Phân tích dòng không ổn định trên kênh dẫn trong các chế độ chuyển tiếp của trạm thủy điện

Bộ giáo dục v đo tạo Bộ nông nghiệp v ptnt Trờng đại học thuỷ lợi -Y Z - Trần minh đạt Phân tích dòng không ổn định kênh dẫn chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện Chuyên ngành: Xây dựng công trình thủy MÃ số: 60 - 58 - 40 luận văn thạc sĩ Ngời hớng dẫn khoa học: TS Trịnh Quốc Công Hμ néi - 2013 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, thực hiện, tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành xây dựng công trình thủy với đề tài:“Phân tích dịng khơng ổn định kênh dẫn chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện” Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Trịnh Quốc Công, Bộ môn Thủy điện NLTT Trường Đại học Thủy Lợi trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu, thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo Đại học Sau Đại học, khoa Cơng trình khoa Năng Lượng Trường Đại học Thủy lợi thầy giáo, cô giáo tham gia giảng dạy tận tình giúp đỡ, truyền đạt kiến thức suốt thời gian tác giả học tập chương trình Cao học trường Đại học Thủy Lợi, trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo, Cán Viện Kỹ thuật cơng trìnhTrường Đại học Thủy Lợi, bạn bè đồng nghiệp gia đình tận tình giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận văn Do cịn hạn chế trình độ chun mơn, thời gian có hạn, nên q trình thực luận văn, tác giả khơng tránh khỏi số sai sót Tác giả mong muốn tiếp tục nhận bảo thầy, cô giáo góp ý bạn bè đồng nghiệp Mọi chi tiết xin liên hệ tranminhdatwru@gmail.com Số điện thoại: DĐ: 0975135673 Tác giả chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 08 năm 2013 Tác giả Trần Minh Đạt LỜI CAM ĐOAN Tên đề tài luận văn: “Phân tích dịng khơng ổn định kênh dẫn chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện” Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Những nội dung kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Nếu vi phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm, chịu hình thức kỷ luật Nhà trường Tác giả Trần Minh Đạt MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu .2 Kết dự kiến đạt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .4 1.1 Tổng quan tuyến lượng trạm thủy điện 1.1.1 Các loại nhà máy thủy điện 1.1.2 Các loại đường dẫn nước vào nhà máy thủy điện 1.1.3 Phân tích ưu nhược điểm loại đường dẫn nước vào nhà máy thủy điện 12 1.2 Tổng quan chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện [1] .14 1.3 Các nghiên cứu chuyển động khơng ổn định lịng dẫn hở Việt Nam giới 15 1.4 Kết luận chương 15 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN DỊNG KHƠNG ỔN ĐỊNH TRÊN KÊNH DẪN TRONG CÁC CHẾ ĐỘ CHUYỂN TIẾP CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN 17 2.1 Phương trình vi phân chuyển động dịng khơng ổn định biến đổi gấp [7] 17 2.1.1 Sự hình thành sóng gián đoạn 17 2.1.2 Các phương trình đầu sóng gián đoạn 19 2.1.3 Hiện tượng truyền sóng gián đoạn lòng dẫn hở 20 2.2 Các phương pháp giải hệ phương trình vi phân sóng gián đoạn 21 2.2.1 Tính sóng gián