Bài giảng Thủy năng - Thủy điện - Chương 7: Tháp điều áp

Công trình được bố trí ở vị trí cuối đường dẫn nước (đầu đường ống áp lực)... THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN.[r]

(1)

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Cơng trình điều áp

PGS TS Nguyễn Thống

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT & QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

PGS TS.NGUYỄN THỐNG

Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu.vn

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index

Tél (08) 38 691 592 -098 99 66 719

2

Chương : Tổng quan

Chương : Tài nguyên nước quy hoạch khai thác

Chương : Các phương pháp khai thác lượng nước

Chương : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện Chương : Đập dâng & công trình tháo lũ.

Chương : Cơng trình lấy nước dẫn nước

Chương : Tháp (giếng) điều áp

Chương : Đường ống áp lực & tượng nước va

Chương : Nhà máy Thuỷ điện

3

CƠNG TRÌNH ĐIỀU ÁP 1 Tổng quát

2 Hiện tượng & lý thuyết xác định dao động mực nước công trình điều áp (CTĐA)

3 Cấu tạo CTĐA (tính tốn thơng số bản của CTĐA).

4 GIỚI THIỆU

Cơng trình điều áp có nhiệm vụ giảm (hạn chế) bất lợi (tăng, giảm áp suất lớn) gây tượng nước va đường ống áp lực của dự án thủy điện!

GIỚI THIỆU

Có loại cơng trình điều áp:

 Giếng (tháp) điều áp

 Bể điều áp (áp lực)

Chương 7: Cơng trình điều áp GIỚI THIỆU

Giếng điều áp sử dụng đường dẫn nước loại có áp (đường hầm chảy khơng có mặt thoáng tự do) Bể điều áp sử dụng đường dẫn

nước loại không áp (kênh chảy hở)

(2)

7

D=3,5m, L=9065m i=0,0061

Giếng điều áp Đường hầm

Đường ống AL

GIẾNG ĐIỀU ÁP Nhà máy

8

Kênh

Đường ống áp lực

BỂ ÁP LỰC

9

Mục đích:

- Giảm áp lực nước va sinh

trong đường ống áp lực

- Loại bỏ áp lực nước va

đường hầm

 Cung cấp hay tạm trử nước tạm thời NM mở hay đóng van « đột ngột » tạo tượng nước va

10

Q

CÁC LOẠI GIẾNG ĐIỀU ÁP

Đường ống áp lực Giếng điều áp Đường

hầm Dung tích phục vụ nước va dương

Dung tích phục vụ nước va âm

11

Giếng điều áp hình trụ

Đường hầm

Đường ống áp

lực

Cổ giếng

(3)

13

Giếng

điều áp Đường

ống áp lực

14

NỢI DUNG TÍNH TỐN Xác định đường kính giếng:

 Đường kính phía giếng  tính từnước va dương

Đường kính phía giếng tính từnước va âm

15

NỢI DUNG TÍNH TỐN Xác định cao trình miệng giếng  Mực nước cao xảy

ra nước va dương (xảy NM đang vận hành cắt tải  đóng van nhanh)

16

NỢI DUNG TÍNH TỐN

Xác định cao trình đáy giếng  Xảy nước va âm, NM

đang nghĩ chạy với lưu lượng nhỏ tăng tải đột ngột (không khí bị hút vào đường ống áp lực  CẤM)

Chương 7: Cơng trình điều áp ĐƯỜNG CỢT NƯỚC ĐO ÁP H

Q

Q p/γ

z

Mặt chuẩn o- o

H Đáy

giếng Đỉnh giếng

Đường cột nươc đo áp

Chương 7: Cơng trình điều áp HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC GiẾNG KHI ĐÓNG VAN

Hồ chứa

Mực nước tỉnh

Đường hầms (m2)

Giếng S (m2)

z

t

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

G0 G1 z

Zmax

R R’

NM

L W(m/s)

V(m/s)

Q

Dao động mực nước giếng

(4)

Chương 7: Công trình điều áp

19

Chú ý :

• s : tiết diện hầm

• S : tiết diện giếng điều áp

• L : chiều dài hầm

• z : mực nước giếng thời điểm t Quy ước chiều dương hướng lên, gốc mực nước tỉnh (A1B1)

• w, v : vận tốc TB của nước đường hầm giếng thời điểm t

20

MỤC ĐÍCH TÍNH 1 Xác định kích thước giếng (S)

2 Xác định mực nước cao

giếng có nước va dương 

dùng xác định cao trình miệng giếng

3 Xác định mực nước thấp giếng có nước va âm  dùng trong xác định cao trình đáy giếng

21 TÍNH GIẾNG ĐIỀU ÁP

VỚI SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG

(chuyển động nước không năng lượng)

22

Giả thiết:

