II. KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC Khi khí hóa duy trì trong thời gian đủ dài và dòng chảy có lưu tốc cục bộ tại đỉnh mấu gồ ghề VĐT > Vng thì thành dốc nước có khả năng bị xâm thực. Trị số lưu tốc ngưỡng xâm thực Vng của vật liệu bê tông phụ thuộc vào độ bền nén của vật liệu (Rb)và hệ số hàm khí trong nước S. Ứng với bê tông bề mặt lòng dẫn có Rb = 20 Mpa; độ hàm khí trong nước S = 0, tra đồ thị Hình 1.1 – Tiêu chuẩn Việt Nam – 14TCN 198:2006 được Vng =9.55 ms
Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập môn học: Công trình tháo nước BÀI TẬP LỚN TÍNH TỐN KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC ĐỀ SỐ 10 A ĐỀ BÀI I Tài liệu ban đầu - Dốc nước sau đập tràn có sơ đồ hình Hình 1: Sơ đồ bố trí dốc nước sau tràn - Chiều dài từ ngưỡng tràn đến đầu dốc Lo = 30 m - Chiều dài dốc L = 200 m (trên mặt bằng): 10 đoạn x 20 m - Độ dốc: i = 0.290 - Vật liệu thân dốc: BTCT M200 - Độ nhám bề mặt: n = 0,017 (∆ = 0,5 mm) - Gồ ghề cục khớp nối (dự kiến): Zm = mm - Cao độ đầu dốc: đ = 300,0 m; nhiệt độ nước T = 25o - Mặt cắt ngang dốc: chữ nhật, B = 20 m - Lưu lượng thiết kế: QTK =472 m3/s - Độ sâu đầu dốc: hd =3.04 m - Hình thức tiêu cuối dốc: mũi phun II Yêu cầu - Kiểm tra khả khí hóa dịng chảy dốc vị trí khớp nối - Kiểm tra khả khí thực dốc - Thiết kế phận tiếp khí để phịng khí thực (nếu có) GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập môn học: Công trình tháo nước B TÍNH TỐN I KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ HĨA DỊNG CHẢY TRÊN DỐC NƯỚC KHI THÁO LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ 1.1 Vẽ đường mặt nước dốc nước Dùng phương pháp sai phân, xuất phát từ mặt cắt đầu dốc, tính độ sâu nước mặt cắt cách thử dần theo phương trình (giả thiết nhiều lần giá trị h, theo công thức ta xác định trị số ∆L, ∆L với cách chọn ban đầu lấy h vừa giả thiết làm giá trị đúng, khơng phải giả thiết tính lại từ đầu đến ∆L giá trị chọn): L E i J TB Trong đó: ∆L : Khoảng cách (theo phương ngang) mặt cắt tính tốn ∆E : Chênh lệch lượng mặt cắt mặt cắt ∆E = E2 – E1 ; E1 h1 V12 2g : Năng lượng mặt cắt V22 2g : Năng lượng mặt cắt E h2 h1 ; h2 : Độ sâu tương ứng mặt cắt mặt cắt V1 ; V2 : Lưu tốc bình quân mặt cắt mặt cắt i : Độ dốc đáy dốc JTB : Độ dốc thủy lực trung bình mặt cắt mặt cắt JTB = (J1 + J2)/2 J1 V12 C12 R1 : Độ dốc thủy lực mặt cắt V22 C 22 R2 : Độ dốc thủy lực mặt cắt J2 Kết tính tốn vẽ đường mực nước thể bảng GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Bảng 1: Kết tính tốn vẽ đường mực nước dốc Mặt h V cắt (m) C2 g R hi (m) 2.920 W (m2) 58.40 V (m/s) 8.08 З 3.33 6.25 m R 25.84 2.26 67.386 101.305 C J 1.689 33.78 13.97 9.95 11.64 23.38 1.44 62.545 75.182 1.373 27.46 17.19 15.06 16.43 22.75 1.21 60.700 66.694 1.211 24.22 19.49 19.36 20.58 22.42 1.08 59.583 61.920 1.112 22.23 21.23 22.97 24.08 22.22 1.00 58.828 58.841 1.046 20.92 22.57 25.95 27.00 22.09 0.95 58.290 56.720 1.000 20.00 23.60 28.39 29.39 22.00 0.91 57.896 55.202 0.967 19.34 24.41 30.36 31.32 21.93 0.88 57.603 54.090 0.943 18.86 25.03 31.94 32.88 21.89 0.86 57.381 53.261 0.925 18.50 25.52 33.20 34.12 21.85 0.85 57.212 52.637 0.911 18.22 GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến 25.90 34.19 Trang 35.10 21.82 0.84 57.083 52.164 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 0.0828 0.2072 4.145 20 0.1146 0.1754 3.507 20 0.1442 0.1458 2.915 20 0.1705 0.1195 2.389 20 0.1932 0.0968 1.937 20 0.2122 0.0778 1.555 20 0.2280 0.0620 1.240 20 0.2408 0.0492 0.984 20 0.2351 0.014 10 20 0.2209 0.018 4.790 0.2036 0.024 0.0505 0.2395 0.1828 0.033 20 0.1583 0.046 5.391 0.1302 0.066 0.0205 0.2695 0.0991 0.099 ∆L (m) 0.0664 0.162 ∆З 0.0345 0.316 i - Jtb 0.0064 1.231 Jtb 0.2465 S∆L (m) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Ghi chú: cơng thức tính tốn Bảng 1; h : Độ sâu mực nước dốc (Giả thiết) : Chu vi ướt mặt cắt tính tốn ; = B + 2h (mặt cắt hình chữ nhật) : Diện tích mặt cắt ướt ; = B.h R : Bán kính thủy lực ; R = / C R R1/ R n V : Vận tốc dịng chày đoạn tính tốn ; V = Q/ V2 J : Độ dốc thủy lực ; J C R Hình 2: Đường mặt nước tràn GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước 1.2 Xác định hệ số khí hóa phân giới Kpg Với chiều dài dốc nước L = 200m, ta chia dốc thành 10 đoạn, đoạn có chiều dài ∆L = 20m Giữa đoạn phân ta bố trí khớp nối Với giả thiết khớp nối lún không đoạn làm phát sinh bậc lồi (hay bậc thụt) với chiều cao khống chế Zm = mm, góc = 90o Khi hệ số khí hóa phân giới (tính cho trường hợp bất lợi bậc lồi) là: K pg 0,125. 0, 65 =2.33 1.3 Xác định hệ số khí hóa thực tế mặt cắt tính tốn Hệ số khí hóa K xác định theo cơng thức: K H ĐT H pg VĐT 2g Trong đó: HĐT : Cột nước áp lực toàn phần đặc trưng dòng chảy ; HĐT = Ha + h.cos h : Độ sâu nước mặt cắt tính tốn Ha : Cột nước áp lực khí trời, tương ứng với cao độ mặt nước mặt cắt tính Zmn = Zđáy + h : Góc nghiệng đáy lịng dẫn so với phương ngang Hpg : Cột nước áp lực phân giới Ứng với nhiệt độ T = 25o , tra Bảng 2.2 – Tiêu chuẩn Việt Nam – 14TCN 198:2006 Hpg =0.32 m VĐT : Lưu tốc đặc trưng vị trí có mấu gồ ghề thuộc đoạn khác dòng chày xác định theo công thức: V ĐT V y VTB VTB 1 V : Lưu tốc trung bình mặt cắt mặt cắt tính tốn V : Hệ số biểu thị quan hệ lưu tốc trung bình lưu tốc lớn dòng chảy chiều dày lớp biên dạng mặt cắt ngang dòng chảy cho Với dịng khơng áp mặt cắt ngang hình chữ nhật có bề rộng B độ sâu nước h, V xác định theo công thức: B 2h V h B 2 ln ln Bh ln ∆ 5 : Chiều cao nhám tương đương bề mặt Với n = 0.017; ∆ =0.5 mm GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Sử dụng biểu đồ Hình 2.6 – Tiêu chuẩn Việt Nam – 14TCN 198:2006 xác định 1 ; 2 ; Kết tính tốn ghi bảng GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập môn học: Cơng trình tháo nước Bảng : Kết tính tốn kiểm tra khả khí hóa mặt cắt tính tốn L* (m) Mặt cắt h (m) L(m) 2.92 0 30.00 1.689 20 50.82 1.37 40 1.211 60 1.112 80 1.04 100 1.000 120 10 0.96 0.94 0.92 0.911 140 160 180 200 Zmn (m) 302.9 295.8 Ha (m) HĐT (m) VTB (m/s) y/ L*/ / 11.00 60,000 800.0 9.98 12.78 8.42 9.98 11.61 14.55 11.00 101,648 71.65 289.77 9.99 11.31 17.90 11.00 92.47 283.81 10.00 11.16 20.30 11.00 10.00 11.07 22.10 11.00 10.01 11.02 23.49 11.00 268,240 10.02 10.98 24.57 11.00 309,888 10.02 10.95 25.41 11.00 10.03 10.94 26.06 11.00 10.04 10.92 26.57 11.00 10.04 10.92 26.97 11.00 113.30 277.9 272.0 