Tải bản đầy đủ
công trình lấy nước

công trình lấy nước

Tải bản đầy đủ

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Cửa lấy nớc có áp thờng dùng trong trờng hợp mực nớc thợng lu thay đổi lớn. Thờng áp dụng cho nhà máy thuỷ điện sau đập, công trình lấy nớc vào đợc bố trí dới
MNC nối liền với đờng dẫn có áp.
2.1.2. Cửa lấy nớc trên mặt.
Cửa lấy nớc trên mặt (không áp) thờng đợc áp dụng trong trờng hợp hồ chứa của
nhà máy thuỷ điện có mực nớc thợng lu ít thay đổi (không điều tiết hoặc điều tiết ngày.
Loại náy thờng đợc áp dụng trong phơng thức khai thác kiểu đờng dẫn không áp. Lúc
đầu là lấy nớc không áp sau đó qua kênh về bể điều tiết và bể áp lực để dẫn vào đ ờng
ống áp lực.
Từ cách phân loại, đặc điểm sơ bộ và điều kiện ứng dụng của từng loại cửa lấy nớc, tôi quyết định chọn cửa lấy nớc của trạm thuỷ điện Đồng Nai 5 là loại có áp vì đây
là trạm thuỷ điện kiểu sau đập, đập dâng là đập bê tông trọng lực, đờng ống áp lực nằm
ngay trong thân đập, nhà máy thuỷ điện nối tiếp sau đập.
2.2 Yêu cầu đối với cửa lấy nớc.
- Đảm bảo cung cấp đủ lu lợng theo yêu cầu vận hành nhà máy.
- Vận hành nhanh gọn, thuận tiện, tự động hoá cao. Đóng mở nhanh khi có sự cố
hoạc cần sửa chữa.
- Đảm bảo dòng chảy vào thuận dòng để giảm tổn thất thuỷ lực.
- Cửa lấy nớc phải có các bộ phận ngăn chặn để không cho bùn cát, rác bẩn, vật
trôi nổi chảy vào đờng ống của nhà máy thuỷ điện.
- Kết cấu chắc chắn, vận hành thuận tiện.
- Chi phi xây dựng là nhỏ nhất.

h'

ht

t

a

C

C

h"t

96

(1- ")a"

ht

P

Mục tiêu cơ bản khi lựa chọn
hình dạng các bộ phận lấy nớc của
trạm thuỷ điện và các công trình trên
tuyến năng lợng khác là giảm đến
mức tối đa tổn thất thuỷ lực, giá thành
xây dựng và giá thiết bị. Do đập dâng
là đập bê tông trọng lực không tràn

(1- ')a'

2.3. Hình thức cửa nớc vào

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

nên tôi chọn cửa lấy nớc kiểu đập, trần và ngỡng cửa lợn cong dạng elíp để có tổn thất
thuỷ lực là nhỏ.
2.4 Các thiết bị bố trí tại cửa lấy nớc.
Cửa lấy nớc cần bố trí các thiết bị sau: Lới chắn rác, van sửa chữa, van công tác,
ống cân bằng áp lực, ống thông hơi, cần trục và thiết bị vớt rác.
2.4.1 Lới chắn rác.
Lới chắn rác thờng đợc đặt trớc van sửa chữa và van công tác, có nhiệm vụ giữ lại
hầu hết vết bẩn và các vật nổi không cho trôi vào đờng dẫn, bảo vệ cửa van, turbin.
Kết cấu của lới chắn rác là một hệ thống thanh dầm. Các thanh dọc có tiết diện
hình lu tuyến. Khoảng cách giữa các thanh phụ thuộc vào loại turbin và đờng kính D1.
Với turbin tâm trục, khoảng cách giữa các thanh dọc đợc xác định nh sau:
a

1
1
D1 = .400 = 13.33cm
30
30

Lấy a = 10cm.
Vì cửa lấy nớc tơng đối sâu, đập là đập bê tông, chiều rộng đỉnh đập không lớn
nên bố trí lới chắn rác thẳng đứng sẽ tận dụng đợc không gian, vừa tận dụng đợc cầu
trục dùng chung cho các cửa van. Để giảm tổn thất qua lới chắn rác và qua cửa nớc vào
thì lu tốc trớc lới chắn rác thờng lấy trong phạm vi 0,25ữ1,2m/s. Lu tốc này phụ thuộc
vào mật độ rác của dòng chảy và hình thức vớt rác. Với việc vớt rác bằng máy, ta chọn
VL = 1,1m/s.
Vậy diện tích cửa nớc vào là: V =
tt
Trong đó: Q max
=

