PHẦN V: THIẾT KẾ TUYẾN NĂNG LƯỢNG
CHƯƠNG 1 CÁC CÔNG TRÌNH CHUYỂN NƯỚC
3. Các thiết bị bố trí trong cửa lấy nước
Các thiết bị bố trí trên cửa lấy nước bao gồm; Lưới chắn rác (LCR ), cửa van, thiết bị nâng chuyển, ống thông hơi, ống cân bằng áp lực.
a. Lưới chắn rác. (LCR).
Tác dụng của lưới chắn rác là tránh không cho các vật nổi, rác bẩn trôi vào nhà máy thuỷ điện. LCR có cấu tạo là dạng hệ khung kim loại trên đó có các thanh lưới bố trí dọc. Để giảm bớt sự cản trở của các thanh lưới tới dòng chảy ta chọn thanh lưới có mặt cắt ngang dạng hình lưu tuyến. Khoảng cách giữa các thanh lưới phụ thuộc loại turbin sử dụng trong nhà máy thủy điện, với trạm thủy điện Bản Vẽ sử dụng turbin PO nên khoảng cách giữa hai thanh lưới được xác định như sau.
(cm). Với b = (3 10)cm.
Chọn b = 10(cm)., và các thanh lưới tiết diện tròn với = 1 (cm)
b. Thiết bị vớt rác trên lưới.
Việc dọn rác bẩn trên lưới chắn rác nhờ các thiết bị chuyên dụng. Các thiết bị này được bố trí trên cầu trục sử dụng chung cho toàn bộ cửa lấy nước.
c. Cửa van.
Cửa lấy nước của TTĐ Bản Vẽ được bố trí hai cửa van: van công tác và van sửa chữa.
Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1
Tiểu luận Tư tưởng HCM
Van sửa chữa luôn đặt trước van công tác, có nhiệm vụ đóng không cho nước vào đường ống của nhà máy thuỷ điện khi có yêu cầu sửa chữa tổ máy hoặc van công tác. Van sửa chữa đóng khi nước đứng yên (van công tác đã chặn nước đóng trước).
Cấu tạo: là van phẳng, vật liệu làm van là thép.
Van công tác dùng để đóng không cho nước chảy vào đường ống trong các trường hợp khi có yêu cầu sửa chữa hay bị sự cố. Trong quá trình vận hành của nhà máy thuỷ điện, van công tác luôn ở trong tư thế sẵn sàng làm việc.
Cấu tạo: là van phẳng làm bằng thép.
d. Thiết bị nâng chuyển.
Để phục vụ cho việc đóng mở, thao tác tháo lắp các van và lưới chắn rác cũng như việc vớt rác bẩn trên lưới chắn rác ta bố trí cần trục chân dê để phục vụ chung cho toàn bộ các cửa lấy nước của TTĐ Bản Vẽ.
e. Ống thông khí .
Ống thông khí có nhiệm vụ làm giảm bớt áp lực chân không trong đường ống khi đóng van công tác hoặc tháo cạn nước trong đường ống áp lực. Cao trình miệng ống phải bố trí sao cho không bị ngập và phải bố trí lưới hoặc nắp đậy để tránh đất đá rơi vào trong ống. Tiết diện đường ống thông khí được xác định theo công thức sau: FK =
Trong đó:
Qk - Lưu lượng không khí, nó phụ thuộc vào cách đặt đường ống áp lực: Với đường ống đướng ống áp lực đặt trong đập bê tông thì có thể lấy bằng lưu lượng lớn nhất qua tổ máy, Qk = Qtm = 136,29 (m3/s).
Vk - Vận tốc không khí trong ống thông khí, thường Vk=(2550) (m/s). Chọn Vk= 40 (m/s).
Fk = Đường kính ống thông khí:
Vậy chọn Dk = 2,10 (m).
f. Ống cân bằng áp lực.
Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1
Tiểu luận Tư tưởng HCM
Ống cân bằng áp lực có nhiệm vụ tạo nên sự cân bằng về áp lực nước trước và sau van công tác, để giảm nhẹ lực nâng và tránh được những chấn động khi mở, bằng cách dẫn nước từ thượng lưu vào đầy đường ống áp lực trước khi mở cửa van. Ống cân bằng áp lực được bố trí trong thân trụ pin.
g. Tường ngực.