134.1 154.9 266.20 175.7 260.3 7 196.5 254.5 217.4 248.72 238.2 242.9 GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 143,29 184,94 226,59 351,53 393,18 434,83 476,48 1,370 1,849 2,374 2,865 3,282 3,679 4,018 4,518 5,091 5,480 1 2 (10 ) (m) v VĐT (m/s) K Khả khí hóa 195.0 1.20 0.40 0.970 4.19 13.9 Khơng có 195.0 1.11 0.685 0.925 7.30 4.15 Khơng có 195.0 1.05 0.92 0.883 9.17 2.57 Khơng có 195.0 0.99 1.187 0.837 10.68 1.87 Bắt đầu 195.0 0.97 0.792 12.11 1.44 Mạnh 195.0 0.95 0.754 13.41 1.17 Mạnh 195.0 0.93 1.840 0.718 14.61 0.98 Mạnh 195.0 0.92 0.687 15.68 0.85 Mạnh 195.0 0.90 0.647 16.88 0.73 Mạnh 195.0 0.87 0.604 18.15 0.63 Mạnh 195.0 0.86 0.574 19.24 0.56 Mạnh HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 1.43 1.64 2.00 2.25 2.54 2.74 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước II KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC Khi khí hóa trì thời gian đủ dài dịng chảy có lưu tốc cục đỉnh mấu gồ ghề VĐT > Vng thành dốc nước có khả bị xâm thực Trị số lưu tốc ngưỡng xâm thực Vng vật liệu bê tông phụ thuộc vào độ bền nén vật liệu (Rb)và hệ số hàm khí nước S Ứng với bê tơng bề mặt lịng dẫn có R b = 20 Mpa; độ hàm khí nước S = 0, tra đồ thị Hình 1.1 – Tiêu chuẩn Việt Nam – 14TCN 198:2006 Vng =9.55 m/s Bảng : Kết tính tốn kiểm tra khả xâm thực mặt cắt tính tốn Mặt VTB Vy cắt (m/s) (m/s) 10 8.42 14.55 17.90 20.30 22.10 23.49 24.57 25.41 26.06 26.57 26.97 1 4.19 7.30 9.17 10.68 12.11 13.41 14.61 15.68 16.88 18.15 19.24 195 195 195 195 195 195 195 195 195 195 195 ξ2 (10-3) 1.20 1.11 1.05 0.99 0.97 0.95 0.93 0.92 0.90 0.87 0.86 Vng (m/s) v 0.970 0.925 0.883 0.837 0.792 0.754 0.718 0.687 0.647 0.604 0.574 9.55 9.55 9.55 9.55 9.55 9.55 9.55 9.55 9.55 9.55 9.55 Xét theo lưu tốc ngưỡng xâm thực Xét theo lưu tốc cho phép xâm thực 19.15 Không xâm thực 19.02 Khơng xâm thực 18.64 Khơng xâm thực 18.15 Có xâm thực 17.42 Có xâm thực 16.72 Có xâm thực 16.05 Có xâm thực 15.47 Có xâm thực 14.74 Có xâm thực 13.98 Có xâm thực 13.38 Có xâm thực Khơng xâm thực Khơng xâm thực Khơng xâm thực Có xâm thực Có xâm thực Có xâm thực Có xâm thực Có xâm thực Có xâm thực Có xâm thực Có xâm thực Vcp (m/s) Từ giá trị VĐT Bảng cho thấy - Từ mặt cắt đến mặt cắt có VĐT < Vng khơng bị xâm thực - Từ mặt cắt đến cuối dốc có VĐT > Vng có khả xâm thực Bằng nội suy từ biểu đồ lưu tốc V ĐT dọc theo dòng chảy (bảng 2), xác định mặt cắt có VĐT = Vng = 9.55 m/s mặt cắt B (nằm mặt cắt 3) cách đầu dốc khoảng LB = 45.04 m (theo phương ngang dốc) Đoạn từ mặt cắt B đến cuối dốc cần có biện pháp bảo vệ chống khí thực Có nhiều biện pháp cơng trình để chống khí thực, vào điều kiện kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn phương án Đối với này, chọn phương án xây dựng phận tiếp khí III THIẾT KẾ BỘ PHẬN TIẾP KHÍ (BPTK) ĐỂ PHỊNG KHÍ THỰC 3.1 Bố trí BPTK dốc nước Theo tính tốn mục đoạn dốc nước từ sau mặt cắt B (cách đầu dốc 72,4 m) cần bảo vệ chống khí thực Để đảm bảo an tồn cho thân dốc, bố trí phận tiếp khí sau: - BPTK1 đặt mặt cắt M1, cách đầu dốc 50 m (theo phương ngang) - BPTK2 đặt mặt cắt M2, cách đầu dốc 100 m (theo phương ngang) GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước - BPTK3 đặt mặt cắt M3, cách đầu dốc 155 m (theo phương ngang) Theo cách bố trí này, chiều dài bảo vệ L p BPTK1 BPTK2 (theo phương ngang) 55 m Với phương án bố trí nêu, nội suy từ đường mặt nước (Bảng 1) ta có thơng số thủy lực mặt cắt có bố trí BPTK sau: Bảng : Thơng số tính tốn phận tiếp khí Tên BPTK1 BPTK2 BPTK3 L (m) 50 100 150 Lp (m) 50 50 50 h (m) 1.29 1.05 0.95 V (m/s) 18.34 23.08 24.72 Fr 26.54 51.93 65.23 Fr 5.15 7.21 8.08 3.2 Tính tốn phận tiếp khí (BPTK1) Hình : Bố trí mũi hắt BPTK1 1) Xác định chiều cao mũi hắt Zm Được xác định theo công thức: Z m L p cos 2 25 Fr = 0.41 m Trong đó: Lp = 50 (m) : Chiều dài bảo vệ (phương ngang) BPTK1 =16.17 : Góc hợp bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang Fr : Số Froud ; Fr v 26.54 (mặt cắt hình chữ nhật) gh 2) Chọn độ nghiêng mũi hắt Sơ đồ bố trí mũi Hình Giả thiết chiều dài mũi Lm =2.3 m; Ta thấy chiều dài mũi hợp lý: Ta có : Zm 0.177 đảm bảo điều kiện chọn Lm Zm 1 Lm tg GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Z1 Z Lm tg = 2.3 x 0.290 = 0.67 m Lm Trang HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Z Z m Z1 Z2 tg L m Mặt khác: = 00 3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt Được xác định theo công thức: Lb h cos Zm 2Z cos( ) Fr Fr sin Fr sin m cos cos h h = 5.81 m 4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp Được xác định theo cơng thức: qa = 0,033.V.Lb = 3.52 m3/s.m Trong đó: V = 18.34(m/s) : Lưu tốc bình qn dịng chảy phía buồng khí, lấy lưu tốc bình qn dịng chảy phía mũi hắt 5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp Được xác định theo công thức: Qa = qa.B = 3.52.20 = 70.38 m3/s 6) Tính diện tích tổng cộng mặt cắt ngang ống dẫn khí Được xác định theo công thức: a Qa =1.41 m2 Va Trong đó: : Lưu tốc khí khống chế ống; chọn Va 60 m/s Va = 50m/s Vì a = 1,41 m2 nhỏ nên cần bố trí ống thơng khí tường bên (n = 2), Khí diện tích tối thiểu ống dẫn khí là: a1 a = 0.7 m2 n 7) Xác định kích thước ống dẫn khí Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta Trong đó: Chọn Ba =1.20 m : Độ dài cạnh theo phương dòng chảy Chọn ta = 0.70 m : Độ dài cạnh theo chiều dày tường Với kích thước chọn, vận tốc khí ống dẫn khí: Va Qa = 41.89 m/s n.Ba t a 8) Xác định độ chân khơng buồng khí Độ chân khơng (tính theo mét cột nước) buồng khí để tạo áp lực hút khí vào buồng xác định theo công thức: GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 10 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi hck Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Va2 a = 0.33 m g. a2 Trong đó: Va = 41.89 m/s : Lưu tốc khí ống a : Hệ số lưu lượng ống dẫn khí; a 1 i 0.592 i : Tổng hệ số tổn thất áp lực toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất cửa vào, đoạn uốn cong tổn thất dọc đường Tổn thất cửa vào: cv = 0.50 (cửa vào không thuận) Tổn thất vị trí uốn cong gấp 90o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang nằm ngang đáy dốc): u = 1.10 Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La H t Với Ht =2.60 m B =5.93 m : Chiều cao thành lòng dẫn B1 = 6.67 m : Bề rộng khoang (1 khoang) Hệ số tổn thất dọc đường : d gLa =0.25 C2R a : Trọng lượng riêng khơng khí (KN/m³) : Trọng lượng riêng nước (KN/m³) Trong điều kiện bình thường, lấy a 780 Để đảm bảo ổn định đường tháo, trị số hck không vượt 0,5m Ta thấy hck = 0.33 m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định 9) Tính tốn kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt: Hình : Bố trí mũi hắt ống dẫn khí Bề mộng máng : Bmk = Ba =1.20 m Chiều sâu: tmk = ta – Zm =0.70 – 0.41 = 0.29 m GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 11 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước 10) Tính tốn chiều cao thành lịng dẫn sau BPTK Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 3.64 (m) Trong đó: hb : Chiều cao lớn buồng khí hb Z m V2 cos (tg tg ) =1.85 m 2g h : Chiều dày lớp nước phía buồng khí (lấy gần độ sâu nước mũi hắt) ∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp cơng trình, chọn ∆H = 0,5 m Kết tính tốn BPTK ghi Bảng 3.3 Tính tốn phận tiếp khí (BPTK2) Hình : Bố trí mũi hắt BPTK2 1) Xác định chiều cao mũi hắt Zm Được xác định theo công thức: Z m L p cos 2 = 0.28 m 25 Fr Trong đó: Lp = 50 m : Chiều dài bảo vệ BPTK2, =16.17 : Góc hợp bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang Fr : Số Froud ; Fr v 49.63 (mặt cắt hình chữ nhật) gh 2) Chọn độ nghiêng mũi hắt Sơ đồ bố trí mũi Hình Giả thiết chiều dài mũi Lm =1.50 m; Ta thấy chiều dài mũi hợp lý: Ta có : Zm 0.186 đảm bảo điều kiện chọn Lm Zm 1 Lm tg GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Z1 Z Lm tg =0.44 m Lm Trang 12 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Z Z m Z1 Z2 = 00 tg Lm Mặt khác: 3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt Được xác định theo công thức: Lb h cos Zm 2Z cos( ) Fr Fr sin Fr sin m cos cos h h =5.79 m 4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp Được xác định theo cơng thức: qa = 0,033.V.Lb = 4.31 (m3/s.m) Trong đó: V = 22,57 (m/s) : Lưu tốc bình qn dịng chảy phía buồng khí, lấy lưu tốc bình qn dịng chảy phía mũi hắt 5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp Được xác định theo công thức: Qa = qa.B =86.20 m3/s 6) Tính diện tích tổng cộng mặt cắt ngang ống dẫn khí Được xác định theo cơng thức: a Qa = =1.72 m2 Va Trong đó: Va =50.00 m/s : Lưu tốc khí khống chế ống; chọn Va 60 m/s Vì a =1.72 m2 nhỏ nên cần bố trí ống thơng khí tường bên (n = 2), Khí diện tích tối thiểu ống dẫn khí là: Như vậy, tổng cộng có ống thơng khí (1 ống tường bên, ống trụ) Khí diện tích tối thiểu ống dẫn khí là: a1 a 1.72/2=0.86 m2 n 7) Xác định kích thước ống dẫn khí Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta Trong đó: Chọn Ba =1.20 m : Độ dài cạnh theo phương dòng chảy Chọn ta =0.70 m : Độ dài cạnh theo chiều dày tường Với kích thước chọn, vận tốc khí ống dẫn khí: Va Qa = 51.31 m/s n.Ba t a 8) Xác định độ chân không buồng khí GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 13 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Độ chân khơng (tính theo mét cột nước) buồng khí để tạo áp lực hút khí vào buồng xác định theo công thức: hck Va2 a = 0.49 m g. a2 Trong đó: Va = 51.31 (m/s) : Lưu tốc khí ống a : Hệ số lưu lượng ống dẫn khí; a 1 i 0.592 i : Tổng hệ số tổn thất áp lực toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất cửa vào, đoạn uốn cong tổn thất dọc đường Tổn thất cửa vào: cv = 0.50 (cửa vào khơng thuận) Tổn thất vị trí uốn cong gấp 90 o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang nằm ngang đáy dốc): u = 1.10 Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La H t Với Ht =2.60 m B =5.93 m : Chiều cao thành lòng dẫn B =20.00 m : Bề rộng khoang (1 khoang) Hệ số tổn thất dọc đường : d gLa = 0.25 C2R a : Trọng lượng riêng khơng khí (KN/m³) : Trọng lượng riêng nước (KN/m³) Trong điều kiện bình thường, lấy a 780 Để đảm bảo ổn định đường tháo, trị số hck không vượt 0,5m Ta thấy hck = 0.49 m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định 9) Tính tốn kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt: Hình : Bố trí mũi hắt ống dẫn khí Bề mộng máng : Bmk = Ba =1.20 m GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 14 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 0.70 – 0.28= 0.42 (m) 10) Tính tốn chiều cao thành lịng dẫn sau BPTK Được xác định theo cơng thức: Ht = hb + h + ∆H = 3.75 (m) Trong đó: hb : Chiều cao lớn buồng khí V2 hb Z m cos (tg tg ) =1.72 m 2g h : Chiều dày lớp nước phía buồng khí (lấy gần độ sâu nước mũi hắt) ∆H : Độ cao an tồn, xác định theo cấp cơng trình, chọn ∆H = 0,5 m Kết tính tốn BPTK ghi Bảng 3.4 Tính tốn phận tiếp khí (BPTK3) Hình : Bố trí mũi hắt BPTK3 1) Xác định chiều cao mũi hắt Zm Được xác định theo công thức: Z m L p cos 2 = 0.19 m 25 Fr Trong đó: Lp = 50 m : Chiều dài bảo vệ BPTK2, =16.17 : Góc hợp bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang Fr : Số Froud ; Fr v 64.00 (mặt cắt hình chữ nhật) gh 2) Chọn độ nghiêng mũi hắt Sơ đồ bố trí mũi Hình Giả thiết chiều dài mũi Lm =1.00 m; Ta thấy chiều dài mũi hợp lý: Zm 0.193 đảm bảo điều kiện chọn Lm Zm 1 Lm GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 15 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước tg Ta có : Z1 Z Lm tg =0.29 m Lm Z Z m Z1 Z2 = 00 tg Lm Mặt khác: 3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt Được xác định theo công thức: Lb h cos Zm 2Z cos( ) Fr Fr sin Fr sin m cos cos h h =5.17 m 4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 4.19 (m3/s.m) Trong đó: V = 24.56 (m/s) : Lưu tốc bình qn dịng chảy phía buồng khí, lấy lưu tốc bình qn dịng chảy phía mũi hắt 5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp Được xác định theo cơng thức: Qa = qa.B =83.88 m3/s 6) Tính diện tích tổng cộng mặt cắt ngang ống dẫn khí Được xác định theo cơng thức: a Qa =1.68 m2 Va Trong đó: Va =50.00 m/s : Lưu tốc khí khống chế ống; chọn Va 60 m/s Vì a =1.68 m2 nhỏ nên cần bố trí ống thơng khí tường bên (n = 2), Khí diện tích tối thiểu ống dẫn khí là: Như vậy, tổng cộng có ống thơng khí (1 ống tường bên, ống trụ) Khí diện tích tối thiểu ống dẫn khí là: a1 a 1.68/2=0.84 m2 n 7) Xác định kích thước ống dẫn khí Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta Trong đó: Chọn Ba =1.20 m : Độ dài cạnh theo phương dòng chảy Chọn ta =0.70 m : Độ dài cạnh theo chiều dày tường Với kích thước chọn, vận tốc khí ống dẫn khí: Va Qa = 49.93 m n.Ba t a GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 16 