đoạn dựa lý thuyết đặc trưng 21 2.2.2 Tính sóng gián đoạn phương pháp sai phân trực tiếp 23 2.2.3 Xác định sóng gián đoạn phương pháp Tre-tu-xôp 26 2.3 Lựa chọn phương pháp tính tốn dịng khơng ổn định kênh dẫn chế độ chuyển tiếp 28 2.3.1 Xác định đặc trưng sóng gián đoạn kênh cắt tải .28 2.3.2 Xác định đặc trưng sóng gián đoạn kênh tăng tải .31 2.4 Kết luận chương 35 CHƯƠNG III: ÁP DỤNG PHÂN TÍCH DỊNG KHƠNG ỔN ĐỊNH TRÊN KÊNH DẪN TRONG CÁC CHẾ ĐỘ CHUYỂN TIẾP KHÁC NHAU CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN NÀ TẨU-TỈNH CAO BẰNG 36 3.1 Giới thiệu cơng trình Nà Tẩu 36 3.1.1 Vị trí .36 3.1.2 Nhiệm vụ dự án .37 3.1.3 Cấp cơng trình 37 3.1.4 Điều kiện tự nhiên 37 3.1.5 Các quy trình, quy phạm tiêu chuẩn thiết kế áp dụng .38 3.1.6 Sự phù hợp Dự án thủy điện Nà Tẩu với Quy Hoạch 39 3.1.7 Các nghiên cứu tính tốn .39 3.1.8 Tác động môi trường đền bù giải phóng mặt 40 3.1.9 Hình thức đầu tư .40 3.1.10 Hiệu kinh tế tài dự án 41 3.1.11 Sơ đồ khai thác tuyến lượng 41 3.1.12 Tác động dự án đến chất lượng sống người 45 3.2 Tính tốn dịng khơng ổn định kênh trường hợp cắt tải .48 3.2.1 Điều kiện đầu 49 3.2.2 Điều kiện biên .50 3.2.3 Kết tính tốn sóng tăng áp cắt tải .51 3.3 Tính tốn dịng khơng ổn định kênh trường hợp tăng tải 55 3.3.1 Điều kiện đầu 55 3.3.2 Điều kiện biên .56 3.3.3 Kết tính tốn sóng giảm áp tăng tải 58 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước bể áp lực đến mực nước cao bể cắt tải 62 3.5 Kết luận chương .63 KẾT LUẬN .65 Kết đạt luận văn 65 Vấn đề tồn phương hướng nghiên cứu 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .67 BẢNG KÊ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Nhà máy thủy điện ngang đập Hình 1.2: Nhà máy thủy điện sau đập .6 Hình 1.3: Nhà máy thủy điện đường dẫn Hình 1.4: Kênh tự điều tiết Hình 1.5: Kênh khơng tự điều tiết .9 Hình 1.6: Đường hầm khơng áp đặt đầu tuyến lượng 10 Hình 1.7: Đường hầm áp lực dẫn nước vào nhà máy thủy điện .11 Hình 1.8: Đường ống áp lực dẫn nước vào nhà máy 12 Hình 2-1: Sóng thuận dương Hình 2-3:Sóng thuận âm .18 Hình 2-2:Sóng nghịch dương Hình 2-4: Sóng nghịch âm 18 Hình 2-6: Q trình truyền sóng gián đoạn âm .1 Hình 2-5: Quá trình truyền sóng gián đoạn dương Hình 2-7: Sóng gián đoạn thuận – dương 22 Hình 2-8: Sơ đồ sai phân ẩn hình chữ nhật .23 Hình 2-10: Sơ đồ xác định mực nước cao bể áp lực giảm tải 30 Hình 2.11: Sơ đồ khối tính tốn sóng gián đoạn cắt tải 31 Hình 2-12: Sơ đồ xác định mực nước thấp bể áp lực tăng tải 33 Hình 2.13: Sơ đồ khối tính tốn sóng gián đoạn tăng tải 34 Hình 3-1: Vị trí cơng trình thủy điện Nà Tẩu 36 Hình 3-2: Mặt tổng thể cơng trình thủy điện Nà Tẩu .1 Hình 3-3: Cắt dọc tổng thể cơng trình thủy điện Nà Tẩu Hình 3.4: Mơ hình tính tốn nước va 50 Hình 3.5: Biểu đồ lưu lượng theo thời gian (TH cắt tải toàn bộ) 51 Hình 3.7: Mơ hình tính tốn nước va 57 Hình 3.8: Biểu đồ lưu lượng theo thời gian (TH tăng tải tổ máy cuối cùng) 58 Hình 3.9: Biến thiên mực nước mặt cắt kênh tăng tải 61 Hình 3.10: Quan hệ chiều rộng bể áp lực với mực nước lớn bể áp lực 63 BẢNG KÊ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Bảng