ĐỒ án THỦY CÔNG

Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Phần IV Thủy công 4.1 khái quát 4.1.1 Nhiệm vụ công trình Công trình thuỷ công phần quan trọng nhà máy thuỷ điện có nhiệm vụ làm thay đổi, cải biến trạng thái tự nhiên dòng chảy sông để tạo cột nớc phát điện, hồ chứa Công trình hình thành dòng chảy nhân tạo để thoả mãn nhu cầu dùng nớc, dòng chảy tự nhiên nơi thời điểm không đủ TTĐ Iapuch có nhiệm vụ phát điện với N lm = 8,4 (MW), điện lợng bình quân năm chiếm tỷ trọng không lớn hệ thống điện Công trình thuỷ công gồm số công trình sau: - Công trình đầu mối : Đập dâng nớc, công trình xả lũ - Công trình tuyến lợng : cửa lấy nớc, kênh dẫn, đờng ống áp lực, nhà máy thuỷ điện công trình dẫn nớc Cấp công trình TTĐ Iapuch theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285:2002 công trình có: - Đập dâng bê tông trọng lực cao 19 m đá nên chọn cấp công trình theo đặc tính kỹ thuật công trình cấp IV - Nhà máy thủy điện Iapuch có công suất phát điện khoảng 8400 KW nên chọn cấp công trình theo lực phục vụ công trình cấp III Ta chọn cấp công trình III Vì ta lấy mức bảo đảm tính toán cho công trình PTK = 85% Công trình có tần suất lũ thiết kế PLTK=1% tần suất lũ kiểm tra PLKT=0,2% 4.1.2 Bố trí tổng thể công trình Tuyến công trình: Tim tuyến nằm đờng thẳng nối tọa độ phẳng hệ HN 1972: Tạo độ điểm 1: X: 1520616 km, Y: 18803408 km Tạo độ điểm 2: X: 1520532 km, Y: 18803682 km Tại ví trí tuyến đập, thung lũng sông có dạng chữ V không cân xứng, chiều rộng sông 45-50m cao trình đáy sông 351,12m, sờn dốc tự nhiên vai phải có độ dốc 10-150, vai trái có độ dốc 20-250 - Trang 53 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Căn kết hố khoan thăm dò thấy đá đá bazan phun trào hệ tầng Túc Trng (N2-Q1)tt, tầng phủ hai vai lớp sét, sét pha dày (bề dày trung bình lớp 8.2m) Trạng thái dẻo cứng đến nửa cứng Tiếp theo lớp bazan lỗ rỗng 4a bề dày khoảng 1.3m đá tơng đối mềm yếu dới lớp ba zan lỗ rỗng Lớp đá bazan chặt xít cứng trung bình đến rắn chắc, nằm xen kẹp lớp 4a, 4b dới lớp 4b Khu vực lòng sông lớp đá cuội tảng phân bố tới độ sâu 3.2m Căn vào đặc trng lý lớp đất đá đập thấy điều kiện địa chất khu vực tuyến đập phù hợp cho việc bố trí đập tràn bê tông trọng lực đới 4a kết hợp khoan phun chống thấm, nối tiếp hai vai đập đập đất đồng chất Cửa lấy nớc không áp Cửa lấy nớc đầu kênh nằm bên phía vai phải đập Cửa vào có kích thớc sơ hxb = 2,5x3,0 m Nhiệm vụ CLN lấy đủ nớc vào kênh đảm bảo phát điện.Phía trớc CLN có trang bị lới chắn rác, cửa phai cửa van phẳng điều chỉnh đợc độ mở Kênh dẫn Kênh dẫn nối tiếp sau cống đến bể áp lực, kênh lấy nớc với lu lợng thiết kế 13,5 m3/s Chiều dài tuyến kênh sơ chọn 3120 m Kênh dẫn kênh không điều tiết có dạng hở Trên kênh có bố trí tràn xả thừa Để đảm bảo an toàn cho kênh, dọc theo kênh dẫn vị trí tụ thủy cần bố trí cống ngầm thoát nớc qua kênh Bể áp lực Bể áp lực bố trí cuối kênh dẫn Kích thớc cao độ bể đảm bảo lấy đủ nớc vào đờng ống trờng hợp vận hành không sinh chân không Cửa lấy nớc có áp Cửa lấy nớc đầu đờng ống đợc đặt cuối bể áp lực Điều kiện địa chất cửa lấy nớc đặt đá bazan lớp 4a cứng Cửa lấy nớc có cao độ đảm bảo vận hành với mực nớc thấp không lọt khí vào đờng ống Đờng ống áp lực Đờng ống áp lực thép dài khoảng 380m, đoạn đầu có đờng kính ống 2,0 m, đến gần nhà máy đờng ống đợc chia làm hai ốnh nhánh có đờng kính 1,25 m để đa nớc vào hai tổ máy.Trên toàn tuyến đờng ống có mố néo mố đỡ, tất mố néo đờng ống đợc đặt đá bazan cứng Nhà máy thủy điện - Trang 54 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Nhà máy thuỷ điện có công suất lắp máy 8400kW, gồm tổ máy tuabin trục đứng Điều kiện địa chất nhà máy đặt lớp đá bazan cứng Sau nhà máy đoạn kênh xả nối tiếp thuận dòng với sông IaPuch Trạm phân phối điện Trạm phân phối điện trời 6,3/35KV gần nhà