Bài viết Nghiên cứu ứng dụng mặt cắt đập tràn thực dụng dạng Creager-Ophixerop và Wes ở công trình tháo lũ cột nước cao giới thiệu đến các bạn hình dạng mặt cắt, hệ số lưu lượng và khả năng xả, phân bố áp suất trên mặt tràn. Đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn chuyên ngành Kiến trúc - Xây dựng.
nghiên cứu ứng dụng mặt cắt đập tràn thực dụng dạng creager-ophixerop wes công trình tháo lũ cột níc cao TS Nguyễn Danh Oanh Viện Năng lượng - Bộ Cơng thương Tóm tắt: Thiết kế mặt cắt tràn hợp lý chọn cột nước thiết kế Hd để có hệ số lưu lượng lớn, tiết kiệm vật liệu, cần hạn chế hình thành áp suất chân không lớn gây xâm thực mặt tràn có chế độ thuỷ lực thuận lợi Việc ứng dụng loại mặt cắt đập tràn thực dụng dạng Creager-Ophicerop WES, thực tế chất khơng có khác biệt lớn, đập tràn thực dụng hình cong khơng chân khơng Bài báo tóm tắt số kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình thuỷ lực ứng dụng dạng đập Việt Nam, phân tích so sánh đặc trưng hình dạng, kích thước thơng số thuỷ lực nhằm giúp ích cho việc sử dụng thực tế Từ khoá: Đập tràn, Creager-Ophicerop, WES, lưu lượng, áp suất MỞ ĐẦU Cơng trình tháo lũ cột nước cao có đặc điểm xả lũ với lưu lượng lớn, dòng chảy có vận tốc cao Mạch động lớn vận tốc áp suất tác dụng vào đường biên làm cho kết cấu mảnh bị chấn động, bị phá hoại Cục có vùng phát sinh áp thấp, xuất chân khơng dẫn đến tượng khí thực Dòng chảy có tượng trộn khí, đường dẫn xuất sóng xung kích Các yếu tố nêu liên quan mật thiết đến hình dạng kích thước chi tiết phận cơng trình tháo lũ Vì vậy, cần thận trọng lựa chọn hợp lý hình dạng kích thước chúng, xem xét điều kiện thuỷ lực, loại bỏ hạn chế yếu tố bất lợi Trước 2000, hầu hết cơng trình tháo lũ cột nước cao nước ta ứng dụng dạng mặt cắt Creager – Ophixerop Sau 2000, với việc ứng dụng dạng mặt cắt tràn Creager – Ophixerop, số cơng trình dùng mặt cắt dạng WES Mặt cắt tràn dạng Creager-Ophicerop, nhà khoa học Liên Xô (cũ) nghiên cứu áp dụng phổ biến Nga [1], nước Đông Âu, Trung Quốc Việt Nam Mặt cắt đập tràn dạng WES [3],[4] Hiệp hội công binh Mỹ đề xuất ứng dụng phổ biến Mỹ, nước tư phát triển… ứng dụng rộng rãi Trung Quốc 62 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1 Hình dạng mặt cắt y 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 Creager- Ophicerop WES 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 x Hình So sánh frophin mặt tràn Creager Ophicerop WES + Hình dạng mặt cắt đập tràn thực dụng hình cong dạng Creager-Ophixerop tính theo bảng tra [1] theo cơng thức (1); 1, 80 X X (1) 0.475 Y H d Trong X, Y toạ độ theo phương ngang đứng mặt cắt tính từ đỉnh tràn, Hd cột nước thiết kế mặt tràn, thông thường Hd lấy vào khoảng (75%-95%)Hmax, Hmax cột nước làm việc lớn đập tràn +Hình dạng mặt cắt đập tràn thực dụng hình cong dạng WES, tra bảng [3], [4] theo công thức (2), X kH dn 1Y (2) Thông số n, k phụ thuộc vào mái dốc thượng lưu đập tràn, tra [3],[4] Để so sánh hình dạng loại mặt cắt này, hình vẽ đồ thị với cột nước thiết kế Hd, cho thấy: - Với cột nước thiết kế Hd mặt cắt dạng WES mảnh hơn, tiết kiệm vật liệu so với dạng CreagerOphixerop Nhưng mặt cắt mảnh nên cần xem xét khả ổn định, khả sinh chân không mặt cắt dạng WES; Bảng 1: Hệ số lưu lương m đập tràn Creager-Ophixerop [1] WES[4] P1/Hd1,33 (mặt cắt không chân không) H/Hd 10 11 0,2 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 - Với đập tràn dạng WES tính tốn xác định hình dạng, đặc trưng thủy lực dễ dàng cách tra bảng đồ thị [3],[4]; - Với đập tràn dạng Creager-Ophixerop tra hệ số