thơng số cơng trình 46 Bảng 3.2: Đường mặt nước kênh trước xảy cắt tải .49 Bảng 3.3: Kết tính tốn đặc trưng sóng tăng áp kênh cắt tải 52 Bảng 3.4: Dao động mực nước mặt cắt kênh theo thời gian 53 Bảng 3.5: Đường mặt kênh trước xảy cắt tải .56 Bảng 3.6: Kết tính tốn đặc trưng sóng gián đoạn tăng tải 59 Bảng 3.7: Dao động mực nước mặt cắt kênh theo thời gian 60 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước ta thời kỳ cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước nên nhu cầu điện ngày tăng Điều đặt nhiều cấp thiết lượng cho đất nước Chính mà cơng trình trạm thủy điện xây dựng ngày nhiều Theo báo cáo năm 2011 viện Năng lượng - Bộ công thương năm 2011, Việt Nam thủy điện cung cấp gần 40% điện năng, gần 50% công suất cho tồn hệ thống với tổng cơng suất khoảng 27 nghìn MW; phần cịn lại nhiệt điện than – khí – dầu lượng tái tạo Đến quý III/2012, thủy điện vừa nhỏ phát lên lưới điện quốc gia khoảng 190 nhà máy với tổng công suất khoảng 1500 MW; 49 nhà máy thủy điện lớn với tổng công suất 11.600 MW nguồn điện chủ đạo đảm bảo an ninh lượng quốc gia Nước ta có diện tích tự nhiên 329.200 km2, ¾ lãnh thổ rừng đồi núi, với tổng cộng 2.360 sơng suối có chiều dài từ 10km trở lên có nhiều sơng lớn bắt nguồn từ nước ngồi, nên diện tích hứng nước lớn nhiều diện tích lãnh thổ nước ta, trữ lý thuyết đạt tới khoảng 310 tỷ KWh/năm trữ kinh tế kỹ thuật đạt tới 90 tỷ KWh/năm, tổng cơng suất lắp Cơng trình thủy điện bao gồm nhiều hạng mục như: Hồ chứa, cơng trình tuyến lượng, nhà máy, kênh xả Tuy theo điều kiện địa hình, địa chất mà cơng trình thủy điện đường dẫn thường sử dụng hai phương pháp tập trung cột nước dung kênh dẫn đường hầm dẫn nước có áp Đối với phương pháp tập trung cột nước kênh dẫn hạng mục tuyến lượng thường cửa lấy nước, kênh dẫn, bể áp lực, nhà máy kênh xả Để đảm bảo cơng trình việc bình thường tất hạng mục tuyến lượng phải đảm bảo vận hành an toàn chế độ làm việc nhà máy Trong cơng tác tính tốn thiết kế hạng mục cơng trình, đặc biệt tuyến kênh dẫn trạm thủy điện ngồi tính tốn chế độ thủy lực trạng thái ổn định, phải giải tốn dịng khơng ổn định chế độ chuyển tiếp Đối với dịng khơng ổn định kênh hở trạm thuỷ điện (đặc biệt sóng dương), mang chất sóng gián đoạn (dịng khơng ổn định biến đổi gấp) nên phương trình liên tục phương trình động lượng, mơ tả dịch chuyển sóng gián đoạn, khơng phải hệ phương trình Saint-Venant, mà viết cho đoạn dịng chảy có chứa sóng gián đoạn Một số quan tư vấn nước thực việc tính tốn chế độ không ổn định chế độ chuyển tiếp cho kênh dẫn sử dụng công thức gần tính tốn chiều cao mực nước dềnh cuối kênh mà chưa mơ q trình hình thành truyền sóng nên kết tính tốn khơng xác khơng xác định đại lượng liên quan vận tốc sóng, lưu lượng sóng dọc theo chiều dài kênh dẫn Từ yếu tố phân tích nên việc thực đề tài “phân tích dịng khơng ổn định kênh dẫn chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện” có ý nghĩa khoa học thực tiễn Nó giúp cho việc thiết kế, lựa chọn kết cấu kênh dẫn, bể áp lực cơng trình kênh hợp lý, đảm bảo trạm thủy điện làm việc an toàn chế độ vận hành nhà máy Mục đích đề tài Xây dựng sở lý thuyết, mơ hình tốn dịng khơng ổn định kênh dẫn thủy điện chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu - Điều tra, thống kê tổng hợp tài liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài - Nghiên cứu sở lý thuyết chuyển động khơng ổn định lịng dẫn hở - Nghiên cứu chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện - Ứng dụng phương pháp số phân tích dịng khơng ổn định kênh dẫn thủy điện chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện - Phân tích, đánh giá kết 53 Bảng 3.4: Dao động mực nước mặt cắt kênh theo thời gian Time(s) 8.94470 11.88938 14.83403 17.77867 20.72331 23.66794 26.61258 29.55721 32.50185 35.44649 MC 361.834 362.134 362.340 362.340 362.341 362.342 362.343 362.344 362.345 362.346 362.347 362.347 361.834 361.834 362.340 362.340 362.341 362.342 362.343 362.344 362.345 362.346 362.347 362.347 361.836 361.836 361.836 362.340 362.341 362.342 362.343 362.344 362.345 362.346 362.347 362.347 361.838 361.838 361.838 361.838 362.341 362.342 362.343 362.344 362.345 362.346 362.347 362.347 361.840 361.840 361.840 361.840 361.840 362.342 362.343 362.344 362.345 362.346 362.347 362.347 361.841 361.841 361.841 361.841 361.841 361.841 362.343 362.344 362.345 362.346 362.347 362.347 361.843 361.843 361.843 361.843 361.843 361.843 361.843 362.344 362.345 362.346 362.347 362.347 361.845 361.845 361.845 361.845 361.845 361.845 361.845 361.845 362.345 362.346 362.347 362.347 361.847 361.847 361.847 361.847 361.847 361.847 361.847 361.847 361.847 362.346 362.347 362.347 361.848 361.848 361.848 361.848 361.848 361.848 361.848 361.848 361.848 361.848 362.347 362.347 10 361.850 361.850 361.850 361.850 361.850 361.850 361.850 361.850 361.850 361.850 361.850 362.347 54 mc dau be mc cuoi kenh mc giua kenh mc dau kenh 362.4 Cao trinh mat nuoc (m) 362.3 362.2 362.1 362.0 361.9 361.8 10 15 20 25 30 35 40 Thoi gian t (s) Hình 3.6: Biến thiên mực nước mặt cắt kênh cắt tải Từ bảng kết cho thấy kết thúc trình cắt tải bể áp lực hình thành sóng tăng áp có giá trị ∆Ho = 0.3m, Vsong = 7.57m/s Sóng lan truyền đến đầu kênh Khi qua bể áp lực vào kênh, vận tốc sóng giảm đáng kể xuống Vsongs = 5.6m/s sau vận tốc sóng thay đổi q trình lan truyền đến hồ chứa Trong thời gian lan truyền sóng, mực nước bể áp lực tiếp tục tăng biên độ tăng khơng đáng kể Khi sóng lan truyền đến hồ chứa đường mặt nước kênh gần nằm ngang có giá trị 362.35 cao mực MNDBT 35cm Khi sóng truyền đến hồ chứa xuất sóng phản xạ từ hồ chứa vào kênh làm triệt tiêu dần sóng tăng áp, nhiên mục đích tính tốn sóng tăng áp xác định mực nước cao kênh để thiết kế kênh bể áp lực, nên luận văn tác giả tính sóng truyền đến hồ chứa khơng tính tốn trường hợp sóng phản xạ từ hồ chứa bể áp lực 55 Từ sơ đồ hình 2.10 với giả thiết thời gian sóng di chuyển từ bể áp lực tới đầu kênh phản hồi ngược lại nhau, thời gian sóng di chuyển từ tiết diện 0-0 đến L-L, bể áp lực mực nước tiếp tục tăng từ Z’o đến Z’’o thời gian sóng phản hồi trở đến bể áp lực mực nước tiếp tục tăng lượng tương đương: Z max − Z 'o' = Z 'o' − Z 