• S số (giếng điều áp hình trụ)

• Thể tích hồ TL lớn (MN hồ khơng đổi có nước va)

• Bỏ qua tổn thất lượng đường hầm giếng

• Lưu lượng Q0 (chảy qua đường ống áp lực thời điểm ban đầu t=0) giảm (nước va dương) tức

23

HIỆN TƯỢNG ĐƯỢC MÔ TẢ BỞI PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN

Phương trình LỰC:

- Luật Newton 2: F=ma

 Khảo sát khối chất lỏng giới hạn G0và G1(trong đường

hầm)

24

SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG Phương trình liên tục:

- Luật bảo toàn khối lượng vật

chất

 Khảo sát tính liên tục vị trí nối Đ/HẦM GIẾNG

(5)

25

XÁC ĐỊNH TỔNG NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN G0G1

Hồ chứa

Giếng S (m2)

z

t

G0 G1

z

Zmax

R R’

L (H-z)

Q

KHỐI CHẤT LỎNG XEM XÉT TÍNH TỔNG NGOẠI LỰC F

(Newton 2)

VỊ TRÍ XÉT P/T LIÊN

TỤC H

T

26 Bài tập: Hãy liệt kê & xác

định thành phần ngoại lực (F) tác dụng lên khối chất lỏng giới hạn đường hầm G0G1

27

Phương trình Newton (theo trục đ/hầm) : (1)

Phương trình liên tục : (2)

(w z ẩn số)

0 z dt dw g L dt

dw sL g

zs    

 

dt dz S SV

sw 

F

m

28

Từ (1) & (2):

Với:

0 z dt

z d 0 z dt

z d s S g

L

2

   

 

(3)

LS gs

 

Lời giải của phương trình vi phân trên có dạng:

z = Zmsin(t+) (4)

Đây chuyển động điều hồ có biên độ khơng đổi Zm tần số 

Chu kỳ :

s S g L 2

T  

  

Chương 7: Cơng trình điều áp XÁC ĐỊNH BIÊN ĐỘ

CHUYỂN ĐỘNG Zm

Dựa vào nguyên lý:

Thế năng khối chất lỏng (trong giếng) so với mặt chuẩn

(6)

31

Q

ĐỘNG NĂNG THẾ NĂNG

W (m/s)

32

Từ đó:

(5)

2 max

max Lsw

g 2 1 2

Z . S

Z  



S s g L w Zmax  0



Thế năng

Động năng Vận tốc ban đầu

đường hầm

33 Bài tập: Nguyên tắc xác định

 phương trình z = Zmaxsin(t+) ?

 Sơ đồ lý tưởng   =0 ?

34 Hồ chứa

Giếng S (m2)

z

t

G0 G1

z

Zmax

R R’

L (H-z)

Q

Q H

T z=Zmaxsin(t)

35

Bài : Cho hệ thống với thông số: L=10km, s=10m2, S=100m2,

w0=2m/s Tính T biên độ dao động nước giếng Zmax Lấy g=10m/s2

Lời giải : T=10’28’’, Zmax=20m.

Bài 2: Lấy số liệu tập 1, xác định S để biên độ dao động max giếng 10m

36

Bài 3 : Tương tự với : L=5km, s=15m2, S=250m2, w

0=4m/s

Bài 4 : Một hệ thống có thông

số: L=3km, s=12m2, w

0=4m/s

(7)

37

TÍNH GIẾNG ĐIỀU ÁP VỚI

SƠ ĐỒ THỰC

(có kể đến lượng do lực ma sát,

cục hệ thống)

38 Trong hệ thống thực:

 Ln ln có

lượng đường dài ma sát & cục (thay đổi tiết diện, hướng dòng chảy đột ngột) nước chảy trong hệ thống

39 Trong hệ thống thực:

 Đóng van đường ống

(từ tuabin) KHÔNG xảy

tức mà xảy 

Q0  (nước va dương)

trong khỏang thời gian

T >0  Q đường ống

giảm DẦN

40

Hồ chứa

MN tỉnh

Đường hầm

Giếng điều áp

z

t

G0 G

z

Zmax

R R’

NM

HỆ THỐNG THỰC

Dao động mực nước

trong giếng TẮT DẦN

Phương trình động lực: Theo phương X Fx =max (4)

Với

L chiều dài; s tiết diện hầm γ trọng lượng đơn vị nước, g gia tốc trọng trường Fx = Lực tỉnh (F1) + Lực ma sát (F2)

Ls m

g





F1 =γs(z-dhg-dhv) : lực thuỷ tỉnh

: lượng cục giếng : mở rộng đột ngột.

: lực tương đương với h* w

: mất tổng hầm

g g

V V dh

2g

 

h h V

V V dh

2g

 * w

F sh

*

w L c