max
QTĐ

Z

=

tt
Q max
134,83
=
= 122,6m 2
VL
1,1

269,67
= 134,83m 3 / s :
2

Lu lợng tính toán lớn nhất của đờng ống khi nhà máy phát đợc công suất định
mức.
Ngỡng trên của cửa lấy nớc phải thấp hơn ít nhất 2m so với MNC = 288,5m do đó
cao trình mép trên cửa lấy nớc chọn bằng 186,5m.
Ngỡng dới của cửa lấy nớc phải cao hơn ít nhất 2m so với MNBL = 257,62m do đó
cao trình mép dới cửa lấy nớc chọn bằng 260m.
Vậy chiều cao lớn nhất của cửa lấy nớc có thể lấy là 26,5m
97

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Chọn tiết diện cửa vào hình chữ nhật, có hai khoang.
Lấy kích thớc CLN là: n x b x h = 2 x 4 x 15,5 = 124 m2 > 122,6 m2 yêu cầu.
Phía bên trên lới chắn rác có bố trí sẵn móc để khi cần sửa chữa có thể kéo lên.
2.4.2. Van công tác.
Dùng để đóng không cho nớc chảy vào đờng ống trong các trờng hợp khi có yêu
cầu sửa chữa hay bị sự cố.
Trong quá trình vận hành của nhà máy thuỷ điện, van công tác luôn ở trong t thế
sẵn sàng làm việc. Với trạm thuỷ điện có cột nớc cao, van công tác phải là van đóng
nhanh, thời gian thao tác trong khoảng 4ữ10 giây, có thiết bị đóng mở tự động hoá.
Van công tác có thể là van phẳng hoặc van cung. Do phạm vi bố trí có hạn nên ở
đây tôi chọn van phẳng bằng thép, dùng thiết bị đóng mở bằng thuỷ lực.
2.4.3 Van sửa chữa.
Van sửa chữa luôn đặt trớc van công tác, có nhiệm vụ đóng không cho nớc vào đờng ống của nhà máy thuỷ điện khi có yêu cầu sửa chữa tổ máy hoặc van công tác. Van
sửa chữa đóng khi nớc đứng yên (Van công tác đã chặn nớc đóng trớc).
2.4.4. Thiết bị nâng chuyển.
Để phục vụ cho việc đóng mở, thao tác lắp ráp các van, lới chắn rác cũng nh vớt
rác bẩn trên lới chắn rác ta bố trí cần trục chân dê để phục vụ chung cho toàn bộ các
cửa lấy nớc của trạm thuỷ điện Đồng Nai 5.
2.4.5. ống thông hơi.
ống thông hơi có tác dụng tránh không cho không khí lọt vào đờng ống, không
cho phát sinh hiện tợng chân không trong đờng ống khi đóng cửa van công tác đột ngột
và cho phép thoát không khí ra ngoài khi mở cửa van. ống thông hơi đợc bố trí sau van
công tác, cao trình miệng ống phải cao hơn mực nớc lớn nhất trong hồ (MNDGC), ở
đây ta bố trí cao trình miệng ống thông hơi bằng cao trình đỉnh đập và phải có l ới chắn
rác để không cho đất đá lọt vào đờng ống áp lực, khi kích thớc ống lớn, có thể kết hợp
ống thông hơi làm đờng ống xuống kiểm tra đờng ống áp lực.
Diện tích ống thông hơi đợc xác định theo công thức sau:
Fa =

Q a 134,83
=
= 3,4m 2
Va
40

Trong đó:
98

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Qa: Lu lợng không khí qua ống, lấy bằng lu lợng lớn nhất qua cửa nớc vào =
134,83m3/s
Va: Lu tốc không khí vào đờng ống = 30ữ50m/s. Va phải thoả mãn điều kiện <
15Vd l lu tốc dòng nớc trong đờng ống áp lực = 4ữ5m/s. Vậy chọn Va = 40m/s
Thiết kế ống thông khí có tiết diện chữ nhật, kích thớc ống là: bìl =1,5ì2.67m.
2.5. Tính toán hình dạng cửa nớc vào.
Chọn hình dáng cửa nớc vào có dạng elíp, phơng trình elíp có dạng sau:
X2
Y2
+
=1
acv2 (1 ) 2 acv2