'o hay Z max = Z 'o' − Z 'o Cao trình mực nước lớn bể áp lực là: Zmax = 2*362.35-362.13 = 362.57m Từ kết nhận thấy mực nước lớn bể áp lực cắt tải cao MNDBT 57cm 3.3 Tính tốn dịng khơng ổn định kênh trường hợp tăng tải 3.3.1 Điều kiện đầu Trường hợp tính tốn trường hợp tăng tải từ cơng suất tổ máy 3MW lên công suất hai tổ máy Nlm 6MW thời gian Ts Đường mặt nước kênh trước xảy chuyển tiếp tăng tải tổ máy thứ hai Trường hợp tính tốn là: - Mực nước hồ mực nước chết: MNC = 361m - Trạm thủy điện phát với công suất Ntm = 3MW - Lưu lượng phát điện trước tăng tải ứng với MNC Ntm tính toán phương pháp thử dần Kết lưu lượng trước căt tải Qđầu = 7m3/s Từ lưu lượng trước xảy căt tải, tính tốn đường mặt nước kênh sử dụng phương pháp Charnomski Phương pháp dựa sở phương trình Benuly để xác định độ chênh lệch mực nước hai mặt cắt Kết cho bảng 3.5 Từ bảng kết ta thấy đường mặt nước kênh đường nước dâng 56 Bảng 3.5: Đường mặt kênh trước xảy cắt tải Tên mặt cắt Chiều dài L (m) Cao trình mực nước (m) (cuối kênh) 0.0 360.841 16.5 360.841 33.0 360.842 49.5 360.843 66.0 360.844 82.5 360.845 99.0 360.846 115.5 360.847 132.0 360.848 148.5 360.849 10 (đầu kênh) 165.0 360.850 3.3.2 Điều kiện biên 3.3.2.1 Biên đầu kênh Mực nước đầu kênh MNC – ξ = 361-0.15 = 360.85m Trong ξ: tổn thất cửa lấy nước 3.3.2.2 Biên cuối kênh Trạm thủy điện làm việc Ntm = 3MW tăng tải lên Nlm=6MW thời gian Ts tương đương lưu lượng tăng từ 7m3/s lên 14m3/s thời gian Ts Từ điều kiện tính dùng phần mêm tính tốn nước va Transients Tiến sĩ Nguyễn Văn Sơn – Trường Đại học Thủy lợi để tính tốn nước va xác định biến thiên lưu lượng, cột nước mặt cắt đầu đường ống áp lực tương đương cuối bể áp lực 57 Hình 3.7: Mơ hình tính tốn nước va Kết tính tốn ta biểu đồ lưu lượng theo thời gian Q(t) đầu đường ống áp lực (giáp với bể áp lực) Từ kết thấy tăng tải biến thiên lưu lượng cuối kênh tăng từ 7m3/s lên 14m3/s Sau lưu lượng có dao động biên độ dao động khơng đáng kể Do coi điều kiện biên bể áp lực lưu lượng tăng từ 7m3/s 14m3/s Bỏ qua dao động sau thời gian Ts 58 Hình 3.8: Biểu đồ lưu lượng theo thời gian (TH tăng tải tổ máy cuối cùng) 3.3.3 Kết tính tốn sóng giảm áp tăng tải Sử dụng phương pháp Tre-Tu-Xop với thuật toán lập chương 2, chia mặt kênh dẫn thành 10 đoạn, chiều dài đoạn 16.5m Q trình tính tốn thực Microsoft Excel với hỗ trợ hàm Solve để tính tốn dần xác định đặc trưng sóng giảm áp Kết tính tốn thống số thủy lực ban đầu mặt cắt bể áp lực là: ∆ho = 0.153m Vsong0 = 7.3m/s Kết tính tốn đặc trưng sóng gián đoạn cho mặt cắt kênh cho bảng 3.6 đến bảng 3.7 biểu đồ từ Hình 3.8 đến hình 3.9 59 Bảng 3.6: Kết tính tốn đặc trưng sóng gián đoạn tăng tải Cao Mặt trình cắt đáy Mực Ho nước Vdau Vsong đầuu kênh Chiều dài Li Diện deltaQsong1 deltaH htb Khi tích MC Bán kính Hệ số thủy Seri Qsong Vsong TB Teta deltaH1 Saiso lực 355.200 4.880 360.830 0.0040 7.3 20 6.7014 0.153 357.500 2.580 360.830 0.6460 5.15356 36.5 5.7710 0.2666 2.3708 8.9417 9.9575 1.1136 72.7211 6.6407 6.2268 0.1742 0.2666 6E-07 357.610 2.582 360.832 0.6455 5.16220 53.0 5.6354 0.2599 2.3783 8.9566 9.9889 1.1153 