PHẦN III: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN
CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
+ Đập dâng nước: đối với công trình thuỷ điện Bản Vẽ đập dâng nước có nhiệm vụ tạo cột nước và điều tiết lưu lượng để phát điện.
+ Đập tràn và công trình xả lũ: có nhiệm vụ xả nước khi mực nước trong hồ vượt quá MNDBT.
+ Tuyến năng lượng và nhà máy thủy điện.
1. Nhiệm vụ của công trình thuỷ công
Công trình thuỷ công là một phần quan trọng của TTĐ có nhiệm vụ tập trung cột nước tạo thành hồ chứa, điều tiết lưu lượng cho nhà máy thuỷ điện theo yêu cầu sử dụng. Ngoài ra còn có nhiệm vụ phòng lũ cho hạ lưu, tăng khả năng nuôi trồng thuỷ sản, cải tạo môi trường sinh thái, đảm bảo giao thông thuỷ tốt hơn.
Công trình thuỷ công có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả phát điện vì vậy khi thiết kế công trình thuỷ công cần đảm bảo thoả mãn về kinh tế và kỹ thuật. Thành phần công trình thuỷ công bao gồm:
- Công trình đầu mối: đập dâng nước và công trình xả lũ
- Công trình trên tuyến năng lượng: cửa lấy nước, đường hầm dẫn nước trước tháp, tháp điều áp, đường hầm dẫn nước sau tháp, kênh dẫn nước hạ lưu nhà máy.
2. Cấp công trình.
Xác định từ 2 điều kiện:
a. Theo chiều cao đập và loại nền:
Chiều cao đập xác định sơ bộ : ∇đỉnh đập = MNDBT+d Trong đó : d = 1,5÷ 3 (m) , sơ bộ lấy d = 3 (m).
∇đỉnh đập = MNDBT + d = 145 + 3 = 148 (m)
⇒ Chiều cao đập là: Hđập =∇đỉnh đập - ∇đáy đập
Với ∇đáy đập – Cao độ điểm thấp nhất đáy đập sau khi đã bóc bỏ lớp phong hoá.
Lớp phong hoá dày 5 m.
⇒ ∇đáy đập = 50 – 5 = 45 (m).
Vậy chiều cao đập là: Hđập = 148 – 45 = 103(m).
Vậy theo TCVN 285-2002 ta tra bảng 2.2 với kết cấu đập là bê tông trọng lực được cấp của công trình là cấp I.
b. Theo nhiệm vụ của công trình: nhiệm vụ chính của công trình Bản Vẽ là phát điện với công suất lắp máy là 140 (MW). Theo TCVN 285-2002 ta tra bảng 2.1 được cấp của công trình là cấp II .
Vậy từ hai điều kiện trên ta có cấp của công trình là cấp I.
Các chỉ tiêu khi thiết kế công trình thuỷ công:
- Tần suất lũ thiết kế: P = 0,1%.
- Tần suất lũ kiểm tra: P = 0, 02%.
- Tần suất gió lớn nhất: P = 2%.
- Tần suất gió bình quân lớn nhất: P = 50%
- Hệ số tin cậy: Kn = 1,25.
- Hệ số vượt tải: n = 0,95
- Hệ số điều kiện làm việc: m = 0,95 - Các độ cao an toàn của đỉnh đập:
+ Ứng với MNDBT: a = 1m.
+ Ứng với MNLTK: a’ = 0,7m.
3. Các công trình đầu mối
Vị trí cụm công trình đầu mối
Vị trí cụ thể được thể hiện trên bản vẽ mặt bằng tổng thể công trình.
Phương án bố trí công trình được mô tả như sau:
- Đập dâng: Đập bê tông trọng lực
- Tràn xả lũ: Tràn xả lũ kết cấu BTCT bố trí ở giữa lòng sông gồm tràn xả mặt và tràn xả sâu để điều tiết lũ.
- Tuyến năng lượng: Bố trí bên trái đập dâng. Gồm cửa lấy nước, hai đường ống dẫn nước được bố trí bên bờ trái.
- Nhà máy và trạm phân phối: Nhà máy kiểu kín, nhà máy gồm 2 tổ máy tuabin tâm trục trục đứng. Trạm phân phối 220kV bố trí tại khu vực bờ trái.
Tính toán điều tiết lũ 3.2.1. Nhiệm vụ
Điều tiết lũ có nhiệm vụ hạ thấp lưu lượng xả nhằm đáp ứng các nhu cầu phòng lũ cho công trình ven sông và khu vực hạ lưu, giảm chiều cao nhà máy thuỷ điện do phải vượt Zhlmax. Mục đích tính toán điều tiết lũ là tìm ra biện pháp phòng lũ thích hợp nhất .
