Tính toán dao dộng của nhà máy thủy điện sơn la bằng phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến ảnh hưởng của động đất

Bộ Giáo dục đào tạo Bộ Nông nghiệp PTNT Trờng đại học Thuỷ lợi Nguyễn văn thnh Tính toáN DAO Động nh máy thuỷ điện sơn la phơng pháp phần tử hữu hạn có xét đến ảnh hởng động đất Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hà Nội - 2010 Bộ Giáo dục đào tạo Bộ Nông nghiệp PTNT Trờng đại học Thuỷ lợi Nguyễn văn thnh Tính toáN DAO Động nh máy thuỷ điện sơn la phơng pháp phần tử hữu hạn có xét đến ảnh hởng động đất Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ MÃ số: 60-58-40 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS Phạm Ngọc Khánh TS Nguyễn Ngọc thắng Hà Nội - 2010 Lun thc s k thuật LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật chun ngành xây dựng cơng trình thủy với đề tài “Tính tốn dao động nhà máy thuỷ điện Sơn La phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến ảnh hưởng động đất”, hoàn thành với giúp đỡ tận tình thầy, giáo môn trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt thầy cô giáo khoa Công Trình Tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo GS.TS Phạm Ngọc Khánh TS Nguyễn Ngọc Thắng tận tình hướng dẫn, cung cấp nhiều tài liệu thơng tin có giá trị thiết thực cho tác giả trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Sức bền - Cơ kết cấu hướng dẫn đóng góp ý kiến để tác giả hoàn thành tốt luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, bạn bè gia đình tạo điều kiện động viên nhiều mặt để tác giả hoàn thành tốt luận văn Tuy nhiên, thời gian có hạn mà kiến thức lại rộng lớn nên chắn luận văn tránh khỏi thiếu sót, tác giả mong đóng góp thầy, bạn đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Luận văn hoàn thành Trường Đại học Thuỷ lợi tháng 11 năm 2010 Hà Nội, tháng 11 năm 2010 Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Học viên: Nguyễn Văn Thành Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐẾN CƠNG TRÌNH 1.1 Giới thiệu tổng quan nhà máy thuỷ điện, tình hình xây dựng nhà máy thuỷ điện giới Việt Nam 1.2 Các loại nhà máy thuỷ điện, thiết bị động lực nhà máy thủy điện 1.3 Giới thiệu chung nhà máy thủy điện Sơn La 12 1.4 Động đất ảnh hưởng động đất đến công trình 18 CHƯƠNG : CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN DAO ĐỘNG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN CÓ XÉT ĐẾN TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT 2.1 Giới thiệu phương pháp tính tốn có xét đến tải trọng động đất 26 2.2 Các phương pháp tính tốn dao động nhà máy, ưu nhược điểm phương pháp 38 2.3 Giới thiệu phần mền tính tốn dao động nhà máy thuỷ điện 48 2.4 Giới thiệu phần mềm tính tốn dao động nhà máy thủy điện SAP2000.V12.0.0 49 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN DAO ĐỘNG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN SƠN LA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT 3.1 Khái niệm phương pháp Phần tử hữu hạn 52 3.2 Phương trình dao động tổng qt 55 3.3 Tính tốn dao động nhà máy thủy điện 59 3.4 Sơ đồ tính tốn kết tính tốn dao động cho nhà máy thủy điện Sơn La có xét đến ảnh hưởng động đất 64 3.5 Phân tích nhận xét kết tính tốn 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHN 80 Chun ngành xây dựng cơng trình thủy Học viên: Nguyễn Văn Thành Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU Cùng với công đổi phát triển ngày nhanh đất nước, nhiều cơng trình thuỷ điện xây dựng khắp miền tổ quốc Vì thủy điện giải pháp lượng có hiệu kinh tế bảo vệ môi trường tốt Vấn đề dao động nhà máy thuỷ điện trình khai thác vận hành nguyên nhân gây nên tượng phá hoại vật liệu, giảm