Bài giảng Thủy năng - Thủy điện - Chương 8: Đường ống áp lực và hiện tượng nước va

Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng lượng nước.. Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ.[r]

(1)

PGS TS Nguyễn Thống KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT & QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

Giảng viên: PGS TS NGUYỄN THỐNG Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index

Tél (08) 38 691 592 -098 99 66 719 PGS TS Nguyễn Thống 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 & cơng 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

PGS TS Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va

3

ĐƯỜNG ÁP LỰC & HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA

1 Tổng quát

2 Hiện tượng nước va đường ống áp lực

3 Biện pháp giảm áp lực nước va.

4

TỔNG QUÁT

Đường ống áp lực cơng trình nối cuối đường dẫn nước đến nhà máy Đường ống chịu áp lực nước bên đường ống

- CTLN  Kênh dẫn  Bể áp lực 

Đường ống Nhà máy

- CTLN  Đường hầm có áp  Giếng điều áp (tháp điều áp)  Đường ống  Nhà máy.

5

PHÂN LOẠI

Theo vị trí xây dựng:

 Đường ống áp lực kiểu hở  Đường ống áp lực kiểu

ngầm

 Đường ống áp lực kiểu hổn hợp (hở +ngầm)

6

D=3,5m, L=9065m

i=0,0061

(2)

LOAL = 1866m

Dống chính = 2,6m Dống nhánh = 1,6m

NHÀ VAN

NHÀ MTĐ GIẾNG

ĐIỀU ÁP

KÊNH XẢ

32

ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM

Đường ống áp lực Đập tràn

9

ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC HỞ

10

THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC

11

THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC

12

THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG

ÁP LỰC e=12mm

(3)

PGS TS Nguyễn Thống 13 ĐƯỜNG

ỐNG BÊ TÔNG NGẦM BỌC

THÉP

PGS TS Nguyễn Thống 14

Đường ống

15

CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC

Khi NM vận hành bình thường 

dịng chảy ĐƠAL có áp

và ổn định

Khi NM thay đổi trạng thái đột ngột (tăng tải, cắt tải)  dòng chảy quá độ (transient)

16

CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC

KHƠNG ỔN ĐỊNH  DỊNG CHẢY QUÁ ĐỘ

Xảy  Đóng (mở) van trên đường ống với tốc độ

nhanh  thay đổi nhanh

chóng vận tốc (lưu lượng) trong ống

17

GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG

Trong trường hợp  mỗi đoạn dòng chảy (vi phân) ống chịu sự thay đổi áp suất vận tốc khác nhau theo từng thời điểm  hiện

tượng truyền sóng áp lực  được gọi « NƯỚC VA »

 Xem đồ thị minh hoạ sau:

18 SỰ TRUYỀN SÓNG ÁP LỰC

(4)

PGS TS Nguyễn Thống 19 NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNGTUYỆT ĐỐI CỨNG

HA ΔHA

Mặt chuẩn

A B

BỂ CHỨA

Kênh sau NM

HA: cột áp tỉnh (mH 2O)

ΔHA: gia số áp suất A sinh nước va dương

o α o

Đường ống

G X

THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA

(Ống tuyệt đối cứng, NƯỚC không NÉN được)

21

Xét chuyển động khối nước đoạn ống AB Phương trình chuyển động theo phương X (lưu ý chiều dương chọn), Newton 2:

: khối lượng nước đoạn AB F: tiết diện ống

: tổng ngoại lực theo phương X (trục ống)



x x

d(mV ) F dt 

mFL

x

F



 A A B 

dV

LF gF H H H L sin

dt

  

     

(1)

22

: hình chiếu trọng lượng nước đường ống lên phương X Giả thiết khơng có ma sát chất lỏng

thành ống (xem áp suất thủy tỉnh)

Thay vào p/t thu gọn: 

Với V=Q/F dQ biến đổi lưu lượng thời đoạn dt.

gLFsin

 

A B

H H Lsin

A dV

LF gF H dt

 

   A L dV L dQ

H

g dt gF dt

    

Thay đổi áp suất A do nước va gây

23

CHÚ Ý:

- Nếu dQ/dt <  đóng van  ΔHA >  nước va dương

- Nếu dQ/dt >  mở van  ΔHA < nước va âm

 Gia số áp lực nước va A tỷ lệ tuyến tính với chiều dài L từ B đến A

 L=0  ΔH=0 (tại B)

A L dV L dQ

H

g dt gF dt

    

24

- Gia số áp lực nước va A tỷ lệ tuyến

tính với (dQ/dt)

Trong trường hợp



Qd: lưu lượng trước đóng van; Qc: l/l sau đóng van

(5)

Trường hợp kể đến đóng khơng « tuyến tính »:

Với k = 1,25 1,5 xem hệ an tồn.

