống căn cứ vào luận chứng kinh tế, kỹ thuật Trong giai đoạn thiết kế

sơ bộ, do tài liệu chưa đầy đủ nên chỉ xác định đường kính kinh tế theo lưu tốc kinh tế trong

đường ống Vốn đầu tư xây dựng cơ bản và chi phí vận hành hàng năm của đường ống áp lực tăng

theo chiều tăng của đường kính ống, song tổn thất cột nước và áp lực nước va trong đường ống lại

tỷ lệ nghịch Do vậy việc xác định đường kính kinh tế DKT của đường ống áp lực phải thông qua tính toán kinh tế và kỹ thuật để lựa chọn

Tính DKT theo lưu tốc kinh tế:

DKT =

3 ax

+ ϕ1 - hệ số hạ thấp ứng suất cho phép, thường lấy ϕ1 = 0,75

+ ϕ2 – hệ số đường hàn, ϕ2 = 0,9 ÷ 0,95, căn cứ vào kỹ thuật hàn và phương pháp kiểm nghiệm để quyết định

- Khoảng cách trung bình giữa các mố néo:

3) Chiều dài đường ống áp lực

Chiều dài đường ống áp lực được đo vẽ trên bình đồ địa hình và xác định được chiều dài

đường ống đoạn ống chính tính từ nhà van là 324,5 m và có độ dốc trung bình là 0

25 Phải bố trí

các mố ôm và mố đỡ để đường ống được ổn định, trong đó, khoảng các giữa các mố néo là từ 66,97m tới 105 m Khoảng cách giữa các mố đỡ là 14 m

7.7 Nước va trong đường ống áp lực

7.7.1 Nước va và ảnh hưởng của nó đối với chế độ làm việc của TTĐ

Khi đóng hay mở cửa van thì trong đường ống áp lực, lưu lượng và lưu tốc sẽ thay đổi gây nên sự thay đổi áp lực Nếu thay đổi lưu tốc một cách đột ngột thì áp lực trong ống cũng thay đổi đột ngột Sự thay đổi áp lực lúc tăng, lúc giảm xảy ra liên tục tác dụng lên thành ống và gây nên sự rung động thân ống, có khi phát ra những tiếng động dữ dội Hiện tượng đó gọi là hiện tượng nước va

Nguyên nhân vật lý của sự tăng giảm áp lực nước va là do lực quán tính của khối nước đang chảy trong thân ống Khi đóng cánh hướng nước, chuyển động của dòng chảy trong ống là chuyển động chậm dần Lúc này, hướng của gia tốc dòng chảy sẽ ngược với hướng của gia tốc, do đó hướng của lực quán tính sẽ trùng với hướng của của vận tốc làm tăng thêm áp lực nước trong đường ống gọi là nước va dương Ngược lại, khi mở cánh hướng nước, chuyển động của dòng nước trong

đường ống là chuyển động nhanh dần đều, lực quán tính sẽ đổi hướng ngược lại với chiều dòng

chảy, vì vậy trong đường ống có hiện tượng giảm áp lực gọi là nước va âm

Nước va ảnh hưởng lớn đến tình hình làm việc của nhà máy thuỷ điện Khi xảy ra hiện tượng nước va, áp lực nước trong đường ống thay đổi do đó làm thay đổi cột nước của tua bin Sự thay

đổi áp lực và cột nước do nước va gây nên mặc dù mang tính chất nhất thời nhưng gây khó khăn

cho việc điều chỉnh turbin, bởi vì cột nước dao động sẽ gây ra sự dao động công suất và tốc độ quay của turbin Sự dao động áp lực do nước va gây ra làm tăng ứng suất trong thành buồng turbin và đặc biệt trong thành buồng ống dẫn Đối với trạm thuỷ điện có chiều dài đường ống áp lực lớn, trị số áp lực nước va dương có thể đạt tới giá trị gấp vài lần cột nước của trạm thuỷ điện

Vì vậy phải xây dựng các công trình làm giảm áp lực nước va (tháp điều áp, van xả không tải, thay đổi kích thước đường ống áp lực) ở mức độ cho phép (dưới 30 ÷ 40% cột nước tính toán của trạm thuỷ điện) Từ đó làm tăng vốn đầu tư và chi phí quản lý vận hành nhà máy

Nước va âm làm áp lực nước trong đường ống áp lực giảm xuống một cách đột ngột, cản trở việc tăng kịp thời công suất của turbin theo yêu cầu của phụ tải Ngoài ra, để tránh hiện tượng bẹp ống

do áp lực trong ống hạ thấp hơn áp lực khí trời (trong ống xuất hiện áp suất chân không) cần phải

bố trí đường ống dẫn ở dưới đường áp lực thấp nhất, do đó có khi phải đặt ống sâu dưới đất ở một vài đoạn trên tuyến ống Vì vậy khối lượng công việc xây dựng sẽ tăng lên và giá thành công trình

