III. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TIẾP KHÍ (BPTK) ĐỂ PHÒNG KHÍ THỰC 3.1. Bố trí các BPTK trên dốc nước Theo tính toán ở mục trên thì đoạn dốc nước từ sau mặt cắt B (cách đầu dốc 56.99 m) cần được bảo vệ chống khí thực. Để đảm bảo an toàn cho thân dốc, bố trí các bộ phận tiếp khí như sau: BPTK1 đặt tại mặt cắt M1, cách đầu dốc 50 m (theo phương ngang). BPTK2 đặt tại mặt cắt M2, cách đầu dốc 125 m (theo phương ngang). Theo cách bố trí này, chiều dài bảo vệ Lp của BPTK1 và BPTK2 (theo phương ngang) là 75 m. Với phương án bố trí đã nêu, nội suy từ đường mặt nước (Bảng 1) ta có các thông số thủy lực tại các mặt cắt có bố trí BPTK như sau:
Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước BÀI TẬP PHẦN “TÍNH TỐN KHÍ THỰC TRÊN CƠNG TRÌNH THÁO NƯỚC” (ĐỀ SỐ 32) Đề 1) 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 = 0,21 - Vật liệu thân dốc: BTCT M20 - 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 = 480 m³/s - Độ sâu đầu dốc: hđ = 3,09 m - Hình thức tiêu cuối dốc: mũi phun 2) 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 (BPTK) để phịng khí thực (nếu có) HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -1- Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước TÍNH TỐN I - KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ HĨA DỊNG CHẢY TRÊN DỐC NƯỚC KHI THÁO LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ 1) Xác định tính, vẽ đường mặt nước dốc nước tràn: a) Xác định đường mặt nước với lưu lượng qua dốc tràn QTK=480 m3/s Để xác định đường mặt nước thâm dốc, ta cần phải tính độ sâu phân giới h k, độ dốc phân giới ik độ sâu dòng chảy h0 Xác định độ sâu phân giới hh theo công thức sau: hk = q2 g Trong đó: - q = Q/Bd = 480/30=16(m3/s-m) - g : gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 - Q : lưu lượng xả dốc - Bd : bề rộng đốc nước: bd=30m - = 1, hệ số phân bố lưu tốc Q Xác định độ dốc phân giới ih theo công thức sau; ik = C R k k k Trong đó: - k : diện tích mặt cắt ướt với độ sâu phân giới hk - Rk = k , bán kính thủy lực k - k : chu vi ướt; k = Btr + 2hk Từ hệ số nhám n = 0,017 Rk tra phụ lục 8-2 bảng tra thủy lực ta Ck R k - Q : lưu lượng xả lớn Q=Qtk=480 m3/s Kết tính tốn hk, ik thể bảng sau: Bd Qtr m 30 m /s 480 q hk k k Rk m /s-m 16 m 3.06 m² 91.8 m 36.12 m 2.54 Ck R k ik 125.35 0.002 Xác định độ sâu dòng h0 Độ sâu dòng chảy thân dốc nước tính dựa vào phương trình sau: Q = .C R i Trong đó: - Q : lưu lượng dốc - : diện tích mặt cắt ướt với độ sâu dịng h0 - R = , bán kính thủy lực - : chu vi ướt; = Btr + 2h0 - Ci : hệ số Sêdi mặt cắt thứ i, tính theo cơng thức: Ci = 1/6 R i n Để tính tốn độ sâu dịng chảy dốc nước ta giải phương pháp thử dần kết tính tốn bảng sau: HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Q -2- Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước h0 Bd V m 0,35 m 30 m 10,50 m/s 28,77 m 30,7 m 0,342 49,192 0,58 m3/s 302,070 0,4 30 12,00 31,38 30,8 0,390 50,272 0,62 376,547 0,47 30 13,95 34,60 30,93 0,451 51,513 0,67 480,001 0,5 30 15,00 36,26 31 0,484 52,120 0,70 543,829 R C Rk ` Q Kết tính tốn cho phương án chọn Phương án hk ik i 0,002 0,21 m II 3,06 h0 Ghi m i > ik (h0 < hk ) * Nhận xét: Ta thấy hk > h > h0 Từ công thức (9-31) trang 59 GTTL tập II ta có: Q2 dh i J k2 di Fr Q B 1 g i Ta thấy: - hk > h Fr < nên mẫu số < - h > h0 i > J nên tử số < dh 0 dl Vậy đường mặt nước dốc ứng với phương án đường nước đổ b2 b) Tính vẽ đường mặt nước với lưu lượng qua dốc tràn QTK=480 m3/s Dùng phương pháp phương trình sai phân, mặt cắt đầu dốc, tính độ sâu nước mặt cắt cách thử dần cho mặt cắt (giả thiết giá trị h, theo công thức để xác định trị số ∆L, trị số với ∆L chọn lấy h vừa giả thiết làm giá trị đúng, khơng phải giả thiết tính lại từ đầu đến ∆L giá trị chọn): Từ công thức L E Trong đó: i J TB ∆L i : Khoảng cách mặt cắt tính tốn : Độ dốc đáy dốc nước tràn Giải thích trình tự tính tốn Bảng 1: Cột 2: h độ sâu mực nước dốc (Giả thiết) Cột 3: diện tích mặt cắt ướt ; = B.h Cột 4: Vi Vận tốc dòng chảy MC tính tốn ; Vi = Qi/i Cột 6: Ei lượng mặt cắt thứ i HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -3- Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Cột 7: Chu vi ướt mặt cắt tính tốn ; = B + 2h (Mặt cắt CN) Cột 8: R Bán kính thủy lực; R = / 1 Cột 9: Ci Hệ số Sedi MC tính toán thứ i; C= R n 1/ R Cột 10: C R R n V2 Cột 11: Ji Độ dốc thủy lực mặt cắt thứ i; J C R Cột 12: JTB độ dốc thủy lực trung bình mặt cắt thứ i mặt cắt thứ i+1 Với JTB = (J1 + J2)/2 : Ví dụ J1 V12 C12 R1 : Độ dốc thủy lực mặt cắt V22 C 22 R2 : Độ dốc thủy lực mặt cắt J2 Cột 14 : E = Ei+1 - Ei Hệ số tỷ Cột 15: Li Khoảng cách MC chọn Li=20m Cột 16: L khoảng cách cộng dồn từ MC đầu đến MC tính tốn Kết tính tốn để vẽ đường mực nước dốc thể Bảng HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -4- Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Bảng 1: Kết tính tốn vẽ đường mực nước dốc nước tràn Mặt cắt h (m) i (m2) (1) (2) (3) (4) 3,090 61,80 7,77 Vi (m/s) V 2(5) g 3,07 Ei im Ri Ci (6) (7) (8) (9) 6,16 26,18 2,36 67,877 Ji Jtb i - Jtb ∆E ∆Li (m) L (m) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) 104,287 0,0055 C R 0,015 1,894 37,88 12,67 8,18 10,08 23,79 1,59 63,566 80,214 1,563 31,26 15,36 12,02 13,58 23,13 1,35 61,854 71,913 1,386 27,72 17,32 15,28 16,67 22,77 1,22 60,783 67,062 1,275 25,50 18,82 18,06 19,33 22,55 1,13 60,042 63,851 1,199 23,99 20,01 20,4 21,61 22,40 1,07 59,499 61,574 1,145 22,91 20,96 22,38 23,53 22,29 1,03 59,091 59,901 1,105 22,11 21,71 24,0 25,13 22,21 1,00 58,778 58,642 1,075 21,51 22,32 HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý 25,3 26,46 22,15 0,97 58,535 -5- 57,678 3,088 20 0,1332 2,663 20 0,0869 80 0,1137 2,276 20 0,1056 100 0,0960 1,919 20 0,1224 120 0,0803 1,605 20 0,1371 140 0,143 0,1539 60 0,129 7 20 0,0667 0,1140 3,502 40 0,096 0,1747 0,0456 0,0768 20 20 0,056 3,913 0,0250 0,035 0,1947 0,1497 Lớp: 20C-CS2 0,0666 1,332 20 160 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước 0,155 1,052 21,05 22,81 26,5 27,56 22,10 0,95 58,345 56,932 1,035 20,69 23,20 HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý 27,4 28,46 22,07 0,94 58,195 -6- 56,350 1,098 20 0,1605 180 0,165 10 0,0549 0,1695 Lớp: 20C-CS2 0,0450 0,901 20 200 Bài tập môn học: Cơng trình tháo nước 2) Xác định hệ số khí hóa phân giới Kpg: Chiều dài dốc nước L = 200m, chia dốc thành 10 đoạn, đoạn có chiều dài ∆L = 20m Giữa đoạn 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, cho góc = 90o Khi hệ số khí hóa phân giới (tính cho trường hợp bất lợi bậc lồi), Tra Bảng TCVN 9158:2012 – Các dạng mấu gồ ghề đặc trưng trị số Kpg tương ứng là: K pg 0,125. 