Trong đó:
: Hệ số co hẹp dòng chảy theo phơng đứng (co hẹp đứng).
acv: Bán trục dài của elíp
2.5.1. Xác định đờng kính đờng ống áp lực.
Vốn đầu t xây dựng cơ bản và chi phí vận hành hàng năm của đờng ống áp lực
tăng theo đọ tăng đờng kính ống, song tổn thất cột nớc lại tỉ lệ nghịch. Do vậy việc xác
định đờng kính kinh tế của đờng ống áp lực phải thông qua tính toán kĩ thuật để lựa
chọn. Trong thiết kế sơ bộ có thể sử dụng công thức kinh nghiệm sau:
D kt = 7 0,052.Q 3 max ; (m) ( Với H<100m)

Trong đó:
Qmax: Lu lợng lớn nhất qua đờng ống = 134,83 m3/s
Vậy:

D kt = 7 0,052.Q 3 max = 7 0,052.134,83 3 = 5,36m

Xác định Dkt theo vận tốc kinh tế trong đờng ống Vkt = 3ữ6m/s
D kt =

4 ì Q max
4 ì 134,83
=
= 5,35 ữ 6,55m / s
ì V kt
3,14 ì ( 3 ữ 6)

Căn cứ vào hai điều kiện trên em chọn D = 5,4m
2.5.2. Bố trí cửa lấy nớc.
Để dảm bảo không khí không lọt vào đờng ống áp lực, mép trên cửa lấy nớc phải
bố trí thấp hơn MNC một độ sâu nhất định h2 = 2m.
99

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

Cao trình mép trên cửa lấy nớc:
trên = MNC h2 = 288,5 2 = 286,5m
Cao trình mép dới cửa lấy nớc:
dới = trên hlới chắn rác = 286,5 15,5 = 271m
Cao trình tâm cửa nớc vào:
tâm = dới +

h tren
= 271 + 7,75 =278,75m
2

Chiều sâu nớc trớc cửa nớc vào:
ht = MNDBT - đay sông = 290 224 = 66m
Chiều cao ngỡng cửa lấy nớc sơ bộ chọn:
P = dới - đáy sông = 271 224 = 47m
Chiều sâu tuyến phân chia dòng chảy (chia dòng chảy thành hai phần) tính theo
công thức sau với giả thiết độ sâu phân bố đều theo chiều sâu của lòng sông trớc công
trình cửa lấy nớc:
h"t =

P ì ht
47 ì 66
=
= 51,2m
ht D kt 66 5,4

ht = ht ht = 66 51,2 = 14,8m
Cao trình tuyến phân chia là:
phân chia = MNDBT ht = 290 14,8 = 275,2m
Phơng trình elip trần có dạng :
0,043
y2
x2
+
= 1 ; ' = 0,57 +
2
2
1,1 '
a ' CV (1 ).a' CV

; ' =

a ' CV
ht'

Phơng trình elip ngỡng có dạng :
0,043
y2
x2

"
=
0
,
57
+
+
=
1
;
2
2
1,1 "
a"CV
(1 ).a"CV

Ta có: d1 = trên - phân chia = 286,5 275,2 = 1,2m.
d2 = phân chia - dới = 275,2 271 = 4,2m.
Xác định phơng trình elíp trần CLN.
100

; " =

a" CV
ht"

.

đồ án tốt nghiệp
Ta có :

' = 0,57 +

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

'
0,043.ht'
0,67.ht' 0,57.a CV
0,043
0,043
= 0,57 +
=
0
,
57
+
=
'
'
'
1,1 '
a CV
1,1.ht' a CV
1,1.ht' a CV
.
1,1 '
ht

'
'
= (1 ' ).a CV
+ d1
Mặt khác: a CV

'
0,67.ht' 0,67.a CV

1,1.h a
'
t

'
CV

'
.a CV
= d1

'
2
'
2
'
0,67.ht' .a CV
0,57.a ' CV
= 1,1.d 1 .ht' d 1 .a CV
0,57.a' CV
(d 1 + 0,67.ht' ).a CV
+ 1,1.d 1 .ht' = 0

2 11,116.a ''CV + 19,536 = 0
Thay số vào công thức trên ta có: 0,57.a CV

Với điều kiện a' CV < h' t a' CV = 1,95 ; = 0,614.
Xác định phơng trình elíp ngỡng CLN.
Ta có :