máy Trong trạm bố trí máy biến áp nâng áp thiết bị điện khác 4.2 tính toán điều tiết lũ 4.2.1 Mục đích công trình xả lũ Công trình xả lũ phận công trình đầu mối, có nhiệm vụ điều tiết phân phối dòng chảy, nhằm giảm bớt mức độ nguy hiểm lũ cho công trình hạ lu, dùng để tháo cạn phần hồ chứa sửa chữa Việc bố trí công trình tháo lũ phải dựa vào điều kiện địa chất, địa hình, l u lợng tháo lũ, lu tốc cho phép không xói lở chân đập công trình khác đồng thời đảm bảo khối lợng đào đắp nhỏ Mục đích tính toán lũ tìm biện pháp phòng lũ tối u Trận lũ tính toán, từ phần tài liệu cho dòng chảy ta có thông số sau: - Lu lợng đỉnh lũ lớn ứng với tần suất P = % Q1% = 978,2 (m3/s) - Lu lợng đỉnh lũ lớn ứng với tần suất P = 0,2 % Q0,2% = 1545 (m3/s) Trong kho nớc, công trình xả lũ có vai trò đảm bảo phòng lũ cho hạ lu an toàn cho thân công trình Hiện có hai loại công trình xả lũ đợc sử dụng: - Loại công trình xả mặt, loại thờng đợc cấu trúc đập tràn gồm nhiều khoang có cửa đóng mở cửa, vị trí công trình tuyến đập nơi khác kho nớc tuỳ thuộc vào thiết kế điều kiện cụ thể công trình - Loại công trình xả đáy, loại thờng đợc cấu tạo dạng giếng, cống ngầm xi phông Loại thờng có cửa van đóng mở Trong tính toán sơ cho TTĐ Iapuch ta dùng kiểu xả đập tràn nằm đập cửa van 4.2.2 Phơng pháp điều tiết lũ bảo vệ cho công trình Điều tiết lũ có nhiệm vụ tính toán điều tiết hạ thấp lu lợng lũ nhằm đáp ứng nhu cầu phòng lũ cho hạ lu - Trang 55 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Xác định kích thớc công trình lu lợng tháo tối đa xuống hạ lu mực nớc hồ mực nớc siêu cao Có phơng pháp tính toán điều tiết lũ: Phòng lũ phơng pháp kết hợp : o Phần dung tích phòng lũ nằm dới MNDBT, trớc lũ ta tháo phần dung tích o Ưu điểm: lợi dụng đợc phần dung tích hữu ích để phát điện o Nhợc điểm: Do dự báo không xác lợng nớc lũ nên phơng pháp dùng Phòng lũ dung tích siêu cao: o Trong khoảng thời gian trớc lũ cần bỏ trống phần dung tích Phơng pháp thờng dùng thiết kế sơ o u điểm: phơng pháp an toàn phòng lũ cho hạ lu o Nhợc điểm: chiều cao đập tăng Vpl = WL - q max T hay Vpl = WL q max Q max qmax = Qmax VPL WL Do cha có đầy đủ tài liệu giai đoạn thiết kế sơ nên ta giả thiết chiều rộng tràn sử dụng công thức tính lu lợng đập tràn thực dụng để xác định cột nớc tràn ứng với mực nớc lũ thiết kế mực nớc lũ kiểm tra 4.2.3 Xác định cao trình mực nớc lũ Ta tiến hành giả thiết nhiều chiều rộng đập tràn khác ứng với giá trị ta tìm đợc cột nớc đỉnh đập tràn Sơ chọn đập tràn thực dụng để tính toán Dựa công thức tính lu lợng qua đập tràn: Qxả = m n n.b 2g H3/2 Ta có đợc cột nớc tràn là: Q xa H= m. n n.b g 2/3 Trong đó: - Trang 56 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Qxả: lu lợng xả, Qxả= Qlũ max- t Qo Q0: lu lợng xả lớn qua nhà máy thủy điện tổ máy làm việc, Q0 =13,5 (m3/s) t: hệ số lợi dụng t=0,75 ữ 0,9 ; chọn t=0,8 m= mtk H hd mb + ( n 1). mt H o n b = - 0,2 n: số khoang tràn mb= 0,7 ; mt= 0,45 Việc xác định chiều rộng tràn có ảnh hởng đến điều kiện ngập lụt hạ lu Nếu chiều rộng tràn nhỏ lu lợng xả (Qxả) lũ chậm, dung tích siêu cao lớn, dẫn đến ngập lụt lớn Nếu chiều rộng tràn lớn lu lợng xả lũ lớn, thợng lu ngập lụt ít, nhiên lũ đợc xả nhanh nên hạ lu ngập lụt lớn Do yêu cầu cần phải có cầu giao thông đỉnh tràn để công nhân lại kiểm tra nên tràn đợc bố trí làm nhiều khoang Chiều rộng khoang sơ lấy hai giá trị b1= 10 m b2=9 m để so sánh Lấy cao trình đỉnh tràn đỉnh tràn = MNDBT = 362,85 m Bảng tính cột nớc tràn ứng với lu lợng lũ ứng với P=1% (Qlũ (P=1%)=978,2 m3/s) n 9 b (m) 10 10 10 10 9 9 hn n mtk H hd Qlũ (P=1%) (m3/s) Qxả (m3/s) Htràn (P=1%) (m) -3,08 -3,08 -3,08 -3,08 -3,08 -3,08 -3,08 -3,08 1 1 1 1 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 1 1 1 1 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,961 0,966 0,969 0,972 