5.1.1 Cấu tạo mặt cắt kờnh
Mặt cắt kờnh phụ thuộc vào điều kiện địa chất và địa hỡnh của tuyến kờnh. Nếu tuyến kờnh đặt trờn nền địa chất bằng đất thụng thường thỡ chỳng cú tiết diện hỡnh thang. Địa chất là đất yếu thỡ chỳng cú tiết diện đa giỏc, parabol hoặc trũn. Nếu địa chất tuyến kờnh là đỏ tốt thỡ làm kờnh chữ nhật.
Với địa chất tuyến kờnh là đất sột dày lớp 2a, 2b xen kẽ đỏ bazan phong hoỏ nờn mặt cắt kờnh tụi chọn là hỡnh thang, m = 1.25. Kờnh gia cố mỏi và đỏy bằng cỏc tấm bờ tụng cốt thộp ghộp.
5.1.2 Tuyến kờnh và hỡnh thức kờnh
a) Tuyến kờnh
Việc chọn tuyến kờnh sẽ quyết định đến khối toàn bộ kết cấu của cỏc bộ phận trờn tuyến đường dẫn. Nú ảnh hưởng tới số lượng cụng trỡnh trờn kờnh, lượng cụng trỡnh và trong nhiều trường hợp ảnh hưởng tới khả năng vận hành liờn tục của toàn bộ hệ thống. Chớnh vỡ vậy, việc lựa chọn tuyến kờnh phải tiến hành dựa trờn cơ sở so sỏnh kinh tế - kĩ thuật của cỏc phương ỏn căn cứ vào điều kiện địa hỡnh địa chất và sơ đồ bố trớ TTĐ.
Về nguyờn tắc khi lựa chọn tuyến kờnh phải đảm bảo cỏc yờu cầu sau:
+ Để giảm khối lượng cụng trỡnh yờu cầu tuyến kờnh phải ngắn, khối lượng đào đắp phải nhỏ. Cố gắng chọn tuyến kờnh sao cho đi qua địa hỡnh ớt thay đổi, khối lượng đào đắp tương đương nhau.
+ Kờnh khụng đi qua nơi địa chất quỏ yếu cú khả năng sụt lở + Vốn đầu tư vào việc xõy dựng cỏc cụng trỡnh trờn kờnh ớt.
Đối với tuyến kờnh của TTĐ IaPuch 3 tụi chọn tuyến đi dọc theo đường đồng mức 360m. Tuyến kờnh cú một số đoạn phải đắp và đào hoàn toàn nhưng phần lớn chiều dài khối lượng đào đắp tương đương hoặc chỉ phải đào mặt cắt, trờn tuyến cũng đi qua một số vựng tụ thuỷ nờn phải làm cụng luồn dưới kờnh. Tuyến kờnh được thể hiện trờn bản vẽ.
b) Hỡnh thức kờnh
Cú hai loại hỡnh thức kờnh là: kờnh khụng tự điều tiết và kờnh tự động điều tiết. Chọn loại kờnh phụ thuộc vào chiều dài, độ dốc và lưu lượng thiết kế.
+ Kờnh khụng tự điều tiết: Là loại kờnh dài, độ dốc lớn phải xõy dựng tràn trờn kờnh. Khối lượng đào đắp nhỏ nhưng tổn thất thuỷ lực lớn.
+ Kờnh tự động điều tiết: Thường là kờnh ngắn, độ dốc bộ. Khối lượng đào đắp nhiều nhưng khụng phải làm tràn bờn.
Việc lựa chọn hỡnh thức kờnh cho TTĐ IaPuch 3 phụ thuộc vào tớnh toỏn kinh tế. Với chiều dài hơn 3000 m nếu làm kờnh tự điều tiết thỡ khối lượng đào đắp lớn vỡ phải đảm bảo thành kờnh khụng để tràn nước nờn cao trỡnh đỉnh cũng phải ngang cao trỡnh mực nước lũ thiết kế. Với chiều dài như vậy nờn khụng kinh tế. Do đú tụi chọn hỡnh Sinh viờn thực hiện : Hồ Sỹ Móo
thức kờnh là kờnh khụng tự điều tiết, xõy dựng tràn bờn ở đầu và cuối kờnh. Độ dốc i = 0.0003.
