Tải bản đầy đủ
i2 .Bố trí đường ống áp lực.

i2 .Bố trí đường ống áp lực.

Tải bản đầy đủ

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

c.Đặt đờng ống cong.
ít đợc ứng dụng, không có khớp nhiệt độ.
2.Cấu tạo các bộ phận chính của đờng ống thép hở.
a.Vỏ đờng ống.
Tíêt diện của ống là hình tròn với đờng kính D, xác định theo điều
kiện kinh tế, chiều dày , đợc gia công bằng thép, có hai dạng :
Đờng ống trơn có dạng đúc liền hoặc hàn, loại này có D < 60cm.
Đờng ống hàn , dùng thép tấm uốn cung để hàn thành đờng ống
sao cho thuận lợi vận chuyển, các mối hàn đợc bố trí so le nhau. Đờng ống
có đai áp dụng cho những TTĐ có cột nớc lớn. Với TTĐ đang thiết kế Em
sử dụng loại đờngống có đai.
b.Mố cố định.
Tại vị trí mà đờng ống có hớng thay đổi bố trí mố cố định, các mố
này phải chịu tất cả các lực dọc trục và các lực khác tác dụng lên đờng
ống. Mố cố định còn làm nhiệm vụ giữ chặt đờng ống không cho đờng
ống dịch chuyển.
Chiều dài toàn tuyến đờng ống : 621 m ta bố trí 6 mố cố định đặt
ở các vị trí mà đờng ống thay đổi hớng dọc theo tuyến đờng ống từ bể
áp lực đến nhà máy.
c.Mố trung gian ( mố đỡ ).
Có công dụng đỡ cho đờng ống không bị biến dạng theo phơng
thẳng đứng hoặc phơng ngang, khoảng cách giữa các mố trung gian
phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên đờng ống. Khoảng cách giữa các
mố nằm khoảng ( 3 ữ 10 )D. Số lợng mố bố trí trên tuyến đờng ống :căn
cứ vào điều kiện địa hình địa chất của tuyên đờng ống em bố trí 51 mố
(trong đó có 6 mố cố định tai nơi có đoạn uốn cong)
Có 2 loại mố trung gian : Mố hình yên ngựa, mố trợt. Em chọn loại
mố trợt vì nó có những u điểm nhất định ( hệ số ma sát giữa mố và đờng ống nhỏ ) và phù hợp với tuyến đờng ống thiết kế.
d.Khớp nhiệt độ.

122

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Công dụng : Triệt tiêu ứng suất nhiệt trong vỏ ống khi nhiệt độ
thay đổi. Vị trí bố trí đầu đoạn đờng ống. Bố trí cách đầu một đoạn
(1/3)L ( L là khoảng cách giữa 2 mố cố định ) tại đó không có mô men,
tính theo sơ đồ dần liên tục.
Cấu tạo : Đảm bảo đờng ống dịch chuyển tự do dọc theo trục khi
nhiệt độ thay đổi, và phải chắn không cho nơc rò rỉ qua khớp nhiệt độ.
Ta chọn loại khớp nhiệt độ là dạng khớp trợc, 2 đoạn đờng ống
lồng vào nhau và ở giữa là gioăng chèn làm kín nớc.
e.Bộ phận rẽ nhánh.
Đây là bộ phận chuyển tiếp từ đờng ống chính sang đờng ống nhỏ
hơn làm thay đổi hớng của dòng nớc, do đó yêu cầu về mặt cấu tạo
phải đảm bảo về độ bền, tổn thất thuỷ lực nhỏ, tránh trờng hợp gây tổn
thất cục bộ. Tại vị trí nối áp lực lớn do vậy Em bố trí thêm đai để gia cờng.

123

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Sơ đồ nh sau:
h.Cửa van vào đờng ống.
Với đờng ống cấp nớc liên hợp ta bố trí các van trớc buồng xoắn
turbin, có nhiệm vụ điều chỉnh tổ máy mỗi khi gặp sự cố. Van đợc thiết
kế là loại van đĩa.
i4.Nguyên lý thiết kế đờng ống áp lực.
1Xác định đờng kính kinh tế.
Chỉ tiêu kinh tế : Dựa vào chi phí tính toán năm là nhỏ nhất.
Ctt = CK + CE
Trong đó : CK Chi phí xây dựng và chi phí quản lý vận hành.
CK =