tuổi thọ thiết bị, tăng chi phí tu sửa chữa, giảm hiệu khai thác nhà máy Động đất ảnh hưởng đến cơng trình xây dựng, thủy lợi nói chung đến nhà máy thủy điện nói riêng vấn đề phức tạp trình tính tốn thiết kế cơng trình q trình cơng trình vào vận hành Ngồi việc ảnh hưởng sóng địa chấn làm cho cơng trình bị lún sụt, hóa lỏng, kết cấu cơng trình sinh nội lực, chuyển vị vượt q mức cho phép động đất cịn gây tượng nguy hiểm cơng trình q trình vận hành tượng cộng hưởng dao động Với quy mô xây dựng nhà máy thuỷ điện ngày lớn, đòi hỏi lắp đặt máy phát có cơng suất lớn nên vấn đề kiểm soát khắc phục tượng dao động nhà máy thuỷ điện trở nên phức tạp Việc tính tốn dao động nhà máy thuỷ điện gặp nhiều khó khăn sử dụng phương pháp tính tốn truyền thống phương pháp số ngày sử dụng rộng rãi Sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn xu hướng nghiên cứu nhà khoa học Nó mơ tính tốn dao động nhà máy thuỷ điện với kết xác cao Hơn thế, với phát triển không ngừng khoa học cơng nghệ nên có nhiều phần mềm tính tốn dựa thuật toán phương pháp phần tử hữu hạn, hiểu vận dụng phương pháp phần tử hữu hạn vào việc tính tốn cơng trình nói chung tính tốn dao động nhà máy thuỷ điện nói riêng nhu cầu cấp thiết người cán khoa học kỹ thuật Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Học viên: Nguyễn Văn Thành Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Những nghiên cứu giúp cho có biện pháp hiệu q trình thiết kế thi cơng nhằm kiểm sốt hạn chế tác động có hại dao động gây nên nhà máy thuỷ điện Trong luận văn Thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “Tính tốn dao động nhà máy thuỷ điện Sơn La phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến ảnh hưởng động đất”, tác giả nghiên cứu cách tổng quát phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng tính tốn dao động, phương pháp tính tốn có xét đến ảnh hưởng động đất, nhằm góp phần vào việc lựa chọn giải pháp tính tốn thiết kế nhà máy thuỷ điện điều kiện xây dựng Việt nam Mục đích nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu mơ tính tốn dao động nhà máy thuỷ điện Sơn La phương pháp phân tử hữu hạn có xét đến ảnh hưởng động đất Xuất phát từ nhu cầu thực tế nước ta có nhiều cơng trình thuỷ điện có quy mô lớn vừa xây dựng, vấn đề tính tốn dao động nhà máy thuỷ điện phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn Cơng trình Thuỷ điện Sơn La cơng trình cấp đặc biệt, với công suất phát điện 2400MW (6 tổ máy), nằm vùng có hoạt động địa chấn phức tạp, từ nghiên cứu phần giúp cho Chủ đầu tư, nhà tư vấn đánh giá có biện pháp kiểm sốt dao động nhà máy có động đất xảy Luận văn gồm ba Chương chính: - Chương tổng quan nhà máy thuỷ điện ảnh hưởng động đất đến cơng trình, nêu lên khái niệm, dạng nhà máy thuỷ điện, vấn đề xung quanh tình hình động đất ảnh hưởng đến nhà máy thuỷ điện - Chương hai nêu lên phương pháp tính tốn dao động nhà máy thuỷ điện có xét đến ảnh hưởng động đất dựa sở lý thuyết áp dụng thực tiễn từ trước đến Chuyên ngành Xây dựng cơng trình thủy Học viên: Nguyễn Văn Thành Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - Chương ba trình bày nội dung tính tốn dao động nhà máy thủy điện Sơn La phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến ảnh hưởng động đất Xây dựng thuật tốn tính dao động nhà máy thuỷ điện theo phương pháp phần tử hữu hạn Nhận xét đánh giá kết tính tốn Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Học viên: Nguyễn Văn Thành Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT ĐẾN CƠNG TRÌNH 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN, TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Nhu cầu dùng điện ngày lớn đòi