3.2.2. Lưu lượng xả an toàn
Là lưu lượng xả lớn nhất mà đảm bảo sông không bị xói lở, mực nước hạ lưu không ngập lụt. Nếu qmax nhỏ thì dung tích phòng lũ sẽ lớn, thời gian lũ kéo dài gây thiệt hại về ngập lụt ở phía thượng lưu lớn. Vốn đầu tư xây dựng công trình tăng nhưng hạ lưu an toàn và ngược lại. Do vậy việc xác định qmax là một vấn đề quan trọng phải thông qua tính toán kinh tế để so sánh.
3.2.3. Các phương pháp phòng lũ - Phòng lũ trên (phòng lũ siêu cao ).
- Phòng lũ kết hợp.
Với trạm thủy điện Bản Vẽ dung tích hữu ích của hồ chứa là Vhi = 756,5.106 m3, nên tôi chọn phương pháp phòng lũ bằng dung tich siêu cao . Chọn biện pháp tháo lũ :
Do lưu lượng đỉnh lũ lớn Qmax = 2430 (m3/s) nên tôi chọn biện pháp tháo bằng tràn có cửa van kết hợp xả đáy. Phần xả lũ đáy sẽ có nhiệm vụ tháo lũ ngay khi lũ bắt đầu xuất hiện sau đó xả mặt kết hợp .
3.2.4. Tính toán điều tiết lũ.
Điều tiết lũ có nhiệm vụ cơ bản là ngiên cứu cách hạ thấp mực nước lũ, nhằm đáp ứng các yêu cầu phòng lũ cho công trình. Mục đích của điều tiết lũ là thông qua tính toán để tìm ra các biện pháp phòng chống lũ thích hợp và có hiẹu quả nhất như xác định quy mô và kích thước của công trình xả...
Các phương pháp điều tiết lũ : - Phương pháp giải tích .
- Phương pháp Pôtapôp . - Phương pháp Kôtrêrin .
Theo tài liệu cho lưu lượng lũ theo tần suất thiết kế P = 0,1% là Qp=0,1% = 2430 m3/s và WL = 326,3.106m3. Ta tiến hành tính toán điều tiết lũ theo phương pháp Kôtrêrin,
Lưu lượng xả lũ lớn nhất được tính theo công thức : qmax = Qmax ( 1 -
L pl
W V )
Trong đó : qmax – Lưu lượng xả lớn nhất kể cả qua nhà máy . WL – Tổng lượng lũ thiết kế
Vpl: dung tích phòng lũ
• Tính toán lưu lượng xả :
TTĐ Bản Vẽ có lưu lượng lũ kkông lớn lắm nên tôi chọn hình thức tràn của Đập Bản Vẽ là tràn tự do có cao trình cao trình ngưỡng tràn = 145(m).
∇ngưỡng=∇MNDBT= 145(m).
W(MNDBT = 145) = 1146,5*106 m3 Giả thiết ∇MNL từ MNDBT trở lên
Khi đó cột nước trước tràn ∆Htr= Zgt - MNDBT WMNL tra quan hệ Z~W thượng lưu
Wsc=WMNL-WMNDBT
W ) 1
max (
max
L sc
Q W
q = ì −
Qxả = qmax – α .QmaxD
T , với α = (0,75÷0,9), chọn α = 0,8.
QTĐmax = Q’1.D21. Htt .Z = 2.136,29 = 272,58(m3/s) Zhl tra quan hệ Qxả~Zhl tại tuyến đập
ZZgtgt
∆Htr WWMNLMNL WWscsc qqmaxmax QQxảxả
(m)(m) (m)(m) 101066(m(m33)) 101066(m(m33)) (m(m33/s)/s) (m(m33/s)/s) 145
145 11 1146.525 00 2430.037242430.03724 2211.97322211.9732 145.5
145.5 1.51.5 1167.928 21.39821.398 2270.649942270.64994 2052.58592052.5859 146146 22 1189.330 42.80042.800 2111.262642111.26264 1893.19861893.1986 146.5
146.5 2.52.5 1210.733 64.20364.203 1951.875341951.87534 1733.81131733.8113 147147 33 1232.135 85.60585.605 1792.488051792.48805 1574.4241574.424 147.5
147.5 3.53.5 1253.538 107.008107.008 1633.100751633.10075 1415.03681415.0368 148148 44 1274.940 128.410128.410 1473.713451473.71345 1255.64951255.6495 148.5
148.5 4.54.5 1296.343 149.813149.813 1314.326161314.32616 1096.26221096.2622 149149 55 1317.745 171.215171.215 1154.938861154.93886 936.87486936.87486 149.5
149.5 5.55.5 1339.148 192.618192.618 995.551563995.551563 777.48756777.48756 150
150 66 1360.550 214.020214.020 836.164266836.164266 618.10027618.10027 150.5
150.5 6.56.5 1381.953 235.423235.423 676.776969676.776969 458.71297458.71297 151151 77 1403.355 256.825256.825 517.389672517.389672 299.32567299.32567 Do thời gian còn hạn chế, và căn cứ vào chiều dài của tuyến đập dâng, trong phần này em chỉ tính toán với