72.7391 6.4783 6.2311 0.1806 0.2599 1E-07 357.659 2.584 360.834 0.6449 5.17083 69.5 5.4995 0.2532 2.3858 8.9716 10.0203 1.1169 72.7569 6.3159 6.2354 0.1870 0.2532 5E-07 357.709 2.587 360.837 0.6443 5.17943 86.0 5.3633 0.2465 2.3933 8.9865 10.0517 1.1185 72.7746 6.1535 6.2397 0.1934 0.2465 2E-07 357.758 2.589 360.839 0.6438 5.18800 102.5 5.2268 0.2399 2.4007 9.0014 10.0830 1.1202 72.7922 5.9911 6.2440 0.1998 0.2399 2E-07 357.808 2.591 360.841 0.6432 5.19656 119.0 5.0900 0.2332 2.4082 9.0163 10.1143 1.1218 72.8098 5.8287 6.2483 0.2061 0.2332 4E-08 357.857 2.593 360.843 0.6427 5.20509 135.5 4.9529 0.2266 2.4156 9.0312 10.1456 1.1234 72.8272 5.6663 6.2525 0.2125 0.2266 1E-08 357.907 2.596 360.846 0.6421 5.21359 152.0 4.8155 0.2199 2.4231 9.0461 10.1768 1.1250 72.8446 5.5039 6.2568 0.2188 0.2199 9E-07 357.956 2.598 360.848 0.6416 5.22208 168.5 4.6779 0.2133 2.4305 9.0610 10.2081 1.1266 72.8618 5.3415 6.2610 0.2252 0.2133 1E-06 10 358.006 2.600 360.850 0.6410 5.23054 185.0 4.5400 0.2067 2.4379 9.0758 10.2392 1.1282 72.8790 5.1791 6.2653 0.2315 0.2067 3E-07 60 Bảng 3.7: Dao động mực nước mặt cắt kênh theo thời gian Time(s) 11.00000 18.08249 25.15311 32.21195 39.25906 46.29452 53.30689 60.30782 67.29738 74.27563 MC 360.830 360.677 360.656 360.649 360.643 360.637 360.630 360.624 360.617 360.611 360.605 360.598 360.830 360.830 360.677 360.649 360.643 360.637 360.630 360.624 360.617 360.611 360.605 360.598 360.832 360.832 360.832 360.652 360.645 360.639 360.632 360.626 360.620 360.613 360.607 360.601 360.834 360.834 360.834 360.834 360.647 360.641 360.635 360.628 360.622 360.616 360.609 360.603 360.837 360.837 360.837 360.837 360.837 360.643 360.637 360.631 360.624 360.618 360.611 360.605 360.839 360.839 360.839 360.839 360.839 360.839 360.639 360.633 360.626 360.620 360.614 360.607 360.841 360.841 360.841 360.841 360.841 360.841 360.841 360.635 360.629 360.622 360.616 360.610 360.843 360.843 360.843 360.843 360.843 360.843 360.843 360.843 360.631 360.624 360.618 360.612 360.846 360.846 360.846 360.846 360.846 360.846 360.846 360.846 360.846 360.627 360.620 360.614 360.848 360.848 360.848 360.848 360.848 360.848 360.848 360.848 360.848 360.848 360.623 360.616 10 360.850 360.850 360.850 360.850 360.850 360.850 360.850 360.850 360.850 360.850 360.850 360.619 61 mc tai be ap luc mc cuoi kenh mc giua kenh mc dau kenh 360.85 360.80 360.75 360.70 360.65 360.60 -5 10 15 20 25 30 35 40 Hình 3.9: Biến thiên mực nước mặt cắt kênh tăng tải Từ bảng kết cho thấy kết thúc trình cắt tải bể áp lực hình thành sóng tăng áp có giá trị ∆Ho = 0.153m, Vsong = 7.3m/s Sóng lan truyền đến đầu kênh Khi qua bể áp lực vào kênh, vận tốc sóng giảm đáng kể xuống Vsong = 5.15m/s sau vận tốc sóng thay đổi q trình lan truyền đến hồ chứa Trong thời gian lan truyền sóng, mực nước bể áp lực tiếp tục giảm biên độ giảm không đáng kể Khi sóng lan truyền đến hồ chứa đường mặt nước kênh gần nằm ngang có giá trị 360.60 thấp mực MNC 40cm Khi sóng truyền đến hồ chứa xuất sóng phản xạ từ hồ chứa vào kênh làm triệt tiêu dần sóng giảm áp, nhiên mục đích tính tốn