0,65 2,33 3) Xác định hệ số khí hóa thực tế mặt cắt tính tốn Hệ số khí hóa K xác định theo cơng thức: K Trong đó: HĐT H ĐT H pg VĐT 2g : Cột nước áp lực toàn phần đặc trưng dòng chảy ; HĐT = Ha + h.cos h Ha : Độ sâu nước mặt cắt tính tốn : 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 Trị số cột nước áp lực phân giới – TCVN 9158:2012 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 Với : 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 dòng 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 3 5 ∆: Chiều cao nhám tương đương bề mặt Với n = 0.17 ; ∆ = 0.5 mm Tra Hình - TCVN 9158:2012 - Biểu đồ quan hệ 1 = f (y/); 2 = f(/); / = f (L/) xác định 1 ; 2 ; Kết tính tốn ghi Bảng HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -7- Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Bảng 2: Kết tính tốn kiểm tra khả khí hóa mặt cắt tính tốn dốc nước tràn Mặt cắt h (m) L (m) L* (m) Zmn (m) Ha (m) HĐT (m) VTB (m/s) y/D L*/ d/ 1 2 (10-3) (m) v VĐT (m/s) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 30,00 50,44 70,87 91,31 111,74 132,18 152,62 173,05 193,49 213,93 234,36 60.000 100.872 141.745 182.617 223.490 264.362 305.235 346.107 386.980 427.852 468.725 800,0 1.364,2 1.834,1 2.351,1 2.845,4 3.256,8 3.654,5 3.983,6 4.469,0 5.048,7 5.432,7 195,0 195,0 195,0 195,0 195,0 195,0 195,0 195,0 195,0 195,0 195,0 0,400 0,682 0,917 1,176 1,423 1,628 1,827 1,992 2,235 2,524 2,716 0,983 0,959 0,938 0,915 0,892 0,873 0,854 0,839 0,819 0,796 0,781 10 3,090 1,894 1,563 1,386 1,275 1,199 1,145 1,105 1,075 1,052 1,035 303,09 297,69 293,16 288,79 284,48 280,20 275,95 271,71 267,48 263,25 259,04 9,98 9,98 9,99 9,99 10,00 10,01 10,01 10,02 10,02 10,03 10,03 13,00 11,84 11,52 11,35 11,25 11,18 11,13 11,10 11,07 11,06 11,04 7,94 12,95 15,69 17,69 19,23 20,45 21,42 22,19 22,81 23,31 23,69 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 11,00 1,20 1,11 1,05 0,99 0,97 0,95 0,93 0,92 0,90 0,87 0,86 - L*: Là khoảng cách theo mặt nghiêng dốc, từ ngưỡng đặt cửa van đến mặt cắt xét - L: Là khoảng cách nằm ngang theo trục tọa độ từ đầu dốc đến vị trí mặt cắt xét HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -8- Lớp: 20C-CS2 3,91 6,27 7,57 8,52 9,37 10,09 10,70 11,22 11,69 12,08 12,44 K Khả khí hóa (17) 16,30 5,75 3,84 2,98 2,44 2,09 1,85 1,68 1,54 1,44 1,36 (18) Không có Khơng có Khơng có Khơng có Khơng có Bắt đầu Mạnh Mạnh Mạnh Mạnh Mạnh Bài tập môn 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, Hình 1: Quan hệ Vng = f(Rb,S) vật liệu bê tông – TCVN 9158:2012 Vng = 9,55 m/s Bảng : Kết tính tốn kiểm tra khả xâm thực mặt cắt tính toán Mặt cắt VTB (m/s) VĐT (m/s) 1 2*10-3 v Vng (m/s) Vcp (m/s) Xét theo lưu tốc ngưỡng xâm thực Xét theo lưu tốc cho phép xâm thực (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 7,94 3,91 195 1,20 0,983 9,55 19,39 Không xâm thực Không xâm thực 12,95 6,27 195 1,11 0,959 9,55 19,71 Không xâm thực Không xâm thực 15,69 7,57 195 1,05 0,938 9,55 19,79 Không xâm thực Không xâm thực 17,69 8,52 195 0,99 0,915 9,55 19,83 Không xâm thực Không xâm thực 19,23 20,45 21,42 9,37 10,09 10,70 195 195 195 0,97 0,95 0,93 0,892 0,873 0,854 9,55 9,55 9,55 19,60 19,36 19,10 Khơng xâm thực Có xâm thực Có xâm thực Khơng xâm thực Có xâm thực Có xâm thực 22,19 11,22 195 0,92 0,839 9,55 18,88 Có xâm thực Có xâm thực 22,81 11,69 195 