5.1.3 Tớnh toỏn kinh tế lựa chọn mặt cắt kờnh
a) Nguyờn lớ tớnh toỏn
Khối lượng xõy dựng cụng trỡnh và tổn thất năng lượng trờn đường dẫn phụ thuộc vào kớch thước của nú. Với một tuyến cụng trỡnh và lưu lượng tớnh toỏn đó chọn khi thay đổi kớch thước tiết diện đường dẫn, khối lượng xõy dựng và tổn thất năng lượng sẽ thay đổi và quy luật của chỳng thường thay đổi với nhau. Chớnh vỡ vậy việc lựa chọn kớch thước tiết diện đường dẫn phải trờn cơ sở so sỏnh kinh tế- kĩ thuật nhiều phương ỏn. Tiờu chuẩn để chọn mặt cắt kinh tế đường dẫn thường sử dụng là tổng chi phớ tớnh toỏn năm nhỏ nhất:
Z = Zd + Znt + ZE→ min
Trong đú: Z - Tổng chi phớ tớnh toỏn năm
+ Zd – Chi phớ tớnh toỏn đường dẫn và cỏc cụng trỡnh trờn nú + Znt – Chi phớ tớnh toỏn cỏc cụng trỡnh nối tiếp
+ ZE – Chi phớ tớnh đổi để bự đắp phần tổn thất điện năng Cụng thức cú thể viết: Z = Zk + ZE→ min Trong đú: Zk = Zd + Znt = C T K 0 +
K - Vốn đầu tư xõy dựng cụng trỡnh đường dẫn và cụng trỡnh nối tiếp T0 - Thời gian bự vốn tiờu chuẩn, T0 = 10 năm
C – Chi phớ vẫn hành cú thể lấy theo phần trăm vốn đầu tư K C = pK, p = 0.05
Chi phớ tớnh toỏn theo tổn thất năng lượng và cụng suất ZE trong trường hợp tổng quỏt bao gồm chi phớ tớnh phần tổn thất điện năng ΔE và chi phớ tớnh đổi phần tổn thất cụng suất ΔNmax, nú được biểu diện dưới dạng tổng quỏt:
p k ΔN ψ.ΔE.s T 1 Z ND max 0 E + + = ϕ
Trong đú: kND - vốn đầu tư cho một đơn vị cụng suất tăng thờm của TTĐ thay thế;
max
ΔN - tổn thất cụng suất lớn nhất do tổn thất cột nước; ϕ = 1.1 ữ 1.15 - hệ số tớnh đổi về cụng suất của TTĐ thay thế; ψ = 1.05 ữ 1.1 - hệ số tớnh đổi về điện lượng của TTĐ thay thế; ΔE- tổn thất điện năng của TTĐ do tổn thất cột nước; s – đơn giỏ sản xuất điện năng tớnh trờn chi phớ vận hành của TTĐ
Trong thực tế tớnh toỏn, chi phớ thay thế cho tổn thất điện năng với độ chớnh xỏc tương đối cú thể tớnh theo cụng thức sau:
ZE =ψ.ΔE.sp
Trong đú: ∆E - tổn thất điện năng tớnh theo cụng thức = ∫T 0 3 2 2 Q dt R C ω 9.81η. ΔE
Thành phần trong cụng thức trờn hoàn toàn xỏc định được bằng đồ giải khi cú đường quan hệ duy trỡ lưu lượng Q ~ t bằng cỏch xõy dựng đường quan hệ Q3 ~ t và trị số tớch phõn là diện tớch giới hạn bởi đường cong Q3(t) và cỏc trục toạ độ.