0,954 0,959 0,963 0,966 978,2 978,2 978,2 978,2 978,2 978,2 978,2 978,2 967,4 967,4 967,4 967,4 967,4 967,4 967,4 967,4 3,89 3,50 3,20 2,95 4,20 3,77 3,44 3,18 Bảng tính cột nớc tràn ứng với lu lợng lũ ứng với P=0,2% (Qlũ (P=1%)=1545 m3/s) n b (m) 10 10 10 10 9 hn n mtk H hd Qlũ (P=0,2%) (m3/s) Qxả (m3/s) Htràn (P=0,2%) (m) -1,95 -1,95 -1,95 -1,95 -1,95 -1,95 -1,95 1 1 1 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 0,504 1 1 1 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,978 0,947 0,953 0,958 0,961 0,937 0,944 0,949 1545 1545 1545 1545 1545 1545 1545 1534,2 1534,2 1534,2 1534,2 1534,2 1534,2 1534,2 5,37 4,83 4,40 4,06 5,81 5,21 4,75 - Trang 57 - Đồ án tốt nghiệp 9 -1,95 Thuỷ điện Iapuch3 0,504 0,978 0,954 1545 1534,2 4,38 Sơ ta chọn số khoang tràn 8, với chiều rộng khoang tràn 10 m để tính toán tiếp phần sau Với QP=1%=978,2 m3/s cột nớc tràn Htràn = 3,20 m Với QP=0,2%=1545 m3/s cột nớc tràn Htràn = 4,40 m 4.3 Thiết kế đập bê tông trọng lực Đập dâng nớc đập bê tông trọng lực, thiết kế đập phải đảm bảo điều kiện sau: Đập phải làm việc ổn định, an toàn trờng hợp Đập phải có mặt cắt nhỏ khối lợng đào đắp nhỏ Khi thiết kế ta tính ứng với cột nớc tràn ứng với MNLTK, sau kiểm tra lại với MNLKT 4.3.1 Tính toán mặt cắt đập 4.3.1.1 Mặt cắt mndgc H1 đáy (1-n)B nB s1 L1 L2 Do đặc điểm chịu lực, mặt cắt đập bê tông trọng lực có dạng tam giác Đỉnh mặt cắt ngang MNDGC: MNDGC = MNDBT +Htr(P=1%) = 362,85 + 3,20 = 366,05 (m) Chiều cao mặt cắt: H1 = MNDGC -đáy Trong đó: - Trang 58 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 đáy : đợc xác định mắt cắt địa chất dọc tuyến đập chọn vị trí sâu sau bóc lớp phủ đáy = 348 (m) H1 = 366,05 - 348 = 18,05 (m) Chiều rộng đáy đập B: Đoạn hình chiếu mái thợng lu nB, hình chiếu mái hạ lu (1-n)B Trị số n chọn theo hệ số kinh nghiệm n =(0 ữ 0,1), chọn n= Trị số B lấy theo điều kiện ổn định điều kiện ứng suất 4.3.1.2 Xác định chiều rộng đáy đập Theo điều kiện ổn định: B = Kc ì H1 F + n n Trong H1: chiều cao mặt cắt , H1 = 18,05 (m) f : hệ số ma sát, f = 0, 65 (với đá tốt) : dung trọng đập , = 2, (T/m3 ) n : dung trọng nớc, n =1 (T/m3) n = : hệ số mái thợng lu : cột nớc lại sau màng chống thấm, xử lý chống thấm thấm, sơ cách phun vữa xi măng tạo màng chống = (0,4 ữ 0,6), chọn =0,55 Kc : hệ số an toàn ổn định cho phép Theo quan điểm tính toán ổn định theo quy phạm , ổn định công trình đợc bảo đảm : m nc Ntt K R n Trong đó: nc: Hệ số tổ hợp tải trọng nc =0,9 m: Hệ số điều kiện làm việc , m=0,95 Kn- Hệ số tin cậy, với công trình cấp III, Kn =1,15 Ntt R lần lợt giá trị tính toán lực tổng quát gây trợt lực chống trợt giới hạn Có thể viết công thức dới dạng : - Trang 59 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 n K R c n N tt m So sánh với công thức tính ổn định quy phạm cũ coi: Kc= 0,9 ì 1,15 n c K n = 0,95 = 1,09 m Thay vào công thức ta có: B = 1,09 ì 18,05 = 16,36(m) 2,4 0,65 ì + 0,55 Theo điều kiện ứng suất : B= B= H1 (1 n ) + n( - n ) n 18,05 2,4 (1 - 0) + 0.( - ) - 0,55 = 13,04(m) Chọn trị số chiều rộng đập B: Để thoả mãn đồng thời điều kiện ổn định ứng suất, chọn B trị số lớn điều kiện B = 16,36 (m) Để dễ thi công chọn B = 16,5 m 4.3.2 Mặt cắt thực dụng đập không tràn Từ mặt cắt tiến hành bổ sung số chi tiết ta đợc mặt cắt thực dụng 4.3.2.1 Xác định cao trình đỉnh đập Đỉnh đập bê tông phần không tràn xác định theo hai điều kiện: = MNDBT + h + S + a (1) = MNDGC + ' h + 'S +a' (2) Trong đó: bình h h : độ dềnh gió ứng với gió tính toán lớn gió quân lớn s s : độ dềnh cao sóng với gió tính toán lớn gió thuộc bình quân lớn a a : độ vợt cao an toàn ứng với MNDBT MNDGC, phụ cấp công trình, a= 0,5m ; a=0,4 m - Trang 60 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số lớn kết tính toán theo điều kiện Xác định h s ứng với gió lớn tính toán V : * Xác