+ ε: Môđun đàn hồi của chất lỏng, đối với nước: ε = 2,1.104 kg/cm2

+ E: Môđun đàn hồi của vật liệu làm ống, với ống thép: E = 2,1.106 kg/cm2

+ D: Đường kính trong của ống, D = 2,5 m

Mặt khác, thời gian đóng mở bộ phận hướng nước của turbin: Ts = 3 ÷ 10s Ta lấy: Ts = 6 s

Ta thấy: Ts=6 s >tf =0,758s Như vậy trong đường ống xảy ra nước va gián tiếp

3) Tính toán nước va gián tiếp khi đóng mở cánh hướng nước

a) Trường hợp nước va dương

* Nguyên lý tính toán:

- Coi đường ống áp lực là đường ống đơn giản (đường kính ống không đổi)

- Để tăng độ an toàn và đơn giản trong tính toán ta bỏ qua tổn thất thuỷ lực trong đường ống

- Tính toán áp lực nước va bằng phương pháp giải tích ứng với hai trường hợp H=Hmax= 170,4m

và trường hợp H = Htt = 162 m

* Trường hợp H = Htt = 162 m

- Xác định chỉ số đặc trưng thứ nhất của đường ống:

o H g

V C

2

max

=µmax

Vậy đây là nước va pha thứ nhất (trị số áp lực nước va lớn nhất xuất hiện ở pha đầu tiên)

- Xác định chỉ số đặc trưng thứ hai của đường ống

max

0

325, 7.2, 229

0, 076 s 9,81.162.6

- Xác định cột nước áp lực nước va dương lớn nhất: ∆H = Ho.ξ1 = 162.0,15 = 24,3 m

Cột nước lớn nhất tại cuối đường ống trong trường hợp này là: H = Htt+∆H = 162 + 24,3 = 186,3(m)

* Trường hợp H = Hmax = 170,4 m

- Xác định chỉ số đặc trưng thứ nhất của đường ống:

o

maxH g 2

V C

= µ

⇒ µ.τo = 0,543.0,947 = 0,514<1 Xảy ra nước va pha thứ nhất

- Xác định chỉ số đặc trưng thứ hai của đường ống

max

325, 7.2,111

0, 068 o s 9,81.170, 4.6

δ = 2.ϕ ϕ [ ]σ

γ

2 1

D H

= 10.187, 781.2,5 32.0, 75.0, 9.310.10 = 0,012 m =12mm <δOng=14mm

Vậy đường ống thiết kế làm việc an toàn khi xảy ra nước va gián tiếp

c, Phân bố áp lực nước va dương: Với mục đích đơn giản trong tính toán và tăng thêm an toàn đối với đường ống người ta coi phân bố áp lực nước va dương theo quy luật đường thẳng và bỏ qua mọi tổn thất thuỷ lực

b) Trường hợp nước va âm (khi mở cánh hướng nước):

- Mực nước trong tháp điều áp là mực nước ổn định khi Ztl = MNC Cột nước tác dụng H = 162

m

- Nhà máy đang phát công suất bằng công suất lớn nhất của một tổ máy ở MNC(Ntmmax), tăng tải nhà máy từ N= Ntmmax đến N = 2.Ntmmax

Q = 10,935m3/s đến Q = 21,87m3/s tương đương với τd = 0,5; τc = 1

- Độ mở tương đối ban đầu của cánh hướng nước: τđ = 0,5

- Nếu ta coi quá trình mở cánh hướng nước là đường thẳng, thì thời gian để mở hoàn toàn cánh hướng nước từ độ mở tương đối ban đầu τd= 0,5 đến τc = 1 là

Ts’= (τc - τđ ).Ts = 3 (s)

* Nguyên lý tính toán:

- Coi đường ống áp lực là đường ống đơn giản (đường kính ống không đổi)

- Để tăng mức độ an toàn ta kể đến tổn thất thuỷ lực trong đường ống

- Xác định đặc trưng của đường ống:

min

min 2

H g

V

=µmin

+ VHmin: Lưu tốc lớn nhất trong đường ống

+ Lưu lượng qua đường ống trong trường hợp này là Qmax=21,87 (m3/s)

Lưu tốc lớn nhất trong đường ống lúc này:

max

4 4.21,87

4, 458( / ) 3,14.2, 5

⇒ µ.τo =0,5.1,208 = 0,604 <1 Xảy ra nước va pha thứ nhất

- Xác định trị số áp lực nước va tương đối pha thứ nhất:

Công thức trên lấy trong quyển Trạm thủy điện nhỏ và vừa, tập 1, Nhà xuất bản Hà Nội_1987

do thầy Nguyễn Duy Hạnh và thầy Nguyễn Duy Thiện làm chủ biên

b) Xác định tổn thất cục bộ (Σhcb):

- Tổn thất tại vị trí nối tiếp với đường ống nhà van có tiết diện ống thay đổi từ 3,4(m) thay đổi còn 2,5(m)

2 2

4.458 0, 06 0, 06