Nh− trên đã cho thấy khí thực có thể lμm h− hỏng các bộ phận khác nhau của công trình tháo nước, nhiều trường hợp dẫn đến sự cố nghiêm trọng. Vì vậy trong thiết kế, xây dựng, cũng nh− quản lý khai thác công trình tháo n−ớc cần phải áp dụng các biện pháp phòng chống khí thực. Một số biện pháp cơ bản nhất nh− sau:
1. Không cho phát sinh khí hoá, hoặc chỉ giới hạn khí hoá dòng chảy ở giai
đoạn đầu
Các bộ phận công trình có đ−ờng biên dạng chảy bao không thuận lμ những nơi dễ dμng sinh khí hoá vμ dẫn đến khí thực. Khí hoá thường xảy ra ở các cửa vμo của công trình tháo n−ớc có áp, các đầu trụ pin, các khe van vμ buồng cửa van, các mố tiêu năng, mố phân dòng vμ buồng cửa van, các gồ ghề cục bộ trên bề mặt công trình tháo n−ớc (mặt trμn, dốc n−ớc, thμnh ống...). Vì vậy khi thiết kế các bộ phận nμy, cần phải chọn
đường viền đủ để đảm bảo không sinh khí hoá, hoặc nếu có thì cũng chỉ hạn chế ở giai
đoạn đầu.
a) Điều kiện không sinh khí hoá:
K > Kpg , (5-20)
b) Điều kiện chỉ giới hạn khí hoá ở giai đoạn đầu:
K > Kpgx , (5-21)
Trong đó:
K - hệ số khí hoá thực tại của dòng chảy gần vật chảy bao đang xét, xác định theo công thức (5-17), trong đó trị số của HĐT vμ VĐT đ−ợc quy định cho từng vật chảy bao (xem các tμi liệu chuyên môn).
Kpg - đặc tr−ng cho từng vật chảy bao, đ−ợc trình bμy trong các tμi liệu chuyên môn [10],...
Kpgx - hệ số khí hoá giới hạn bắt đầu xâm thực, th−ờng lấy:
Kpgx = 0,85Kpg , (5-22)
2. Lựa chọn vật liệu theo độ bền khí thực
Trong nhiều tr−ờng hợp, việc thiết kế đ−ờng bao công trình theo (5-20) sẽ dẫn
đến lμm tăng kích thước công trình quá nhiều, không đảm bảo điều kiện kinh tế. Khi đó có thể chấp nhận khí hoá, nh−ng phải lựa chọn loại vật liệu có độ bền khí thực cao để bố trí tại các vị trí có khí hoá dòng chảy vμ khu vực lân cận. Các vật liệu đ−ợc chọn th−ờng lμ bê tông mác cao, thép, chất dẻo, cao su... Tuy nhiên, đối với các lớp bọc thép, chất dẻo, cao su trên mặt bê tông thì khó khăn nhất lμ việc xử lý mối nối giữa phần có bọc vμ không bọc; thường thì các mối nối nμy lại lμ nguồn sinh khí hoá để phá hoại phần bề mặt bê tông không bọc kế liền nó.
www.vncold.vn
Khả năng chấp nhận khí hoá mμ không sinh khí thực đ−ợc đảm bảo với điều kiện sau:
Vy < Vng; (5-23)
hoặc: V < Vcp, (5-24)
Trong đó:
Vy - lưu tốc cục bộ của dòng chảy tại vị trí kiểm tra (thường xác định theo lý thuyết lớp biên);
Vng - lưu tốc ngưỡng xâm thực, phụ thuộc vμo loại vật liệu, thường xác định bằng thí nghiệm;
V - lưu tốc bình quân tại mặt cắt kiểm tra;
Vcp - lưu tốc cho phép không xâm thực, phụ thuộc vμo loại vật liệu vμ vật chảy bao.
Việc kiểm tra theo (5-23) thường gặp khó khăn trong việc xác định Vy. Vì vậy, tiện lợi hơn lμ áp dụng công thức (5-24), trong đó cần xác định trị số của Vcp theo chỉ dẫn ở các sổ tay tính toán thủy lực.
3. Dẫn không khí vào miền hạ áp
Các thí nghiệm cũng nh− quan trắc thực tế
đã xác nhận rằng khi dẫn không khí vμo miền hạ áp trong dòng chảy thì trị số lưu tốc ngưỡng xâm thực của vật liệu tăng lên (hình 5-8), xâm thực giảm hẳn hoặc triệt tiêu hoμn toμn.