định h : theo công thức: V 2D Cos s h=2.10 gH -6 Trong : V: vận tốc gió tính toán lớn ( ứng với P=4%), V=26 (m/s) D: đà sóng ứng với MNDBT , D = 600(m) g: gia tốc trọng trờng, g= 9,81 (m/s2) H: chiều sâu nớc trớc đập, H=MNDBT-TLđáy=362,85 348= 14,85 (m) s: góc kẹp trục dọc hồ hớng gió , s =00 h =2.10-6 ì 26 ì 600 ì Cos 0 =0,0056 (m) 9,81 ì 14,85 * Xác định s: Độ dềnh cao sóng đợc xác định nh sau: s =ks hs1% Trong : h ks = f H , h chiều cao sóng H chiều sâu nớc sông - chiều dài bớc sóng hs1%: chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%; đợc xác định nh sau (theo QPTL- C1-78): - Giả thiết trờng hợp tính toán sóng nớc sâu: H > 0,5 -Tính đại lợng không thứ nguyên gt gD , , t(s) - thời V V2 gian gió thổi liên tục Vì tài liệu nên ta lấy t=6 (giờ) =21600(s) gt = V 9,81 ì 21600 = 8150 26 - Trang 61 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 gD 9,81 ì 600 = 8,71 = V2 26 - Theo đờng cong bao phía đồ thị xác định yếu tố sóng hình P2-1_GT đồ án thủy công, ta xác định đợc đại lợng không thứ nguyên: ứng với gt gh =8150 ta có =0,077 V V ứng với gD gh =0,0056 =8,71 ta có V V2 Chọn giá trị nhỏ gt =3,8 V gt =0,77 V gh gt =0,77 để xác định h , t : =0,0056 V V 0,0056 ì 26 =0,40 (m) h= 9,81 t= 0,77 ì 26 = 2,04 (s) 9,81 - Bớc sóng trung bình đợc xác định: = gt 9,81 ì 2,04 = = 6,5 (m) 2ì -Ta thấy H = 14,85 > 0,5 = 0,5 ì 6,5 = 3,25 với giả thiết -Tính hs1% =k1% h Trong k1% tra đồ thị hình P 2-2_Đồ án Thủy công, ứng với đại lợng gD = 8,71 , ta đợc k1% = 2,09 V2 hs1% = 2,09 ì 0,40= 0,836 (m) - k s tra đồ thị P2-4 ta đợc k s =1,16 s =ks hs1% =1,16 ì 0,836 =0,97 m Xác định h s ứng với gió bình quân lớn V : ' * Xác định h theo công thức: V' D' Cos s (m) h=2.10 gH -6 Trong : V: vận tốc gió bình quân lớn tính toán, ( ứng với P=50%), V=18,3 (m/s) D: đà sóng ứng với MNDGC , D = 800 (m) H: chiều sâu nớc trớc đập - Trang 62 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 4.6.5.3 Xác định hình dạng cửa nớc vào Hình dạng cửa nớc vào ảnh hởng lớn đến tổn thất thuỷ lực, Cửa nớc vào thờng có tiết diện thu hẹp dần, Qua nghiên cứu thấy mép cửa vào có dạng elíp tổn thất thuỷ lực cửa nớc vào nhỏ nhất, Phơng trình trần CLN có dạng: X '2 Y '2 + =1 a ' a ' (1 ' ) Phơng trình ngỡng CLN có dạng: X "2 Y "2 + =1 a"2 a"2 (1 " ) Trong đó: : Hệ số co hẹp dòng chảy theo phơng thẳng đứng, acv: Bán trục dài elip, Chiều sâu nớc trớc cửa nớc vào: ht = MNBAL - Đáy= 355,5 351,29 = 4,21 (m) Đờng kính ống áp lực sơ lấy theo công thức kinh nghiệm: Dkt = 0,052Q = 2,0 (m) Chiều cao ngỡng trần cửa lấy nớc P= h2= 1,0 m P.ht ì 4,21 h"t= (h D) = (4,21 2) =1,90 (m) t ht=ht ht= 4,21 1,9 = 2,31 (m) - Trang 80 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Hệ số co hẹp dòng chảy theo phơng thẳng đứng đợc xác định theo công thức: 0,043 = 0,57 + 1,1 ' =0,42 ; 0,043 = 0,57 + 1,1 " =0,30 ; với = 3,2 a' = 2,31 = 1,39 ' ht a" 2,4 với = h" = 1,90 = 1,26 t Thay vào phơng trình trần CLN ta có: X '2 Y '2 + =1 3,2 3,2 (1 0,42) Thay vào phơng trình trần CLN ta có: X "2 Y "2 + =1 2,4 2,4 (1 0,30) 4.6.6 Đờng ống áp lực 4.6.6.1 Nhiệm vụ Đờng ống áp lực nối CLN với tuabin để dẫn nớc vào tuabin Nó có nhiệm vụ cung cấp nớc cho tuabin điều kiện khai thác cho tổn thất thuỷ lực nhỏ, điều kiện khai thác thuận lợi Trong tuyến lợng đờng ống áp lực phận quan trọng, ảnh hởng đến giá thành thân nhà máy mà trực tiếp ảnh đến vận hành an toàn nhà máy 4.6.6.2 Lựa chọn phơng thức cấp nớc Có phơng thức cấp nớc cho nhà máy thuỷ điện nh sau : + Phơng thức cấp nớc độc lập + Phơng thức cấp nớc theo nhóm + Phơng thức cấp nớc liên hợp Đối với TTĐ Iapuch có hai tổ máy dùng hai phơng thức cấp nớc sau : a.Phơng thức cấp nớc độc lập: đờng ống áp lực cấp nớc cho tổ máy nhà máy thuỷ điện + Ưu điểm : - Đờng ống đơn giản, tổn thất thuỷ lực nhỏ - Trang 81 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 - Khi có đờng ống bị cố có tổ máy ngừng làm việc, tổ máy khác làm việc bình thờng - Khi thay đổi chế độ làm việc tổ máy không ảnh hởng đến chế độ làm việc tổ máy khác + Nhợc điểm : Khối lợng đờng ống nhiều làm tăng vốn đầu t vào công trình + ứng dụng : thờng áp dụng cho nhà máy sau đập có lu lợng chảy qua tổ máy lớn Cửa lấy nước đường ống Nhà máy thủy điện b Phơng thức cấp nớc liên hợp: phơng thức nhà máy dùng chung đờng ống áp lực chính, từ ống rẽ ống nhánh vào tổ máy + Ưu điểm : Khối lợng thiết bị vốn đầu t nhỏ + Nhợc điểm : - Đờng ống cấu tạo phức tạp, tổn thất thuỷ lực lớn - Khi đờng ống bị cố nhà máy phải ngừng làm việc - Khi thay đổi chế độ làm việc tổ máy ảnh hởng đến chế độ làm việc nhà máy + ứng dụng : thờng áp dụng cho nhà máy thuỷ điện có tuyến đờng ống dài, chủ yếu cho nhà máy thuỷ điện nhỏ Cửa lấy nước đường ống Nhà máy thủy điện đường ống nhánh Nhà máy thuỷ điện Iapuch nhà máy có tuyến đờng ống dài (380 m), mặt khác lu lợng qua tổ máy nhỏ Vì TTĐ Iapuch chọn phơng thức cấp nớc liên hợp để cấp nớc cho nhà máy 4.6.6.3 Đờng kính kinh tế đờng ống Vốn đầu t xây dựng chi phí vận hành hàng năm đờng ống dẫn nớc áp lực tăng theo độ tăng đờng kính ống , song tổn thất ngợc lại - Trang 82 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Cho nên việc xác định đờng kính kinh tế (Dkt ) ống dẫn nớc áp lực phải thông qua tính toán kinh tế kĩ thuật để lựa chọn Trong giai đoạn thiết kế sơ đờng kính kinh tế ống dẫn nớc áp lực xác định theo công thức kinh nghiệm Bundsu : Dkt = 0,052.Q max ( H100m) Đối với đờng ống Qtk=13,5 (m3/s) ta xác định đợc đờng kính kinh tế đờng ống : Dkt = 0,052.Q max = 0,052.13,53 =2,0(m) Đối với đờng ống rẽ nhánh Qtm=6,75 (m3/s), lấy lu tốc đờng ống rẽ nhánh Vkt=5,5 m/s, ta xác định đợc đờng kính kinh tế đờng ống rẽ nhánh : dkt = Qtm 0,785.Vkt = 6,75 =1,25 (m) 0,785 ì 5,5 4.6.6.4 Chiều dày thành ống Chiều dày ống thép lộ thiên bao gồm độ dày tính toán độ dày chống rỉ Độ dày tính toán yêu cầu cờng độ thành ống mà định Thông thờng trớc tiên sơ xác định độ dày thành ống , sau dựa vào đờng kính ống , kết cấu ống , khoảng cách mố đỡ , áp lực tính toán bên nh lực tác dụng khác lên ống để cuối xác định độ dày tính toán thành ống Chiều dày chống rỉ nói chung từ 1ữ2(mm) ống thép thuộc loại kết cấu vỏ mỏng , thoả mãn yêu cầu cờng độ , phải thoả mãn yêu cầu độ cứng thành ống để thuận tiện trình chế tạo , lắp ráp vận chuyển Chiều dày thành ống đợc xác định theo công thức sau: .H.D = 2. [ ] +2.10-3(m) Trong đó: = 0,75 hệ số hạ thấp ứng suất cho phép = (0,9 ữ 0,95) hệ số đờng hàn, chọn = 0,9 n - Trọng lợng riêng nớc n= 10(kN/m3) H- Cột nớc áp lực có tính đến áp lực nớc va, cha tính toán áp lực nớc va nên sơ ta lấy áp lực nớc va H=30%H0, H0 cột nớc áp lực tĩnh trạm thuỷ điện, H0= 74,9 (m) H=1,3 H0=1,3 ì 74,9=97,4 (m) D - Đờng kính đờng ống D = Dkt = 2,0 (m) [] - ứng suất cho phép thép - Trang 83 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 [] = 80.103 kN/m2 (với thép CT3) Từ ta tính đợc: 10 ì 97,4 ì 2,0 = ì 0,75 ì 0,9 ì 80 ì 10 +2.10-3 = 0,0199 (m) (cm) Mặt khác đờng ống phải đảm bảo độ cứng cần thiết không bị bẹp đờng ống xuất chân không tuyệt đối: D 2,0 = = 0,015 m 130 130 Vậy ta chọn =2 (cm) 4.6.6.5 Chiều dài đờng ống Dựa việc bố trí thực tế cửa lấy nớc nhà máy thủy điện ta sơ chọn tuyến đờng ống với chiều dài Lống = 380m 4.7 Nớc va đờng ống áp lực 4.7.1 Hiện tợng nớc va Hiện tợng nớc va tợng thay đổi áp lực vận tốc dòng chảy ống thay đổi Khi ta đóng hay mở cửa van, ống dẫn nớc áp lực lu tốc thay đổi Sự thay đổi lu tốc ống nớc gây nên thay đổi áp lực ống Nếu thay đổi lu tốc đột ngột áp lực ống thay đổi theo Sự thay đổi áp lực có lớn, có tác động lên thành ống gây nên rung động thân ống, có phát tiếng động dội Nguyên nhân vật lý tăng giảm áp lực nớc va quán