hỏi giải pháp lượng điện thúc đNy phát triển mạnh thuỷ điện nước giới Việc xây dựng nhà máy thuỷ điện tạo nguồn điện phục vụ cho phát triển kinh tế quốc dân nhu cầu thiếu với nước giới Vì mà giới có 179 nước phát triển thuỷ điện Theo chuyên gia thuỷ điện, đập thuỷ điện có độ cao từ 15m trở lên có sức ngăn tối thiểu 3x106 m3 nước xếp vào loại đập lớn Theo cách phân chia giới có khoảng 50.000 đập thuỷ điện cỡ lớn Hiện đập thuỷ điện lớn giới đập Tam Hiệp Trung Quốc với chiều cao 185m với công suất nhà máy 18.200MW Đập Tam Hiệp giúp điều tiết lũ dòng sơng Dương Tử Vị trí thứ đập Itaipu nằm biên giới nước Brazil Paraguay với cơng suất nhà máy 12.600MW Vị trí thứ đập Guri Venezuela với công suất nhà máy 10.000MW Và nhiều cơng trình thuỷ điện lớn giới Ở nước ta, điện ln đóng vai trị vơ quan trọng nghiệp cơng nghiệp hố đại hoá đất nước Dự báo nhu cầu dùng điện đến năm 2010 87,82 tỷ KWh/năm nhu cầu phụ tải tương ứng 14,56 triệu KW Đến năm 2020 nhu cầu điện tăng gấp đơi thuỷ điện đóng vai trị lớn hệ thống điện Việt N am Một xu hướng quan trọng kế hoạch điện khí hố tồn quốc bên cạnh cơng trình thuỷ điện có cơng suất lớn, để phủ kín đồ cung cấp điện tồn Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Học viên: Nguyễn Văn Thành Luận văn thạc sĩ kỹ thuật quốc khơng thể thiếu trạm thuỷ điện có cơng suất vừa nhỏ để cung cấp cho vùng mà lưới điện quốc gia khơng với tới chi phí cho đường dây tải điện đến vùng núi xa xơi hiểm trở q lớn Chính vậy, năm gần hàng loạt trạm thuỷ điện có cơng suất vừa nhỏ đồng loạt khởi công xây dựng nhiều địa phương nước Ở nước ta xây dựng nhà máy thuỷ điện lớn Việt N am Đơng N am Á cơng trình thuỷ điện Sơn La có cơng suất lắp máy 2400MW Cịn có nhiều nhà máy thuỷ điện lớn vận hành nhà máy thuỷ điện Hồ Bình với công suất 1920MW, nhà máy thuỷ điện Ialy với công suất 720MW, nhà máy thuỷ điện Trị An công suất 400MW Hình 1.1: Phối cảnh Nhà máy thuỷ điện Sơn La Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Học viên: Nguyễn Văn Thành Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình 1.2: Nhà máy thuỷ điện Hồ Bình 1.2 CÁC LOẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN, CÁC THIẾT BN ĐỘNG LỰC TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN [2],[5] N hà máy thuỷ điện cơng trình thuỷ cơng bố trí thiết bị điện, thiết bị thủy lực (tuabin, máy phát điện) hệ thống thiết bị phụ phục vụ cho làm việc bình thường thiết bị nhằm sản xuất điện cung cấp cho hộ dùng điện Loại kết cấu nhà máy phải đảm bảo làm việc an toàn thiết bị thuận lợi vận hành N hà máy thuỷ điện chia làm loại sau: 1.2.1 Nhà máy thuỷ điện ngang đập: N hà máy thuỷ điện ngang đập phần cơng trình dâng nứơc, chịu áp lực nước thượng lưu, đồng thời cơng trình lấy nước nối trực tiếp với tuabin Với đặc điểm trên, kết cấu nhà máy chịu HU 30÷40m N hững nhà Chun ngành Xây dựng cơng trình thủy Học viên: Nguyễn Văn Thành ... thuỷ điện Sơn La phương pháp phần tử hữu hạn có xét đến ảnh hưởng động đất? ??, tác giả nghiên cứu cách tổng quát phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng tính tốn dao động, phương pháp tính tốn có xét đến. .. TÍNH TỐN DAO ĐỘNG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN SƠN LA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PTHH CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT 3.1 Khái niệm phương pháp Phần tử hữu hạn 52 3.2 Phương trình dao động tổng qt 55 3.3 Tính toán. ..T QUẢ TÍNH TỐN DAO ĐỘNG CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SƠN LA CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT 3.4.1 Chọn sơ đồ tính tốn dao động Hình 3.1: Hình ảnh thực tế gian máy- NMTĐ Sơn La N hà máy thủy điện Sơn L