1
.K + PTD .K + PKh .K
T0

T0 Thời gian bù vốn tiêu chuẩn.
PTD Chi phí vận hành lấy theo % vốn đầu t.
PKh Chi phí khấu hao sửa chữa
124

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

CE Chi phí bù đắp cho phần tổn thất năng l ợng trong
kênh.
CE = S.E
E Tổn thất năng lợng hàng năm.
S Giá thành sản xuất điện.
Tổn thất năng lợng trong đờng ống có thể tính theo từng đoạn một
để tính, đơn giản ta chia thành từng m.
Sau khi tính toán đợc qua hệ Ctt = f(D) vẽ lên trục toạ độ tra đợc
Cmin và DKT.
C

Cmin

CE

CK
DKT

D

Cách khác ta áp dụng công thức kinh nghiệm để tính toán kích thớc kinh tế.
3

Dkt =

7

5,2.Q TD max 7 5,2.6,06
=
H
157,19

3

= 1,33(m) . Thiết kế Dkt = 1,4m

Đờng kính kinh tế của đờng ống vào buông xoắn.
3

dkt =

7

3

5,2.Q TD max 7 5,2.1,51
=
= 0,73(m) Thiết kế dkt = 0,8m
H
157,19

Vận tốc trong đờng ống :
v=

QTD max 4.QTD max
4.6,06
=
=
3,94(m / s ) (3 ữ 6)m / s
2
F
.DKT
3,14.1,4 2

2.Chiều dày của vỏ ống thép.
Vỏ ống thép phải đảm bảo về độ bền và độ cứng, đảm bảo ứng
suất trong vỏ ống không đợc vựơt quá ứng suất cho phép.
Độ bền ứng suất vỏ < Độ bền cho phép, đảm bảo khi vận hành đờng ống không bị bẹp.


125

T

.H

T

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

T = .
.H .D
=

2
2T = .H .D

>

.H .D
2.1 . 2 [ ]

n - Trọng lợng riêng của nớc n= 10(kN/m3).
Htt - Cột nớc tính toán Htt=157,19(m).
D - Đờng kính đờng ống D = Dkt = 1,4.103(mm).
[] - ứng suất cho phép của thép.
[] = 45.104 kN/m2 (với thép CT3).
Từ đó tính đợc:
=

10.157,19.1,4
= 2,5.10-3 m = 2,5mm.
4
2.45.10

Khi xét đến cờng độ hàn thì chiều dày thành ống đợc xác định
theo công thức sau:
=

.H.D
2.1 . 2 .[ ]

Trong đó: 1 = 0,75 là hệ số hạ thấp ứng suất cho phép.
1 = (0,9 ữ 0,95) là hệ số đờng hàn. Chọn 1 = 0,9.
10.157,19.1,4

= 2.0,75.0,95.45.10 4 = 3,43.10-3 m = 3,5 mm.
Mặt khác đờng ống phải đảm bảo độ cứng cần thiết không bị bẹp
khi trong đờng ống xuất hiện chân không tuyệt đối:


D
1,4
=
= 10,7.10-3 m = 11 mm
130
130

Chọn =15(mm)
i5.Tải trọng tác dụng lên đờng ống.
1.Tải trọng cơ bản.
Bao gồm tất cả các lực tác dụng thờng xuyên và tạm thời xảy ra
trong quá trình làm việc bình thờng của TTĐ.
-Trọng lợng bản thân.
-áp lực nớc có kể đến áp lực nớc va.
126

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

-Tải trọng về đất đắp.
-Tải trọng gió.
2.Tải trọng đặc biệt.
Là tổng hợp bao gồm tải trọng đặc biệt nh động đất
i6.Tính toán các lực tác dụng lên đờng ống.
I.Sơ đồ bố trí đờng ống áp lục
bể áp lực
378.0
7.3 8