tính dòng chảy thân ống Khi đóng cánh hớng nớc Tuabin phản kích, lu lợng lu tốc dòng chảy ống giảm dần sinh lực quán tính.Theo định lý Đa-Lam-Be hớng lực quán tính ngợc với hớng gia tốc, tốc độ dòng chảy giảm hớng lực quán tính trùng với hớng lu tốc, làm tăng thêm áp lực ống dẫn nớc phía trớc cửa van đợc gọi nớc va dơng làm giảm áp lực nớc phía sau cửa van (nớc va âm) Ngợc lại mở cách hớng nớc Tuabin, lu lợng ống tăng lên, chuyển động dòng chảy ống chuyển nhanh dần, lực quán tính có hớng ngợc với vận tốc dòng chảy, mà ống phía trớc cửa van có tợng giảm áp lực (nớc va âm) Nớc va ảnh hởng lớn tới trình làm việc trạm thuỷ điện, cản trở trình điều khiển tuabin Nớc va dơng làm vỡ đờng ống Vì phải tăng chiều dày thành ống, giá thành buồng tuabin tăng Nớc va âm làm bẹp đờng ống, để tránh tợng bẹp ống áp lực ống thấp áp suất khí trời cần phải bố trí đờng ống dẫn phía dới đờng đo áp thất nh làm tăng khối lợng đào đắp - Trang 84 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 4.7.2 Tính toán áp lực nớc va 4.7.2.1 Tốc độ truyền sóng nớc va: Đờng ống đợc chia làm hai đoạn Đoạn có đờng kính m, với chiều dài 368m Đoạn gồm hai nhánh rẽ, nhánh có đờng kính 1,25 m, với chiều dài 12 m Đờng ống áp lực thiết kế đờng ống thép nên tốc độ truyền sóng nớc va đợc xác định theo công thức: C= C0 D 1+ E Trong đó: C0: Vận tốc truyền âm môi trờng chất lỏng C0 = 1435m/s : Chiều dày thành ống = 0,02 m D: Đờng kính ống, ống Dkt =2,0 m; ống nhánh dkt=1,25m : Hệ số đàn hồi nớc lấy = 2,1,104(kg/cm2); E: Môđun đàn hồi vật liệu đờng ống, với ống thép E = 2,1.106(kg/cm2); Đoạn có tốc độ truyền sóng là: C1 = C0 1435 = = 1015(m / s ) Dkt 2,1 ì 10 ì 2,0 1+ 1+ E. 2,1 ì 10 ì 0,02 Đoạn có tốc độ truyền sóng là: C2 = C0 1435 = = 1125(m / s ) d kt 2,1 ì 10 ì 1,25 1+ 1+ E. 2,1 ì 10 ì 0,02 Ta thay đoạn hai đờng ống rẽ nhánh đờng ống tơng đơng có: Diện tích tiết diện: F= ì d kt2 = 2,45 m2 Tốc độ truyền sóng: C2 = 1125 m/s Chiều dài đờng ống: L2= 12 m - Trang 85 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Tốc độ truyền sóng trung bình đờng ống là: C= F= L 380 = = 1018(m / s) 368 12 Li + 1015 1125 i =1 ci L 380 = = 3,11( m ) ì 368 ì12 Li + ì 2 ì ì1,252 i =1 Fi Từ nguyên lý bảo toàn pha nớc va ta có: tf = L L1 L2 ì 368 ì 12 = + = + = 0,75( s ) C1 C2 1015 1125 C Thời gian đóng mở thực tế phận hớng nớc Tuabin TS = s nên TS > tf Nh nớc va sinh ống nớc va gián tiếp 4.7.2.2 Tính toán nớc va dơng Mục đích việc tính toán nớc va dơng đóng tuabin xác định trị số áp lực nớc va lớn ống tiết diện để tính toán kiểm tra khả chịu lực vỏ ống toàn đờng ống Vì vậy, với mục đích làm đơn giản tính toán tăng khả an toàn đờng ống ta xác định trị số lớn cuối đờng ống phân bố chung theo quy luật đờng thẳng với trạng thái nớc va bỏ qua tổn thất thuỷ lực đờng ống trờng hợp mực nớc thợng lu MNDBT tuabin làm với công suất lớn đột ngột cắt tải toàn Trờng hợp tính toán thứ nhất: Mực nớc thợng lu MNBAL với cột nớc H tt = 74,9 m, Q=Q max =13,5 m /s , đóng hoàn toàn tất tổ máy: đ = 1, c = Xác định số đặc trng thứ đờng ống: à= CQmax CV max = gH tt g F H tt à= 1018 ì 13,5 = 3,0 ì 9,81 ì 3,11 ì 74,9 đà = ì 3,0 > Vậy xảy áp lực nớc va pha giới hạn 1 Vậy xảy áp lực nớc va giới hạn Trị số áp lực nớc va dơng tơng đối lớn cuối đờng ống đợc tính theo công thức: = LVH max LQH max 380 ì 12,2 = = = 0,315 gH maxTs g F H maxTs 9,81ì 3,11ì 80,18 ì m2 = 0,315 ì (0,315 + 0,315 + ) = 0,37 - Trang 87 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Cột nớc áp lực nớc va dơng lớn trờng hợp thứ hai: H+2 = m2.Hmax = 0,37 ì 80,18 = 29,6 (m) Nh áp lực nớc va dơng lớn lấy với giá trị lớn hai trờng hợp tính toán trên: H+ = max(Htt + H+1, Hmax + H+2 ) = 109,78 (m) 4.7.2.3 Tính toán áp lực nớc va âm Hiện tợng nớc va âm ứng với giảm áp mở cánh tuabin Mục đích tính toán nớc va âm để có phơng pháp