lưu lượng m đường mặt nước, phân bố áp suất, v.v, phải thơng qua tính tốn phức tạp 2.2 Hệ số lưu lượng khả xả Khả xả qua đập tràn có mặt cắt thực dụng hình cong dạng Creager-Ophixerop WES tính theo cơng thức (3) Q n mB 2g H o (3) Trong đó:n - hệ số chảy ngập đập tràn; B - Chiều rộng diện tràn; Ho - Cột nước tác dụng tràn; m - Hệ số lưu lượng; - Hệ số co hẹp; hệ số m, tính theo công thức Mặt cắt WES 0,436 0,451 0,464 0,476 0,486 0,494 0,501 0,507 0,510 0,513 [1], [3],[ 4], 1.1 1.0 0.9 0.8 Creager - 0.7 H/Hd, H/Hd TT Mặt cắt Creager-Ophixerop Tác giả Tác giả Tác giả N.N Pavlôpxki Ophixerop Rôdanốp Mặt cắt loại A Mặt cắt loại B Mặt cắt loại A 0,409 0,416 0,417 0,413 0,434 0,446 0,439 0,441 0,440 0,461 0,458 0,467 0,458 0,461 0,470 0,471 0,483 0,475 0,475 0,477 0,487 0,478 0,490 0,480 0,49 0,490 0.6 ```` ````` 0.5 WES 0.4 0.3 0.2 0.1 0.40 0.42 0.44 0.46 0.48 0.50 0.52 m Hình So sánh hệ số lưu lượng đập tràn dạng Creager - Ophicerop dạng WES 63 Theo kết nghiên cứu [1],[4], xác định hệ số lưu lượng m bảng Biểu diễn hệ số lưu lượng m dạng mặt cắt đồ thị hình Hệ số lưu lượng m đập tràn dạng WES lớn so với dạng Creager-Ophicerop điều kiện làm việc khoảng 25% Kết nghiên cứu thực nghiệm hệ số lưu lượng m đập tràn dạng Creager-Ophicerop WES (hình 4) so sánh với hệ số lưu lượng chuẩn tài liệu cơng bố (bảng 1), cho thấy có sai lệch so với lý thuyết khoảng 5% đập tràn dạng WES có hệ số lưu lượng lớn so với dạng Creager-Ophicerop Kết nghiên cứu chấp nhận thực nghiệm mơ hình số liệu tham khảo gần 0.55 0.52 0.54 0.51 0.53 0.5 0.52 0.49 0.51 0.48 0.5 m 0.47 0.49 0.46 0.48 m 0.45 0.47 0.44 0.46 0.43 ` 0.45 0.42 0.44 0.41 0.43 0.4 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 0.42 0.41 H/Hd 0.4 Sê San4 Tuyên Quang (1/80) Sê San 3(1/50) Log (Lý thuy?t) Hu?i Qu?ng Bình Đi?n 0.3 0.4 0.7 H/Hd=0,50 H/Hd=0,90 H/Hd=1,10 H/Hd=1,25 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 H/Hd 2.3 Phân bố áp suất mặt tràn - Kết nghiên cứu thực nghiệm phân bố áp suất mặt đập tràn dạng CreagerP/Hd 0.2 Sông Tranh Hình 3.Kết nghiên cứu thực nghiệm hệ số lưu lượng m đập tràn dạng CreagerOphicerop 0.6 0.1 Cửa đạt Lý thuyết Sơn La Hình Kết nghiên cứu thực nghiệm hệ số lưu lượng m đập tràn dạng WES Ophicerop Thuỷ điện Tuyên Quang, Sê san 3, trình bày đồ thị hình 6, 0.60 H/Hd=1,00 0.50 P/Hd Sê San Tuyên Quang (1/50) 0.5 H/Hd=0,50 H/Hd=0,80 H/Hd=0,85 H/Hd=0,90 H/Hd=1,00 H/Hd=1,10 0.40 0.4 0.30 0.3 0.20 0.2 0.10 0.1 0.00 -0.3 -0.1 -0.2 -0.1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 Toạ độ X/Hd Toạ độ X/Hd -0.20 -0.30 Hình Phân bố áp suất mặt tràn Thuỷ điện Tuyên Quang - Kết nghiên cứu thực nghiệm phân bố áp suất mặt đập tràn dạng WES Thuỷ 64 -0.10 -0.10 0.10 0.30 0.50 0.70 0.90 1.10 Hình Phân bố áp suất mặt tràn Thuỷ điện Sê San điện Sơn la, Sông Tranh 2, trình bày đồ thị hình 8, 0.80 H/Hd=0,60 H/Hd=0,70 H/Hd=0,80 H/Hd=0,95 H/Hd=1,00 H/hd=1,50 0.50 P/Hd 0.90 P/Hd 1.00 H/Hd=0,40 H/Hd=0,90 0.40 H/Hd=0,60 H/hd=1,00 H/Hd=0,75 H/Hd=1.15 0.70 0.30 0.60 0.50 0.20 0.40 0.30 0.10 0.20 0.10 0.00 -0.10-0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 -0.20 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 Toạ độ X/Hd 0.00 -0.2 -0.1 -0.10 -0.20 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 1.2 Toạ độ X/Hd -0.30 Hình Phân bố áp suất mặt tràn Thuỷ điện Sơn La Phân tích kết thí nghiệm cho thấy: - Áp suất chân khơng thường xuất vùng trước sau đỉnh tràn chút; quy luật phân bố chúng, nói chung có khác cơng trình cụ thể, phụ thuộc vào hình dạng đầu vào tràn, trụ pin, kênh dẫn thượng