sóng giảm áp xác định mực nước thấp kênh để thiết kế kênh bể áp lực, nên luận văn tác giả tính sóng truyền đến hồ chứa khơng tính tốn trường hợp sóng phản xạ từ hồ chứa bể áp lực 62 Từ sơ đồ hình 2.12 , với giả thiết thời gian truyền sóng từ bể áp lực tới đầu kênh ngược lại nhau, từ hình (2-12) ta dễ dàng xác định mực nước thấp bể áp lực: Z = Z o − η o + Δ h o Cao trình mực nước thấp bể áp lực là: Zmin = 360.83-2*0.23+0.26 = 360.63m Từ kết nhận thấy mực nước thấp bể áp lực tăng tải thấp MNC 37cm 3.4 Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước bể áp lực đến mực nước cao bể cắt tải Khi cắt tải đột ngột, bể áp lực xuất sóng tăng áp làm tăng mực nước bể áp lực, sau sóng tăng áp truyền đến hồ chứa mực nước bể áp lực tiếp tục tăng Để đảm bảo an tồn vận hành cao trình đỉnh tường bể áp lực phải cao mực nước lớn Để thấy ảnh hưởng bề rộng bể áp lực đến cao trình mực nước lớn bể làm sở lựa chọn hợp lý kích thước bể, phần tác giả sử dụng thuật toán trình bày chương để nghiên cứu ảnh hưởng chiều rộng bể đến cao trình mực nước lớn bể áp lực trạm thủy điện Nà Tẩu Các thong số kênh, điều kiện đầu, điều kiên biên trình bày phần 3.1 Các phương án bề rộng bể áp lực dùng để tính tốn là: B = 5m, 5.5m, 6.0m, 6.5, 7m Kết cho biểu đồ hình 3.10 63 B 363.0 362.9 362.8 362.7 B 362.6 362.5 362.4 362.3 362.2 362.1 362.0 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 A Hình 3.10: Quan hệ chiều rộng bể áp lực với mực nước lớn bể áp lực Từ biều đồ ta thấy tăng chiều rộng bể áp lực mực nước lớn bể giảm nhiên mức độ giảm mực nước lớn giảm dần Để chọn kích thước tối ưu cho bể áp lực cần tiến hành thiết kế tính tốn chi phí cho phương án chiều rộng bể để chọn phương án có chi phí nhỏ Trong phần này, tác giả tính tốn đưa quan hệ chiều rộng bể với mực nước lớn bể làm sở cho việc tính tốn tối ưu kích thước bể 3.5 Kết luận chương Từ sở lý thuyết chương 2, chương tác giả thiết lập toán phân tích dịng khơng ổn định kênh dẫn chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện Nà Tẩu – Tỉnh Cao Bằng Tác giả trình bày tổng quan thông số thủy điện Nà Tẩu, sử dụng phần mềm tính tốn nước va Transients Tiến sĩ Nguyễn Văn Sơn – Trường Đại học Thủy lợi để tính tốn quan hệ Q(t), H(t) làm sở liệu cho bước Sử dụng thuật tốn trình bày chương 2, tiến hành tính tốn dịng khơng ổn định kênh dẫn chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện Nà Tẩu – Tỉnh 64 Cao Bằng với trường hợp cắt tải trường hợp tăng tải, kết tính tốn đặc trưng sóng tăng áp sóng giảm áp mặt cắt kênh dẫn sóng gián đoạn truyền từ bể áp lực hồ chứa đồng thời tính tốn mực nước thấp mực nước cao bể mặt cắt kênh làm sơ tính tốn thiết kế tuyến lượng trạm thủy điện Nà tẩu Trong phần tác giả dùng thuật toán nghiên cứu ảnh hưởng chiều rộng bể đến mực nước lớn bể áp lực làm sở tính tốn thiết kế chọn kích thước tối ưu cho bể áp lực trạm thủy điện Nà tẩu 65 KẾT LUẬN Kết đạt luận văn Trình bày tổng quan loại nhà máy thủy điện loại đường dẫn vào nhà máy thủy điện Trình bày chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện yêu cầu tính tốn thủy lực lịng dẫn hở Trình bày