bố trí đờng ống cho phù hợp, tránh tợng chân không xảy đờng ống làm bẹp ống Để an toàn nớc va âm, ta tính toán cho trờng hợp mực nớc BAL mực nớc ứng với tổ máy làm việc, tổ máy lại tăng tải đột ngột có kể đến tổn thất thuỷ lực đờng ống Trờng hợp tính toán: Hmin= Htt =74,9 (m).; lu lợng Qmax=13,5 m3/s, tổ máy làm việc chế độ đầy tải mở tải tổ máy thứ từ đ =o= 0,5 đến c = Lu lợng qua đờng ống tơng ứng với Hmin : à= 1018 ì 13,5 = 3,0 ì 9,81ì 3,11 ì 74,9 Khi đó: à.o = 3,0 ì 0,5 =1,5 > < m Vậy đờng ống xảy nớc va pha giới hạn Trị số áp lực nớc va đợc tính theo công thức: m = = ( +4 ) LVmax LQmax 380 ì 13,5 = = = 0,374 gH tt Ts g F H tt Ts 9,81ì 3,11ì 74,9 ì m = 0,374 ì (0,374 0,374 + ) = - 0,31 Cột nớc áp lực nớc va âm lớn nhất: H = m.Htt = - 0,31 ì 74,9 = -23,3 (m) Tính tổn thất thuỷ lực Tổn thất bao gồm tổn thất cột nớc, tổn thất lu lợng Tuy nhiên tổn thất lu lợng có tỷ lệ nhỏ ta sử dụng đờng ống áp lực Vậy ta xét tổn thất - Trang 88 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 cột nớc bao gồm tổn thất dọc đờng theo chiều dòng chảy tổn thất cục vị trí thay đổi hình dạng đổi hớng qua lới chắn rác: Công thức chung tính tổn thất: htt = hdđ +hcb hdđ: Tổn thất dọc đờng theo chiều dài dòng chảy hcb: Tổn thất cục chỗ thay đổi hình dạng ống - Xác định tổn thất dọc đờng hdđ hdd dd V12 dd V22 = +2 2.g 2.g Trong : V1: vận tốc lớn ống V 1= 4,3 m/s V2: vận tốc lớn ống nhánh V2= 5,5 m/s dđ: hệ số tổn thất dọc đờng L1 dđ1 = D ; L2 dđ = D L1, D1: chiều dài đờng kính ống áp lực L = 368 m, D1=2,0 m L2, D2: chiều dài đờng kính ống áp lực nhánh L12= 12 m, D2=1,25m hệ số ma sát thuỷ lực; sơ lấy = 0,01 368 dđ1 = 0,01 ì 2,0 = 1,84 12 dđ1 = 0,01 ì 1,25 = 0,096 hdd 1,84 ì 4,3 0,096 ì 5,5 2 ì = + = 2,03 (m) ì 9,81 ì 9,81 - Xác định tổng tổn thất thuỷ lực cục hcb hcb V2 = cb 2.g Trong đó: cb hệ số tổn thất cục Tổn thất cục dọc đờng ống áp lực bao gồm tổn thất qua CLN (tổn thất qua LCR, cửa vào, khe van), đoạn cong, đoạn thu hẹp chuyển tiếp cb = cv + kv + 2c + l Trong đó: - Trang 89 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 cv: hệ số tổn thất cửa vào: cv = 0,2 ( Sổ tay thủy lực ) kv: hệ số tổn thất qua khe van: chọn kv = 0, ( Sổ tay thủy lực ) c: hệ số tổn thất qua đoạn ống cong: c = 0,3 ( Sổ tay thủy lực ) không áp) l: hệ số tổn thất qua LCR, l= 0,22 ( xem LCR cửa lấy nớc Vậy cb = cv + kv + 2c + l = 0,2+ 0,2+ ì 0,3+ 0,22 = 1,22 hcb V2 4,3 = cb = 1,22 ì = 1,15 (m) 2.g ì 9,81 Vậy tổng tổn thất đờng ống áp lực là: htt = hdđ + hcb = 2,03 + 1,15 = 3,18 (m) Tổng cột nớc va âm tổn thất đờng ống: H- = H- + htt = 23,3 + 3,18 = 26,48 (m) 4.7.2.4 Kiểm tra chiều dày thành ống Cột nớc có nớc va dơng lớn nhất: H+ = 109,78 (m) 10 ì 109,78 ì 2,0 = ì 0,75 ì 0,9 ì 80 ì 10 +2.10-3 = 0,02 (m) Vậy chọn chiều dày thành ống = cm hợp lý Kiểm tra nớc va âm tuyến đờng ống để đảm bảo tuyến đờng ống thấp đờng giới hạn nớc va âm, tránh nớc va âm làm bẹp ống H+ H 368 m 4.7.2.5 Xem xét cần thiết tháp điều áp - Trang 90 - 12 m _ Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Q max Tw= gH tt l 13,5 380 = 9,81 ì 74,9 ì 3,11 = 2,24 F Do Tw < (3 ữ )s nên ta không cần bố trí tháp điều áp đờng ống lực 4.7.3 Các lực hớng trục tác dụng lên đờng ống 4.7.3.1 Lực hớng trục trọng lợng ống gây A1: A1 = qô L sin = 4,95 ì 100 ì sin 100 = 86 (KN) Trong đó: qô : trọng lợng mét dài ống; qô = 4,95 kN/m L : độ dài tính toán đoạn ống dài nhất; L= 100 m - góc nghiêng đờng ống; = 100 4.7.3.2 Lực hớng trục nớc bên ống tác dụng lên cửa van hay đầu mút A2: A2 = D02. H = ì 2,02 ì 10 ì 70 = 2353 (KN) 4 Trong đó: : trọng lợng riêng nớc, = 10 KN/m3 H: cột nớc ; H = 70 (m.) 4.7.3.3 Lực hớng trục nớc bên tác dụng lên chỗ ống cong A3: A3 = D02. H = ì 2,02 ì 10 ì 74,9 = 2353 (N) 4 4.7.3.4 Lực hớng trục nớc bên tác dụng lên đoạn ống có đờng kính thay đổi A4: A4 = (D012 - D022). H = ì (2,0 2- 1,5 2) ì 10 ì 74,9 4 = 1030 (kN) 4.7.3.5 Lực hớng trục nớc bên tác dụng lên khớp co gi ãn nhiệt độ A5: A5 = (D12 - D22). H = ì (2,052- 2,0 2) ì 10 ì 74,9 4 = 119 (kN) 4.7.3.6 Lực ma sát nớc thành ống A6: - Trang 91 - Đồ án tốt nghiệp A6 = Thuỷ điện Iapuch3 D02. hw hw: tổn thất cột nớc ma sát, hw=2,11 m (phụ lục tính toán) A6= ì 2,02 ì 10 ì 2,11 = 67 (KN) 4.7.3.7 Lực ma sát vật liệu chèn khớp co giãn nhiệt độ thay đổi A7 A7 = .D.b.fk..H = ì 2,0 ì 0,3 ì 0.8 ì 10 ì 74,9 = 113 (KN) fk hệ số ma sát vật liệu chèn với thành ống; f k=0,8 4.7.3.8 Lực ma sát mố đỡ với thành ống nhiệt độ thay đổi A8: A8 = (Qố + Qn ).f.cos Qố - trọng lợng đoạn ống tính toán; Qn - trọng lợng nớc đoạn ống tính toán; f - hệ số ma sát thành ống mố đỡ; 4.7.3.9 Lực li tâm dòng nớc chỗ đoạn ống uốn cong A9: ì 2,0 ì 10 ì 4,3 .D V = A9 = = 59 (kN) ì 9,81 g A9 - thành phần lực hớng trục lc li tâm; V - lu tốc lớn ống; 4.7.4 Mố ôm mố đỡ ống thép Dọc theo chiều dài đờng ống đờng ống đợc bố trí mố ôm mồ đỡ Mố ôm (bệ néo) thờng đợc bố trí chỗ cong đờng ống (nơi tuyến ống đổi phơng) có tác dụng cố định ống không cho dịch chuyển Đoạn đờng ống nằm hai mố ôm đợc tựa mố đỡ (còn gọi mố trung gian) Kết cấu mố đỡ phải đảm bảo để đờng ống dịch chuyển đợc theo hớng dọc trục nhiệt độ thay đổi trờng hợp đoạn ống nằm hai mố ôm có bố trí khớp co giãn nhiệt độ - Trang 92 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 4.7.4.1 Mố ôm Mố ôm loại kết cấu trọng lực, cờng độ dễ thoả mãn, thiết kế mố ôm chủ yếu vào điều kiện chống trợt, điều kiện ổn định để định kích thớc ngoại hình mố ôm Phụ tải tổ hợp lực tác dụng lên mố ôm khống chế điều kiện đầy nớc, nhiệt độ tăng Do đờng ống đợc đặt đá nên ta thiết kế cho mố ôm đặt đá Tính toán trọng lợng G bảo đảm ổn định chống trợt mố ôm G= Kc X f0 Y Trong đó: Kc hệ số an toàn chống trợt, thờng Kc 1,5ữ2,0 lấy Kc = 1,5 f0 hệ số ma sát mố ôm nền, f0 = 0,7 X tổng phản lực hớng ngang phản lực tác dụng lên mố ôm 10 X X = (A1+ A3 A6 + A7 - A9cos ) cos Y =(86+2353-67+113-59.cos160).cos100 n = 2391 (KN) Y tổng phản lực hớng ngang phản lực tác dụng lên mố ôm Y = (A1+ A3 A6 + A7 - A9cos ) sin e = (86+2353-67+113-59.cos160).sin100 = 422 (KN) 1,5 ì 2391 422 = 4701( KN ) 0,7 = 10 o 4701 VBT = = = 195 m3 24 bt Kích thớc mố sơ thiết kế nh hình vẽ - Trang 93 - A6 o A9 A1,A3,A7 o = 26 Thể tích bê tông: G B/2 lực tác dụng lên mố ôm = 16 G= B/2 Đồ án tốt nghiệp 5,00 7,50 7,50 Thuỷ điện Iapuch3 7,00 4.7.4.2 Mố đỡ Tác dụng mố đỡ gánh chịu phản lực hớng pháp tuyến trọng lực nớc trọng lực thân ống, có tác dụng đỡ ống dẫn nớc Mố đỡ cho phép ống dẫn nớc dịch chuyển theo hớng trục ống, để thích ứng với co giãn ống nhiệt độ thay đổi Khoảng cách hai mố đõ sơ lấy 10 m Kích thớc sơ nh vẽ 4.7.5 Van phụ kiện cho ống thép lộ thiên Van: Van ống thép dẫn nớc nói chung đợc bố trí cửa vào Tuabin nớc dùng để cắt dòng chảy cách ly tổ máy tổ máy có cố cần kiểm tra, sửa chữa Cho nên chọn van loại van đĩa Khớp co giãn nhiệt độ Do đờng ống dài, đờng ống dẫn nớc đợc cố định mố ôm để nhiệt độ thay đổi không gây ứng suất ống ta cần bố trí khớp nhiệt độ Các khớp nhiệt độ đợc bố trí đầu đoạn ống giới hạn hai mố ôm Vật liệu chèn D2 D1 D1 - Trang 94 - ... Trang 63 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 Trong k1% tra đồ thị hình P 2-2 _Đồ án Thủy công, ứng với đại lợng gD' = 23,4 , ta đợc k1% = 2,09 V '2 hs1% = 2,09 ì 0,31= 0,65 (m) - k s tra đồ thị... 21600 = 8150 26 - Trang 61 - Đồ án tốt nghiệp Thuỷ điện Iapuch3 gD 9,81 ì 600 = 8,71 = V2 26 - Theo đờng cong bao phía đồ thị xác định yếu tố sóng hình P2-1_GT đồ án thủy công, ta xác định đợc đại... -Tính hs1% =k1% h Trong k1% tra đồ thị hình P 2-2 _Đồ án Thủy công, ứng với đại lợng gD = 8,71 , ta đợc k1% = 2,09 V2 hs1% = 2,09 ì 0,40= 0,836 (m) - k s tra đồ thị P2-4 ta đợc k s =1,16 s