0,90 0,819 9,55 18,63 Có xâm thực Có xâm thực 23,31 12,08 195 0,87 0,796 9,55 18,41 Có xâm thực Có xâm thực 10 23,69 12,44 195 0,86 0,781 9,55 18,18 Có xâm thực Có xâm thực 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 (nằm mặt cắt 5) cách đầu dốc khoảng LB = 84,99m (theo phương ngang dốc) – Gọi mặt cắt có V ĐT = Vng = 9,55 m/s mặt cắt B) 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 (theo TCVN 9158:2012) 1) Bố trí BPTK dốc nước: (theo TCVN 9158:2012 - Mũi hắt đơn kết hợp với máng dẫn khí : Zm lấy từ 0,50 m đến 0,85 m) Theo tính tốn mục đoạn dốc nước từ sau mặt cắt B (cách đầu dốc 84,99m) cần bảo vệ chống khí thực Để đảm bảo an tồn cho thân dốc, chon vị trí để bố trí phận tiếp khí sau: HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -9- Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước - BPTK1 đặt mặt cắt M1, cách đầu dốc 80 m (theo phương ngang) - BPTK2 đặt mặt cắt M2, cách đầu dốc 140 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 thông số thủy lực mặt cắt có bố trí BPTK sau: Bảng : Thơng số tính tốn phận tiếp khí Tên L (m) Lp (m) h (m) V (m/s) Fr Fr BPTK1 80.00 60.00 1.24 19.42 31.08 5.57 BPTK2 140.00 60.00 1.10 21.87 44.43 6.67 2) Tính tốn phận tiếp khí (BPTK1) Hình : Bố trí mũi hắt BPTK1 a) Xác định chiều cao mũi hắt Zm: Được xác định theo công thức: Z m L p cos 2 0.69m 25 Fr Trong đó: Lp = 60 (m) : Chiều dài bảo vệ (theo phương ngang) BPTK = Arctan(21/100) =11.86 : Góc hợp bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang : Số Frut; Fr Fr v2 31.08 (mặt cắt hình CN) gh b) Chọn độ nghiêng mũi hắt: Với dốc nước: chọn mũi hắt dốc ngược với góc hắt lấy từ 00 đến 60 (chọn thiên nhỏ lòng dẫn có độ dốc lớn lưu tốc lớn) Sơ đồ bố trí mũi Hình Giả thiết chiều dài mũi Lm = 4m; Ta thấy Zm/Lm = 0.69/4=0.173 đảm bảo điều kiện Zm 1 Lm Z tg Z Lm tg = 4*tan11.860’= 4x0.2 = 0.84 (m) Lm chọn chiều dài mũi hợp lý: Ta có : Mặt khác: Z2=Zm-Z1=0.69-0.84=-0.15; tg=Z2/Lm=-0.15/4= - 0.375 = -5.70 HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -10- Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước c) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt : Được xác định theo công thức: Lb h cos Zm 2Z m cos( ) Fr Fr sin Fr sin cos cos h h =6.57m d) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp : Được xác định theo công thức: qa = 0.033*V*Lb = 0,33*19.42*6.57=4.21 (m3/s.m) Với V = 19.42 (m/s): Lưu tốc bình qn dịng chảy phía buồng khí, lấy lưu tốc bình qn dịng chảy phía mũi hắt e) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp : Được xác định theo công thức: Qa = qa*B =4.21*20 = 84.22 (m3/s) f) Tính diện tích tổng cộng mặt cắt ngang ống dẫn khí: Được xác định theo cơng thức: a=Qa/Va=84.22/50= 1.68 (m2) Trong đó: Chọn Va = 50m/s: Lưu tốc khí khống chế ống; 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: a1= /n=1.68/2=0.84 g) 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 = 1,0 m : Độ dài cạnh theo phương dòng chảy Chọn ta = 1.0 m : Độ dài cạnh theo chiều dày tường Với kích thước chọn, vận tốc khí ống dẫn khí: Va Qa 42.11m / s n.Ba t a h) 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 cơng thức: Va2 a hck = 0,37 (m) g. a2 Trong đó: Va =42.11(m/s) : Lưu tốc khí ống a : Hệ số lưu lượng ống dẫn khí; a HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -11- 1 i 0,561 Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước 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 = 0,5 (cửa vào không thuận) Tổn thất vị trí uốn cong gấp 90o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang nằm ngang đáy dốc): u = 1,1 Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La H t Với Ht = 4,5 m t a B1 2t t = 10.45(m) 2 : Chiều cao thành lòng dẫn (Chọn Ht >hđ từ 1-2m, với hđ =3.09m ) B1 = 20 m : Bề rộng khoang (1 khoang) tt chiều dày thành ống dẫn trụ thành bên chọn tt =0,5m Hệ số tổn thất dọc đường : d gLa = 0,58 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 = 0,37m < 0,5m nên đường tháo làm việc ổn định i) Tính tốn kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt: Hình : Bố trí mũi hắt ống dẫn khí Bề mộng máng : Bmk = Ba = 1.0 (m) Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 1.0 – 0.69 = 0.31 (m) k) Tính tốn chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK : Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 1.32+1.24+0.5=3.06 (m) Trong đó: hb : Chiều cao lớn buồng khí HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -12- Lớp: 20C-CS2 Bài tập môn học: Công trình tháo nước hb Z m V2 cos (tg tg ) = 2g = 0.69+ (19.422/2*19.62)*{cos2(-5.70)*[tan(-5.70)*tan(11.860’)]}= 1.32 (m) h : Chiều dày lớp nước phía buồng khí (lấy gần độ sâu nước mũi hắt); h=1.24m ∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp cơng trình, chọn ∆H = 0,5 m Kết tính tốn BPTK1 Bảng Bảng : Thơng số tính tốn BPTK1 Ký hiệu L Zm Thơng số Vị trí đặt Chiều cao mũi hắt Đơn vị BPTK1 m m 80 0.69 Chiều dài mũi hắt Góc nghiêng mũi hắt Chiều dài buồng khí sau mũi hắt Lm Lb m Độ m 4.00 -5.71 6.57 Lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp Qa n a1 m³/s m² 84.22 0.84 Ba x t a m 1.0 x 1.0 Độ chân không buồng khí hck m 0.37 Bề rộng máng khí Bmk m 1.0 Chiều sâu máng khí tmk m 0.31 Chiều cao buồng khí hb m 1.32 Số ống dẫn khí Diện tích MCN ống khí Kích thước ống dẫn khí 3) Tính tốn phận tiếp khí (BPTK2) tính tương tự trên: Hình : Bố trí mũi hắt BPTK1 a) Xác định chiều cao mũi hắt Zm: Được xác định theo công thức: Z m L p cos 2 0.71m 25 Fr Trong đó: Lp = 60 (m) : Chiều dài bảo vệ (phương ngang) BPTK1 HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -13- Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước = 11.860 : Góc hợp bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang Fr v Fr 44.43 gh : Số Frut ; (mặt cắt hình CN) b) Chọn độ nghiêng mũi hắt: Sơ đồ bố trí mũi Hình 2: Giả thiết chiều dài mũi Lm = 2m; Ta thấy điều kiện chọn chiều dài mũi hợp lý: Ta có : tg Z m 0,44 0,11 = 0.71/4=0.18 đảm bảo Lm Zm 1 Lm Z1 Z Lm tg = 4*tan(11.860)= 0,84 (m) Lm Mặt khác: Z2=Zm-Z1=0.71-0.84=-0.13; tg=Z2/Lm=-0.13/4= - 0.015 = -1.850 c) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt Được xác định theo công thức: Lb h cos Zm 2Z m cos( ) Fr Fr sin Fr sin cos cos h h =5.84m d) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 0.033*21.87*5.84=3.74 (m3/s.m) Trong đó: V = 21.87 (m/s) : Lưu tốc bình qn dịng chảy phía buồng khí, lấy lưu tốc bình qn dịng chảy phía mũi hắt e) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp Được xác định theo công thức: Qa = qa.B =3.74*20 = 74.82 (m3/s) g) Tính diện tích tổng cộng mặt cắt ngang ống dẫn khí Được xác định theo cơng thức: a Qa 82,94 a= Qa/Va=74.82/50= 