T - số giờ trong 1 năm, T = 8760 h
b) Xỏc định kớch thước tiết diện
Đối với kờnh dẫn nước tiết diện hỡnh thang, kớch thước tiết diện được quyết định bởi hai thành phần: độ sõu nước h và chiều rộng đỏy kờnh b. Vỡ vậy, trong trường hợp này tiờu chuẩn phải thoả món khi xột đến sự biến đổi của hai đặc trưng này.
Trong thực tế thiết kế thường gặp ba trường hợp sau đối với kờnh dẫn nước thuỷ điện:
+ Chiều rộng kờnh khụng đổi b = const + Khi h = const, chiều rộng b thay đổi + Chiều rộng b và h thay đổi
Trong 3 trường hợp trờn, mặt cắt cú lợi nhất về kinh tế khi tổng chi phớ Z nhỏ nhất. Do giới hạn đồ ỏn và khối lượng tớnh toỏn lớn nờn tụi chỉ tớnh toỏn một số mặt cắt cú b, h thay đổi và đảm bảo lưu tốc kinh tế trong kờnh, Vkt = 2 ữ 3 m/s đối với kờnh bờ tụng cốt thộp.
Bảng kết quả tớnh toỏn mặt cắt kinh tế kờnh dẫn nước hỡnh thang B H Vđào Vđắp Vbờ tụng K ZK R C hw ∆E ZE Z m m m3 m3 m3 Tỷ đồng Tỷđồng m m Kw Tỷđồng Tỷđồng 6.0 1 62010.0 2480.4 1722.8 6.67 1.001 0.787 68.64 0.130 974720 0.682 1.683 5.2 1.1 57203.7 2288.1 1693.2 6.36 0.954 0.829 69.23 0.121 909864 0.637 1.591 4.5 1.2 53198.4 2127.9 1679.7 6.13 0.919 0.864 69.71 0.115 861143 0.603 1.522 3.9 1.3 49809.4 1992.4 1678.4 5.95 0.892 0.893 70.09 0.110 824522 0.577 1.469 3.4 1.4 46904.5 1876.2 1686.9 5.81 0.872 0.916 70.39 0.106 797203 0.558 1.430 2.9 1.5 44386.9 1775.5 1703.1 5.71 0.857 0.933 70.61 0.103 777192 0.544 1.401 2.5 1.6 42184.0 1687.4 1725.6 5.64 0.847 0.946 70.77 0.102 763034 0.534 1.381 2.0 1.75 40240.3 1609.6 1753.2 5.60 0.840 0.955 70.88 0.100 753641 0.528 1.367 1.8 1.8 38512.5 1540.5 1785.2 5.57 0.836 0.960 70.95 0.100 748189 0.524 1.360 1.4 1.9 36966.6 1478.7 1820.9 5.56 0.835 0.962 70.97 0.099 746037 0.522 1.357 1.1 2 35575.3 1423.0 1859.6 5.57 0.835 0.962 70.96 0.099 746685 0.523 1.358 0.8 2.1 34316.5 1372.7 1900.9 5.59 0.838 0.959 70.93 0.100 749734 0.525 1.363 0.5 2.2 33172.2 1326.9 1944.6 5.61 0.842 0.954 70.87 0.100 754863 0.528 1.371
Giải thớch cỏc đại lượng trong bảng: + B - chiều rộng đỏy kờnh, B (m) + H - Chiều sõu nước trong kờnh
+ Vđào - Thể tớch đào đất của tuyến kờnh, Vđào = Sđào*L + Vđắp - Thể tớch đắp đất tuyến kờnh, Vđắp = Sđắp*L + Vbờ tụng - Thể tớch bờ tụng làm kờnh, Vbờ tụng = Sbờ tụng*L
+ K - Vốn đầu tư tuyến kờnh, K = gd(Vđào + Vđắp) + gbtVbt ( tỷ đồng) gd – giỏ đào, đắp 1 m3 đất, gd = 50 000 đ gbt – giỏ 1 m3 đổ bờ tụng, gbt = 1000 000 đ + R – bỏn kớnh thuỷ lực mặt cắt kờnh + C - hệ số Cezi, C = 1/nR1/6 + hw - tổn thất cột nước trờn kờnh R C ω L * Q h 2 2 2 w =
+ ∆E – tổn thất điện năng trong 1 năm trờn kờnh ∆E = k*Q*hw*T , k = 8.6
Hỡnh 5-1: Biểu đồ quan hệ Zk, ZE, Z với B
Từ biểu đồ và từ bảng tớnh ta chọn mặt cắt kờnh hỡnh thang cú tiết diện B = 2 m, h = 1.75 m
5.1.4 Tớnh toỏn xỏc định cao trỡnh đỉnh bờ kờnh
Đỉnh bờ kờnh phải bố trớ cao hơn mực nước lớn nhất trong kờnh với một trị số an toàn nhất định. Độ vượt cao đỉnh bờ kờnh trờn mực nước cao nhất được tớnh toỏn theo cụng thức kinh nghiệm là : d = hs + e.