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước 8) Xác định độ chân không buồng khí Độ chân khơng (tính theo mét cột nước) buồng khí để tạo áp lực hút khí vào buồng xác định theo công thức: Va2 a hck = 0.46 m g. a2 Trong đó: Va = 49.93 (m/s) : Lưu tốc khí ống a : Hệ số lưu lượng ống dẫn khí; a 1 i 0.592 i : Tổng hệ số tổn thất áp lực toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất cửa vào, đoạn uốn cong tổn thất dọc đường Tổn thất cửa vào: cv = 0.50 (cửa vào không thuận) Tổn thất vị trí uốn cong gấp 90 o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang nằm ngang đáy dốc): u = 1.10 Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La H t Với Ht =2.60 m B =5.93 m : Chiều cao thành lòng dẫn B =20.00 m : Bề rộng khoang (1 khoang) Hệ số tổn thất dọc đường : d gLa =0.25 C2R a : Trọng lượng riêng khơng khí (KN/m³) : Trọng lượng riêng nước (KN/m³) Trong điều kiện bình thường, lấy a 780 Để đảm bảo ổn định đường tháo, trị số hck không vượt 0,5m Ta thấy hck = 0.46 m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định 9) Tính tốn kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt: Hình : Bố trí mũi hắt ống dẫn khí GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 17 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Bề mộng máng : Bmk = Ba=1.20 m Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 0.70– 0.19= 0.51 (m) 10) Tính tốn chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 3.10 m Trong đó: hb : Chiều cao lớn buồng khí hb Z m V2 cos (tg tg ) =1.63 m 2g h : Chiều dày lớp nước phía buồng khí (lấy gần độ sâu nước mũi hắt) ∆H : Độ cao an tồn, xác định theo cấp cơng trình, chọn ∆H = 0,5 m Kết tính tốn BPTK ghi Bảng Bảng : Thông số tính tốn BPTK Thơng số Vị trí đặt Ký hiệu Đơn vị L m BPTK1 50.00 BPTK2 95.00 BPTK2 145.00 Chiều cao mũi hắt Zm m 0.41 0.28 0.19 Chiều dài mũi hắt Góc nghiêng mũi hắt Lm m Độ 2.30 0.00 1.50 0.00 1.00 0.00 Chiều dài buồng khí sau mũi hắt Lb m 5.81 5.79 5.17 Lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp Qa n a1 m³/s 70.38 86.20 2.00 83.88 2.00 m² m 0.86 1,20 x 0,70 0.84 Ba x t a 0.70 1,20 x 0,70 1,20 x 0,70 Độ chân không buồng khí hck m 0.33 0.49 0.46 Bề rộng máng khí Bmk m 1.20 1.20 1.20 Chiều sâu máng khí tmk m 0.29 0.42 0.51 Chiều cao buồng khí hb m 1.85 1.72 1.63 Số ống dẫn khí Diện tích MCN ống khí Kích thước ống dẫn khí GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 18 HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2 ... 10. 00 11.16 20.30 11.00 10. 00 11.07 22 .10 11.00 10. 01 11.02 23.49 11.00 268,240 10. 02 10. 98 24.57 11.00 309,888 10. 02 10. 95 25.41 11.00 10. 03 10. 94 26.06 11.00 10. 04 10. 92 26.57 11.00 10. 04 10. 92...Trường Đại học Thuỷ lợi Bài tập môn học: Công trình tháo nước B TÍNH TỐN I KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ HĨA DỊNG CHẢY TRÊN DỐC NƯỚC KHI THÁO LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ 1.1 Vẽ đường mặt nước dốc nước Dùng phương pháp... học Thuỷ lợi Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước 10) Tính tốn chiều cao thành lịng dẫn sau BPTK Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 3.64 (m) Trong đó: hb : Chiều cao lớn buồng khí