Vì vậy giải pháp bố trí các đ−ờng ống dẫn không khí vμo những vị trí dự kiến có khả năng bị khớ thực lμ cho hiệu quả rừ rệt vμ đó đ−ợc ỏp dụng nhiều. Th−ờng bố trí tiếp khí cho các bộ phận của buồng van, bề mặt đập trμn, dốc nước, các mố tiêu năng. Một sơ đồ tiếp khí trên mặt dốc n−ớc đ−ợc thể hiện trên hình 5-9.
40
30
20
10
10 15 20 25 30 35
V (m/s) R (MPa)
S = 0 2 % 4%
S = 8%, 6 %
b
ng
Hình 5-8: Quan hệ lưu tốc ngưỡng với mác bê tông (Rb) và hệ số hàm khí trong
nước (S) đối với vật chảy bao hình trụ (tài liệu thí nghiệm của VNIIG [10]).
4. Dẫn n−ớc vào miền hạ áp
Việc dẫn nước vμo vùng đạt chân không lớn nhất ở các mố tiêu năng có tác dụng giảm trị số Kpg của mố vμ ngăn ngừa khả năng khí thực.
www.vncold.vn
l
l A
A i = Δ
z/l
Δz
L LT ®
Δz
Thông khí kiểu hở A - A
z Δz
kÝn Thông khí kiểu
a) b)
r
d d
Hình 5-9: Sơ đồ thiết bị tiếp khí trên mặt dốc nước
a) Dạng mặt nghiêng ở đáy và thành bên; b) Dạng mặt nghiêng và bậc thụt ở đáy.
Ví dụ về giải pháp loại nμy nh− trên hình (5-10). N−ớc từ vùng áp lực d−ơng ở mặt tr−ớc đ−ợc dẫn qua hệ thống cửa thông với vùng chân không ở các mặt bên. Tỷ lệ tối −u của đ−ờng kính cửa vμo vμ cửa ra của các ống thông lμ dR/dV = 0,6.
5. áp dụng kết cấu "phi khí thực"
Nh− trên đã cho thấy, giai đoạn khí hoá có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng xâm thực (hình 5-7). Với giai đoạn siêu khí hoá, dòng chảy có khả năng xâm thực rất nhỏ. ở giai đoạn nμy, đuốc khí hình thμnh sau vật chảy bao đ−ợc mở rộng trên một phạm vi lớn của dòng chảy vμ không có giới hạn rõ rμng, biên của nó không khép lại ở gần thμnh rắn nên sự nổ vỡ bọt khí không đủ tập trung để lμm mỏi vμ phá
huỷ vật liệu.
d
d v
R
Hình 5-10: Sơ đồ mố tiêu năng có các ống thông n−ớc từ mặt tr−ớc ra mặt bên
(trị số Kpg giảm từ 2,1 xuống 0,7 ữ 0,8).
Dựa vμo tính chất nμy, người ta đã đề xuất sử dụng các kết cấu "phi khí thực", tức những kết cấu mμ khi dòng chảy bao quanh nó sẽ phát sinh khí hoá ở giai đoạn cuối, vμ
đặc biệt lμ các đuốc khí không khép lại ở gần thμnh rắn nên khả năng xâm thực rất ít xảy ra. Kết cấu loại nμy đ−ợc đề nghị áp dụng đối với các mố tiêu năng, phân dòng vμ buồng van; ở đây người ta tạo ra các bậc thụt vμ mũi hất để hướng phần đuốc khí vμo trong lòng dòng chảy, tránh xa các thμnh của lòng dẫn.
Loại kết cấu nμy ch−a đ−ợc sử dụng nhiều, vμ nói chung khi thiết kế phải thông qua thí nghiệm để kiểm tra hiệu quả của chúng.
www.vncold.vn
6. Nâng cao chất l−ợng thi công
Khi thi công bề mặt qua n−ớc của công trình tháo n−ớc, nhất lμ những bộ phận tiếp xúc với dòng chảy có lưu tốc lớn, cần đặc biệt chú ý chất lượng bề mặt công trình, không cho phép rỗ mặt, vμ khống chế các gồ ghề cục bộ (nh− chỗ nối cốt pha, các đinh, chốt hay hòn cốt liệu lớn...) trong phạm vi cho phép.
Đ5.5. Sự hình thμnh sóng trên công trình tháo n−ớc
Sóng hình thμnh trên đ−ờng tháo n−ớc do nhiều nguyên nhân, chủ yếu lμ từ phía thμnh lòng dẫn, từ phía biên thượng lưu. Thường phân biệt hai loại chính: sóng dừng vμ sóng chạy.