Tường ngực chịu toàn bộ áp lực nước tác dụng vào CLN và truyền vào đất đá sau CLN.
Cấu tạo: là khối bê tông cốt thép có chiều dày lớn.
h. Tường chắn vật nổi.
Tác dụng: ngăn không cho vật nổi trôi vào đường dẫn trên lưới chắn rác.
Làm giảm kích thước lưới chắn rác đồng thời tạo nên kết cấu giằng làm tăng độ cứng của toàn bộ CLN.
Cấu tạo: là tấm bê tông cốt thép có chiều dày đủ chịu áp lực nước và sự va đập của vât nổi.
Kích thước và kết cấu tông bộ phận của CLN được thể hiện trong các bản vẽ.
4. Tính toán cửa lấy nước.
a. Xác định vận tốc dòng chảy trước CLN.
Vận tốc trước lưới chắn rác phụ thuộc vào độ ngập sâu của CLN so với MNDBT, độ bẩn của dòng chảy và phương thức vớt rác trên LCR. Nếu vận tốc càng lớn thì áp lực thuỷ động tác dụng lên lưới chắn rác càng lớn thì càng khó vớt rác do đó:
+ Nếu độ ngập sâu 25(m) và thường xuyên vớt rác trong quá trình vận hành thì: v= (11,2) m/s.
+ Nếu độ ngập sâu >25(m), tiến hành vớt rác thường xuyên thì: v
=(0,60,8)m/s.
+ Nếu độ ngập sâu quá lớn, và không thể tiến hành vớt rác thường xuyên thì: v = (0,30,5) m/s.
Với TTĐ Bản Vẽ có MNDBT - MNC = 18 m, độ ngập sâu < 2025(m) và tiến hành vớt rác thường xuyên do đó tôi chọn vận tốc trước lưới chắn rác là v
= 1,2 (m/s).
b. Xác định kích thước cửa vào của CLN.
Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1
Tiểu luận Tư tưởng HCM
Diện tích cửa vào CLN có dạng hình chữ nhật và được xác định theo biểu thức:
F= (m2).
Với F =113,575 (m2) tôi chọn kích thước cửa vào CLN là: bxh = 15,5x7,5 (m2).
c. Xác định cao trình trần và ngưỡng CLN.
Cao trình trần CLN ( ) được xác định theo công thức sau:
Trong đó : h1 là khoảng cách từ MNC tới trần CLN để tránh tạo nước xoáy và không khí lọt vào trong đường ống: h1= (12) (m); chọn h1 = 1(m).
= 126 (m).
Cao trình ngưỡng CLN ( ):
Trong đó : h chiều cao cửa vào CLN; h = 8,5 (m).
126-7,5 = 118,5 (m).
Kiểm tra cao trình ngưỡng CLN theo điều kiện bùn cát ta có:
( ) = (118,5- 117,25) = 1,25(m).
Vậy bùn cát không lọt vào trong cửa lấy nước.
d. Hình dạng cửa lấy nước.
- Xác định hình dạng cửa vào CLN:
Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1
Tiểu luận Tư tưởng HCM
Phương trình của trần CLN có dạng:
Phương trình của ngưỡng CLN có dạng:
Trong đó:
: Hệ số co hẹp dòng chảy theo phương thẳng đứng.
acv: Bán trục dài của elip.
- Cao trình tuyến phân chia dòng chảy:
pc = MNDBT – ht' ht' = ht – ht"
ht: Chiều sâu nước trước cửa nước vào.
ht = MNDBT – Đáy = 145 – 105 = 40m.
Đáy – là cao trình đáy tại vị trí cửa lấy nước. Đáy = 105m.
P: Chiều cao ngưỡng cửa lấy nước, P = n – Đáy = 118,50 – 105 = 13,50 m.
Với n: Cao trình ngưỡng cửa lấy nước, n = 118,50 m.
h: Chiều cao đường ống, h = 6 m.
m.
ht' = ht – ht" = 40 – 15,88 = 24,12 m.
pc = MNDBT – ht' = 145 – 24,12 = 120,88 m.
- Các thông số kích thước cửa vào:
'.a' = n + h – pc = 118,50 + 6 – 120,88 = 3,62 m.
a' = Tr – pc = 126 – 120,88 = 5,12 m.
".a" = pc – n = 120,88 – 118,5 = 2,38 m. Mặt khác:
,
".a" = = 2,27. Giải phương trình, ta được:
Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1
Tiểu luận Tư tưởng HCM
a = = 6,68 m.
Vậy phương trình cửa lấy nước có dạng:
+ Ngưỡng trên:
+ Ngưỡng dưới:
e. Tính toán tổn thất thuỷ lực qua CLN :
(Tính theo sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi “ phần II công trình trên tuyến năng lượng và thiết bị thuỷ điện -Tập 6- Chương 1)
- Tổn thất thuỷ lực qua tường ngực.
ht = . Với t = 0,8
2
1
: độ sâu tương đối của tường ngực đối với chiều sâu cửa lấy nước Do độ ngập sâu của tường ngực thay đổi nên ta không xác định được chính xác độ ngập sâu tương đối của tường ngực. Sơ bộ có thể lấy t = 0,05 ứng với độ ngập sâu = 0,2
- Tổn thất thủy lực qua lưới chắn rác.
Tổn thất qua lưới chắn rác tính theo công thức:
hl = , Với Trong đó:
V: Vận tốc dòng chảy trước lưới
Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1
Tiểu luận Tư tưởng HCM
: góc nghiêng đặt lưới so với mặt phẳng ngang, lấy = 900 S: chiều dầy mỗi thanh lưới, lấy s = 1(cm)
l : khoảng cách giữa hai thanh lưới, l = 10 (cm)
: hệ số phụ thuộc hình dạng thanh lưới, lấy theo bảng 1-1 và hình 1- 21
Chọn hình dạng thanh lưới tròn 2 đầu như hình c-121 Tra bảng 1-1 ta được = 1,67
= 0,078 - Tổn thất thủy lực qua cửa van.
hv = V2g
2
v
Trong đó:
V : Vận tốc tại mặt cắt cửa van, lấy bằng vận tốc trước LCR v : hệ số tổn thất cửa van, Chọn cửa van phẳng = 0,25 - Tổn thất thủy lực ở các khe đặt cửa van.
hk = Với Trong đó:
V: vận tốc dòng chảy ở mặt cắt trước khe van,lấy bằng vận tốc dòng chảy trước LCR
lk, ek: chiều rộng và chiều sâu khe cửa van Sơ bộ chọn lk = 0,6 (m); ek = 0,5 (m)
= 0,027. = 0,0324
- Tổn thất thuỷ lực đoạn đường dẫn có mặt cắt thay đổi liên tục (đoạn sau lưới chắn rác đến mặt cắt đường hầm dẫn nước).
Tổn thất thuỷ lực tính theo tổn thất dọc đường:
hd = hdi = di
Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1
Tiểu luận Tư tưởng HCM
di = Trong đó:
: hệ số tổn thất của đoạn đường hầm, phụ thuộc độ nhám thành.
Xác định theo công thức:
Theo maninh: C= , với n = 0,015
di =
li, Fi, i: chiều dài, diện tích và chu vi ướt của đoạn đường dẫn i.
F1 =(7,5.15,5+6.6)/2 = 76,13 (m2), 1 = 35(m). l1 = 12 (m) F2 = = 28,26 (m2) , 2 = 3,14.6 = 18,84 (m). l2 = 8 (m)
di = + = 0,04
Tổng các hệ số tổn thất là:
= + +2. +2. + = 0,05+0,078 +2.0,25+2.0,0324 +0,04 = 0,733
Tổn thất cột nước qua CLN là: hCLN = 0,733. = 0,054 (m) 1.2. Công trình chuyển nước từ nhà máy thuỷ điện xuống hạ lưu.
Kênh xả ra của nhà máy thuỷ điện đi từ cửa ra của nhà máy thuỷ điện chạy xiên về phía hạ lưu để nối với sông Cả. Đáy kênh xả trong đoạn đầu giáp với nhà máy thuỷ điện có độ dốc ngược 1:5, kênh có mặt cắt hình thang.
Bên bờ trái kênh bố trí tường chạy dọc nối từ đầu hồi nhà máy để tránh dao động mực nước hạ lưu khi nhà máy thuỷ điện làm việc trong mùa xả nước thừa.