1. số khoang tràn n = 4 2. Khoảng cách giữa các khoang tràn b =10 m
3. Tổng chiều rộng tràn : ∑n*b=40(m).
Vậy ứng với các cột nước trước tràn Htr ta có các Qxả tương ứng Lúc này ta phải đi tìm cột nước trước tràn hợp lí (với ∑n*b=40m)
Trình tự tính toán như sau:
Ta tiến hành tính toán với các cột nước trước tràn khác nhau. Ứng với mỗi giá trị ta tìm được tổng chiều rộng của tràn dựa trên công thức tính lưu lượng qua đập tràn:
Qxả = ε. m .σn. n.b. 2g . H3 / 2t
2 /
. 3
2 . .
. n t
xa
H g m
nb Q
σ
=ε
→
Trong đó: Qxả : lưu lượng xả qua tràn (tương ứng với cột nước trước tràn) (m3/s)
σn = 1 ( tràn tự do )
m: hệ số lưu tốc của tràn được xác định theo công thức:
m = mtk.σH.σhd
Đối với đập tràn ôphixểôp loại I thì mtk = 0,49 σhd: Hệ số sữa chữa hình dạng σhd = f(
P , l ,β
α )
Chọn α=45o , =60 , = 0,9 P
o l
β → σhd= 0,978 (tra bảng tra thuỷ lực) σH: Hệ số sữa chữa cột nước khi H ≠Htk
σH= f(α,
tk
H
H ); Lấy σH=1 → m = 0,49.0,978.1 = 0,479
ε là hệ số co hẹp bên khi qua các trụ pin,được xác định theo công thức:
ε =1-0,2.
b H n
n mt t
mb ( 1)ξ .
ξ + −
n: số khoang tràn
b: chiều rộng mỗi khoang tràn (m)
Ta chọn các mố trụ của tràn hình trụ tròn có : ξmb= 0,7 và ξmt = 0,45
Tính toán Htr tăng dần, n = 4, b =10, để lấy được n và b phù hợp (n.b tính~n và b dã chọn)
Sau đó ta tiến hành kiểm tra lại ∆Htr với việc giả thiết ε (n và b đã biết),kiểm tra với ε tt vớiεgt xem có gần bằng nhau không, nếu bằng nhau thì kết quả coi là chính xác.
Ht ngt bgt
n.b
ε n.b (tính)
ε
1 4 10 40 0.9898 1053.34
1.5 4 10 40 0.9846 534.821
2 4 10 40 0.9795 322.079
2.5 4 10 40 0.9744 212.168
3 4 10 40 0.9693 147.339
3.5 4 10 40 0.9641 105.645
4 4 10 40 0.959 77.1391
4.5 4 10 40 0.9539 56.7439
5 4 10 40 0.9488 41.6284
5.5 4 10 40 0.9436 30.1068
6 4 10 40 0.9385 21.1209
6.5 4 10 40 0.9334 13.9775
7 4 10 40 0.9283 8.20629
7.5 4 10 40 0.9231 3.47856
εgt Hotk
εtt
0.9800 5.025 0.9618
0.9700 5.060 0.9616
0.9600 5.095 0.9613
0.9550 5.112 0.9612
0.9500 5.130 0.9610
0.9400 5.167 0.9608
0.9300 5.204 0.9605
0.9200 5.241 0.9602
0.9100 5.280 0.9599
0.9000 5.319 0.9596
0.8900 5.358 0.9593
0.9800 5.025 0.9618
Như vậy, theo bảng trên ta đã chọn được 1. n = 4 (khoang)
2. b = 10 m.
3. ΣB = 40 m.
4. Htr= 5m . 5. ε =0,96
Việc xác định cột nước tràn có ảnh hưởng rất lớn đến điều kiện ngập lụt.
Nếu cột nước tràn lớn hay chiều rộng tràn nhỏ thì lưu lượng xả (Qxả) lũ chậm, dung tích siêu cao lớn, dẫn đến ngập lụt phía thượng lưu lớn. Ngược lại ,nếu cột nước tràn nhỏ hay chiều rộng tràn lớn thì lưu lượng xả lũ lớn, thượng lưu ngập lụt ít, tuy nhiên lũ được xả nhanh nên hạ lưu ngập lụt lớn.
Dựa vào bảng tính toán HT ta sơ bộ chọn tổng chiều rộng tràn là ΣB = 40 m ứng với cột nước tràn Ht = 5m. Với 4 khoang tràn, mỗi khoang rộng 10 (m).
Mố trụ và mố bên lượn tròn: Chọn chiều dày mố trụ dày dmt = 2m, chiều dày mố bên dmb = 2 m.
Tổng bề rộng khoang tràn : Btr = nb + 2.dmb + (n – 1)dmt = 4.10 + 2.2 + 3.2 = 50(m).