h s Chiều cao của súng do giú trờn mực nước tĩnh. hs = 0.5m e : Độ vượt cao an toàn. Lấy e = 0.2 m
→ d = 0.5 + 0.2 = 0.7 m
Mực nước lớn nhất trong kờnh được tớnh toỏn ở chế độ khụng ổn định trong quỏ tỡnh vận hành và sự cố đối với cỏc loại tổ mỏy thuỷ điện.
Cao trỡnh đỏy đầu kờnh 359.82 m.
Cao trỡnh đỉnh bờ kờnh ở đầu kờnh :∇Ddinh = ∇dauday + +d hk
= 359.82 + 0.7 + 1.75 = 362.27 m Cao trỡnh đỏy kờnh cuối: ∇kc = ∇kd – iL = 362.27 – 0.0003*3220 = 361.39 m
Bề rộng đỉnh bờ kờnh bờn trỏi khụng cú yờu cầu giao thụng là 2 m, bờn trỏi bố trớ đường giao thụng vận hành bờ kờnh cú bề rụng 5 m. Dọc theo kờnh dẫn bờn phải cú bố trớ rónh thoỏt nước mưa bằng đỏ xõy, cỏc mỏi đào đắp hai bờn mỏi được bảo vệ bằng cỏch trồng cỏ.
5.1.5 Tớnh toỏn tràn bờn trờn kờnh
Trong quỏ trỡnh vận hành, khi tổ mỏy gặp sự cố phải cắt tải đột ngột, van turbin đúng nhanh trong khi van ở CLN chưa kịp đúng. Do đú nước vẫn chảy qua CLN vào kờnh. Lượng nước đú cần phải được xả bỏ qua tràn trờn kờnh và trong bể ỏp lực.
Tràn trờn kờnh thường bố trớ gần đầu kờnh, dễ thỏo nước đến nơi tụ thuỷ. Trong đồ ỏn này tụi chọn vị trớ tràn cỏch đầu kờnh 200 m
Cao trỡnh tràn bờn: ∇tb = MN kờnh + a
MN kờnh = Zd + h = 359.82 – 0.0003*200 + 1.75 = 361.51 a - độ cao an toàn của ngưỡng tràn, a = 0.05 m
= 361.51 + 0.05 = 361.56 m Chọn loại tràn Ophixerop, hệ số lưu lượng m = 0.48 Chiều cao mực nước trờn tràn: Ht = 0.5 m
Bề rộng tràn bờn: Btr = 32 tr tk .H 2g m. Q = 32 5 . 0 * 81 . 9 * 2 * 48 . 0 46 . 14 = 19.23 m Chọn Btr = 20 m
Trong đoạn tràn bờn tụi làm bể lắng cỏt cú chiều dài L = B, độ sõu h = 0.5 m, cú bố trớ cống xả cỏt dưới thõn tràn.