128.
88

Đ1

Đ2
1.80

Đ3
Đ4
Đ5

105.
00

Đ6

130.47
16.5

Đ25

N1

348.5

Đ7
0

Đ8

7.47

Đường mặt đất tự nhiên
Đ9

Đ10

Đ26

Đ11

105.00

Đ27
Đ28

276.01
Đ29
18

N2

328.0

Đ12

Đ13

N4

Đ14

Đ15

18.00

164.4

323.0
Đ16

Đ17

Đ19

Đ18

9.0

Đ20

Đ21

Đ22

132.0
15.75

.00
9.00

Đ30

13

N3

Đ23
12

.75

Đ24

3. 80

Đ31
Đ32
97

.5 0

Đ33
Đ34

N5

234.0
Đ35
19 .5

N6

161.62

0

18.0 0

Đ36

Đ37

Đ38

Đ39
117 .00

8.48

Đ40

45.00

213.0

Đ41
Đ42

Đ43

18.75

Đ44

Đ45

9.00

Sơ đồ đờng ống gồm 6 mố ôm ( từ mố ôm N 1 đến mố ôm N6 ) và
45 mố đỡ từ Đ1 đến Đ45 ) vị trí của các mố đợc bố trí nh trên sơ
đồ .
II..Trờng hợp tính toán
Tính toán cho trờng hợp nguy hiểm nhất ,chính là tính cho mố cuối cùng
( mố N6)
Vì tại đây áp lực nớc tác dụng là lớn nhất( tính toán trong trờng hợp TTĐ
làm viẹc với Qmax = 6,06 m3 /s và nhiệt độ tăng.)
Sơ đồ tính toán
233

N5 Khớp nhiệt độ

Khớp nhiệt độ
N6

16 1.62

Đ36

Đ37

L/3

L/ 3

11,24 o

Đ38

Đ39

8.48

Đ40

L1

L

45.00

211.5

Đ41
Đ42
18.75

Đ43

Đ44
9.00

L

L2
2 9
. 8

127

Đ45

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

III. Các lực tác dụng lên đờng ống áp lực.
1.Trọng lợng bản thân ống
1



a1

n1

A1'

A1''

G

L1

L2

Trọng lợng bản thân ống (Gô ) gồm 2 thành phần ,là lực n1 vuông góc
với trục ống và lực a1 theo hớng trục ống
Lực n1 gây uốn võng ống và thông qua ống truyền lên các mố đỡ ,lực a1
hớng xuống dới theo trục ống và truyền lên mố ôm
Các thành phần hớng trục của trọng lợng bản thân ông truyền lên mố
ôm là
A1 = qo.L1.sin

,

A1 = qo. L2..

sin1
Trong đó : qo Trọng lợng mỗi m dài ống;

qo = 1. T

.( Dn2 Dt2 )
D 2t
+ n . .
4
4
T Trọng lợng riêng của thép = 7,8.104N/m3
Dn Đờng kính ngoài ống Dn = Dt +
Dt Đờng kính trong đờng ống Dt =1,4 m

Với là chiều dày ống thép = 0,015 m => Dn = 1,4 + 0,015
=1,415 m

.(1,415 2 1,4 2 )
qo = 1.78.
= 2,58( KN / m )
4
sin

sin =



Góc

nghiêng

đặt

đờng

H
21
=
= 0,195
L 107,75

H Độ chênh cao giữa 2 mố, H =21 m
128

ống

;

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

L - Khoảng cách giữa 2 mố , L = 107,75 m
L1 Chiều dài tính toán đờng ống,L1 = L

L
2L
=
=
3
3

2.107,75
3

L1 = 71,833 m
A1 = 2,58.71,833.0,195= 36,14( KN )
A1 = 0 do sin1 = 0

(1 = 0 là góc nghiêng đoạn ống phía

sau mố ôm).
2.áp lực nớc trong ống
Tác dụng lên thành ống theo hớng của bán kính ống , sinh ra ứng suất
hớng vòng trong thành ống, ở các đoạn ổng thẳng áp lực nớc bên trong
không sinh ra lực hớng theo trục ống nó chỉ phát sinh lực hớng trục ở
chỗ uốn cong , chỗ đờng kính thay đôỉ và chỗ đặt cửa van trong ống.
*Chỗ cửa van ,chỉ khi đóng mở của van mới sinh ra lực hớng trục ,khi
cửa van đóng hoàn toàn lực này bằng.
A2 =

2

.Dt .H = .1,4 2.9,81.157,31 2374,4( KN )
4
4

A2

Trong đó :

Dt là đờng kính trong ống thép Dt = 1,4 m
H : cột nớc tính toán tính từ bể áp lực cho đến mố

thứ 6
H = Zbal - Zmố 6 - Htổn thất(Qmax)= 382,27- 211,5 13,46 = 157,31 m
Lực A2 thông qua thành ống truyền lên mố ôm ở ngay trớc của
van, nếu giữa cửa van và mố ôm có khớp nhiệt độ thì lực này
không truyền lên mố ôm.
* Lực hớng trục do nớc bên trong tác dụng lên chỗ đờng ống uốn cong

129

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

A'3
A'3'
R

2

2
A3 = A3 = .Dt .H = .1,4 .9,81.157,31 2374,4( KN ) .
4
4
*Lực hớng trục do nớc bên trong tác dụng lên đoạn ống có đờng kính
thay đổi A4.