Nếu đóng (mở) van tức (dQ/dt >>> 1) 

 Kết không hợp lý từ “giả thiết” ban đầu toán !

s c d A T Q Q gF L k

H  



! ! ! HA  



NƯỚC VA ĐƯỜNG ỐNG CỨNG TUYỆT ĐỐI D THAY ĐỔI

HA ΔHA Mặt chuẩn A B Réservoir

Kênh sau NM HA: cột nước tỉnh

ΔHA: gia số áp lực nước va A

o α o

L1,F1

L2,F2

L3,F3 ΔH(1) ΔH(2)

27

Giả thiết D đoạn không đổi: Gia số áp lực cho đoạn 1:

Gia số áp lực cho đoạn 2:

Gia số áp lực cho đoạn 3:

              2 1 s c d s c d 2 ) ( ) ( F L F L gT Q Q T Q Q gF L H H            3 2 1 s c d ) ( F L F L F L gT Q Q H          1 s c d ) ( F L . gT Q Q H

28

Bài tập: Một đường ống áp lực có D=2,25m, chiều dài L=1000m, dẫn lưu lượng Q=30m3/s Thời gian đóng van 10s

(tuyến tính k=1)

1 Tính gia số áp lực lớn nước va

2 Tương tự D=2.5m So sánh với kết quả câu 1, nhận xét

29

Bài giải: 1 D=2.25m

2 D=2.5m

Nhận xét: V  giảm  Giá trị nước va giảm

A d c

mzx

s

Q Q

L 1000* 30

H k 76.91m

gF T 9.81*3.14159* 2.25 10

 

   

A d c

mzx

s

Q Q

L 1000* 30

H k 62.3m

gF T 9.81*3.14159* 2.5 10

 

   

30

Bài tập: Lấy số liệu trước Đường ống bây giờ gồm đoạn: L1=400m, D1=2.25m;

L2=600m, D2=2.0m

(6)

Bài giải: Đoạn 1:

Đoạn 2:

m 76 30 10

0 30 25 * * 81

400 * T

Q Q gF

L

H 2

s c d 1 )

(  

    

m 16 89 10

0 30 * * 81

600 * 76 30 T

Q Q gF

L H

H 2

s c d 2 ) ( )

(  

       

Bài tập 1: Lấy số liệu trước, đường ống gồm đoạn AB, BC: L1=500m,

D1=3.5m; L2=250m, D2=3.0m Lưu

lượng 40m3/s Tính gia số áp lực

nước va đoạn (B,C)

Bài tập 2: Giả thiết AC (AB+BC) lấy đường kính trung bình (tính theo trọng số chiều dài) Tính gia số áp lực nước va cuối ống (C) So sánh với Bài tập

33 NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ĐÀN HỒI &

NƯỚC NÉN ĐƯỢC - ĐĨNG (MỞ) VAN TỨC THÌ

 Xét trường hợp nước NÉN được ( thay đổi theo áp suất)

 Tiết diện  đường ống thay đổi theo áp suất bên

34 Trong thực tế  đường ống

bằng thép bê tông cốt thép  biến dạng áp suất thay đổi (mặc dù bé)

 Đường ống đàn hồi

35

Khảo sát đoạn ống cuối đường ống dài Δl (bé): - Có van A (chọn làm gốc toạ độ)

- Đầu vào đường ống giả thiết hồ chứa - V0 vận tốc trung bình ống - Thực đóng van tức (Tv=0).

A a

a m

m n

n

Δl

p0+Δp p0

t=0 t=dt

V0

V0=0 X

O

36 Giải thích tượng:

Sau Δt (s), có đoạn chất lỏng giới hạn bởi (a-a);(m-m)  dừng  Gia tăng áp suất Δp

Trong nước bên trái (m-m) chảy “bình thường”

Phương trình chuyển động khối chất lỏng giới hạn (a-a) (m-m) theo trục ống:

  0

0

( ) l V

p p p

t



     

(7)

Từ đó: (1)

Bước thời gian kế, đoạn chất lỏng giới hạn bởi (m-m) (n-n) dừng  tượng tiếp diễn  truyền sóng áp lực với tốc độ a:

Do (1)  (2)

0 l

p V

t



  

lim

0 l a

t  

 

0

p aV

 

Trong trường hợp van đóng phần:

do

Note: Δp=g ΔH (N/m2)

Tính a (tốc độ truyền sóng áp lực):

Xét áp suất nước gia tăng giá trị Δp:

 Khi nước bị nén:

 Tiết diện ống gia tăng:

0

( c)

p a V V

  

0 c

a

H (V V ) g

  

  

  

39

Khối lượng nước đoạn a-a;m-m gia tăng:

Trong thời gian đó, khối lượng nước qua tiết diện m-m để vào [a-a;m-m] là:

Luật bảo toàn khối lượng:

   l l

m     

     

  l  a t m         

        

t V m  

 0  0

m

m 

 0

40

Ta có: Từ đó:

Note: Đã sử dụng kết trước:

atV0t

0

p

V a

a 

 

   

 



   

    1

p a  

   

 

 

0

p aV

 

41 Chú ý khối lượng nước khơng

đổi (dù có bị nén) :

Vi phân toàn phần:

c

W te

 

0 dW Wd

   

 

d W

dW

  

42 Quy luật thể tích chất lỏng thay đổi

theo áp suất (GT.Cơ học chất lỏng):



:Module đàn hồi nước,  hệ số co giãn thể tích theo áp suất

 

K

p 

  

K dp W

dW K

dp W

dW  



Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	1,12 MB