1.5(m2) Va 50 Trong đó: Va = 50m/s : Lưu tốc khí khống chế ống; chọn Va 60 m/s Vì a = 1.50m2 nhỏ nên cần bố trí ống thơng khí tường bên (n =2), khí diện tích tối thiểu ống dẫn khí là: 1=a/n=1.5/2=0.75m2 h) 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: HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Q -14- Lớp: 20C-CS2 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước Chọn Ba = 1.0 m : Độ dài cạnh theo phương dòng chảy Chọn ta = 0.8 m : Độ dài cạnh theo chiều dày tường Với kích thước chọn, vận tốc khí ống dẫn khí: Va Qa 46.76m / s n.Ba t a i) 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: hck Va2 a = 0.47 (m) g. a2 Trong đó: Va =46.76(m/s) : Lưu tốc khí ống a : Hệ số lưu lượng ống dẫn khí; a 1 i 0.553 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 = 0,5 (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 = 1,1 Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La H t Với t a B1 2t t = 15.90(m) 2 Ht = 4.5 m: Chiều cao thành lòng dẫn (Chọn Ht >hđ từ 1-2m, với hđ =3.09m ) B1 = 20 m : Bề rộng khoang (1 khoang) tt chiều dày thành ống dẫn trụ thành bên chọn tt =0,5m Hệ số tổn thất dọc đường : d gLa = 0.49 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 = 0.47m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -15- Lớp: 20C-CS2 Bài tập môn học: Cơng trình tháo nước k) Tính tốn kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt: Hình : Bố trí mũi hắt ống dẫn khí Bề mộng máng : Bmk = Ba = 1.0 (m) Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 0.8 – 0.71 = 0.090.1 (m) l) Tính tốn chiều cao thành lịng dẫn sau BPTK Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 2.96 (m) Trong đó: hb: Chiều cao lớn buồng khí hb Z m V2 cos (tg tg ) = 1.22 (m) 2g h: Chiều dày lớp nước phía buồng khí (lấy gần độ sâu nước mũi hắt); h=1.1m ∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp cơng trình, chọn ∆H = 0.5 m Kết tính tốn BPTK2 Bảng Bảng : Thơng số tính tốn BPTK1 Ký hiệu L Zm Thơng số Vị trí đặt Chiều cao mũi hắt Đơn vị BPTK1 m m 140 0.71 Chiều dài mũi hắt Góc nghiêng mũi hắt Chiều dài buồng khí sau mũi hắt Lm Lb m Độ m 4.00 -1.85 5.84 Lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp Qa n a1 m³/s m² 74.82 0.75 Ba x t a m 1.0 x 0.8 Độ chân không buồng khí hck m 0.47 Bề rộng máng khí Bmk m 1.0 Chiều sâu máng khí tmk m 0.1 Số ống dẫn khí Diện tích MCN ống khí Kích thước ống dẫn khí HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -16- Lớp: 20C-CS2 Bài tập môn học: Cơng trình tháo nước Chiều cao buồng khí HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý hb -17- m 1.22 Lớp: 20C-CS2 .. .Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước TÍNH TỐN I - KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ HĨA DỊNG CHẢY TRÊN DỐC NƯỚC KHI THÁO LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ 1) Xác định tính, vẽ đường mặt nước dốc nước tràn:... theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 1 .32+ 1.24+0.5=3.06 (m) Trong đó: hb : Chiều cao lớn buồng khí HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý -12- Lớp: 20C-CS2 Bài tập môn học: Cơng trình tháo nước. .. 0,035 0,1947 0,1497 Lớp: 20C-CS2 0,0666 1, 332 20 160 Bài tập mơn học: Cơng trình tháo nước 0,155 1,052 21,05 22,81 26,5 27,56 22,10 0,95 58,345 56, 932 1,035 20,69 23,20 HV: Lê Khắc Tuyến GVHD: