Sổ tay Kỹ thuật thủy lợi

Nội dung text: Sổ tay Kỹ thuật thủy lợi

1. 1 Lời giới thiệu N−ớc ta là một n−ớc đang phát triển, năng l−ợng bình quân đầu ng−ời còn thấp so với nhiều n−ớc trong khu vực. Để duy trì đ−ợc tốc độ tăng tr−ởng GDP bình quân hàng năm trên 7% nh− hiện nay thì nhu cầu điện năng hằng năm cũng phải tăng trung bình t−ơng ứng khoảng 14%. Đó là một nhiệm vụ hết sức nặng nề đối với ngành điện lực trong nhiều thập kỷ tới . Với đặc điểm của n−ớc ta là một n−ớc nhiệt đới gió mùa m−a nhiều, nguồn n−ớc mặt của các sông suối dồi dào, tiềm năng thuỷ điện phong phú ( Trữ năng lý thuyết khoảng 271.3 tỷ KWh/năm, trữ năng kinh tế - kỹ thuật của 10 hệ thống sông lớn khoảng 88,6tỷ KWh/năm) thì việc −u tiên phát triển thuỷ điện phải là một h−ớng quan trọng trong chiến l−ợc phát triển của ngành điện lực. Trong công tác nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và vận hành các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện cũng nh− trong công tác đào tạo rất cần những cuốn sổ tay để tra cứu. Đáng tiếc rằng cuốn sổ tay thuộc lĩnh vực thuỷ điện đến nay vẫn còn ch−a có đầy đủ. Để đáp ứng đ−ợc những yêu cầu đòi hỏi cấp thiết đó theo sự phân công của Ban biên tập “ sổ tay kỷ thuật thuỷ lợi” chúng tôi biên soạn tập 6 phần 2 của bộ sổ tay với tên gọi là “Công trình trên tuyến năng l−ợng và thiết bị thuỷ điện” nhằm phục vụ việc tra cứu và tham khảo cho các kỷ s−, kỷ thuật viên làm công tác khảo sát, quy hoạch, thiết kế, thi công, quản lý vận hành các công trình thuỷ điện, đồng thời cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho giảng viên, sinh viên ngành thuỷ lợi thuỷ điện của các tr−ờng đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp. Nói chung, công việc nghiên cứu thiết kế một công trình thuỷ điện bao gồm ba nội dung sau: 1- Tính toán thuỷ năng, xác định các thông số cơ bản của TTĐ 2- Thiết kế các hạng mục công trình gồm: công trình đầu mối, Các công trình trên tuyến năng l−ợng và nhà máy thuỷ điện. 3- Chọn thiết bị cho TTĐ. Song vì khối l−ợng hạn chế tập sách nên chúng tôi chỉ hạn chế cuốn sách trong một số nội dung sau đây: Các công trình trên tuyến năng l−ợng và nhà máy thuỷ điện . Thiết bị thuỷ điện . Phần tính toán thuỷ năng độc giả có thể tham khảo phần tính toán điều tiết dòng chảy trong tập . . . Về công trình đầu mối gồm đập dâng n−ớc và công trình xả lũ có thể tham khảo trong tập 2, phần 2. Phần cửa van cho công trình đầu mối có thể xem tập . . . Còn một số phần khác ch−a có điều kiện giới thiệu trong sổ tay này, rất mong đ−ợc độc gỉa thông cảm và tìm đọc trong các tài liệu tham khảo khác. Tập 6 do PGS.TS Phan Kỳ Nam chủ biên và viết ch−ơng 2 , PGS.TS Nguyễn Duy Hạnh viết ch−ơng 1 và 3; TS Huỳnh Tấn L−ợng viết ch−ơng 4; PGS.TS Đỗ Văn Chiêu viết ch−ơng 6, các tiết 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 của ch−ơng 5 và các tiết 8.5, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9 của ch−ơng 8; PGS.TS Hoàng Đình Dũng viết ch−ơng 9, các tiết 5.8, 5.9 của ch−ơng 5 và các tiết 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 của ch−ơng 8; TS Hoàng Văn Thắng viết ch−ơng 7; KSCC Lê Gia Tài viết ch−ơng 10. Đây là cuốn sổ tay đ−ợc biên soạn lần đầu trong điều kiện thời gian ngắn, tài liệu tham khảo hạn chế. Các hệ loại và các đ−ờng đặc tính của turbin của các n−ớc sản xuất( Trừ CHLB Nga ) không đ−ợc giới thiệu rộng rãi nên không có điều kiện để tổng hợp giới thiệu. Trung Quốc có rất nhiều cơ sở sản xuất thiết bị turbin nh−ng cũng ch−a đ−ợc hệ thống hoá và giới thiệu đầy đủ các đ−ờng đặc tính tổng hợp của chúng. Đó là các khó khăn mà các tác giả của cuốn sách này gặp phải và điều đó đã hạn chế những thông tin về thiết bị đầy đủ cung cấp cho độc giả. Vì những lý do trên, chúng tôi chỉ đ−a vào trong cuốn sách này bộ đ−ờng đặc tính tổng hợp chính của các turbin CHLB Nga là bộ đ−ờng đặc tính tổng hợp có đầy đủ nhất mà chúng tôi thu thập đ−ợc. Trong hoàn cảnh thiếu thông tin ngày nay về các loại turbin do các n−ớc khác sản xuất, chúng ta có thể tạm coi bộ đ−ờng đặc tính tổng hợp của CHLB Nga là
2. 2 các đ−ờng đặc tính đại diện cho các đ−ờng đặc tính của turbin cùng hệ loại có điều kiện làm việc giống nhau( Cột n−ớc và công suất của turbin gần nh− nhau) để tính toán. Mong răng, sau này các tác giả khác sẽ s−u tầm đ−ợc những tài liệu phong phú hơn bổ sung cho nguồn tài liệu tham khảo trong lĩnh vực thiết bịThuỷ Điện của chúng ta. Tập thể tác giả chân thành cảm ơn PGS.TS Hồ Sỹ Dự, PGS.TS Lê Danh Liên, TS Thu, TS Ngô Quốc Trung đã góp nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thiện tập sách này. Vì thời gian ngắn, thiếu những thông tin cập nhật và trình độ ng−ời viết có hạn nên chắc chắn cuốn sách này còn thiếu xót. Tập thể tác giả rất mong nhận đ−ợc sự góp ý của các đồng nghiệp và bạn đọc. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Ban Biên Tập để chúng tôi có thể tiếp tục bổ sung và sữa chữa . Xin chân thành cảm ơn. Các tác giả
3. 3 Mục Lục Mục Lục 1 Ch−ơng 1 8 Công trình lấy n−ớc, bể lắng cát, đ−ờng dẫn n−ớc, bể áp lực của trạm thủy điện Error! Bookmark not defined. 1.2. công trình lấy n−ớc 10 1.2.1. Tác dụng và yêu cầu của cửa lấy n−ớc 10 1.2.1.1. Tác dụng 10 1.2.1.2. Yêu cầu của cửa n−ớc 10 1.2.2. Phân loại cửa lấy n−ớc 10 1.2.3. Cửa lấy n−ớc có áp 11 1.2.3.1. Các thiết bị đặt trong cửa lấy n−ớc 11 1.2.3.2. Hình dạng, cấu tạo cửa lấy n−ớc có áp 13 1.1.4.2. Phân loại và hình dạng cửa lấy n−ớc không áp 17 1.2.5. Các tính toán trong thiết kế cửa lấy n−ớc 19 1.2.5.1. Yêu cầu tính toán và chọn hình dạng cửa lấy n−ớc 19 1.2.5.2. Đ−ờng viền miệng cửa lấy n−ớc và trụ pin 19 1.2.5.3. Tính toán tổn thất thủy lực cửa lấy n−ớc 21 1.2.5.4. Tính toán thủy lực cửa lấy n−ớc không áp 23 1.3. bể lắng cát 24 1.3.1. Tác dụng của bể lắng cát 24 1.3.2. Vị trí bể lắng cát 24 1.3.3. Nguyên lý làm việc của bể lắng cát 24 1.3.4. Cấu tạo bể lắng cát 25 1.3.4.1. Phần cửa vào 25 1.3.4.2. Phần lắng cát chính 25 1.3.5. Các kiểu bể lắng cát 26 1.3.5.1. Bể lắng cát xói rửa định kỳ 26 1.3.5.2. Bể lắng cát xói rửa liên tục 26 1.3.6. Tính toán các kích th−ớc cơ bản của bể lắng cát 27 1.3.6.1. Chiều rộng và chiều sâu bể lắng cát 27 1.3.6.2. Chiều dài bể lắng cát 27 1.3.6.3. Vận tốc chìm và khả năng tải cát 28 1.3.6.4. Chọn số khoang bể lắng cát 28 1.3.6.5 Thời gian lắng đầy dung tích chết và thời gian tháo rửa 28 1.3.6.6. Thời gian tháo rửa bể lắng cát tháo rửa định kỳ 29 1.3.6.7. Kiểm tra các cao trình và độ sâu bể lắng cát (hình 1.29) 30 1.5. Bể áp lực 35 1.5.1. Tác dụng của bể áp lực 35 1.5.1. Hình thức và cấu tạo bể áp lực 35 1.5.2.1. Khoang tr−ớc 35 1.5.2.2. Phần thu n−ớc 35 1.5.2.3. Công trình tháo n−ớc thừa 36 1.5.2.4. Các bộ phận công trình khác trong bể áp lực 37 1.5.3. Sơ đồ bố trí bể áp lực 37 1.5.4. Tính toán thủy lực và xác định kích th−ớc bể áp lực 38 1.5.4.1. Tính toán thủy lực 38 1.5.4.2. Xác định các kích th−ớc của bể áp lực 43 1.5.5. Những điểm chú ý trong tính toán ổn định bể áp lực 46 Mục Lục Error! Bookmark not defined. Ch−ơng 2 Error! Bookmark not defined. Đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực trạm thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 2.1. Mở đầu Error! Bookmark not defined. 2.2. Phân loại và cấu tạo ống dẫn n−ớc áp lực Turbin Error! Bookmark not defined.
4. 4 2.2.1. ống thép thành nhẵn Error! Bookmark not defined. 2.2.2. ống thép có vành đai Error! Bookmark not defined. 2.2.2.1. Ph−ơng pháp bọc đai nóng Error! Bookmark not defined. 2.2.2.2. Ph−ơng pháp bọc đai tự động (Ph−ơng pháp lạnh) Error! Bookmark not defined. 2.2.3. ống thép nhiều lớp Error! Bookmark not defined. 2.3. Lựa chọn chọn tuyến ống và ph−ơng thức cấp n−ớc turbin Error! Bookmark not defined. 2.3.1. Lựa chọn tuyến ống Error! Bookmark not defined. 2.3.2. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc Error! Bookmark not defined. 2.3.2.1. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc độc lập Error! Bookmark not defined. 2.3.2.2. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc theo nhóm Error! Bookmark not defined. 2.3.3.3. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc liên hợp Error! Bookmark not defined. 2.3.3. H−ớng ống dẫn n−ớc chính vào nhà máy thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 2.3.3.1. Tuyến ống bố trí thẳng góc với trục nhà máy Error! Bookmark not defined. 2.3.3.2. Tuyến đ−ờng ống bố trí song song với trục nhà máy Error! Bookmark not defined. 2.4 Các thiết bị bố trí trên đ−ờng ống và sơ đồ bố trí van tr−ớc turbinError! Bookmark not defined. 2.4.1. Các thiết bị bố trí trên đ−ờng ống Error! Bookmark not defined. 2.4.2. Sơ đồ bố trí van trên đ−ờng ống turbin Error! Bookmark not defined. 2.4.3. Kết cấu khớp co dãn nhiệt độ Error! Bookmark not defined. 2.4.4. Cửa kiểm tra (cửa thăm) đ−ờng ống Error! Bookmark not defined. 2.5. Mố ôm và mố đỡ Error! Bookmark not defined. 2.5.1. Mố néo Error! Bookmark not defined. 2.5.2. Mố đỡ Error! Bookmark not defined. 2.6.Tính toán thuỷ lực và xác định đ−ờng kính kinh tế đ−ờng ống áp lực Error! Bookmark not defined. 2.6.1. Tính toán thuỷ lực đ−ờng ống Error! Bookmark not defined. 2.6.1.1. Tính tổn thất cột n−ớc Error! Bookmark not defined. 2.6.1.2. Tính toán áp lực n−ớc va Error! Bookmark not defined. 2.6.2. Xác định đ−ờng kính kinh tế đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực Error! Bookmark not defined. 2.7. Tính toán tĩnh lực đ−ờng ống thép Error! Bookmark not defined. 2.7.1. Vật liệu làm ống Error! Bookmark not defined. 2.7.2. Các lực tác dụng lên ống thép lộ thiên Error! Bookmark not defined. 2.7.2.1. Nhóm lực cơ bản bao gồm các lực th−ờng xuyên tác dụng lên ống trong quá trình vận hành Error! Bookmark not defined. 2.7.2.2. Nhóm lực đột xuất gồm các lực tác dụng không th−ờng xuyên lên ống và với thời gian ngắn Error! Bookmark not defined. 2.7.2.3. Các tr−ờng hợp tổ hợp tải trọng dùng trong thiết kế đ−ờng ống Error! Bookmark not defined. 2.7.3. Phân tích kết cấu ống thép hở Error! Bookmark not defined. 2.7.3.1. Sơ bộ xác định chiều dày thành ống thép hở (lộ thiên) Error! Bookmark not defined. 2.7.3.2. Phân tích ứng suất trong thân ống thép hở Error! Bookmark not defined. 2.8. ống phân nhánh Error! Bookmark not defined. 2.8.1. Bố trí và đặc điểm của ống phân nhánh Error! Bookmark not defined. 2.8.1.1. Bố trí Error! Bookmark not defined. 2.8.1.2. Đặc điểm của ống phân nhánh Error! Bookmark not defined. 2.8.2. Mấy loại ống phân nhánh th−ờng dùng Error! Bookmark not defined. 2.8.2.1. ống phân nhánh hàn bên Error! Bookmark not defined. 2.8.2.2. ống phân nhánh rẽ hai, rẽ ba Error! Bookmark not defined. 2.8.2.3. ống phân nhánh có thép đai hình mặt bán nguyệt Error! Bookmark not defined. 2.8.3. Những điểm chủ yếu khi thiết kế ống phân nhánh Error! Bookmark not defined. 2.8.3.1. Giả thiết cơ bản Error! Bookmark not defined. 2.8.3.2. Tính toán gần đúng chiều dày thành ống Error! Bookmark not defined. 2.8.3.3. Phân tích c−ờng độ của hệ dầm gia cố Error! Bookmark not defined. 2.9. ống bê tông cốt thép áp lực Error! Bookmark not defined. 2.9.1.Phân loại và phạm vi ứng dụng Error! Bookmark not defined. 2.9.2. Tài liệu cơ bản để thiết kế ống bê tông cốt thép áp lực Error! Bookmark not defined. 2.9.3. Cấu tạo Error! Bookmark not defined. 2.9.3.1. Ph−ơng thức bố trí đ−ờng ống Error! Bookmark not defined.
5. 5 2.9.3.2. Phân đoạn đ−ờng ống và nối tiếp Error! Bookmark not defined. 9.3.3.3. Ước tính chiều dầy thành ống bê tông cốt thép Error! Bookmark not defined. 2.9.4. Tính toán kết cấu Error! Bookmark not defined. 2.9.4.1. Tính toán tải trọng Error! Bookmark not defined. 2.9.4.2. Tính toán nội lực Error! Bookmark not defined. 2.9.4.3. Tính toán cốt thép thành ống Error! Bookmark not defined. Mục Lục Error! Bookmark not defined. Ch−ơng III Error! Bookmark not defined. Công trình điều áp Error! Bookmark not defined. 3.1. N−ớc va và các quá trình chuyển tiếp thuỷ lực trong công trình dẫn n−ớc của trạm thủy điện Error! Bookmark not defined. 3.1.1. N−ớc va và ảnh h−ởng của nó đến sự làm việc của trạm thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Thành lập ph−ơng trình cơ bản để tính toán n−ớc va Error! Bookmark not defined. 3.1.3. Giải hệ ph−ơng trình n−ớc va bằng ph−ơng pháp giải tích .Error! Bookmark not defined. 3.1.4. Tính toán n−ớc va bằng đồ giải Error! Bookmark not defined. 3.1.5. N−ớc va pha thứ nhất và n−ớc va pha giới hạn Error! Bookmark not defined. 3.1.6. N−ớc va trực tiếp và n−ớc va gián tiếp Error! Bookmark not defined. 3.1.7. Phân bố áp lực n−ớc va theo chiều dài ống Error! Bookmark not defined. 3.1.8. Tính toán n−ớc va trong đ−ờng ống phức tạp Error! Bookmark not defined. 3.1.9. Các biện pháp giảm áp lực n−ớc va Error! Bookmark not defined. 3.2. Tháp điều áp Error! Bookmark not defined. 3.2.1. Tác dụng, điều kiện ứng dụng và các loại tháp điều áp Error! Bookmark not defined. 3.2.2. Ph−ơng trình vi phân cơ bản của tháp điều áp Error! Bookmark not defined. 3.2.3. Tính toán thuỷ lực tháp điều áp bằng giải tích Error! Bookmark not defined. 3.2.4. Tính toán thuỷ lực tháp điều áp bằng ph−ơng pháp tra biểu đồ.Error! Bookmark not defined. 3.2.5. Tính toán thủy lực tháp điều áp bằng ph−ơng pháp đồ giải Error! Bookmark not defined. 3.2.6. Ph−ơng pháp sai phân hữu hạn giải các bài toán chế độ không ổn định trong tháp điêu áp. Error! Bookmark not defined. 3.2.7. Điều kiện việc ổn định của hệ thống dẫn n−ớc áp lực có tháp điều ápError! Bookmark not defined. 3.2.8. Lựa chọn loại và kích th−ớc tháp điều áp Error! Bookmark not defined. 3.2.9. Tính toán kết cấu của tháp điều áp Error! Bookmark not defined. Mục Lục Error! Bookmark not defined. Ch−ơng IV Error! Bookmark not defined. Nhà máy thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 4.1. Tổng quan về nhà máy thủy điện Error! Bookmark not defined. 4.1.1. Phân loại nhà máy thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 4.1.2. Kết cấu nhà máy thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 4.1.3. Những yêu cầu cơ bản đối với nhà máy thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 4.1.4. Các b−ớc tính toán thiết kế nhà máy thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 4.2. Những tài liệu cơ bản cần cho thiết kế Error! Bookmark not defined. 4.2.1. Tài liệu địa hình, địa chất Error! Bookmark not defined. 4.2.2. Quy hoạch thuỷ năng và tài liệu giao thông Error! Bookmark not defined. 4.2.3. Tài liệu thiết bị cơ điện Error! Bookmark not defined. 4.2.4. Tài liệu tải trọng các tầng nhà máy thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 4.2.5. Tài liệu về máy phát và máy biến thế chính Error! Bookmark not defined. 4.2.6. Thiết bị nâng chuyển Error! Bookmark not defined. 4.3. Phân tích ổn định tổng thể nhà máy thuỷ điện và xử lý nền.Error! Bookmark not defined. 4.3.1. Tải trọng và tổ hợp tải trọng Error! Bookmark not defined. 4.3.2. Công thức tính toán các tải trọng Error! Bookmark not defined.
6. 6 4.3.3. Phân tích ổn định nhà máy và hệ số an toàn Error! Bookmark not defined. 4.4. Nguyên tắc xác định kích th−ớc và các cao trình chủ yếu CủA nhà máyError! Bookmark not defined. 4.4.1 Kích th−ớc đoạn tổ máy và chiều dài nhà máy Error! Bookmark not defined. 4.4.1.2. Chiều dài sàn lắp ráp L2 Error! Bookmark not defined. 4.4.2. Cao trình lắp đặt tuabin và chiều cao nhà máy chính Error! Bookmark not defined. 4.4.3.Chiều rộng nhà máy chính. (song song với chiều dòng chảy)Error! Bookmark not defined. 4.5. Bố trí các tầng trong nhà máy và khu nhà máy trong công trình đầu mốiError! Bookmark not defined. 4.5.1. Bố trí các tầng trong nhà máy Error! Bookmark not defined. 4.5.2. Bố trí khu nhà máy Error! Bookmark not defined. 4.6. bố trí kết cấu nhà máy thuỷ điện Error! Bookmark not defined. 4.6.1. Thiết kế kết cấu phần trên n−ớc của nhà máy Error! Bookmark not defined. 4.6.2. Khung cột nhà máy thủy điện: Error! Bookmark not defined. 4.6.4. Sàn các tầng nhà máy: Error! Bookmark not defined. 4.7. Tính toán bệ máy phát Error! Bookmark not defined. 4.7.1. Hình dạng và kết cấu: Error! Bookmark not defined. 4.7.2. Nguyên tắc tính toán tải trọng và tổ hợp tải trọng. Error! Bookmark not defined. 4.7.3. Tính toán động lực bệ máy. Error! Bookmark not defined. 4.7.4. Tính toán tĩnh lực bệ máy: Error! Bookmark not defined. 4.8. Tính toán kết cấu buồng xoắn Error! Bookmark not defined. 4.8.1. Phân loại và phạm vi sử dụng: Error! Bookmark not defined. 4.8.2. Sơ đồ tính toán, tải trọng và tổ hợp tải trọng. Error! Bookmark not defined. 4.8.3. Tính toán kết cấu bê tông bao ngoài buồng xoắn kim loại.Error! Bookmark not defined. 4.8.4.Tính toán buồng xoắn bê tông tiết diện tròn chịu áp lực n−ớc bên trong.Error! Bookmark not defined. 4.8.5. Tính toán biến vị biên ngoài tấm đỉnh buồng xoắn bê tông cốt thép.Error! Bookmark not defined. 4.9. Tính toán kết cấu ống hút Error! Bookmark not defined. 4.9.1. Kết cấu ống hút. Error! Bookmark not defined. 4.9.2.Tải trọng và tổ hợp tải trọng ống hút. Error! Bookmark not defined. 4.9.3.Giả định tính toán và ph−ơng pháp tính toán ống hút Error! Bookmark not defined. Ký Hiệu Hmax – Cột n−ớc lớn nhất Hmin – Cột n−ớc nhỏ nhất Htt – Cột n−ớc tính toán N – Công suất Q – L−u l−ợng N – Số vòng quay Ns – Tỷ tốc D1 - Đ−ờng kính bánh xe công tác của turbin η – Hiệu suất σ – Hệ số khí thực V – Vận tốc tuyệt đối W – Vận tốc t−ơng đối U – Vận tốc theo( Quay) Hs – chiều cao hút BXCT – Bánh xe công tác CC – Turbin chong chóng( Propeller) CQ – Turbin cánh quay( Kaplax) TT – Turbin tâm trục( Francis) CT – Turbin chéo trục(Deriaz) CX – Turbin capxun trục ngang G – Turbin gáo(Pelton)
7. 7 TN – Turbin tia nghiêng( Turgo) XK2L – Turbin xung kích 2 lần( Banki) MNDBT – Mực n−ớc dâng bình th−ờng MNC – Mực n−ớc chết MNGC – Mực n−ớc gia c−ờng ao - Độ mở cánh hứng n−ớc φ– Góc đặt cánh turbin chong chóng hoặc cánh quay TBN – Turbin nhỏ NMTĐ - Nhà máy thuỷ điện TBDAL – Thiết bị dầu áp lực (MHY) TTĐ - Trạm thuỷ điện AVR – Thiết bị điều chỉnh điện áp tự động MVR – Thiết bị điều chỉnh điện áp bằng tay OPY – Thiết bị phân phối điện ngoài trời DZK - Đ−ờng dây tải điện trên không AC – Dây nhôm lõi kép ACO – Dây nhôm lõi thép cấu tạo nhẹ ACY – Dây nhôm lõi thép cấu tạo chắc Pđm – Công suất tác dụng định mức Nđm – Công suất định mức trên trục turbin Qđm – Công suất phản kháng định mức Iđm – Dòng điện định mức của máy phát điện Uđm - Điện áp định mức của máy phát điện Sđm – Công suất toàn phần định mức của máy phát điện f – Tần số dòng điện phát ra MFTĐ - Máy phát thuỷ điện TBPP – Thiết bị phân phối điện MC – Máy cắt điện CL – Cầu dao cách ly ĐD - Đ−ờng dây tải điện
8. 10 1.2. công trình lấy n−ớc 1.2.1. Tác dụng vμ yêu cầu của cửa lấy n−ớc 1.2.1.1. Tác dụng Cửa lấy n−ớc là công trình trực tiếp lấy n−ớc từ hồ chứa hoặc từ dòng sông vào công trình dẫn n−ớc hoặc trực tiếp vào nhà máy thủy điện. Hình dạng và kết cấu cửa lấy n−ớc phụ thuộc vào sơ đồ bố trí công trình đấu mối, điều kiện địa hình, địa chất, đ−ờng dẫn n−ớc sau cửa lấy n−ớc, l−ợng hàm cát của dòng chảy và các điều kiện kinh tế, thi công. 1.2.1.2. Yêu cầu của cửa n−ớc - Phải bảo đảm cung cấp n−ớc cho đ−ờng dẫn n−ớc đủ l−u l−ợng cần thiết theo biểu đồ phụ tải của trạm thủy điện và các nhu cầu dùng n−ớc khác nếu có. - Có thể đóng hẳn ngừng cấp n−ớc hoàn toàn trong tr−ờng hợp h− hỏng, kiểm tra, sửa chữa đ−ờng dẫn n−ớc, các bộ phận công Hình 1-4. Sơ đồ các kiểu cửa lấy n−ớc trình và thiết bị sau a- Cửa lấy n−ớc có áp độ sâu lớn cửa lấy n−ớc. b- Cửa lấy n−ớc có áp độ sâu nhỏ, lấy n−ớc vào đ−ờng dẫn không áp. - Giữ cho bùn c- Cửa lấy n−ớc có áp lấy n−ớc vào đ−ờng hầm dẫn n−ớc có áp . cát, rác bẩn khỏi d- Cửa lấy n−ớc không áp. vào đ−ờng dẫn làm h− hại công trình và thiết bị. - Cửa lấy n−ớc phải có hình dạng, vị trí sao cho n−ớc chảy vào thuận dòng, tổn thất thủy lực nhỏ nhất. Với dòng chảy sau cửa là có áp thì phải giữ cho không khí không cuộn theo dòng chảy vào đ−ờng dẫn. - Đảm bảo ổn định, bền vững, vận hành tiện lợi. Giá thành xây dựng và chi phí vận hành thấp nhất. 1.2.2. Phân loại cửa lấy n−ớc Theo trạng thái dòng chảy trong cửa lấy n−ớc phân ra: - Cửa lấy n−ớc kiểu không áp. - Cửa lấy n−ớc kiểu có áp. Trong loại này còn có thể phân ra kiểu có độ sâu lớn, kiểu có độ sâu nhỏ. Theo vị trí t−ơng đối trong công trình đấu mối, đặc điểm kết cấu và hình thức lấy n−ớc còn phân ra: kiểu cửa lấy n−ớc đặt trong đập, kiểu bên bờ, kiểu tháp, cửa lấy n−ớc mặt, cửa lấy n−ớc d−ới sâu
9. 11 1.2.3. Cửa lấy n−ớc có áp 1.2.3.1. Các thiết bị đặt trong cửa lấy n−ớc Trong cửa lấy n−ớc th−ờng đặt các thiết bị sau: - L−ới chắn rác: Ngăn giữ không cho rác bẩn vào cửa, gây h− hại cho các bộ phận công trình và turbin. Yêu cầu của l−ới chắn rác: ngăn rác bẩn hiệu quả nhất, tổn thất thủy lực nhỏ nhất, bền vững, thuận lợi cho việc lắp đặt, tháo dỡ và dọn rác. - L−ới chắn rác th−ờng đặt tr−ớc các cửa van, có tr−ờng hợp l−ới chắn rác và phai sửa chữa đặt chung một khe, tr−ờng hợp đó khi đóng phai sửa Hình 1-5. Cửa lấy n−ớc có áp kiểu bên bờ chữa phải rút l−ới chắn rác 1- T−ờng ngực; 2- l−ới chắn rác; 3- khe chung l−ới chắn lên. rác và phai sửa chữa; 4- Khe thả máy dọn rác; 5- Cửa van L−ới gồm những công tác; 6- Máy nâng thủy lực; 7- ống thông khí; 8- ống thanh kim loại đứng tiết cân bằng áp lực diện tròn, hình chữ nhật hoặc hình l−u tuyến. Khoảng cách các thanh (a): 1 - Đối với turbin h−ớng trục: a = (và trong khoảng a = 5 ữ 20cm) 20D1 - Đối với turbin tâm trục: 1 a = D (và trong khoảng a = 3 ữ 30 1 10cm) - Đối với turbin gáo: a= 2− 7cm Để giữ liên kết các thanh đứng, phải đặt các thanh ngang. Xung quanh l−ới đặt một khung thép viền. Nếu kích th−ớc cửa lớn, l−ới làm thành nhiều tấm ghép lại mỗi tấm đều có hàn móc để dễ dàng cho việc nâng hạ l−ới. Vận tốc dòng chảy tr−ớc l−ới 0,9 ữ 1,2 m/s. Trong tr−ờng hợp đặc biệt, l−u l−ợng lớn có thể đến 1,5 ữ 2m/s. Với Hình 1-6. Một tấm l−ới chắn rác 1- Thanh đứng; 2- thanh ngang; 3- khung
10. 12 tr−ờng hợp mực n−ớc sâu có khi đặt l−ới không có thiết bị vớt rác, khi đó vận tốc phải d−ới 0,5m/s, l−ới đặt cố định. Thiết bị dọn vớt rác: Th−ờng dùng mấy loại sau: thiết bị cào rác, gồm hàng răng cong, khi hạ xuống thì các răng ngửa ra phía ngoài, khi kéo lên hàng răng cặp vào các khe l−ới, kéo rác lên. Thiết bị cắt rác gồm l−ới thép cắt rác. Hoặc kết hợp với cạp, khi hạ xuống cạp mở ra, kéo lên cạp cặp vào cùng với l−ỡi thép kéo rác lên. Loại cặp rác khi hạ xuống hai miệng cặp mở ra, kéo lên miệng cặp lại, dùng để vớt những vật nổi lớn nh− cây gỗ Cũng có thể dùng nhiều loại thiết bị phối hợp để vớt rác. Hình 1-7. Các kiểu thiết bị dọn vớt rác a- Thiết bị cào rác; b- thiết bị cắt rác; c- cặp rác Cửa van sửa chữa Th−ờng đặt ngay sau l−ới chắn rác. Cửa này chỉ đóng khi cần sửa chữa công trình cửa lấy n−ớc và phần đầu đ−ờng dẫn Van sửa chữa th−ờng làm theo dạng cửa van phẳng. Khi chiều cao cửa lớn, làm cửa van phẳng nhiều tầng. Tr−ờng hợp độ sâu cửa không lớn, van sửa chữa làm theo các phai độc lập. Cửa van sửa chữa không nhất thiết phải làm đủ cho các khoang cửa, mà chỉ cần 1 đến 3 bộ chung cho nhà máy. Khi cần đóng để sửa chữa khoang nào thì cần trục chạy sẽ đ−a cửa hoặc phai đến đóng khoang đó. Cửa van công tác: Để đóng mở hoàn toàn dòng chảy vào đ−ờng dẫn. Trong tr−ờng hợp cửa van này có thiết kế nhiệm vụ hạn chế áp lực n−ớc va và lồng tốc turbin, thì Hình 1-8. Cửa van phẳng phải đóng bằng hệ thống tự động với tốc độ nhanh, khi xảy ra sự cố. Khi đó gọi là cửa van sự cố. Cửa van công tác chịu áp lực rất lớn, có tr−ờng hợp cột n−ớc tr−ớc cửa đến 100m. Khi đóng, cửa hạ xuống dòng chảy
11. 13 có vận tốc lớn. Nh− vậy cửa van phải tính toán chịu đ−ợc áp lực cao nhất, lại phải đủ trọng l−ợng thắng lực đẩy ngang của n−ớc chảy khi đóng. Lực đóng mở phải đủ lớn, nếu là cửa van sự cố thì hệ thống tự động đóng mở phải nhanh, nhậy, luôn ở vị trí sẵn sàng làm việc. Cửa van có thể làm theo dạng phẳng, van cầu, van cung, van đĩa Cửa van phẳng gồm: Bản mặt cùng với hệ khung dầm đỡ, các mép ngoài gắn các gioăng cao su để giữ cho kín n−ớc. Bàn tr−ợt, con lăn hoặc bánh xe lăn để đỡ cho cửa van luôn nằm đúng vị trí trong khe cửa và giảm nhỏ ma sát khi đóng mở. Các loại cửa van đĩa, cầu, bán cầu th−ờng phải đặt chế tạo ở các nhà máy chuyên sản xuất. Thiết bị nâng chuyển: Để phục vụ đóng mở, tháo lắp vận chuyển các cửa van, l−ới chắn rác và vớt rác trên l−ới. Với cửa van sửa chữa và l−ới chắn rác có thể dùng một bộ thiết bị để luân chuyển dùng cho các khoang cửa, chạy trên đ−ờng ray cố định. Với cửa van công tác hoặc sự cố thì phải có thiết bị đóng mở riêng cho từng cửa. Nh−ng để vận chuyển tháo lắp, sửa chữa vẫn có thể dùng cầu trục chạy chung. Thông th−ờng để đóng mở cửa hiện nay hay dùng máy nâng thủy lực, tốc độ 0,2 ữ 2m/ph. Nếu là cửa van sự cố thì có yêu cầu đóng nhanh, sau 2 ữ3 phút phảI đóng xong hoàn toàn ống thông khí: Sau cửa van công tác dòng có áp, phải đặt ống thông khí, để khi đóng cửa dòng chảy rút đi sẽ có không khí qua ống thông khí vào đ−ờng dẫn tránh hiện t−ợng chân không phát sinh. Ng−ợc lại khi mở cửa không khí có đ−ờng thoát ra. Hình dạng ống không khí có thể tròn, vuông, chữ nhật. Vận tốc không khí lấy bằng 30 ữ 50m/s. L−u l−ợng thông khí lấy bằng l−u l−ợng n−ớc, tính theo công thức: Q = mf2 gH f- tiết diện đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực H- Cột n−ớc tính tại trục đ−ờng ống áp lực ở mặt cắt xung yếu nhất của đ−ờng ống. m = 1/ Σξ . ở đây Σξ tổng hệ số tổn thất cục bộ và dọc đ−ờng tính từ cửa vào đến tiết diện xung yếu (tức là ở vị trí không có hoặc có lớp bảo vệ bên ngoài ống mỏng nhất) ống cân bằng áp lực Với cửa lấy n−ớc có áp, nhất là với tr−ờng hợp độ sâu lớn khi cửa đóng sẽ có chênh lệch áp lực hai mặt cửa rất lớn, do đó lực mở cửa phải lớn. Để giảm bớt lực nâng này, cần bố trí ống cân bằng áp lực. Tr−ớc khi mở cửa, mở ống cân bằng để dòng chảy vào dần đ−ờng ống áp lực, tạo ra cân bằng áp. Sau đó mới mở cánh cửa công tác. 1.2.3.2. Hình dạng, cấu tạo cửa lấy n−ớc có áp Cửa lấy n−ớc có áp đ−ợc chia làm mấy loại chính: Cửa lấy n−ớc kiểu đập Th−ờng gặp các kiểu sau đây: Cửa lấy n−ớc đặt trong thân đập Th−ờng dùng để lấy n−ớc vào đ−ờng ống dẫn n−ớc cho trạm thủy điện đặt sau đập bê tông. Mép trên cửa lấy n−ớc phải ngập d−ới mực n−ớc thấp nhất ở th−ợng l−u một đoạn a ≥ 3V2/2g
12. 14 ở đây: V- vận tốc trong đ−ờng ống dẫn g- gia tốc trọng tr−ờng Ngoài ra phải a ≥ 0,5m. Để cho khỏi hình thành các phễu xoáy cuốn theo không khí vào dòng chảy. Ngoài yêu cầu trên ra thì độ ngập sâu của cửa lấy n−ớc càng nhỏ, càng giảm bớt đ−ợc áp lực n−ớc tác động vào các cửa, giảm nhẹ đ−ợc kết cấu đóng mở, việc dọn vớt rác dễ dàng hơn. Nh−ng trong nhiều tr−ờng hợp, nhất là với đập cao, vị trí cửa lấy n−ớc đặt thấp có thể giảm bớt đ−ợc chiều dài đ−ờng dẫn có áp. Hình 1-9. Cửa lấy n−ớc trong thân đập trọng lực a- Cửa lấy n−ớc và các chi tiết cánh cửa: L−ới chắn rác phẳng (I), cung tròn (II) b- Cửa lấy n−ớc với ống dẫn đặt trong đập c- L−ới chắn rác đặt phía th−ợng l−u d- L−ới chắn rác đặt sau cửa van sửa chữa 1- L−ới chắn rác; 2- Cửa van sửa chữa; 3- Cửa van công tác; 4- ống thông khí; 5- ống cân bằng áp lực; 6- ống dẫn n−ớc vào turbin; 7- Cầu trục chạy L−ới chắn rác ở kiểu này th−ờng đặt đứng. Th−ờng sử dụng cho việc tháo lắp, các cửa, l−ới chắn rác, điều khiển việc đóng cửa sửa chữa, máy dọn vớt rác, bằng một cầu trục chạy kiểu chân dê. Tr−ờng hợp cửa lấy n−ớc đặt sâu quá, việc vớt dọn rác th−ờng xuyên khó thực hiện, hoặc dòng chảy rất ít rác bẩn, thì có thể không dọn vớt rác th−ờng xuyên, khi đó vận tốc dòng chảy tr−ớc l−ới không v−ợt quá 0,5m/s. Muốn đạt đ−ợc vận tốc nhỏ nh− vậy, l−ới chắn rác phải Hình 1-10. Cửa lấy n−ớc đặt trong thân đập mở rộng tiết diện, th−ờng làm vòm và đập trụ chống theo dạng nửa vòng tròn. a- Đập vòm; b- Đập trụ chống Cửa lấy n−ớc đặt trong thân 1- L−ới chắn rác; 2- Cửa van sửa chữa; 3- Máy đóng đập vòm: Để khỏi làm giảm khả mở thủy lực; 4- Đ−ờng ống dẫn n−ớc vào turbin năng chịu lực của đập, th−ờng làm công xôn nhô ra phía th−ợng l−u đỡ các trụ pin đặt l−ới chắn rác và khe cửa van sửa chữa. Tr−ờng hợp này l−ới chắn rác và cửa van sửa chữa có thể đặt nghiêng phù hợp với
13. 15 chiều nghiêng mái đập, hoặc đặt đứng. Cửa van công tác có thể đặt sau van sửa chữa hoặc với dạng van đĩa, hoặc van cầu, bố trí sau đập hoặc tr−ớc buồng xoắn turbin. Cửa lấy n−ớc trong đập trụ chống hoặc đập có mái th−ợng l−u nghiêng: có thể bố trí l−ới chắn rác và van sửa chữa đứng (hình 1-10.b) hoặc nghiêng (hình 1-10c). Cửa van công tác đặt sau van sửa chữa hoặc đặt lùi sâu vào, ngoài phạm vi cửa lấy n−ớc. Cửa lấy n−ớc của nhà máy thủy điện ngang đập Kiểu này trực tiếp lấy n−ớc từ th−ợng l−u, dẫn vào nhà máy, yêu cầu về cấu tạo và các thiết bị cũng theo các nguyên tắc đã nêu trên. Cửa lấy n−ớc có chung tấm đáy và là một phần của nhà máy, cùng với nhà máy chiếm một đoạn vị trí của đập ngăn sông. Vì vậy nó cùng với nhà máy chịu áp lực n−ớc th−ợng l−u. Cửa lấy n−ớc kiểu này th−ờng có tiết diện rộng, cho nên để giảm kích th−ớc của các cửa van, có thể đặt thêm trụ pin trung gian. Chiều dầy các trụ pin từ 1,5 ữ 2,6m. Khi có đặt khe lún giữa trụ pin, chiều dầy trụ có thể tăng gấp đôi. L−ới chắn rác có thể đặt nghiêng (khi độ sâu nhỏ) hoặc đặt đứng. Phía trên l−ới và các cửa th−ờng có t−ờng ngực, để giảm chiều cao l−ới, cửa và chắn các vật nổi. Thiết bị đóng mở l−ới và các cửa cũng theo nguyên tắc cấu tạo và hoạt động nh− đã nêu ở phần trên. Cửa lấy n−ớc bên bờ Hình 1-11. Cửa lấy n−ớc bên bờ có giếng cửa van a- Kiểu giếng khô; b- Kiểu giếng −ớt Th−ờng dùng cho trạm thủy điện kiểu đ−ờng dẫn có áp. Cửa lấy n−ớc đặt ở một bên bờ, phía th−ợng l−u và gần với đập ngăn sông. Với địa hình thuận lợi, nền đá, cửa lấy n−ớc cấu tạo nh− một khối bê tông gắn vào bờ, đặt các thiết bị thông th−ờng nh− đã mô tả (hình 1 - 5) Trong tr−ờng hợp địa hình không thuận lợi nh− bờ quá dốc hoặc quá thoải có thể đặt giếng các cửa van lùi sâu vào trong, nối với miệng cửa bằng một đoạn hầm dẫn có áp. L−ới chắn rác th−ờng đặt nghiêng phía đầu hầm dẫn. Giếng đặt cửa van sửa chữa và van công tác. Cửa van có thể phẳng hoặc cung, khi đó n−ớc ra vào giếng bình th−ờng nên gọi là giếng −ớt. Cũng có thể đặt các cửa van đĩa hoặc cầu, khi đó n−ớc không vào giếng, gọi là giếng khô.
14. 16 Cửa lấy n−ớc kiểu tháp Kết cấu phức tạp hơn các kiểu trên, nh−ng có thể lấy n−ớc theo nhiều dẫy lỗ theo chiều cao. Các cửa lấy n−ớc có thể bố trí một tầng hoặc hai tầng. Cửa lấy n−ớc có thể đặt xung quanh tháp hoặc một phía L−ới chắn rác và cửa van sửa chữa th−ờng đặt ở tháp, còn cửa van công tác có thể đặt ở tháp hoặc trên đ−ờng dẫn, ở ngoài phạm vi cửa. 1.2.4. Cửa lấy n−ớc không áp 1.2.4.1 Vị trí và điều kiện áp dụng Điều kiện áp dụng: Cửa lấy n−ớc không áp th−ờng đặt ở các trạm thủy điện có đ−ờng dẫn n−ớc không áp, nh−ng cũng có khi ở đ−ờng dẫn có áp. Nh−ng điều kiện cơ Hình 1-12. Cửa lấy n−ớc kiểu tháp bản để áp dụng cửa lấy n−ớc không áp 1- L−ới chắn rác; 2- Cửa van công tác là mực n−ớc th−ợng l−u thay đổi rất ít. 3- ống thông khí Chọn vị trí Cửa lấy n−ớc của trạm thủy điện th−ờng đặt ở sông có độ dốc và vận tốc lớn, dòng chảy có độ hàm cát lớn trong mùa lũ. Chú ý là sau khi xây dựng công trình đấu mối, thì dòng chảy tự nhiên của sông cũng bị thay đổi, phía th−ợng l−u đập bắt đầu bồi lấp. Cùng với thời gian, đáy th−ợng l−u nâng lên, vận tốc dòng chảy trong mùa lũ tăng, đem theo cát vào cửa lấy n−ớc. Với công trình đầu mối có độ sâu nhỏ, sau khoảng 2 ữ 8 năm có thể bồi lắp hầu hết phần th−ợng l−u đập. Dòng chảy bị thu hẹp có thể tạo ra những tuyến khác nhau theo mùa trong năm và tăng thêm độ cong của dòng chảy th−ợng l−u. Để tránh bớt dòng chảy mang Hình 1-13. Sơ đồ biến dạng dòng chảy theo cát vào đ−ờng dẫn và tạo thuận sau khi xây đập (a) và chọn vị trí cửa lấy dòng phải chọn vị trí hợp lý của cửa n−ớc ở đoạn sông cong (b). lấy n−ớc. 1- Đáy sông cũ; 2- Đ−ờng mặt n−ớc tr−ớc khi xây Trên đoạn sông ngay phía đập; 3- Cát bồi; 4,5- Đ−ờng mặt n−ớc tr−ớc và th−ợng l−u công trình đầu mối, nếu sau thời gian cát bồi; 6,7- cao trình đáy và đ−ờng là đoạn cong thì dòng chảy sẽ có dạng mặt n−ớc sau khi kết thúc xói đáy hạ l−u; 8,9- cao trình đáy và mực n−ớc sau quá trình bồi hạ cuộn (hình 1-13.b), những đ−ờng l−u; 10- đập; 11- dòng mặt; 12- dòng đáy dòng trên mặt không mang theo cát đáy h−ớng về phía bở cong lõm, còn những đ−ờng dòng đáy mang theo cát h−ớng về phía bờ
15. 17 lồi. Do đó bờ lõm bị xói, bờ lồi bị bồi. Chọn vị trí cửa lấy n−ớc ở phía bờ lõm sẽ có đ−ợc độ sâu tự nhiên và giảm bớt dòng chảy mang cát. Theo kinh nghiệm thấy vị trí A là giao điểm giữa tiếp tuyến BA của mép bờ lồi với mép bờ lõm (hình 1-13.b) là vị trí đặt cửa thuận lợi để tránh cát bồi. Nếu không có đ−ợc vị trí thuận lợi, hoặc l−ợng hàm cát lớn, có thể phải đặt thêm các t−ờng h−ớng dòng (hình 1-15.a). 1.2.4.2. Phân loại và hình dạng cửa lấy n−ớc không áp Có thể chia hai kiểu chính: Kiểu bên bờ lấy n−ớc mặt Trong kiểu này còn có những dạng khác nhau: - Cửa có ng−ỡng ngăn cát: Hình 1-14. Kiểu cửa lấy n−ớc đặt bên bờ, Chủ yếu dùng ng−ỡng để giữ cho lấy n−ớc mặt cát khỏi vào cửa lấy n−ớc (hình a- Kiểu chỉ đặt ng−ỡng, ngăn cát 1.14.a) cát đọng tr−ớc ng−ỡng sẽ b- Kiểu có ngăn lắng cát 1- Cửa lấy n−ớc; 2- Ng−ỡng ngăn cát; 3- Cửa tháo đ−ợc xói rửa qua các cửa tháo cát cát; 4- Hố tập trung cát; 5- Đ−ờng tháo cát; 6- ngăn ở đáy đập. Để giữ cát hiệu quả hơn lắng cát; 7- l−ới chắn rác; 8- Đ−ờng dẫn không áp; có thể tăng chiều cao ng−ỡng và để 9- Đ−ờng hầm có áp; 10- đập tràn giảm tổn thất thủy lực có thể giảm góc α. Kiểu này đơn giản nh−ng phần đáy tr−ớc ng−ỡng bị lấp đầy nhanh, khi xói rửa cát chỉ xói đ−ợc một giải hẹp của dòng chảy. Cửa lấy n−ớc có ngăn lắng cát Kiểu này xây thêm một t−ờng ngăn để tạo thành ngăn lắng cát tr−ớc ng−ỡng cửa lấy n−ớc (hình 1-14.b) do đó khả năng lắng cát cao hơn. Khi xói rửa cát ở ngăn lắng, nếu trạm thủy điện vẫn làm việc, Hình 1-15. Cửa lấy n−ớc đặt công trình tạo dòng chảy cuộn tr−ớc cửa có thể sẽ có một l−ợng a- Kiểu có các t−ờng h−ớng dòng cát vào cửa lấy n−ớc. b- Kiểu đặt đập tràn theo h−ớng nghiêng với dòng chảy Ngoài ra khi ng−ỡng có 1- Cửa lấy n−ớc; 2- ng−ỡng; 3- Cửa tháo cát; 4- đập tràn; 5- chiều dài lớn khi tháo đ−ờng dẫn không áp; 6- dãy t−ờng h−ớng dòng; ― đ−ờng dòng rửa không tháo trôi mặt; - đ−ờng dòng đáy đ−ợc hết phần bồi lắng dọc chiều dài ng−ỡng. Cửa lấy n−ớc có hố tập trung cát Hố tập trung cát đặt sau ng−ỡng ở miệng vào cửa, với đáy hạ thấp và ng−ỡng hình Hình 1-16. Cửa lấy n−ớc kiểu bên bờ, có hành lang vòng cung tr−ớc cửa vào tháo cát đ−ờng dẫn (hình 1-14.b). 1- Cửa nhận n−ớc; 2- ng−ỡng; 3- cửa (phẳng) tháo cát; 4- Hành lang tháo cát; 5 - t−ờng bên; 6- l−ới chắn rác; 7- cánh cửa lấy n−ớc. 8- cánh cửa hành lang tháo cát; 9- sân tr−ớc; 10 - đập tràn; 11- kênh dẫn
16. 18 Nh− vậy dòng chảy tiếp tục đ−ợc lắng cát sau khi qua ng−ỡng. Cát đọng sẽ đ−ợc tháo rửa ra hạ l−u đập. Kiểu bên bờ có công trình dòng chảy cuộn tr−ớc ng−ỡng Cửa lấy n−ớc có dãy t−ờng h−ớng dòng mặt hoặc đáy (hình1-15.a) với các trị số γ = 10 ữ 300, a = (0,7 ữ 1,1)h, với h=độ sâu tại chỗ có t−ờng h−ớng dòng lt = (0,9 ữ 3)h β = 16 ữ 200; Hoặc đặt đập tràn theo h−ớng nghiêng với dòng chảy (hình 1-15.b). Nh− vậy sẽ h−ớng dòng mặt vào cửa lấy n−ớc, dòng đáy sẽ h−ớng về phía đập tràn để chuyển cát theo dòng chảy tràn và ra phía cửa tháo cát. Cửa lấy n−ớc có hành lang tháo cát đáy Kiểu này mở rộng không gian tháo rửa hiệu quả tr−ớc cửa lấy n−ớc (hình 1-17). Miệng hành lang tháo cát đặt thấp d−ới ng−ỡng cửa lấy n−ớc. Nh− vậy hành lang tháo cát có thể tháo liên tục hoặc định kỳ. Do đấy kiểu này có hiệu quả xói rửa cao. Ngoài hành lang tháo cát vẫn có thể bố trí cửa tháo cát ở ngay các khoang đập bên cạnh cửa lấy n−ớc. Chiều cao và chiều rộng của hành lang tháo cát không lấy nhỏ hơn 0,5 ữ 0,7m. Khi có cát hạt lớn, vận tốc tháo rửa không nhỏ hơn 4 ữ 6m/s. Mặt trong hành lang có thể phải bọc thép hoặc gang để bảo vệ. Cửa lấy n−ớc không áp kiểu chính diện lấy n−ớc mặt Kiểu phân dòng chảy làm hai lớp Kiểu phân dòng chảy làm hai lớp là kiểu phổ biến nhất. Nguyên lý hoạt động của nó là chia dòng chảy ra hai lớp: lớp mặt vào cửa lấy n−ớc, còn lớp đáy đem theo cát theo cửa tháo cát xuống hạ l−u. Ng−ỡng cửa đặt vuông góc với trục dòng chảy. Những t−ờng h−ớng dòng là trụ pin kéo dài và uốn cong để h−ớng dòng mặt vào đ−ờng dẫn. Hình 1-17. Cửa lấy n−ớc kiểu chính diện, phân dòng Nếu tháo cát th−ờng chảy thành hai lớp. 1- Ng−ỡng cửa; 2- hố tháo cát đáy; 3- đập tràn tháo lũ; 4- xuyên thì luôn có một phần t−ờng h−ớng dòng cong; 5- đ−ờng dẫn n−ớc không áp. dòng chảy không vào đ−ờng dẫn, nh−ng việc tháo cát t−ơng đối triệt để. Kiểu này cũng có một nh−ợc điểm là kết cấu phức tạp Kiểu cửa lấy n−ớc có l−ới chắn rác đáy: Kiểu này áp dụng ở những sông có độ dốc lớn, dòng chảy có l−ợng hàm cát đáy lớn, đập ngăn sông thấp. Cấu tạo đặc biệt của nó là đặt hành lang lấy n−ớc dọc theo đập tràn, mặt trên hành lang đặt l−ới chắn rác (hình 1-18)
17. 19 N−ớc qua l−ới chắn rác xuống hành lang thu n−ớc từ đó vào ngăn tr−ớc để vào kênh dẫn. Đỉnh ng−ỡng trong tr−ờng hợp này lấy cao hơn đáy th−ợng l−u 1 ữ 2m. L−ới chắn rác che hành lang, làm từ những thanh thép và gồm những tấm rời ghép lại. Khoảng cách các thanh 5 - 10cm. L−ới đặt với độ nghiêng 0,1 ữ 0,2 xuống phía hạ l−u để thuận lợi cho việc cát đáy di chuyển xuống hạ l−u. Ngoài hành lang thu n−ớc nói trên, còn phải đặt các cửa lấy n−ớc vào mùa Hình 1-18. Cửa lấy n−ớc có l−ới chắn rác đáy kiệt, th−ờng đặt ở phía 1- L−ới chắn rác đáy; 2- Bể lắng cát; 3- hành lang cát đáy; 4- kênh dẫn n−ớc; 5- đập tràn; 6- hành lang lấy n−ớc th−ợng l−u hành lang này. 1.2.5. Các tính toán trong thiết kế cửa lấy n−ớc 1.2.5.1. Yêu cầu tính toán và chọn hình dạng cửa lấy n−ớc Với cửa lấy n−ớc của trạm thủy điện, cần phải tính toán theo những yêu cầu sau: - Mép trên cửa lấy n−ớc kiểu có áp phải đủ ngập để không bị không khí cuốn theo dòng chảy. Trị số độ ngập: 3V2 a ≥ Ngoài ra a ≥ 0,5m 2g V- Vận tốc dòng chảy trong ống dẫn có áp. - Bảo đảm cho dòng chảy không mang rác bẩn và cát, nhất là cát to hạt, có hại cho thiết bị công trình sau cửa và turbin. Vì vậy phải đặt l−ới chắn rác tr−ớc cửa. Ng−ỡng cửa lấy n−ớc cao hơn cao trình bồi lắng ở th−ợng l−u sau thời gian bồi lắng quy định (theo qui phạm) ít nhất là 1m, để khỏi mang theo bùn cát vào đ−ờng dẫn n−ớc. - Cùng với mục đích tránh bùn cát, các kết cấu cửa lấy n−ớc, nhất là cửa lấy n−ớc không áp phải giảm bớt tối đa l−ợng bùn cát trôi theo dòng chảy vào đ−ờng dẫn. Tr−ờng hợp l−ợng hàm cát còn đủ gây tác hại, phải làm bể lắng cát. - Phải bảo đảm sao cho tổn thất thủy lực nhỏ nhất. Từ đó các bộ phận trên dòng chảy phải có hình dạng thuận dòng, sức cản thủy lực nhỏ nhất. - Tính toán kinh tế, kỹ thuật: Cấu tạo cửa lấy n−ớc phải đủ ổn định, bền vững, khai thác thuận lợi. Nh−ng phải có giá thành xây dựng và khai thác thấp nhất. 1.2.5.2. Đ−ờng viền miệng cửa lấy n−ớc và trụ pin Miệng cửa lấy n−ớc là vị trí gây tổn thất thủy lực lớn, bởi vì dòng chảy bị co hẹp đột ngột từ th−ợng l−u vào cửa. Do đó phải chọn hình thức thuận dòng cao nhất, để giảm tổn thất đến mức nhỏ nhất. Miệng cửa lấy n−ớc có áp: Đ−ờng viền miệng cửa vào thuận dòng nhất là theo ph−ơng trình elip. Do điều kiện cấu tạo có thể cả trần trên và ng−ỡng d−ới cửa đều theo dạng elip. Hoặc chỉ có trần trên theo dạng elip, còn ng−ỡng có dạng tròn hoặc nằm ngang đáy.
18. 20 Hình elip của đ−ờng viền trần hoặc ng−ỡng cửa nh− sau: (hình 1-19) x2 y2 + = 1 (1-2) a 2 ()1− ε 2 a 2 Trong đó: ε- hệ số co hẹp dòng chảy theo ph−ơng đứng, tính theo công thức: 0,043 ε =0,57 + (1-3) 1,1 − η Hình 1-19. Dạng trần và ng−ỡng cửa lấy n−ớc theo hình elip a Nếu ng−ỡng cửa đặt ngang với cao trình đáy sông (hình 1-19b) thì η = và chỉ có t n trần trên theo hình elip. Nếu ng−ỡng cửa đặt cao hơn cao trình đáy (hình 1-19a) thì phải xác định cao trình mặt cắt phân giới nằm ngang c - c để tạo cho dòng chảy phân phối vận tốc đều theo chiều cao cửa. Cao trình mặt phẳng c, c so với đáy th−ợng l−u xác định theo công thức: " pt n t c = (1-4) tn − h Có mấy tr−ờng hợp xảy ra: - Phần ngập phía trên của cửa nhỏ hơn chiều cao ng−ỡng (hình 1-19.c) Δt p hình elip trần lớn hơn. 'a Với hình elip của trần cửa, trong công thức (1 - 2) và (1 - 3) lấy trị số a' và η' = 't c thay cho a và η "a Với hình elip của ng−ỡng, lấy a'' và η" = (hình 1-19.a) thay cho a và η trong (1 - "t c 2) và (1 - 3)
19. 21 a 'a "a Nếu ≤ 0,25 hoặc ≤ 0,25 và ≤ 0,25 thì hệ số co hẹp trong công thức t 't c "t c (1 - 2) có thể lấy bằng ε = ε' = ε" = 0,62 Đầu các trụ pin Khi dòng chảy vào thẳng, song song với trục cửa thì đầu trụ pin có hình dạng tròn hay elip. Khi dòng chảy vào nghiêng với trục cửa một góc α (hình 1-20,a) thì bên phía dòng chảy đi vào, đầu trụ pin có dạng tròn, bán kính r = 0,25t (t- chiều dầy trụ pin), còn phía bên kia đầu trụ có Hình 1-20. Đầu các trụ pin khi dòng chảy vào nghiêng (a). dạng elip với nửa trục Đặt d−ới chắn rác ra phía đầu trụ pin (b) Khe đặt cửa (c) ax = (0,34 ữ 0,75)b và ay = (0,1 ữ 0,22)b (b- khoảng cách giữa 2 trụ pin) (hình 1- 20,a). Số trong ngoặc: số lớn dùng cho góc nghiêng lớn α ≥ 450, số nhỏ khi α ≤ 200. L−ới chắn rác nếu đặt lùi sâu vào đầu trụ pin (hình 1-20.b) sẽ gây ra xoáy n−ớc, làm tăng tổn thất và gây cuộn rác, không khí vào dòng chảy. Để tránh điều đó, đặt l−ới lùi ra che đầu trụ pin (hình 1- 20.b) 1.2.5.3. Tính toán tổn thất thủy lực cửa lấy n−ớc Tổn thất thủy lực ở các khe đặt cửa van Tổn thất thủy lực qua khe đặt cửa van 2 2 V l k V Δhk = ξk = 0,027 (1 - 5) 2g e k 2g ở đây: lk, ek: chiều rộng và chiều sâu khe cửa van V- vận tốc dòng chảy ở mặt cắt tr−ớc khe van. Khi bố trí hai khe van thì với khoảng cách giữa chúng lmk = 1,5lk sẽ có tỉ số giữa tổn thất khi có hai khe van h2 với khi có một khe van h1 là nhỏ nhất (hình 1-20.c) Để giảm bớt tổn thất: mép sau khe van làm sâu vào phía trụ pin một khoảng 0 δ = lk tg(5 ữ 6 ) với chiều dài phần vát lck ≥ 12δ, nếu phần vát l−ợn cong lấy lck ≥ 6δ (hình 1-20.c) Tổn thất thủy lực qua l−ới chắn rác Tổn thất qua l−ới chắn rác tính theo công thức: 3/4 V2 ⎛ S ⎞ Δhl = ξl = β⎜ ⎟ sinα (1 - 6) 2g ⎝ l ⎠ Trong đó: V- Vận tốc dòng chảy tr−ớc l−ới Hình 1-21. Các dạng thanh l−ới
20. 22 α- góc nghiêng đặt l−ới so với mặt phẳng ngang S- chiều dầy mỗi thanh l−ới l - khoảng cách giữa hai thanh l−ới β- hệ số phụ thuộc hình dạng thanh l−ới, lấy theo bảng 1-1 và hình 1-21 Bảng 1-1 Hệ số β trong trong công thức (1 - 6) Dạng thanh l−ới a b c d e f g Hệ số β 2,42 1,83 1,67 1,03 1,00 0,76 1,7 Nếu dòng chảy vào không vuông góc với mặt phẳng của l−ới, mà lại nghiêng theo một góc δ (hình 1-22) thì trong công thức (1-6) phải nhân thêm một hệ số kδ tra theo biểu đồ hình 1 - 22 Tổn thất thủy lực qua cửa van V 2 Δh = ξ v v 2g V- Vận tốc tại mặt cắt cửa van Hệ số ξv theo bảng sau: Kiểu van Phẳng Đĩa hoặc cầu Trụ Cung ξv 0,25 0,16 1,30 0,17 Tổn thất thủy lực qua t−ờng ngực V2 Hình 1-22. Hệ số k khi l−ới chắn rác Δh = ξ δ t t 2g đặt nghiêng với h−ớng dòng chảy Vận tốc dòng chảy ở mặt cắt có t−ờng ngực 2 ⎛ ξ ⎞ ξt = 0,8 ⎜ ⎟ (1 - 7) ⎝1 − ξ ⎠ ξ - độ sâu t−ơng đối của t−ờng ngực đối với chiều sâu cửa lấy n−ớc Với t−ờng ngực có mép tròn, hệ số tổn thất ξt cho trong bảng sau: ξ 0,10 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 ξt 0 0,05 0,09 0,15 0,23 0,36 Tổn thất thủy lực đoạn đ−ờng dẫn có mặt cắt thay đổi liên tục Đoạn đầu đ−ờng dẫn th−ờng có tiết diện thay đổi liên tục, thí dụ từ mặt cắt đặt l−ới chắn rác đến mặt cắt đ−ờng hầm dẫn n−ớc. Đoạn thu hẹp này th−ờng lấy với góc thu hẹp 150 ω ữ 350. Tỉ số tiết diện khoảng = 4 ữ 7 ω0 Trong đó:
21. 23 ω, ω0: Tiết diện tại chỗ đặt l−ới chắn rác và tiết diện đ−ờng hầm dẫn n−ớc. Tổn thất thủy lực tính theo tổn thất dọc đ−ờng: V 2 Δh = ΣΔh = Σξ i d di di 2g Trong đó: l i ξdi = λ (1 - 8) 4Fi / χ i λ - hệ số tổn thất của đoạn đ−ờng hầm, phụ thuộc độ nhám thành li, Fi, χi - chiều dài, tiết diện và chu vi −ớt của đoạn đ−ờng dẫn i. 1.2.5.4. Tính toán thủy lực cửa lấy n−ớc không áp Ngoài tính toán tổn thất đã nêu trên tính toán thủy lực cho cửa lấy n−ớc không áp còn phải tính thủy lực để xác định cấu tạo với các tr−ờng hợp sau: a. Tính toán khả năng tháo: Tính l−u l−ợng vào ứng với mực n−ớc th−ợng l−u thấp nhất, th−ờng là mực n−ớc chết ở th−ợng l−u. L−u l−ợng lấy vào đ−ờng dẫn là l−u l−ợng thiết kế. Cửa cống mở hoàn toàn. Có hai tr−ờng hợp xảy ra: Khi độ sâu sau cửa (hình 1-23) hn hk , chảy ngập, l−u l−ợng qua cửa: Q = εkvbh 2gΔ h t (1 - 10) Trong các công thức trên: b- tổng chiều rộng cửa lấy n−ớc Ht - cột n−ớc tính toán αV 2 H = h + t t 2g Δht - độ chênh mực n−ớc tính toán αV 2 Δh = Δ h + t 2g ht - cột n−ớc từ đỉnh ng−ỡng cửa đến mực n−ớc th−ợng l−u V- vận tốc trung bình của dòng chảy ở tiết diện ngay tr−ớc cánh cửa α- hệ số không đều của vận tốc trên mặt cắt hn - chiều sâu n−ớc sau ng−ỡng, tính từ đỉnh ng−ỡng trở lên m - hệ số l−u l−ợng, khi ng−ỡng cửa vuông góc m = 0,3 ng−ỡng cửa tròn m = 0,365 ε - hệ số co hẹp, phụ thuộc hình dạng trụ pin, với trụ pin tròn có thể lấy ε = 0,9 kv - hệ số l−u tốc, khi thiết kế sơ bộ lấy kv = 0,88 hk - độ sâu phân giới αq 2 h = 3 k gb 2 g- gia tốc trọng tr−ờng
22. 24 Từ công thức trên, với l−u l−ợng thiết kế, tính ra mực n−ớc hạ l−u, theo chiều rộng cửa b đã chọn. Nh−ng th−ờng định tr−ớc chênh lệch mực n−ớc th−ợng hạ l−u để xác định b nhằm giảm bớt tổn thất năng l−ợng, chênh lệch này phải tính toán, trong thiết kế sơ bộ có thể lấy bằng 0,1 mét, từ đó tính ra chiều rộng cửa b. Hình 1-23. Sơ đồ tính toán thủy lực cống hở. a- tr−ờng hợp mực n−ớc th−ợng l−u thấp nhất b- tr−ờng hợp mực n−ớc th−ợng l−u cao nhất. b. Tính toán tiêu năng sau cửa: Phải tính với mực n−ớc tr−ớc cửa là cao nhất, cửa đóng một phần. Tính toán với l−u l−ợng thiết kế để xác định độ mở cửa và tính toán tiêu năng hạ l−u. 1.3. bể lắng cát 1.3.1. Tác dụng của bể lắng cát Các trạm thủy điện th−ờng xây dựng trên những sông suối có độ dốc lớn, do đó dòng chảy th−ờng mang theo bùn cát, nhất là về mùa lũ Bùn cát trong dòng chảy gây tác hại: những hạt cát lớn lắng đọng trên các công trình dẫn n−ớc, làm giảm tiết diện làm việc, do đó vận tốc tăng, làm tăng tổn thất thủy lực. Nếu không đ−ợc nạo vét, mặt cắt dòng chảy bị thu hẹp có thể dẫn đến không tháo đủ l−u l−ợng thiết kế. Những hạt cát lơ lửng theo dòng chảy gây bào mòn công trình dẫn n−ớc, tác hại hơn nữa là bào mòn turbin làm giảm hiệu suất và giảm tuổi thọ turbin. Để tránh những tác hại trên, phải xây bể lắng cát, là công trình mở rộng mặt cắt dòng chảy, do đó giảm vận tốc, làm cho bùn cát lắng đọng lại bể, sau đó tháo rửa cát ra hạ l−u. Nh− vậy dòng chảy từ sau bể không còn mang theo bùn cát có hại. Trong thiết kế khi hàm l−ợng bùn cát trong dòng chảy lớn hơn 0,5 kg/m3 hoặc hàm l−ợng hạt nguy hiểm lớn hơn 0,2kg/m3. Các hạt cứng (nh− cát thạch anh ) có đ−ờng kính lớn hơn 0,25 mm, hoặc các hạt cát bình th−ờng nh−ng có đ−ờng kính lớn hơn0,4 mm (là các hạt nguy hiểm). Khi đó phải xây dựng bể lắng cát. Với bùn cát hạt nhỏ (0,1 ữ 0,25mm) nh−ng hàm l−ợng lớn thì vẫn gây bào mòn đáng kể cho turbin. 1.3.2. Vị trí bể lắng cát Vị trí bể thích hợp nhất là ngay sau cửa lấy n−ớc, nh−ng do điều kiện địa hình, địa chất mà có thể phải đặt ở những vị trí khác trên đ−ờng dẫn không áp. Càng đặt xa cửa lấy n−ớc thì đoạn đ−ờng dẫn tr−ớc bể lắng càng dài mà với đoạn này dòng chảy còn mang theo nhiều bùn cát nên gây bồi lấp, phải định kỳ nạo vét. 1.3.3. Nguyên lý lμm việc của bể lắng cát Xét quĩ đạo chuyển động của hạt cát M trong bể Hạt M chuyển động đồng thời theo hai ph−ơng:
23. 25 - Theo ph−ơng thẳng đứng do tác động của trọng lực với vận tốc thẳng đứng là W bằng vận tốc lắng chìm của hạt cát trong n−ớc tĩnh, W còn gọi là độ thô thủy lực. - Theo ph−ơng nằm ngang theo vận tốc trung bình của dòng chảy: Q Vm = (1 - 11) ck Bh 0 Trong đó: Q: L−u l−ợng dòng chảy qua bể lắng ck: Số khoang làm việc của bể B, h0: Chiều rộng một khoang và độ sâu làm việc của bể tại tiết diện tính toán. Chuyển động của hạt cát sẽ là vectơ VA tổng của hai vectơ thành phần W và Vm. Vậy quĩ đạo chuyển động của M sẽ là đ−ờng thẳng nghiêng với mặt phẳng ngang một góc α. Thực tế vận tốc dòng Hình 1-24. Sơ đồ vận tốc dòng chảy chảy phân bố không đều a- các thành phần vận tốc với dòng chảy tầng b- ảnh h−ởng của chảy rối đến vận tốc theo chiều sâu (hình1-24c), c- phân phối vận tốc theo chiều sâu trong chảy tầng do đó quĩ đạo hạt là đ−ờng cong, Vm càng lớn thì góc α càng nhỏ. Độ rối của dòng chảy bể lắng cũng có ảnh h−ởng đến các thành phần vận tốc, nhất là theo ph−ơng thẳng đứng. Nó làm giảm tốc độ lắng chìm của hạt, tăng chiều dài lắng đọng l, do đó tăng chiều dài làm việc lk của bể. Để giảm độ rối th−ờng làm các t−ờng h−ớng dòng 1.3.4. Cấu tạo bể lắng cát Th−ờng bể lắng cát gồm có ba phần: 1.3.4.1. Phần cửa vào Phần này nối tiếp kênh dẫn với bể, có tiết diện mở rộng dần từ mặt cắt kênh dẫn đến mặt cắt bể. Có nhiệm vụ phân phối đều dòng chảy vào bể. ở phần này cũng đặt các cửa để đóng mở từng ngăn khi xói rửa hoặc sửa chữa. 1.3.4.2. Phần lắng cát chính Có thể chia nhiều khoang. Dọc theo chiều dài chia hai đoạn: - Đoạn đầu có chiều sâu tăng dần từ độ sâu sau cửa vào đến độ sâu lớn nhất của bể, có chiều dài l1. - Đoạn sau có chiều dài lk có nhiệm vụ lắng đọng bùn cát có thể gây nguy hại đến công trình và turbin. 1.3.4.2. Phần cửa ra Gồm phần đặt các cửa ra và miệng các hành lang tháo cát để tháo rửa cát ra ngoài có chiều dài lra. Sau phần cửa ra là đoạn Hình 1-25. Sơ đồ cấu tạo bể lắng cát
24. 26 chuyển tiếp có chiều dài lct thu hẹp dần dòng chảy để nối tiếp với đ−ờng dẫn không áp sau kênh. 1.3.5. Các kiểu bể lắng cát Chủ yếu có hai kiểu: xói rửa định kỳ và xói rửa liên tục. 1.3.5.1. Bể lắng cát xói rửa định kỳ ở kiểu này khi bùn cát đã lắng đọng đầy phần thể tích chết tức là phần thể tích ở d−ới đáy dành cho lắng đọng thì sẽ tiến hành tháo rửa. Cửa ra ở của khoang tháo rửa đ−ợc đóng lại, cửa hành lang tháo cát mở ra dẫn vào hành lang tháo cát để tháo rửa cát. Để cho nhà máy không phải ngừng làm việc, kiểu bể lắng cát này th−ờng phải chia nhiều khoang, luân phiên tháo rửa, thông th−ờng là 2 ữ 6 khoang; Lúc tháo rửa cát, các cửa hành lang tháo cát đ−ợc thay đổi độ mở thích hợp, tạo ra dòng chảy xiết quét bùn cát vào hành lang. Đáy bể hơi dốc về phía miệng xả cát, để tăng hiệu quả xói rửa (độ dốc i = 0,01 ữ 0,05). Hoặc phần lắng đọng cát làm với tiết diện nhỏ hơn để tăng vận tốc xói rửa. Hình 1-26. Cấu tạo bể lắng cát a- Bể nhiều khoang; b- bể một khoang xói rửa định kỳ 1.3.5.2. Bể lắng cát xói rửa liên tục Với kiểu này bùn cát lắng đọng đ−ợc xả ra khỏi bể liên tục, nh− vậy phải dành một phần l−u l−ợng dòng chảy để tháo rửa. Ưu điểm của kiểu này là tháo rửa cát hiệu quả, không phải ngừng hoạt động của trạm khi tháo rửa. Nh−ng nh−ợc điểm là mất một phần l−u l−ợng. Th−ờng ng−ời ta còn thiết kế với bể tháo rửa liên tục trong mùa lũ, còn mùa kiệt tháo rửa định kỳ. Nh− vậy tiết kiệm đ−ợc n−ớc hơn nữa về mùa kiệt th−ờng l−ợng hàm cát trong dòng chảy thấp. Hình 1-27. Bể lắng cát xói rửa liên tục
25. 27 1- Cửa vào; 2- Cột phân bố đều dòng chảy; 3- l−ới chắn rác; 4- l−ới đáy trên phần lắng cát; 5- cửa tháo cát đáy; 6- cửa tháo cát đã lắng đọng; 7- hành lang tháo cát; 8- cửa ra của bể; 9- kênh dẫn Cấu tạo bể lắng xói rửa liên tục: Bể có thể một khoang hoặc nhiều khoang. Chiều rộng các khoang ở phần lắng cát th−ờng thu hẹp lại để tăng vận tốc xói rửa. Có tr−ờng hợp làm l−ới chắn rác phía trên phần đọng cát. Có thể dùng máy hút bùn để hút liên tục cát lắng đọng nh− vậy không phải làm hành lang tháo cát. 1.3.6. Tính toán các kích th−ớc cơ bản của bể lắng cát Trong thiết kế phải tính toán các kích th−ớc cơ bản của bể lắng cát: chiều rộng, chiều sâu và chiều dài phần lắng cát chính. Các bộ phận khác định theo yêu cầu cấu tạo và vận hành. 1.3.6.1. Chiều rộng và chiều sâu bể lắng cát Quan hệ giữa chiều rộng và chiều sâu theo công thức (1 - 11) Trong đó: Vm - vận tốc theo ph−ơng nằm ngang, th−ờng lấy trong khoảng 0,2 ữ 0,5m/s Với vận tốc Vm đã chọn thì chiều rộng mỗi khoang bể B, độ sâu toàn bộ ht và chiều dài bể lk phụ thuộc lẫn nhau. Chiều sâu ht bằng chiều sâu làm việc h0 cộng với chiều sâu đọng cát (hay còn gọi là chiều sâu chết) hc. ht th−ờng vào khoảng 3 ữ 7m, với l−u l−ợng lớn có thể đến 8 ữ 10m Trong tính toán ban đầu chọn hc = (10 ữ 25%) ht Từ (1 - 11) tính ra chiều rộng mỗi khoang Q B = (1 - 12) ck V m h 0 1.3.6.2. Chiều dài bể lắng cát Thời gian T0 đủ để hạt cát chìm từ mặt n−ớc đến độ sâu làm việc h0 sẽ bằng: h T = 0 (1 - 13) 0 W W - vận tốc chìm của hạt cát Để cho hạt cát từ lúc bắt đầu vào bể còn ở trên mặt n−ớc khi trôi đến cuối bể thì đã chìm đến độ sâu h0, thì chiều dài bể phải bằng lk = T0 Vm (1 - 14) Vì có ảnh h−ởng của mạch động do dòng chảy rối làm cho vận tốc chìm W giảm bớt, cho nên phải đ−a vào một hệ số k > 1, th−ờng lấy vào khoảng k = 1,3 ữ 2,0. Vậy chiều dài cần thiết của phần lắng đọng chính h l = k 0 V. (1 - 15) k W m Qua nghiên cứu thực địa, một số tác giả đ−a ra công thức: h0 V m lk = (1 - 16) WV− m / n Trong đó nêu áp dụng của mạch động vận tốc dòng rối đến vận tốc chìm W, thể hiện bằng trị số Vm/n
26. 28 n: Hệ số thay đổi theo độ sâu của bể, thí dụ: với chiều sâu bể h0 = 1m, n = 5; với chiều sâu bể h0 = 2m, n = 7,25s 1.3.6.3. Vận tốc chìm và khả năng tải cát Vận tốc chìm hay độ thô thủy lực W của hạt cát phụ thuộc vào kích th−ớc của nó, có thể xác định trên đồ thị hình 1-28 3 Khả năng tải cát ρt (kg/m ) phụ thuộc chủ yếu vào độ thô thủy lực W và vận tốc dòng chảy V, có thể xác định theo công thức Da - Ma - Rin 3 / 2 ⎛ V ⎞ ρt = 0,022 ⎜ ⎟ Ri ⎝ W ⎠ R- bán kính thủy lực i- độ dốc mặt n−ớc Hình 1-28. Vận tốc chìm của hạt Hoặc có thể viết Ri qua Vm và độ nhám cát trong n−ớc tĩnh đ−ờng dẫn n: 3 / 2 ⎛ Vm ⎞ Vm .n ρt = 0,022⎜ ⎟ (1 - 18) ⎝ W ⎠ R1 / 6 Vm: Vận tốc trung bình của dòng chảy Với cát gồm nhiều hạt kích th−ớc khác nhau, lấy trị số trung bình của độ thô thủy lực: ΣW m W = i i (1 - 19) tb 100 Wi: Độ thô thủy lực của cát thành phần mi: Phần trăm của nó trong cát lơ lửng Nếu dòng chảy đi vào bể có hàm l−ợng cát là ρ v−ợt khả năng tải cát ρt thì cát lơ lửng sẽ lắng xuống, kết quả độ đục bình quân sẽ giảm dần theo chiều dài. 1.3.6.4. Chọn số khoang bể lắng cát Để đảm bảo dòng chảy phân bố đều theo chiều rộng của bể, chiều rộng của mỗi khoang: Q l B = ≤ k (1 - 20) ck V m h0 3 Vậy số khoang 3Q ck ≥ (1 - 21) lk h0 V m Trong đó: Q- l−u l−ợng dòng chảy vào bể lắng cát. Với bể lắng cát tháo rửa định kỳ phải tăng thêm một khoang để khi tháo rửa từng khoang không ảnh h−ởng đến điều kiện làm việc của bể. Vậy số khoang = ck + 1 Thông th−ờng với bể lắng cát tháo rửa liên tục, số khoang ck = 1 ữ 3 Với bể lắng cát tháo rửa định kỳ, số khoang bằng ck + 1 = 3 ữ 4 1.3.6.5 Thời gian lắng đầy dung tích chết và thời gian tháo rửa Thông th−ờng bể lắng cát phải lắng đ−ợc loại hạt có đ−ờng kính d ≥ 0,05mm
27. 29 L−ợng bùn cát đọng lại trong bể trong thời gian 1s sẽ bằng: G = ρQ Trong đó: ρ: L−ợng hàm cát trong dòng chảy (kg/m3) tính với các hạt có đ−ờng kính d ≥ 0,05mm Thời gian lấp đầy toàn bộ dung tích chết của các khoang. W.γ T = c c 1000() s (1 - 22) L G 3 Trong đó: Wc: Tổng dung tích chết của các khoang (m ) G: Tổng l−ợng bùn cát đọng lại trong bể (kg/m3), trong thời gian 1s, tính với các hạt có đ−ờng kính d ≥ 0,05mm 3 γc: Khối l−ợng riêng của cát lắng, th−ờng γc = 1,6T/m 1.3.6.6. Thời gian tháo rửa bể lắng cát tháo rửa định kỳ L−u l−ợng tháo rửa cát Qth th−ờng lấy bằng 30 ữ 40% l−u l−ợng toàn bộ bể lắng và không quá l−u l−ợng làm việc của một khoang. Vậy l−u l−ợng tháo đơn vị: Q th q th = (1- 23) B th Bth: Chiều rộng phần tháo cát của khoang bể Coi dòng tháo là chảy đều và vì chiều rộng lớn so với chiều sâu hth, nên coi chu vi −ớt gần bằng chiều rộng. Khi đó 5/3 Hình 1-29. Cao trình và độ sâu bể lắng cát ⎛ q .n ⎞ h = ⎜ th ⎟ (1 - 24) th ⎜ ⎟ a- Bể tháo rửa định kỳ; b- Bể tháo rửa liên tục ⎝ i 0 ⎠ n: Độ nhám đáy bể có bùn cát, n = 0,0275 i0: Độ dốc đáy bể Vận tốc dòng tháo q th Vth = h th Hàm l−ợng bùn cát trong dòng tháo: 2/3 ⎛ Vth ⎞ ρt = 0,022⎜ ⎟ i.R ⎝ W ⎠ R: Bán kính thủy lực W: Độ thô thủy lực trung bình của cát trong dòng chảy, có thể tính bằng công thức: ΣW m W = i i 100 Wi. mi- độ thô thủy lực và tỉ lệ phần trăm của cát thành phần. - Thời gian tháo cát lắng đọng W.cγ c Ttc = 1,2 (s) (1 - 25) ρ tQ th
28. 30 1,2 - hệ số an toàn Thời gian tháo rửa cần thiết mỗi khoang, còn phải kể đến thời gian thao tác để đ−a bể vào tháo rửa và sau đó đ−a trở lại làm việc bình th−ờng, do đó phải lấy tăng lên bằng Tth = (1,5 ữ 2,0) Ttc (1 - 26) 1.3.6.7. Kiểm tra các cao trình và độ sâu bể lắng cát (hình 1.29) Bể lắng cát tháo rửa định kỳ Tính toán kiểm tra để mực n−ớc ở tiết diện cuối của đ−ờng tháo rửa không đ−ợc thấp hơn mực n−ớc lũ thiết kế trong sông nơi n−ớc chảy ra. ht ≤ Z - i0 lk - hth - ΣhW (1 - 27) ht- chiều sâu toàn bộ của bể lắng bằng độ sâu làm việc h0 cộng với độ sâu chết hc. i0, lk - độ dốc đáy và chiều dài lắng cát của bể. Z - chênh lệch mực n−ớc giữa mặt cắt vào bể và mặt cắt hạ l−u tại nơi dòng tháo rửa chảy ra. ΣhW- tổng tổn thất thủy lực ở đ−ờng tháo rửa từ cuối bể lắng Bể lắng cát tháo rửa liên tục Z ≥ hvào + hl + hhl + hx (1 - 28) Trong đó: hvào, hl, hhl, hx - các tổn thất thủy lực ở cực vào, l−ới chắn rác, hành lang tập trung cát và hành lang xả cát.
29. 35 1.5. Bể áp lực 1.5.1. Tác dụng của bể áp lực Bể áp lực là công trình nối tiếp đ−ờng dẫn n−ớc không áp – th−ờng là kênh dẫn, với đ−ờng dẫn n−ớc có áp- th−ờng là đ−ờng dẫn n−ớc vào Turbin. Bể áp lực có tác dụng Bổ sung l−u l−ợng khi nhà máy tăng tải đột ngột ứng với sự tăng tải lớn nhất trên biểu đồ phụ tải có đ−ờng tháo n−ớc thừa để có thể tháo l−u l−ợng lớn nhất của nhà máy khi cắt tải đột ngột. Tạo dòng chảy thuận từ đ−ờng dẫn hở vào đ−ờng dẫn có áp với tổn thất thủy lực thấp nhất. Phân phối đều dòng chảy vào các đ−ờng ống có áp. Khi có sự cố hoạc kiểm tra, sửa chữa, có thể đóng kín từng đ−ờng ống hoặc toàn bộ. Loại trừ rác bẩn, bùn cát gây hại cho turbin ch−a đ−ợc loại trừ hết từ đầu đ−ờng dẫn hoặc bổ sung thêm trên đ−ờng dẫn hở. Bảo đảm cho miệng ống dẫn có áp chìm d−ới mực n−ớc thấp nhất ít nhất là o,5 m; để khỏi cuốn không khí theo dòng chảy gây mất ổn định cho sự làm việc của turbin. Về kết cấu phải ổn định, bền vững, khai thác thuận lợi, cấu tạo đơn giản và giá thành xây dựng thấp. 1.5.1. Hình thức vμ cấu tạo bể áp lực. Gồm có các phần chính: khoang tr−ớc, phần thu n−ớc và phần tháo n−ớc thừa 1.5.2.1. Khoang tr−ớc Là phần nối tiếp bể với đ−ờng dẫn không áp, dòng chảy mở rộng dần từ tiết diện đ−ờng dẫn không áp đến tiết diện phần thu n−ớc Góc mở rộng của khoang tr−ớc không v−ợt quá 100 ữ 12 0 theo ph−ơng ngang cũng nh− ph−ơng đứng, để tránh cho vận tốc dòng chảy phân bố không đều. Vận tốc trung bình ở tiết diện cuối khoang th−ờng từ 0,6 ữ 0,8 m/s. Trên mặt bằng tốt nhất là khoang tr−ớc có trục là đ−ờng thẳng cùng với trục đ−ờng dẫn và phần thu n−ớc. Nh−ng do điều kiện địa hình, địa chất, có tr−ờng hợp phải làm khoang tr−ớc cong hoặc gẫy khúc, khi đó có thể phải làm t−ờng h−ớng dòng để giữ cho dòng chảy phân phối đều trên mặt bằng. Trong tr−ờng hợp do hạn chế góc mở rộng đ−a đến chiều dài khoang tr−ớc lớn quá, có thể phải rut ngắn lại và đặt các t−ờng h−ớng dòng. ở chỗ nối tiếp giữa khoang tr−ớc và phần thu n−ớc, cao trình đáy của khoang tr−ớc thấp hơn 0,5 ữ 1 m để giữ cát lắng đọng lại trong khoang tr−ớc. ở đấy có đặt đ−ờng hầm tháo cát với diện tích 0,4 ì 0,6 ữ 0,6 ì 0,8; có đặt cửa van phẳng để định kỳ tháo cát lắng. 1.5.2.2. Phần thu n−ớc Nối liền với khoang tr−ớc, có nhiệm vụ chia n−ớc vào các đ−ờng ống có áp. Phần thu n−ớc chia thành các khoang riêng biệt. Ngăn cách nhau bằng các trụ pin. Mỗi khoang đặt các thiết bị giống nh− đã trình bày ở phần cửa lấy n−ớc nh−: Cửa van sửa chữa, l−ới chắn rác, cửa van công tác, ống thông khí, thiết bị đóng mở của, thiết bị nâng chuyển, cầu công tác. Các cửa van th−ờng là van phẳng, cửa van sửa chữa có thể van phẳng hoặc phai. Cánh cửa van công tác trong tr−ờng hợp thiết kế không chế áp lực n−ớc va thì phải có thiết bị đóng nhanh.
30. 36 L−ới chắn rác th−ờng bố trí giữc hai cửa van sửa chữa và cửa van công tác và đặt nghiêng một góc 100 ữ 300 so với ph−ơng thẳng đứng, để tiện lợi cho việc vớt rác bằng cơ giới. Hình 1-34. Cắt dọc bể áp lực. 1- Kênh dẫn; 2- Khe phai sửa chữa; 3- L−ới chắn rác; 4- Cửa hành lang tháo cát; 5- ống thông khí; 6- Cửa van công tác; 7- ống dẫn n−ớc vào turbin. 1.5.2.3. Công trình tháo n−ớc thừa Có nhiệm vụ xả phần l−u l−ợng thừa, khi nhà máy giảm công suất. Công trình này phải tính toán với tr−ờng hợp khi nhà máy đang làm việc với công suất lớn nhất mà do sự cố phải cắt tải hoàn toàn, nh− vậy l−u l−ợng tháo phải tính với l−u l−ợng làm việc lớn nhất của nhà máy. Th−ờng gặp những kiểu sau: Tràn tự do: hình thức tháo n−ớc đơn giản nhất là tràn tự do, th−ờng đặt ở một bên bờ của khoang tr−ớc, dạng mặt cắt ốp – phi-xê-rốp. Nh−ợc điểm của tràn tự do là l−u l−ợng đơn vị nhỏ, vì vậy phải có chiều dài tuyến tràn lớn hoặc cột n−ớc trên đỉnh tràn lớn (th−ờng lấy bằng 0,5 ữ 0,8 m). Từ đó mà phải tăng chiều dài khoang tr−ớc hoặc nâng cao bờ bể áp lực. Có tr−ờng hợp làm tuyến tràn cong để kéo dài đỉnh tràn. Xi phông: Công trình tháo n−ớc thừa có thể làm theo dạng xi phông, l−u l−ợng đơn vị của xi phông lớn hơn tràn tự do 4 ữ 5 lần. Xi phông th−ờng làm thành nhiều ống, ít nhất là hai ống. Có tr−ờng hợp còn bố trí các ng−ỡng ống có chênh lệch về cao độ để tháo bỏ các cấp l−u l−ợng khác nhau, nh− vậy thích ứng đ−ợc các mức thay đổi phụ tải mà còn loại bỏ đ−ợc hiện t−ợng sang âm trong bể. Nh− vậy kiẻu tràn xi phông có những −u điểm về tháo n−ớc, nh−ng kết cấu phức tạp hơn tràn tự do. Hình 1-35. Mặt bằng bể áp lực
31. 37 1-ống dẫn n−ớc vào turbin; 2- Cửa van công tác; 3- Khoang tr−ớc; 4-Xi phông tháo n−ớc thừa; 5-Tràn tháo n−ớc thừa; 6-Dốc n−ớc; 7- Cửa xả cát; 8- Cửa nối tiếp với bể điều tiết ngày. Hình 1-36. Các công trình tháo n−ớc thừa ở bể áp lực a-Mặt bằng bể áp lực với đ−ờng tràn cong; b- Mặt cắt tràn; c- Xi phông 1-Khoang tr−ớc; 2-Tràn dạng cong; 3-Máng dẫn n−ớc sau tràn; 4-T−ờng áp lực đầu ống dẫn; 5-Cửa lấy n−ớc; 6-Dốc n−ớc. Cửa tháo tràn có cửa van: Kiểu này có −u điểm là kích th−ớc nhỏ, khống chế đ−ợc dao động trong bể ở phạm vi nhỏ. Ngoài ra còn có thể kết hợp để xói rửa cát lắng đọng trong bể. Cũng có thể phối hợp mấy kiểu khác nhau để giảm kích th−ớc mặt bằng của bể. Đ−ờng tháo n−ớc thừa: Sau các công trình tháo n−ớc thừa nói trên phải có đ−ờng dẫn ra hạ l−u. Th−ờng là cao trình bể áp lực khá lớn so với dòng chảy tự nhiên, cho nên phải làm đ−ờng dẫn ra d−ới dạng dốc n−ớc, hay bậc n−ớc, có tính toán tiêu năng ở cuối đ−ờng tháo. 1.5.2.4. Các bộ phận công trình khác trong bể áp lực Ngoài những thành phần chính đã nêu trên, còn những bộ phận công trình khác trong bể áp lực nh−: Cửa tháo cát: Vận tốc dòng chảy trong bể áp lực th−ờng nhỏ, do phải đảm bảo tiết diện đặt các ống dẫn n−ớc có áp, vì vậy mà bùn cát lắng đọng trong bể, th−ờng là ở khoang tr−ớc do đó khoang tr−ớc có tác dụng nh− một bể lắng cát. Để tháo rửa bùn cát phải đặt cửa tháo cát tại chỗ đáy thấp nhất của khoang tr−ớc, đó là ở tiết diện ngay tr−ớc phần thu n−ớc. Cánh cửa th−ờng là dạng phẳng có thể không đặt ở ngay miệng cửa đ−ờng tháo cát mà lui vào một đoạn để đặt thiết bị đóng mở ngay trên bờ bể áp lực. Hành lang tháo cát: nối từ cửa tháo cát ra ngoài. Đ−ờng tháo cát còn kết hợp để tháo n−ớc khi sửa chữa bể áp lực và kênh dẫn. Các cửa lấy n−ớc với yêu cầu khác: Trong tr−ờng hợp có kết hợp lấy n−ớc từ th−ợng l−u cho yêu cầu khác nh− n−ớc sinh hoạt, t−ới thì trong bể áp lực có thêm các cửa lấy n−ớc cho những mục đích đó. Trong tr−ờng hợp điều kiện địa hình cho phép có thể đặt bể điều tiết ngày ở gần bể áp lực thì phải có công trình nối bể điều tiết ngày với bể áp lực (các hình 1-35, 1-36a). 1.5.3. Sơ đồ bố trí bể áp lực Do điều kiện địa hình, địa chất mà có mấy dạng sơ đồ sau: 1). Bể áp lực thẳng
32. 38 Trục đ−ờng dẫn trùng với trục của bể áp lực và cùng ph−ơng với các đ−ờng ống dẫn n−ớc turbin. Kiểu sơ đồ này có tổn thất thuỷ lực nhỏ nhất, kết cấu đơn giản, kích th−ớc mặt bằng nhỏ. 2). Bể áp lực xiên góc Trục của đ−ờng dẫn làm với trục của các đ−ờng ống áp lực một góc nghiêng α < 900. Do dòng chảy đổi h−ớng cho nên tổn thất thuỷ lực lớn hơn ở kiểu thẳng. Rác bẩn và bùn cát phân bố không đều trên l−ới chắn rác và phần lắng, gây khó khăn cho việc dọn rác và tháo rửa. 3). Bể áp lực cong Trục của đ−ờng dẫn và trục của ống dẫn n−ớc vào turbin làm thành một ốc α ≤ 900. Khoang tr−ớc có dạng uốn cong, cho nên th−ờng phải kéo dài và tăng bán kính cong, do đó kích th−ớc mặt bằng lớn. Tổn thất thủy lực lớn hơn so với sơ đồ bể thẳng. Kết cấu phức tạp hơn. Đ−ờng tháo n−ớc thừa bố trí ở một bên bờ của khoang tr−ớc. Hình 1-37. Các sơ đồ bố trí bể áp lực a-Kiểu bể áp lực thẳng; b-Kiểu xiên góc; c-Kiểu cong; d-Kiểu vuông góc 1-Kênh dẫn; 2-Khoang tr−ớc; 3-Đ−ờng dẫn n−ớc vào turbin; 4-Đ−ờng tràn tháo n−ớc thừa; 5- Dốc n−ớc. 4). Bể áp lực vuông góc. Trục của đ−ờng dẫn và trục của đ−ờng ống dẫn n−ớc vào turbin làm với nhau một góc α = 900. Phần thu n−ớc vuông góc với khoang tr−ớc Kiểu này có tổn thất thủy lực lớn do dòng chảy chuyển h−ớng 900. Phân bố rác bẩn và bùn cát không đều. Kích th−ớc trên mặt bằng có thể nhỏ hơn ở kiểu xiên và cong. Nói chung là nên cố gắng bố trí theo sơ đồ 1, nh−ng do điều khiện địa hình, địa chất, mà chọn theo 3 kiểu sau. 1.5.4. Tính toán thủy lực vμ xác định kích th−ớc bể áp lực 1.5.4.1. Tính toán thủy lực Mục đích xác định mực n−ớc cao nhất trong bể áp lực khi cắt tải và mực n−ớc thấp nhất khi giảm tải. Đối với đ−ờng dẫn và bể áp lực, khi giảm l−u l−ợng phát điện (giảm tải) sẽ xuất hiện sóng d−ơng, làm cho mực n−ớc tăng lên. Ng−ợc lại khi tăng l−u l−ợng phát điện (tăng tải) sẽ
33. 39 xuất hiện sóng âm làm cho mực n−ớc hạ xuống. Các sóng này có chiều cao ban đầu là Δh0 di chuyển theo dòng chảy với vận tốc chuyền sóng c, tính theo công thức sau: F ⎛ 3 ΔhB' ⎞ 0 ⎜ ⎟ c= g ⎜1+ ⎟ ±V0 (1-38) B' ⎝ 2 F0 ⎠ Trong đó: c: Vận tốc truyền sóng V0: Vận tốc ban đầu của dòng chảy F0: Tiết diện ban đầu của dòng chảy Δh: Chiều cao sóng B’: Chiều rộng của dòng chảy ở vị trí trung bình của chiều cao sóng g: Gia tốc trọng tr−ờng Trong tr−ờng hợp chiều cao sóng Δh nhỏ hơn 0,1h; h- độ sâu dòng chảy khi ch−a có sóng, có thể bỏ qua trị số mang Δh trong căn và công thức trở thành: F c= g 0 ±V (1-39) B' 0 Chênh lệch l−u l−ợng giữa mặt cắt sóng đã truyền đến với mặt cắt ban đầu là: ΔQ = Q − Q0 = cΔ hB' (1-40) Hình 1-38. Sơ đồ truyền sóng. a-Giảm tải; b-Tăng tải Trị số ΔQ là l−u l−ợng biến đổi do sóng, gọi là l−u l−ợng sóng. Cao trình mực n−ớc dâng cao nhất khi giảm tải đột ngột. Khi giảm tải một phần hoặc toàn phần trong một thời đoạn rất ngắn, sẽ phát sinh sóng d−ơng trong bể láp lực và kênh dẫn. Sóng truyền theo chiều dài kênh, làm cho mực n−ớc tăng Tại một mặt cắt nhất định, mực n−ớc tăng liên tục theo thời gian. Cho đến khi sóng phản xạ từ hồ chứa trở về đến mặt cắt đó, sóng mới bắt đầu giảm. Vậy tại thời điểm này t−ơng ứng với mực n−ớc cao nhất ở mặt cắt nói trên. Xác định trị số mực n−ớc cao nhất có thể theo ph−ơng pháp đơn giản Trec - tôi - sốp nh− sau: ở thời điểm ban đầu, dòng chảy là ổn định, với l−u l−ợng Q0 đ−ờng mặt n−ớc và tất cả các yếu tố thủy lực ở mặt cắt bất kỳ đã biết. Khi giảm tải ' ΔQQQ = − 0 (1-41)
34. 40 ở mặt cắt 0 – 0 cuối bể áp lực xuất hiện sóng d−ơng truyền lên th−ợng l−u. Thừa nhận mấy giả thuyết sau: - Mặt truyền của sóng thẳng đứng - Mặt thoáng sau khi sóng truyền đến sẽ nằm ngang - Bỏ qua lực ma sát. Trên đoạn n, n-1 của dòng chảy, ph−ơng trình chênh lệch l−u l−ợng sóng sẽ là: ΔQn = c n B' nΔ h n (1-42) Các ký hiệu nh− trên, n là chỉ số cho mặt cắt n. Vận tốc truyền sóng theo (1-38): F ⎛ 3 B' ⎞ c= g n0 ⎜1+ Δh⎟ ± V (1-43) ' ⎜ n⎟ n0 Bn ⎝ 2 Fn0 ⎠ Trong đó: Chỉ số 0 chỉ các trị số ban đầu tại mặt cắt n. lấy ph−ơng chuyển động của sóng là chiều d−ơng. Thời gian truyền sóng từ mặt cắt n-1 đến mặt cắt n là: ln Δtn = (1-44) cn Trong đó: ln : Khoảng cách hai mặt cắt. cn : Vận tốc trung bình của sóng truyền, có thể tính: 1 c=() c + c (1-45) n 2 n−1 n Hay: cn=2 c n − c n−1 (1-46) Thể tích thay đổi trong thời đoạn Δtn ở đoạn giữa mặt cắt 0-0 và n-n (phần gạch chéo trên hình 1-39) là: Wn = Δ Q0 Δ tn (1-47) Từ (1-43), (1-45) và (1-46) đ−ợc: 2ln Δ Q0 cn = − cn−1 (1-48) Wn Từ công thức hình học có thể xác định: ' ' WWWn= n − n−1 (1-49) Trong đó: ' 1 Wn = Sn () f0 + fn + f0 f n (1-50) 3 ' 1 Wn−1 = Sn−1( f 0+ fn− 1 + f 0 f n− 1 ) (1-51) 3 Trong đó: f0, fn-1, fn – diện tích mặt sóng thẳng đứng ở các mặt cắt 0-0, n-1, n ở tiết diện xuất phát 0-0, sóng ban đầu Δh0 và vận tốc v0 có thể xác định:
35. 41 ΔQ0 = c 0 B' Δ h 0 ' F0 ⎛ 3 B ⎞ c= g 0 ⎜1+0 Δh⎟ − V 0 B ' ⎜ 2 F 0⎟ 0 0 ⎝ 00 ⎠ Giải bài toán theo trình tự sau: Từ mặt cắt cuối bể 0-0, tính toán cho mặt cắt 1-1, xác định chiều cao sóng Δh1. Trị số W1 tính theo (1-49) trong đó (n-1) thay bằng (0), còn (n) thay bằng (1),c tính theo công 1 Hình 1-39. Sơ đồ tính toán mực n−ớc dâng cao thức (1-43) và (1-48). Nếu c1 nhất trong bể láp lực. tính theo hai công thức có đ−ợc trị số trùng hoặc gần trùng nhau thì trị số Δh1 đ−ợc chấp nhận. Nếu không thì phải tính lại Δh1. Đó là cách tính thử dần, hoặc cũng có thể dùng biểu đồ. Với trị số Δh1 và c1 đã tính đ−ợc, mặt n−ớc ở 1-1 sẽ ở cao trình Z1= Z 1,0 + Δ h 1 Trong đó: Z1,0- Cao trình mặt n−ớc ở mặt cắt 1-1 trong chuyển động ổn định ban đầu. Từ Z1 tính chuyển qua mặt cắt 2-2, cách tính giống nh− trên. Cuối cùng xác định tại mặt cắt cuối cùng S-S (mặt cắt đầu kênh dẫn tiếp xúc với hồ chứa ở th−ợng l−u). Trong thời gian truyền từ mặt cắt 0-0 đến S-S, thời gian truyền là T, mực n−ớc tăng '' liên tục, tại thời điểm sóng truyền tới S-S mực n−ớc tại mặt cắt 0-0 là Z 0 . Tại S-S mực n−ớc không thay đổi (ứng với mực n−ớc hồ chứa tại thời điểm đó), sóng phản xạ bắt đầu truyền ng−ợc lại với vận tốc c, cùng bằng vận tốc sóng truyền đi Trong thời gian sóng phản xạ từ S-S về 0-0 cũng với thời gian T’ = T mực n−ớc tại 0-0 vẫn tiếp tục tăng cho đến khi sóng phản xạ tới 0-0, mực n−ớc tại đây đạt đến Zmax. Có thể theo biến đổi mực n−ớc tại 0-0 nh− hình 1-40. Có thể thấy '' '' ' ZZZZ0 max =0 +( 0 − 0 ) (1-52) '' Hay Z0 max =2 Z0 − Z0 − Δ h 0 (1-53) Trong tính toán gần đúng có thể tính nh− một đoạn với mặt cắt 0-0 và mặt cắt đầu kênh S-S. Nếu trong bể tuyến tràn hoặc xi phông ở cao trình Zđ thì ở thời điểm bắt đầu tràn, công thức (1-39) tính vận tốc truyền sóng trở thành: ' 2ln Δ Q0 cnd = − cn−1 (1-54) Wn Trong đó: ΔQQQ' = Δ − (1-55) 0 0 md Hình 1-40. Biến đổi mực n−ớc ở Qmd: l−u l−ợng trung bình của tràn hoặc xi mặt cắt cuối bể áp lực khi giảm tải. phông trong khoảng thời gian sóng truyền từ mặt cắt n-1 đến n. Mực n−ớc thấp nhất trong bể khi tăng tải
36. 42 ' Tr−ờng hợp tăng tải t−ơng ứng với l−u l−ợng từ Q0 đến Q0 ' ΔQQQ =0 − 0 (1-56) Cùng với những giả thiết: - Mặt cắt đỉnh sóng thẳng đứng trong khi truyền - Mặt n−ớc của dòng chảy sau khi truyền sóng đạt đến độ ổn định cuối cùng với độ dốc I. Xét sóng truyền từ mặt cắt 0-0 đến n-n (hình 1-41) các ph−ơng trình cơ bản sẽ là: ' ΔQn = c n B n Δ h n (1-57) Ph−ơng trình vận tốc sóng ' Fn ⎛ 3 B ⎞ c= g 0 ⎜1+n Δh⎟ − V (1-58) n B ' ⎜ 2 F n⎟ n0 n ⎝ n0 ⎠ Thời gian truyền sóng từ 0-0 đến n-n: S n tn = cn Sn: Khoảng cách 0-0 đến n-n Vận tốc truyền sóng trung bình: 1 c=() c + c n 2 0 n Ph−ơng trình liên tục: ΔQ0 tn = W n (1-59) Wn: Vận tốc n−ớc chuyển trong thời đoạn tn (phần gạch chéo trên hình 1-41). Hình 1-41. Sơ đồ tính mực n−ớc thấp nhất trong bể áp lực. Biểu thức l−u l−ợng: QKI= (1-60) Q : L−u l−ợng trung bình giữa mặt cắt 0-0 và n-n K : Trị số trung bình của môđun l−u l−ợng ở mặt cắt t−ơng ứng. Nếu tính với mặt cắt 0-0 và S-S là một đoạn tính toán thì khi sóng lan truyền đến đầu '' kênh, mực n−ớc trong bể giảm xuống đến cao trình ZZ0 =0 −η 0 (hình 1-41), khi đó vận tốc và chiều cao sóng tại S-S. ΔQs Δhs = ' (1-61) cs B s
37. 43 F ⎛ 3 B ' ⎞ c= g s ⎜1+s Δh⎟ − V (1-62) s ' ⎜ s⎟ s Bs ⎝ 2 Fs ⎠ Xác định l−u l−ợng ΔQs tại tiết diện S-S khi sóng truyền tới, theo công thức: ΔQQ + Δ s 0 =KIQ − (1-63) 2 0 ' Hay ΔQKIQQs =2 −0 + 0 (1-64) ' ΔQKIQQs =2 −( 0 − 0 ) (1-65) Các trị số K , I là chỉ giá trị trung bình của K, I giữa các tiết diện. Khi sóng truyền tới tiết diện S-S với độ sâu n−ớc htb: 2(QQ' − ) h= h − Δ h = h − 0 0 (1-66) tb tbo tb0 tbo c() Bs − B0 c+ c c = s 0 2 h : Độ sâu trung bình trên kênh tbo Bs, B0: Chiều rộng mặt n−ớc trong kênh tại S-S và 0-0 Độ dốc thuỷ lực η + ΔH− Δ h I = 0 s (1-67) L L: chiều dài kênh. Chiều cao sóng tại tiết diện 0-0 khi sóng truyền đến đầu kênh: ' 4(QQ0 − 0 ) η0 = − Δhs (1-68) c() Bs − B0 Có thể tính Δh s rồi tìm cs theo (1-62), ΔQs theo (1-64), sau đó tìm Δh s theo (1-61). Nếu kết quả trùng với Δh s đã định ra trên thì trị số Δh s đã định là đúng. Cùng với giả thiết thời gian truyền sóng từ 0-0 đến S-S và ng−ợc lại đều bằng nhau thì mực n−ớc thấp nhất tại mặt cắt 0-0 là: ZZmin =0 − 2η 0+ Δh 0 Z0: Mực n−ớc tại mặt cắt 0-0 ban đầu. 1.5.4.2. Xác định các kích th−ớc của bể áp lực 1). Khoang tr−ớc Khoang tr−ớc là bộ phận nối tiếp đ−ờng dẫn với phần thu n−ớc tiết diện tăng đều từ đ−ờng dẫn đến tiết diện yêu cầu về chiều cao và độ sâu của phần thu n−ớc. Đáy của khoang tr−ớc ở tiết diện tiếp giáp với phần thu n−ớc phải thấp hơn đáy phần thu 0,5 ữ 1,0 m Để bùn cát lắng đọng không trôi vào phần thu. Chiều dài khoang tr−ớc: L=5() H − h + 1 (m) (1-69) Trong đó: H: Chiều sâu lớn nhất của phần thu, tính đến đỉnh t−ờng.
38. 44 h: Chiều sâu kênh dẫn Th−ờng các công trình tháo n−ớc thừa bố trí ở khoang tr−ớc. Với tràn tự do l−u l−ợng qua tràn: 3 2 Qmax = mB2 gH tr (1-70) Qmax: L−u l−ợng lớn nhất của nhà máy m,, B H tr : Hệ số l−u l−ợng, chiều rộng và độ sâu lớp n−ớc tràn. Th−ờng H tr lấy khoảng 0,2 ữ 0,6 m. Mực n−ớc dâng bình th−ờng trong bể, bằng mực n−ớc dâng bình th−ờng ở hồ chứa th−ợng l−u trừ đi các tổn thất dọc đ−ờng và cục bộ của dòng chảy từ hồ chứa đến bể áp lực. Cao trình ng−ỡng tràn lấy cao hơn mực n−ớc dâng bình th−ờng trong bể từ 3 ữ5 cm. Phần khoang tr−ớc phải có tiết diện mở rộng dần, tốt nhất là đối xứng trên mặt bằng. Nếu phải bố trí phần này ngắn hoặc không đối xứng thì phải có các t−ờng h−ớng dòng để phân phối đều dòng chảy. Trong thiết kế phải chọn hình dạng, kích th−ớc sao cho tổn thất thuỷ lực nhỏ nhất. 2). Phần thu n−ớc Phần này để nối với đ−ờng ống dẫn n−ớc vào turbin và đặt các thiết bị đầu ống dẫn. Yêu cầu chung cũng giống nh− ở cửa lấy n−ớc. Chiều rộng mỗi khoang cửa: bk =()1,5 ữ 1,8 D Trong đó: D: Đ−ờng kính trong của ống dẫn n−ớc vào turbin Vậy chiều rộng toàn bộ phần thu n−ớc: B= nbk + () n−1 d Trong đó: n: Số khoang d: Chiều dầy trụ pin Chiều dài phần thu n−ớc L2 do việc bố trí các thiết bị đầu ống dẫn (cửa van sửa chữa, l−ới chắn rác, cửa van công tác) và kết cấu cửa mà quyết định. Vận tốc dòng chảy vào phần thu lấy bằng Vk = 0,7ữ 0,8m / s , do đấy độ sâu phần thu: QT hk = bk V k QT: L−u l−ợng lớn nhất của một đ−ờng ống áp lực. Độ ngập sâu tối thiểu của mép trên ống áp lực phải: VV2− 2 h ≥()2 ữ 3 0 k min 2g V0: Vận tốc lớn nhất trong đ−ờng ống áp lực. 3). Tính toán các mực n−ớc trong bể Tính toán mực n−ớc thấp nhất trong bể th−ờng tính với: Khi tăng tải lớn nhất tổ máy cuối cùng trong khi các tổ máy khác đều chạy đầy tải. Từ đó mực n−ớc thấp nhất trong bể: ∇min = ∇ n−1 − Δh Trong đó:
39. 45 ∇ n−1 : Mực n−ớc trong bể áp lực khi n-1 tổ máy đều chạy đầy tải. Δh : Sóng giảm áp khi tổ máy cuối cùng tăng tải lớn nhất (th−ờng là từ chạy không đến công suất lớn nhất). Trị số Δh tính toán nh− đã nói ở phần tính toán thuỷ lực trên. Khi thiết kế sơ bộ có thể tính nh− sau: Từ ph−ơng trình cân bằng n−ớc: ' QT cTs Δ h QT Ts = bk hay Δh = 2 2 cbk Trong đó: ' QT : L−u l−ợng tăng tải lớn nhất qua ống dẫn áp lực. c: Vận tốc truyền sóng giảm áp, lấy theo công thức: F c= g 0 B ' F0 và B’: Tiết diện −ớt tr−ớc cửa ống dẫn ở thời điểm ban đầu và chiều rộng trung bình của tiết diện −ớt trên. Mực n−ớc dâng cao nhất trong bể áp lực: Mực n−ớc lớn nhất (∇ max ) tính với tr−ờng hợp toàn bộ l−u l−ợng lớn nhất của nhà máy qua tràn, từ đó xác định đ−ợc H tr theo (1-70). ∇max = ∇ dt+ H tr ∇ dt : Cao trình đỉnh tràn. Đối với tr−ờng hợp không có công trình tháo tràn nh− kênh tự điều tiết. ' ∇ max : Mực n−ớc dâng bình th−ờng trong bể + Δh Δh' : Chiều cao sóng tăng áp , tính toán nh− phần tính toán thuỷ lực trên, khi tính toán sơ bộ có thể lấy: ' QT Δh = ' c bk QT: L−u l−ợng lớn nhất của nhà máy c’: Vận tốc truyền sóng tăng tính theo công thức: F c' = g 0 −V B ' k
40. 46 Hình 1-42. Sơ đồ xác định kích th−ớc của bể áp lực a-Mặt cắt dọc bể và sơ đồ sóng giảm áp; b- Mặt cắt dọc bể và sơ đồ sóng tăng áp; c- mặt bằng. Chiều cao lớn nhất của đỉnh t−ờng bể áp lực: ∇đ = ∇max + hS +δ ∇đ, ∇max: Cao trình đỉnh t−ờng và cao trình mực n−ớc cao nhất trong bể. hS: Chiều cao sóng, tính theo tiêu chuẩn và quy phạm tính sóng lên công trình. δ: Chiều cao an toàn, lấy nh− sau: δ = 0,2 ữ 0,25 m với l−u l−ợng nhà máy Q 100 m3/s. 1.5.5. Những điểm chú ý trong tính toán ổn định bể áp lực Vị trí bể áp lực th−ờng đặt gần mái dốc, vì vậy dễ sinh tr−ợt và tr−ợt theo phần nền. Khi tính ổn định phải kiểm tra với các sơ đồ tr−ợt có thể xảy ra: Phẳng, hỗn hợp. Nhất là tr−ờng hợp kết cấu nền không đồng nhất hoặc kết cấu gồm các lớp địa chất khác nhau, nghiêng dần ra phía ngoài. Mặt khác phải tính toán thấm để xác định tổn thất l−u l−ợng do thấm. Tuỳ theo điều kiện địa hình, địa chất có thể đặt bể chìm, nổi hoặc nửa chìm nửa nổi. Tính toán và chọn hình thức kết cấu phải bảo đảm ổn định, vững chắc, khai thác thuận tiện và giảm chi phí đến mức thấp nhất.
41. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam Ch−ơng 2 Đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực trạm thuỷ điện N−ớc ta là một n−ớc đang phát triển, năng l−ợng bình quân đầu ng−ời còn thấp so với nhiều n−ớc trong khu vực. Để duy trì đ−ợc tốc độ tăng tr−ởng GDP bình quân hàng năm trên 7% nh− hiện nay thì nhu cầu điện năng hằng năm cũng phải tăng trung bình t−ơng ứng khoảng 14%. Đó là một nhiệm vụ hết sức nặng nề đối với ngành điện lực trong nhiều thập kỷ tới . Với đặc điểm của n−ớc ta là một n−ớc nhiệt đới gió mùa m−a nhiều, nguồn n−ớc mặt của các sông suối dồi dào, tiềm năng thuỷ điện phong phú ( Trữ năng lý thuyết khoảng 271.3 tỷ KWh/năm, trữ năng kinh tế - kỹ thuật của 10 hệ thống sông lớn khoảng 88,6tỷ KWh/năm) thì việc −u tiên phát triển thuỷ điện phải là một h−ớng quan trọng trong chiến l−ợc phát triển của ngành điện lực. Trong công tác nghiên cứu, thiết kế, xây dựng và vận hành các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện cũng nh− trong công tác đào tạo rất cần những cuốn sổ tay để tra cứu. Đáng tiếc rằng cuốn sổ tay thuộc lĩnh vực thuỷ điện đến nay vẫn còn ch−a có đầy đủ. Để đáp ứng đ−ợc những yêu cầu đòi hỏi cấp thiết đó theo sự phân công của Ban biên tập “ sổ tay kỷ thuật thuỷ lợi” chúng tôi biên soạn tập 6 phần 2 của bộ sổ tay với tên gọi là “Công trình trên tuyến năng l−ợng và thiết bị thuỷ điện” nhằm phục vụ việc tra cứu và tham khảo cho các kỷ s−, kỷ thuật viên làm công tác khảo sát, quy hoạch, thiết kế, thi công, quản lý vận hành các công trình thuỷ điện, đồng thời cũng là tài liệu tham khảo bổ ích cho giảng viên, sinh viên ngành thuỷ lợi thuỷ điện của các tr−ờng đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp. Nói chung, công việc nghiên cứu thiết kế một công trình thuỷ điện bao gồm ba nội dung sau: 1- Tính toán thuỷ năng, xác định các thông số cơ bản của TTĐ 2- Thiết kế các hạng mục công trình gồm: công trình đầu mối, Các công trình trên tuyến năng l−ợng và nhà máy thuỷ điện. 3- Chọn thiết bị cho TTĐ. Song vì khối l−ợng hạn chế tập sách nên chúng tôi chỉ hạn chế cuốn sách trong một số nội dung sau đây: Các công trình trên tuyến năng l−ợng và nhà máy thuỷ điện . Thiết bị thuỷ điện . Về công trình đầu mối gồm đập dâng n−ớc và công trình xả lũ có thể tham khảo trong tập 2, phần 2. Phần cửa van cho công trình đầu mối có thể xem tập . . . Còn một số phần khác ch−a có điều kiện giới thiệu trong sổ tay này, rất mong đ−ợc độc gỉa thông cảm và tìm đọc trong các tài liệu tham khảo khác. Tập 6 do PGS.TS Phan Kỳ Nam chủ biên và viết ch−ơng 2 , PGS.TS Nguyễn Duy Hạnh viết ch−ơng 1 và 3; TS Huỳnh Tấn L−ợng viết ch−ơng 4; PGS.TS Đỗ Văn Chiêu viết ch−ơng 6, các tiết 5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6, 5.7 của ch−ơng 5 và 01
42. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam các tiết 8.5, 8.6, 8.7, 8.8, 8.9 của ch−ơng 8; PGS.TS Hoàng Đình Dũng viết ch−ơng 9, các tiết 5.8, 5.9 của ch−ơng 5 và các tiết 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 của ch−ơng 8; TS Hoàng Văn Thắng viết ch−ơng 7; KSCC Lê Gia Tài viết ch−ơng 10. Đây là cuốn sổ tay đ−ợc biên soạn lần đầu trong điều kiện thời gian ngắn, tài liệu tham khảo hạn chế. Các hệ loại và các đ−ờng đặc tính của turbin của các n−ớc sản xuất( Trừ CHLB Nga ) không đ−ợc giới thiệu rộng rãi nên không có điều kiện để tổng hợp giới thiệu. Trung Quốc có rất nhiều cơ sở sản xuất thiết bị turbin nh−ng cũng ch−a đ−ợc hệ thống hoá và giới thiệu đầy đủ các đ−ờng đặc tính tổng hợp của chúng. Đó là các khó khăn mà các tác giả của cuốn sách này gặp phải và điều đó đã hạn chế những thông tin về thiết bị đầy đủ cung cấp cho độc giả. Vì những lý do trên, chúng tôi chỉ đ−a vào trong cuốn sách này bộ đ−ờng đặc tính tổng hợp chính của các turbin CHLB Nga là bộ đ−ờng đặc tính tổng hợp có đầy đủ nhất mà chúng tôi thu thập đ−ợc. Trong hoàn cảnh thiếu thông tin ngày nay về các loại turbin do các n−ớc khác sản xuất, chúng ta có thể tạm coi bộ đ−ờng đặc tính tổng hợp của CHLB Nga là các đ−ờng đặc tính đại diện cho các đ−ờng đặc tính của turbin cùng hệ loại có điều kiện làm việc giống nhau( Cột n−ớc và công suất của turbin gần nh− nhau) để tính toán. Mong răng, sau này các tác giả khác sẽ s−u tầm đ−ợc những tài liệu phong phú hơn bổ sung cho nguồn tài liệu tham khảo trong lĩnh vực thiết bịThuỷ Điện của chúng ta. Tập thể tác giả chân thành cảm ơn PGS.TS Hồ Sỹ Dự, PGS.TS Lê Danh Liên, TS Thu, TS Ngô Quốc Trung đã góp nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thiện tập sách này. Vì thời gian ngắn, thiếu những thông tin cập nhật và trình độ ng− ời viết có hạn nên chắc chắn cuốn sách này còn thiếu xót. Tập thể tác giả rất mong nhận đ−ợc sự góp ý của các đồng nghiệp và bạn đọc. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về Ban Biên Tập để chúng tôi có thể tiếp tục bổ sung và sữa chữa . Xin chân thành cảm ơn. Các tác giả 01
43. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam Ký Hiệu Hmax – Cột n−ớc lớn nhất Hmin – Cột n−ớc nhỏ nhất Htt – Cột n−ớc tính toán N – Công suất Q – L−u l−ợng N – Số vòng quay Ns – Tỷ tốc D1 - Đ−ờng kính bánh xe công tác của turbin η – Hiệu suất σ – Hệ số khí thực V – Vận tốc tuyệt đối W – Vận tốc t−ơng đối U – Vận tốc theo( Quay) Hs – chiều cao hút BXCT – Bánh xe công tác CC – Turbin chong chóng( Propeller) CQ – Turbin cánh quay( Kaplax) TT – Turbin tâm trục( Francis) CT – Turbin chéo trục(Deriaz) CX – Turbin capxun trục ngang G – Turbin gáo(Pelton) TN – Turbin tia nghiêng( Turgo) XK2L – Turbin xung kích 2 lần( Banki) MNDBT – Mực n−ớc dâng bình th−ờng MNC – Mực n−ớc chết MNGC – Mực n−ớc gia c−ờng ao - Độ mở cánh hứng n−ớc φ– Góc đặt cánh turbin chong chóng hoặc cánh quay TBN – Turbin nhỏ NMTĐ - Nhà máy thuỷ điện TBDAL – Thiết bị dầu áp lực (MHY) TTĐ - Trạm thuỷ điện AVR – Thiết bị điều chỉnh điện áp tự động MVR – Thiết bị điều chỉnh điện áp bằng tay OPY – Thiết bị phân phối điện ngoài trời DZK - Đ−ờng dây tải điện trên không AC – Dây nhôm lõi kép ACO – Dây nhôm lõi thép cấu tạo nhẹ ACY – Dây nhôm lõi thép cấu tạo chắc Pđm – Công suất tác dụng định mức Nđm – Công suất định mức trên trục turbin Qđm – Công suất phản kháng định mức Iđm – Dòng điện định mức của máy phát điện Uđm - Điện áp định mức của máy phát điện 01
44. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam Sđm – Công suất toàn phần định mức của máy phát điện f – Tần số dòng điện phát ra MFTĐ - Máy phát thuỷ điện TBPP – Thiết bị phân phối điện MC – Máy cắt điện CL – Cầu dao cách ly ĐD - Đ−ờng dây tải điện 01
45. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam Mục Lục Mục Lục 1 Ch−ơng 2 7 Đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực trạm thuỷ điện 7 2.1. Mở đầu 7 2.2. Phân loại và cấu tạo ống dẫn n−ớc áp lực Turbin 10 2.2.1. ống thép thành nhẵn 11 2.2.2. ống thép có vành đai 12 2.2.2.1. Ph−ơng pháp bọc đai nóng 13 2.2.2.2. Ph−ơng pháp bọc đai tự động (Ph−ơng pháp lạnh) 13 2.2.3. ống thép nhiều lớp 14 2.3. Lựa chọn chọn tuyến ống và ph−ơng thức cấp n−ớc turbin 14 2.3.1. Lựa chọn tuyến ống 14 2.3.2. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc 15 2.3.2.1. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc độc lập 15 2.3.2.2. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc theo nhóm 15 2.3.3.3. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc liên hợp 15 2.3.3. H−ớng ống dẫn n−ớc chính vào nhà máy thuỷ điện 16 2.3.3.1. Tuyến ống bố trí thẳng góc với trục nhà máy 16 2.3.3.2. Tuyến đ−ờng ống bố trí song song với trục nhà máy 16 2.4 Các thiết bị bố trí trên đ−ờng ống và sơ đồ bố trí van tr−ớc turbin 16 2.4.1. Các thiết bị bố trí trên đ−ờng ống 16 2.4.2. Sơ đồ bố trí van trên đ−ờng ống turbin 18 2.4.3. Kết cấu khớp co dãn nhiệt độ 18 2.4.4. Cửa kiểm tra (cửa thăm) đ−ờng ống 20 2.5. Mố ôm và mố đỡ 21 2.5.1. Mố néo 21 2.5.2. Mố đỡ 22 2.6.Tính toán thuỷ lực và xác định đ−ờng kính kinh tế đ−ờng ống áp lực 25 2.6.1. Tính toán thuỷ lực đ−ờng ống 25 2.6.1.1. Tính tổn thất cột n−ớc 26 2.6.1.2. Tính toán áp lực n−ớc va 32 2.6.2. Xác định đ−ờng kính kinh tế đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực 32 2.7. Tính toán tĩnh lực đ−ờng ống thép 33 2.7.1. Vật liệu làm ống 33 2.7.2. Các lực tác dụng lên ống thép lộ thiên 34 2.7.2.1. Nhóm lực cơ bản bao gồm các lực th−ờng xuyên tác dụng lên ống trong quá trình vận hành 34 2.7.2.2. Nhóm lực đột xuất gồm các lực tác dụng không th−ờng xuyên lên ống và với thời gian ngắn 34 2.7.2.3. Các tr−ờng hợp tổ hợp tải trọng dùng trong thiết kế đ−ờng ống 35 2.7.3. Phân tích kết cấu ống thép hở 40 2.7.3.1. Sơ bộ xác định chiều dày thành ống thép hở (lộ thiên) 40 01
46. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam 2.7.3.2. Phân tích ứng suất trong thân ống thép hở 40 2.8. ống phân nhánh 52 2.8.1. Bố trí và đặc điểm của ống phân nhánh 52 2.8.1.1. Bố trí 52 2.8.1.2. Đặc điểm của ống phân nhánh 53 2.8.2. Mấy loại ống phân nhánh th−ờng dùng 54 2.8.2.1. ống phân nhánh hàn bên 54 2.8.2.2. ống phân nhánh rẽ hai, rẽ ba 54 2.8.2.3. ống phân nhánh có thép đai hình mặt bán nguyệt 55 2.8.3. Những điểm chủ yếu khi thiết kế ống phân nhánh 56 2.8.3.1. Giả thiết cơ bản 57 2.8.3.2. Tính toán gần đúng chiều dày thành ống 57 2.8.3.3. Phân tích c−ờng độ của hệ dầm gia cố 58 2.9. ống bê tông cốt thép áp lực 59 2.9.1.Phân loại và phạm vi ứng dụng 59 2.9.2. Tài liệu cơ bản để thiết kế ống bê tông cốt thép áp lực 59 2.9.3. Cấu tạo 59 2.9.3.1. Ph−ơng thức bố trí đ−ờng ống 59 2.9.3.2. Phân đoạn đ−ờng ống và nối tiếp 61 9.3.3.3. Ước tính chiều dầy thành ống bê tông cốt thép 62 2.9.4. Tính toán kết cấu 62 2.9.4.1. Tính toán tải trọng 62 2.9.4.2. Tính toán nội lực 70 2.9.4.3. Tính toán cốt thép thành ống 76 01
47. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam Ch−ơng 2 Đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực trạm thuỷ điện Biên soạn: PGS. TS. Phan Kỳ Nam 2.1. Mở đầu Tuỳ theo cách bố trí tổng thể trạm thuỷ điện (TTĐ), điều kiện địa hình, địa chất, đ−ờng ống dẫn n−ớc áp của TTĐ có thể có các cách bố trí khác nhau để phù hợp với điều kiện dẫn n−ớc vào turbin tốt nhất 1 2 MNDGC 3 75.9 72.5 Hình 2.1a: TTĐ sau đập với ống dẫn n−ớc áp lực đặt d−ới đáy đập đất 1-Tháp van 2- Đ−ờng ống dẫn n−ớc 3- Nhà máy 1 485,0 3 466,0 2 Hình 2.1b: TTĐ sau đập với ống dẫn n−ớc áp lực đặt d−ới đáy đập đá xây 1-Tháp van 2- Đ−ờng ống dẫn n−ớc 3- Nhà máy 01
48. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam Hình 2.1c: TTĐ sau đập với đ−ờng dẫn n−ớcáp lực đặt bên bờ 1-Cửa lấy n−ớc 2- Đ−ờng ống dẫn n−ớc 3- Nhà máy TĐ 4-Đ−ờng hầm xả lũ thi công 5-Cửa xả lũ thi công 6-Trạm phân phối cao áp (OPY) 7-Tháp điều áp Đối với các TTĐ sau đập với các đập làm bằng vật liệu địa ph−ơng, đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực của TTĐ (hay còn gọi là đ−ờng ống dẫn áp lực turbin) th−ờng đ−ợc đặt ở đáy đập (hình 2-1a và 2-1b) hoặc đặt trong bờ phía trong vai đập có nền móng tốt (hình 2-1c) ở các TTĐ sau đập với các đập bằng bê tông trọng lực, đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực turbin th−ờng đ−ợc đặt trong thân đập hoặc ở mái hạ l−u đập (hình 2-2a và 2-2b) Đối với các trạm thuỷ điện kiểu đ−ờng dẫn, các trạm thuỷ điện tích năng, đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực turbin có khi đặt trên mặt đất nh− các đ−ờng ống thông th−ờng (hình 2-4a), có khi đặt d−ới mặt đất nh− kiểu tuy-nen (đ−ờng hầm) áp lực (hình 2-4b). Đ−ờng dẫn n−ớc turbin kiểu tuy-nen th−ờng đ−ợc đặt trong các lớp đá cứng chắc. Các tuy-nen dẫn n−ớc th−ờng sử dụng các dạng kết cấu vỏ bằng bê tông cốt thép. Hình 2.2a: TTĐ sau đập với ống dẫn n−ớc áp lực đặt trong thân đập bê tông 01
49. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam 540,0 500,0 Max 330,15 Min 320,10 Hình 2-2b. TTĐ sau đập với ống dẫn Hình 2 -3. TTĐ sau đập với đ−ờng ống n−ớc áp lực đặt ở mái hạ l−u đập bê dẫn n−ớc đặt ở phần d−ới thân đập vòm. tông trọng lực. ng ống lên đ−ờ c dụng nhất tá −ớc lớn áp lực n Đ−ờng 86 .00 81.15 76.5 74.2 α Hình 2 - 4a. Trạm TĐ kiểu đ−ờng dẫn với đ−ờng ống dẫn n−ớc lộ thiên 1- Mố néo (mố ôm) 2-Khớp co dãn nhiệt 3-Mố đỡ (mố trung gian). 4-Nhà máy Hình 2 - 4b. Cắt dọc tuyến năng l−ợng TTĐ kiểu đ−ờng dẫn 1- Đập; 2- Tuy nen chảy không áp; 3- Xy phông; 4- Tuy nen chảy có áp; 5- Tuy nen hỏ; 6- Tháp điều áp; 7- Nhà van; 8- Đ−ờng ống áp lực turbin; 9- Nhà máy TĐ 01
50. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam Trong các trạm thuỷ điện sau đâp với đập là đập vòm, đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực turbin có thể đặt ở phần thân d−ới của đập vòm (hình 2-3). 2.2. Phân loại vμ cấu tạo ống dẫn n−ớc áp lực Turbin ống dẫn n−ớc áp lực turbin có nhiệm vụ dẫn n−ớc từ bể áp lực hay từ tháp điều áp (đối với trạm thuỷ điện kiểu đ−ờng dẫn) hoặc trực tiếp dẫn n−ớc từ hồ chứa n−ớc th−ợng l−u (đối với trạm thuỷ điện kiểu đập v.v ) để đ−a n−ớc vào turbin. Theo hình thức bố trí ống dẫn n−ớc áp lực turbin có thể chia thành các loại cơ bản sau: ống dẫn n−ớc áp lực kiểu hở (lộ thiên), ống dẫn n−ớc áp lực kiểu ngầm (chôn trong thân đập hoặc d−ới mặt đất) Theo vật liệu, ống dẫn n−ớc áp lực turin có thể phân thành: ống thép, ống bê tông cốt thép, ống gỗ và ống nhựa. Mối hàn dọc Mối hàn ngang Hình 2-5a. ống thép hàn thành trơn Đai Đai Hình 2-5b. ống thép hàn có đai Hình 2-5c. ống thép hàn hình sóng có đai ống thép đ−ợc chế tạo từ những tấm thép cán nối liền với nhau bằng hàn điện có thể bằng đinh tán hoặc đ−ợc đúc liền. Đ−ờng ống thép kiểu đinh tán hiện nay trong thực tế không đ−ợc sử dụng nữa bởi có nhiều nh−ợc điểm (chi phí vật liệu lớn, chế tạo khó khăn, tổn thất thuỷ lực lớn). ống thép đúc liền chỉ đ−ợc sử dụng khi đ−ờng kính ống bé (D < 600mm). ống thép hàn hiện nay đ−ợc sử dụng rộng rãi ở các trạm thuỷ điện. ống gỗ hiện nay cũng không còn dùng nữa. ống chất dẻo có −u điểm là nhẹ và gần đây bắt đầu áp dụng cho TTĐ cột n−ớc thấp, l−u l−ợng bé. 01
51. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam Trong thực thế xây dựng các trạm thuỷ điện hiện nay, ng−ời ta đã sử dụng nhiều loại kết cấu ống thép khác nhau: ống thép loại hàn thành trơn, loại ống thép hàn có đai, ống thép hàn l−ợn sóng có đai, loại ống thép nhiều lớp v.v Trong hình 2-5 biểu thị sơ đồ kết cấu ống thép hàn thành trơn (hình 2-5a) ống thép hàn có đai (hình 2-5b) và ống thép hàn l−ợn sóng có đai (hình 2-5c) 2.2.1. ống thép thμnh nhẵn ống thép thành nhẵn đ−ợc chế tạo từ các tấm thép cán, các mép đ−ợc nối lại với nhau nhờ hàn điện và tạo nên những đoạn ống có chiều dài từ 4ữ18 m. Chiều dài cụ thể của từng đoạn ống đ−ợc xác định theo điều kiện vận chuyển đến công tr−ờng, hoặc gia công tại chỗ và sức nâng của loại cần cẩu đ−ợc sử dụng để lắp đặt đ−ờng ống. L−u ý rằng khi chế tạo ống thép có đ−ờng kính lớn nên cố gắng sử dụng các loại tấm thép có kích th−ớc lớn nhất để giảm khối l−ợng hàn. Nh−ng khi sử dụng tấm thép rộng phải có thiết bị đặc biệt ở nhà máy để uốn và gia công các cạnh. Vì vậy kích th−ớc cụ thể của chúng cần đ−ợc sự thoả thuận với nhà máy chế tạo ống thép Tất cả các mối hàn vỏ ống thép (mối hàn dọc và mối hàn ngang) cần thực hiện bằng hàn tự động, đây nh− là một nguyên tắc cần đ−ợc l−u ý. Còn việc nối các đoạn ống riêng biệt (hay các tấm riêng biệt) khi lắp đặt đ−ờng ống trên tuyến có thể sử dụng hàn tay. Các mối hàn dọc và hàn ngang khi lắp ráp th−ờng có dạng chữ V khi độ dày tấm thép từ 10 đến 20 mm (hình 2-6a), chữ U (hình 2-6b) và chữ X (hình 2-6c), khi độ dày tấm thép lớn hơn 20 mm (hình 2-6). Đối với mối hàn vòng tròn hình chữ V khi lắp ráp để tránh tr−ờng hợp hàn trần, ở nửa phía trên của đ−ờng tròn nên làm chiều hở ra ngoài, còn nửa phía d−ới chiều hở vào trong. Mối hàn dọc trục là mối hàn chịu ứng suất lớn nhất, do đó cần phải làm chúng so le với nhau so với các đoạn bên cạnh (hình 2-5a). Yêu cầu chất l−ợng các đ−ờng hàn phải có c−ờng độ t−ơng tự nh− thép làm ống. Để kiểm tra chất l−ợng các mối hàn trong điều kiện hiện đại ngày nay ng−ời ta có thể dùng ph−ơng pháp siêu âm hoặc bằng máy chụp tia phóng xạ v.v Một ví dụ về ống thép hàn thành trơn đặt trong thân đập bê tông (hình 2-7). Đây là đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực turbin của trạm thuỷ điện Bratsk (Liên Xô cũ có Do = 7 m, Htt = 130,5 m). Xung quanh vỏ kim loại của đ−ờng ống đ−ợc đặt các l−ới cốt thép, và đổ bê tông tạo nên vòng bê tông cốt thép dày 1,5 m nằm trong thân đập bê tông. Vỏ thép của đ−ờng ống đ−ợc làm từ các tấm thép dày từ 22 ữ 25 mm. ống thép ở đây đ−ợc chế tạo từ các tấm thép dày từ 22 ữ 25 mm. Đ−ờng ống thép đ−ợc lắp ráp từ các đoạn ống riêng biệt có chiều dài 2,68 m. Để bảo đảm độ ổn định của vỏ ống, tăng thêm độ bền, độ cứng của vỏ ống khi vận chuyển các 01
52. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam đoạn ống riêng biệt tới công tr−ờng cũng nh− khi đổ bê tông xung quanh vỏ, trên vỏ ống đ−ợc đặt thêm các vòng đai cứng có tiết diện chữ T (xem hình 2-7). 2 δ δ δ δ δ δ δ = 10∼20 mm δ > 20 mm δ > 20 mm Hình 2-6 Hình thức đ−ờng hàn: hình chữ V ( hình a), U (hình b) và X (hình c) Hình 2-7 Sơ đồ kết cấu đ−ờng ống dẫn n−ớc turbin TTD Bratsk 1-Vỏ ống; 2- Vành đai gia cố; 3- Tấm thép gia cố; 4- L−ới thép; 5-Nhà máy; 2.2.2. ống thép có vμnh đai Khi ống dẫn n−ớc áp lực turbin có đ−ờng kính lớn và đặc biệt khi có cột n−ớc cao đôi khi độ dày yêu cầu của vỏ ống thép lớn hơn độ dày thực tế có thể chế tạo đ−ợc hoặc lớn hơn giới hạn kinh tế cho phép, để tăng c−ờng độ ổn định, độ bền, độ cứng của vỏ ống ng−ời ta lắp thêm vào vỏ đ−ờng ống những đai cứng gia cố đ−ợc chế tạo từ loại thép có độ bền cao hơn thép làm vỏ đ−ờng ống (hình 2-5b). Ví dụ thép chế tạo vỏ đ−ờng ống có độ bền giới hạn đến 50ữ60 kg/mm2, còn đai gia cố 01
53. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam lắp trên đ−ờng ống chế tạo từ thép có độ bền giới hạn đến 100 kg/mm2. Do có độ bền cao nên các đai thép tiếp nhận phần lớn ứng suất vòng (đến 60ữ70%). ống thép có vành đai gia cố có độ dày thành ống δ nhỏ hơn nhiều so với ống thép thành nhẵn khi có cùng điều kiện làm việc t−ơng đ−ơng, do đó làm giảm đ−ợc khối l−ợng hàn khi chế tạo ống (khoảng 70%) và trọng l−ợng ống thép có đai th−ờng nhỏ hơn 30ữ45% trọng l−ợng ống thép thành nhẵn có điều kiện t−ơng đ−ơng. Song do công nghệ chế tạo ống thép có đai phức tạp nên đôi khi trọng l−ợng nhỏ lại đắt hơn so với đ−ờng ống thép thành nhẵn t−ơng đ−ơng về độ bền. Khi chế tạo ống thép có vành đai ng−ời ta th−ờng dùng các ph−ơng pháp sau: Ph−ơng pháp nóng và ph−ơng pháp lạnh có khi còn gọi là ph−ơng pháp tự động. 2.2.2.1. Ph−ơng pháp bọc đai nóng Chế tạo vòng đai với đ−ờng kính bên trong nhỏ hơn đ−ờng kính bên ngoài của vỏ ống thép một ít, sau đó nung nóng chúng đến nhiệt độ 400 ữ 500 oC và lắp chúng vào vỏ ống thép trong trạng thái nóng. Làm nguội đai gắn chặt vào vỏ ống thép, khi đó trong vòng đai và trong vỏ ống thép xuất hiện dự ứng lực. Sau khi chế tạo từng đoạn ống có vành đai riêng biệt ng−ời ta lại thí nghiệm bằng áp lực thuỷ tĩnh. Từ công thức xác định sơ bộ độ dày thành ống thép nếu tích số H ì D = 540 trong đó H là cột n−ớc tính bằng mét, D là đ−ờng kính tính bằng mét, nếu D = 2 m và áp lực n−ớc trong ống rất lớn thì chiều dày thành ống đến 32 mm. Việc chế tạo ống thép có chiều dày lớn hơn giá trị này không thuận lợi phải có thiết bị chuyên dùng. Do đó tích số H ì D > 540 có thể coi là dạng thức phân biệt sơ bộ áp dụng ống thép có đai. Song trong thực tế sản xuất hiện nay loại ống thép hàn thông th−ờng có H ì D lớn hơn 540 cũng không phải là ít, thậm chí có tr−ờng hợp H ì D =722 thành ống dày tới 47 mm, còn độ dày thành ống thép ngầm (tuy-nen) ở công trình thuỷ lợi Bao-đơ (Mỹ) tới 70 mm. ở ta có TTĐ Nậm Mu (tỉnh Hà Giang) vừa xây dựng năm 2004 có ống dẫn n−ớc áp lực turbin đ−ờng kính trong 1200 mm chiều dày thành ống δ = 12 ~ 36 mm, cột n−ớc trạm thuỷ điện trên 400 m. Công suất lắp máy là 12 MW. 2.2.2.2. Ph−ơng pháp bọc đai tự động (Ph−ơng pháp lạnh) Chế tạo các đai thép với đ−ờng kính trong vừa bằng đ−ờng kính ngoài của ống thép và lắp ráp vào bên ngoài của vỏ ống thép. Sau đó dùng nắp bịt kín hai đầu đoạn ống và đ−a vào bên trong đó một áp lực lớn gấp 2,5 lần áp lực công tác. ứng lực của thành ống v−ợt quá hạn độ đàn tính, cho nên ở khoảng giữa các đai thép bị uốn cong lên thành hình làn sóng (hình 2-5c). Vì thành ống có hình làn sóng nên có thể không cần đặt thêm khớp co dãn nhiệt. Song theo một số tài liệu thực nghiệm cho biết tổn thất đầu n−ớc trong ống đai l−ợn sóng lớn gấp 1,27 lần so với ống thép thành nhẵn. 01
54. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam 2.2.3. ống thép nhiều lớp ở các trạm thuỷ điện cột n−ớc cao đôi khi ng−ời ta sử dụng ống thép nhiều lớp cấu tạo từ một số vỏ thép lớp này bọc lớp kia. Công nghệ chế tạo các vỏ thép nhiều lớp nh− sau. Những tấm thép riêng biệt của vỏ ngoài đ−ợc ép chặt vào vỏ phía trong bằng dây mềm và đính chặt lên đó bằng hàn điện. Các đ−ờng hàn nối dọc vỏ sau đặt lệch so với đ−ờng hàn nối dọc của vỏ tr−ớc để tránh cho đ−ờng hàn này không chồng lên đ−ờng hàn kia. Những đ−ờng hàn đ−ợc mài nhẵn ngang với mặt ngoài của vỏ để bảo đảm cho các lớp vỏ riêng biệt tiếp xúc sát với nhau trên toàn bộ diện tích. Mỗi một lớp vỏ sau đều đ−ợc chế tạo nh− những lớp vỏ tr−ớc. Nhờ độ dày thành ống của các lớp vỏ trong và vỏ ngoài tiếp theo t−ơng đối nhỏ, nên để chế tạo chúng ng−ời ta có thể sử dụng đ−ợc các loại thép các bon nhẹ có độ bền cao hơn so với thép tấm dày để chế tạo vỏ đ−ờng ống một lớp cùng độ bền. Trọng l−ợng của ống thép nhiều lớp nhỏ hơn trọng l−ợng đ−ờng ống thép thành nhẵn khoảng từ 10 ữ11%. 2.3. Lựa chọn chọn tuyến ống vμ ph−ơng thức cấp n−ớc turbin 2.3.1. Lựa chọn tuyến ống Khi thiết kế đ−ờng ống dẫn n−ớc áp lực, việc đầu tiên phải chọn tuyến đặt đ−ờng ống. Tuyến đ−ờng ống bố trí hợp lý hay không ảnh h−ởng rất lớn đến giá thành công trình, tính an toàn và độ tin cậy trong vận hành. Khi chọn tuyến ống cần phải phù hợp với yêu cầu bố trí tổng thể TTĐ, điều kiện địa hình, địa chất, thủy lực, thi công lắp ráp đ−ờng ống và yêu cầu vận hành an toàn. Tính toán vài ph−ơng án sau đó thông qua so sánh kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn. Khi chọn tuyến ống cần xét các yêu cầu sau: (1). Chọn tuyến ngắn và thẳng. Vì nh− thế không những hạ thấp giá thành, giảm tổn thất cột n−ớc và áp lực n−ớc va mà còn có lợi cho tổ máy vận hành ổn định. (2). Độ dốc đặt đ−ờng ống không nên quá dốc, vì dốc quá sẽ gây khó khăn cho thi công và ảnh h−ởng tới ổn định của đ−ờng ống. Nói chung độ dốc yêu cầu không nên v−ợt quá 40o. (3). Giảm bớt độ cong và gãy khúc tuyến ống, nếu điều kiện địa hình hạn chế tuyến ống phải đi cong và gãy khúc thì tại chỗ ống cong và gãy khúc phải bố trí mố néo. (4). Yêu cầu đ−ờng đỉnh tuyến ống phải luôn luôn thấp hơn đ−ờng áp lực thuỷ động thấp nhất từ 2 ữ 3 m (5). Đ−ờng ống áp lực nên đặt trên nền kiên cố, ổn định, phải tránh những nơi sạt lở. Không đ−ợc đặt đ−ờng ống ở đ−ờng tụ thủy. Cố gắng bố trí theo s−ờn núi để việc tiêu n−ớc dọc theo đ−ờng ống đ−ợc dễ dàng 01
55. www.vncold.vn Hội Đập lớn Việt Nam 2.3.2. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc ống dẫn n−ớc áp lực vào turbin có mấy ph−ơng thức cấp n−ớc sau đây: 2.3.2.1. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc độc lập Một đ−ờng ống cung cấp n−ớc cho một turbin (hình 2-8. I, II và III) Khi cột n−ớc TTĐ không cao, l−u l−ợng qua một turbin lớn và chiều dài đ−ờng ống ngắn dùng ph−ơng thức này là thích hợp. Loại này kết cấu đơn giản, vận hành linh hoạt và tr−ớc turbin có thể không cần đặt van tr−ớc turbin. (I) (VI) (II) (VII) (III) (VIII) (IV) (IX) (V) Hình 2- 8. Sơ đồ các ph−ơng thức cung cấp n−ớc cho turbin nhà máy TĐ I, II, III - Cấp n−ớc độc lập IV, V- Cấp n−ớc theo nhóm VI, VII, VIII- Cấp n−ớc liên hợp IX- Hai đ−ờng ống cấp n−ớc cho một turbin 2.3.2.2. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc theo nhóm Một đ−ờng ống cung cấp cho từ 2 turbin trở lên (hình 2-8- IV và V). Khi đ−ờng ống áp lực t−ơng đối dài, cột n−ớc cao, l−u l−ợng qua một turbin t−ơng đối lớn và số l−ợng tổ máy nhiều hơn 3 nên phân nhóm cung cấp n−ớc là phù hợp. Cấp n−ớc theo ph−ơng thức này có nh−ợc điểm là cấu tạo ống phức tạp hơn, thêm ống nhánh và tr−ớc mỗi turbin phải bố trí thêm van (để khi kiểm tra sửa chữa không làm ảnh h−ởng đến vận hành bình th−ờng của tổ máy khác), do đó tổn thất cột n−ớc nhiều hơn, trong vận hành kém linh hoạt hơn. Nh−ng dùng ph−ơng thức này có −u điểm là tiết kiệm đ−ợc vật liệu làm ống, giảm đ−ợc khối l−ợng công trình do đó giảm giá thành xây dựng. 2.3.3.3. Ph−ơng thức cung cấp n−ớc liên hợp Một đ−ờng chung cung cấp n−ớc cho tất cả các tổ máy của TTĐ. Khi ống dẫn n−ớc dài, l−u l−ợng qua một turbin t−ơng đối nhỏ và số tổ máy của TTĐ không 01