Dt

A4

dt



.H .( Dt2 d t2 ) = ..9,81.157,31.(1,4 2 0,8 2 ) 1599( KN )
4
4
Trong đó : Dt Đờng kính đờng ống lớn.
dt Đờng kính đờng ống nhỏ.dt = 0,8 m
3. Trọng lợng nớc trong ống
Cũng có hớng thẳng đứng từ trên xuống và phân bố dọc theo chiều dài
A4 =

thành ống Trọng lợng nớc trên mỗi mét dài ống là gn=
Trọng lợng nớc giữa 2 mố đỡ Gn = l . gn = 14

2
D t
4

3,14 2
1,4 .9,81 =211,31 KN
4

Trong đó : l là khoảng cách giữa 2 mố đỡ l = 14 m
Thành phần vuông góc với trục ống là n2 = Gn cos = 211,31 . 0,98 =
207,25 KN
Lực n2 gây uốn võng ống và truyền lên mố đỡ
4. Lực do nớc bên trong tác dụng lên khớp co dãn nhiệt độ A5
'

A5 = A'' 5 =



.H .( D 2 Dt2 ) = .9,81.157,31.(1,512 1,4 2 ) 387,78( KN )
4
4

130

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

A''8

A'8

A''5

A'5

5.Lực ma sát của nớc lên thành ống A6.
Lực này hớng trục và cùng chiều với dòng chảy, gồm lực ma sát của
đoạn ống L1 phía trên mố ôm A6 gây ng suất nén trong thành ống và
lực A6 của đoạn ống L2 phía dới mố ôm gây ứng suất kéo ,đều truyền
lên mố ôm . trị số của nó đợc tính theo

A'6
Dt

A''6



.h ' w .Dt2 = ..9,81.0,41.1,4 2 6,18( KN )
4
4


A '' 6 = .h' ' w .Dt2 = ..9,81.0,071.1,4 2 1,71( KN )
4
4
Trong đó : hw , hw Tổn thất cột nớc do ma sát trong đoạn ống
A' 6 =

dài L1 = 71,833 m và L2 = 12,67 m ,

hw =

Trong đó :
131

dd .V 2
.
2.g

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

V= 3,96 m/s - vận tốc lớn nhất trong ống
dđ - hệ số tổn thất dọc đờng.
dđ = .

L
D

Với L - chiều dài tính toán của đờng ống áp lực
D - đờng kính đờng ống áp lực =1,4 m
- hệ số ma sát thuỷ lực; lấy = 0,01.
71,833

dđ = 0,01. 1,4

= 0,513

12,67

dđ = 0,01. 1,4 = 0,09
hw =

hw =

0,513.3,96 2
=0,41 m.
2.9,81
0,09.3,96 2
2.9,81

=0,071m.

6.Lực ma sát khi đờng ống di chuyển trên mố trung gian A7.
Khi ống có đặt khớp nhiệt độ ,nhiệt độ thay đổi ,ống có thể co dãn ,vì
vậy phát sinh lực ma sát giữa ống và mặt tiếp xúc của mố đỡ .Lực ma
sát truyền lên mố ôm là

A7

A7 = ( qô + qn ).l. cos.fms

3,14.9,81.1,4 2
= ( 2,58+
).14.0,98.0,3
4

72,74 ( KN )
Trong đó : fms Hệ số ma sát với mố trợt là fms = 0,3.
l Khoảng cách giữa các mố trung gian.l= 14 m
7. Lực ma sát của vật liệu chèn ở khớp co giãn khi nhiệt độ thay đổi:
Do là khớp nhiệt độ kiểu trợt nên khi ống co dãn do nhiệt độ thay đổi
cũng phát sinh lực ma sat giữa thành ống và vòng lót ống .Khi nhiệt độ
tăng ở khớp nối phía trên mố ôm phát sinh lực ma sát A 7 gây ứng suất
132