lý thuyết dịng khơng ổn định biến đổi gấp: Sự hình thành sóng gián đoạn, phương trình sóng gián đoạn tượng truyền sóng gián đoạn lòng dẫn hở Nêu phương pháp tính sóng gián đoạn: Phương pháp tính sóng gián đoạn dựa lý thuyết đặc trưng, tính sóng gián đoạn phương pháp sai phân trực tiếp, phương pháp Tre –Tu –Xốp Xây dựng thuật toán chương trình tính sóng kênh trạm thủy điện hai chế độ chuyển tiếp là: Chế độ tăng tải tổ máy cuối cùng, chế độ cắt tải toàn tổ máy xử dụng phương pháp Tre-Tu-Xốp Áp dụng tính tốn dịng khơng ổn định chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện Nà Tẩu - Tỉnh Cao Bằng Kết thu đặc trưng sóng giảm áp, sóng tăng áp mặt cắt kênh thời gian sóng truyền từ bể áp lực hồ chứa đồng thời xác định mực nước cao nhất, mực nước thấp bể xảy chế độ cắt tải, tăng tải trạm thủy điện Nghiên cứu ảnh hưởng chiều rộng bể áp lực đến mực nước cao bể cắt tải làm sơ tính tốn chọn kích thước tối ưu bể áp lực Vấn đề tồn phương hướng nghiên cứu Trong luận văn, tính tốn đặc trưng sóng gián đoạn kênh dẫn trạm thủy điện sử dụng phương pháp Tre-Tu-Xop, chưa sử dụng phương pháp giải khác phương pháp đường đặc trưng, phương pháp sai phân Chưa có kết thí nghiệm thủy lực thực tế để kiểm chứng kết 66 Mới lập thuật tốn tính tốn đặc trưng sóng gián đoạn kênh thời gian sóng chuyền từ bể áp lực hồ chứa mà chưa tính tốn đặc trưng sóng phản xạ từ hồ chứa vào kênh dẫn Hướng nghiên cứu tiếp theo: Tác giả tiếp tục hoàn thiện vấn đề tồn để tài để có chương trình hồn chỉnh dùng để tính tốn dịng khơng ổn định kênh dẫn chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình cơng trình trạm thủy điện – Trường Đại học Thuỷ Lợi, PGS.TS.Hồ Sỹ Dự, PGS.TS.Nguyễn Duy Hạnh, TS.Huỳnh Tấn Lượng, PGS.TS.Phan Kỳ Nam, NXB Xây Dựng, Hà Nội Giáo trình Tuabin thủy lực (2008) – Trường Đại học Thuỷ Lợi, NXB Xây Dựng, Hà Nội PGS.TS.Đỗ Văn Chiêu, PGS.TS.Hồng Đình Dũng, PGS.TS.Nguyễn Duy Hạnh, TS.Huỳnh Tấn Lượng, PGS.TS.Phan Kỳ Nam, GVCC.Lê Gia Tài, TS.Hoàng Văn Thắng (2006), “Sổ tay kỹ thuật thủy lợi”, phần 2, tập 6: Cơng trình thủy lợi - cơng trình tuyến lượng, thiết bị thủy điện, NXB Nơng Nghiệp, Hà Nội Giáo trình thủy lực – Trường Đại học Thuỷ Lợi, NXB Xây Dựng, Hà Nội Sổ tay tính tốn thủy lực - NXB Nông nghiệp, Hà Nội – 1982 Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 285-2002, NXB Xây Dựng, Hà Nội Thủy lực dòng chảy hở (1998)- GS.Nguyễn Cảnh Cầm, NXB Nông Nghiệp, Hà Nội ... thuyết chuyển động không ổn định lòng dẫn hở - Nghiên cứu chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện - Ứng dụng phương pháp số phân tích dịng khơng ổn định kênh dẫn thủy điện chế độ chuyển tiếp trạm thủy điện. .. lượng chuyển sang chế độ làm việc không ổn định Các chế độ không ổn định phận cơng trình tổ máy chuyển chế độ làm việc gọi chế độ chuyển tiếp trình thay đổi từ chế độ sang chế độ khác gọi trình chuyển. .. TỐN DỊNG KHƠNG ỔN ĐỊNH TRÊN KÊNH DẪN TRONG CÁC CHẾ ĐỘ CHUYỂN TIẾP CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN Trong cơng tác tính tốn thiết kế trạm thủy điện ngồi tính tốn chế độ thủy lực trạng thái ổn định cịn phải giải