lưu…; - Phân bố áp suất mặt tràn thể tính quy luật; cột nước làm việc thực tế mặt tràn tăng, khả tháo lớn áp suất giảm Với mặt cắt Creager-Ophicerop H >1.1, xuất áp suất chân không mặt H d tràn, hệ số an toàn cho loại đập vào khoảng H =1.1 Với mặt cắt WES H d H Hd =1.0, xuất áp suất chân không Với loại mặt cắt, áp suất chân không tăng nhanh tỉ lệ H >1.1; H d - Thiết kế đập tràn chọn cột nước danh định Hd lớn giảm khả tháo làm việc với cột nước thấp Ngược lại chọn H lớn áp H d suất chân khơng mặt tràn lớn, gây xâm thực bề mặt tràn Vì nên chọn tỉ lệ H ≤ 1.051.33 hay Hd =(75%-95%)Hmax H d Trong trường hợp H =1.33, áp suất chân Hd Hình Phân bố áp suất mặt tràn Thuỷ điện Sông Tranh không mặt tràn khoang đạt hck=0.1Hd sát trụ pin đạt hck=0.5Hd; - Khi thiết kế sơ mặt tràn CreagerOphicerop tham khảo sử dụng biểu đồ phân bố áp suất loại đập tràn WES, giới thiệu [3], [4] Kết xác kiểm tra qua thí nghiệm mơ hình thuỷ lực KẾT LUẬN Khi chọn hình dạng mặt cắt tràn hợp lý, cần luận chứng cẩn thận kết cấu phần đầu vào tràn, hình dạng kích thước trụ pin, chiều rộng khoang tràn cột nước thiết kế mặt tràn Hd để có hệ số lưu lượng lớn, khơng hình thành áp suất chân khơng lớn gây xâm thực mặt tràn có chế độ thuỷ lực thuận lợi.Việc ứng dụng loại mặt cắt đập tràn thực dụng dạng Creager-Ophicerop WES, thực tế chất khơng có khác biệt lớn, đập tràn thực dụng hình cong khơng chân khơng Cần thận trọng ứng dụng hai loại mặt cắt này: - Đập tràn dạng WES dễ dàng tính tốn, thiết kế có bảng biểu, đồ thị hình vẽ tính sẵn; - Đập tràn dạng WES tiết kiệm vật liệu, hệ số lưu lượng lớn hơn; dễ sinh áp suất chân không hơn, mặt cắt mảnh nên dễ ổn định 65 Tài liệu tham khảo [1] Sổ tay tính tốn thuỷ lực P.G Kixelep (Bản dịch), 1984 [2] Viện Năng lượng - Nghiên cứu, tổng kết, đánh giá kết thí nghiệm mơ hình thuỷ lực cơng trình xả lũ cột nước cao kiểm nghiệm cơng trình thuỷ điện Sơn La, Đề tài KH&CN, EVN 2007 [3] The Standards Compilation of Water Power in China (2000)-China Electric Power Press [4] Ven Te Chow.Ph.D, Open – Channel Hydraulic, 1959 Abstract APPLICATION RESEARCH ON WES AND CREAGER-OPHIXEROP SECTION OF HIGH WATER HEAD SPILLWAY Dr Nguyen Danh Oanh Institute of Energy Design a reasonable cross section of overflow water column is selected to design Hd to large flow coefficient, can save materials, but should limit the formation of large vacuum pressure on the face causing erosion and flooding regime hydraulic advantages The application of cross-type spillway-Ophicerop pragmatic form and Wes Creager, reality is essentially no major differences, both practical shape curved spillway no vacuum This paper summarizes some results of experimental studies, hydraulic model two types of applications this dam in Vietnam, analyze and compare the characteristics of shape, size and hydraulic parameters to help in actual use Keywords: spillway, Creager-Ophicerop, Wes, flow, pressure 66 ... qua đập tràn có mặt cắt thực dụng hình cong dạng Creager-Ophixerop WES tính theo công thức (3) Q n mB 2g H o (3) Trong đó:n - hệ số chảy ngập đập tràn; B - Chiều rộng diện tràn; Ho - Cột nước. .. không lớn gây xâm thực mặt tràn có chế độ thuỷ lực thuận lợi.Việc ứng dụng loại mặt cắt đập tràn thực dụng dạng Creager-Ophicerop WES, thực tế chất khác biệt lớn, đập tràn thực dụng hình cong khơng... -0 .3 -0 .1 -0 .2 -0 .1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 Toạ độ X/Hd Toạ độ X/Hd -0 .20 -0 .30 Hình Phân bố áp suất mặt tràn Thuỷ điện Tuyên Quang - Kết nghiên cứu thực nghiệm phân bố áp suất mặt đập tràn dạng