= 0,57 +

0,57.a CV

0,043.ht
0,67.hCV
0,043
0,043
= 0,57 +
= 0,57 +
=
a

a CV

1,1
1,1.ht a CV
1,1.hCV
.
1,1 CV
ht

Mặt khác:
= (1 ).a CV
+ d 2
a CV


0,67.ht 0,67.a CV
= d 2
.a CV

1,1.ht a CV

0,57.a CV
2 = 1,1.d 2 .ht d 2 .a CV
0,57.a CV
2 (d 2 + 0,67.ht).a CV
+ 1,1.d 2 .ht = 0
0,67.ht.a CV
2 38,504.a CV
+ 236,544 = 0
Thay số vào công thức trên ta có: 0,57.a CV
< ht a CV
= 6,83 ; = 0,614.
Với điều kiện a CV

Vậy phơng trình elíp cửa lấy nớc có dạng:
Ngỡng trên:
Ngỡng dới:

X 12
2
a ' cv

X 22
2
a" cv

+

+

Y12

=1

(1 ') 2 a' cv2
Y22

(1 ") 2 a"cv2

X 12
1,95 2

+

Y12
0,75 2

=1

X 12
Y12
=1
+
=1
6,83 2,64 2

Các thông số của cửa lấy nớc nh sau:
Chiều cao của cửa lấy nớc:

h = 15,5m.

Chiều rộng cửa lấy nớc:

b = 4m.

Số khoang cửa lấy nớc

n = 4.

Đờng kính đờng ống áp lực:

Do = 5,4m.
101

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

3. Đờng ống áp lực.

3.1. Tác dụng của đờng ống áp lực.
Đờng ống áp lực nối tiếp cửa lấy nớc hoặc bể áp lực với buồng xoắn turbin để dẫn
nớc vào turbin. Nó có nhiệm vụ cung cấp nớc cho turbin trong bất kì điều kiện khai
thác nào sao cho tổn thất thuỷ lực là nhỏ nhất, khai thác thuận lợi. Trong tuyến năng lợng thì việc bố trí và thiết kế đờng ống là mộy bộ phận quan trọng, nó không những
ảnh hởng đến sự vận hành của nhà máy mà còn ảnh hởng đến giá thành bản thân nhà
máy thuỷ điện. Do đó ta phải nghiên cứu thiết kế cẩn thận.
3.2. Chọn phơng thức bố trí đờng ống áp lực.
Chọn tuyến đờng ống dẫn nớc vào nhà máy thuỷ điện sao cho tuyến đờng ống là
ngắn nhất, tổn thất thuỷ lực nhỏ, thể tích chiếm chỗ trong nhà máy nhỏ và vận hành an
toàn trong mọi trờng hợp. Từ yêu cầu trên và dựa vào điều kiện địa hình khu vực xây
dựng công trình tôi chọn tuyến đờng ống vuông góc với nhà máy (nhà máy nằm song
song với trục đập)
3.3. Xác định kích thớc cơ bản của đờng ống.
3.3.1. Chọn loại đờng ống.
Do chiều dài đờng ống không lớn lắm, cột nớc của trạm thuỷ điện lớn hơn
30ữ50m nên em chọn loại ống thép làm đờng ống áp lực.
3.3.2. Đờng kính ống.
Việc xác định đờng kính đờng ống cần căn cứ vào luận chứng kinh tế kĩ thuật. Do
tài liệu cha đầy đủ các chỉ tiêu về kinh tế, do đó em chỉ xác định đờng kính kinh tế
bằng công thức kinh nghiệm và theo vận tốc kinh tế. Nh đã xác định ở phần trên ta có
Do = 5,4m.
3.3.3. Tính chiều dày thành ống.
Sơ bộ tính chiều dày thành ống theo tải trọng tác dụng vào ống, chủ yếu là áp lực
nớc bên trong và một phần tải trọng tác dụng bên ngoài. Ta có:
=

ì H max ì Do
2 ì R'

Trong đó:
- : Trọng lợng riêng của nớc = 1 tấn/m3 = 10-6kg/mm3
- : Chiều dày thành ống.
102

đồ án tốt nghiệp

thiết kế trạm thuỷ điện đồng nai 5

- Hmax: Cột nớc lớn nhất của trạm thuỷ điện Hmax = 65,78m
- Do: Đờng kính đờng ống áp lực: Do = Dkt = 5,4m
- R: Cờng độ tính toán của vật liệu làm ống tính theo công thức:
R = Rtc x C x K x mc x m = 45 x 1 x 0,64 x 0,85 x 0,6 = 14,69 kg/mm2
+ Rtc: Sức kháng tiêu chuẩn của vật liệu làm ống = 45kg/mm2
+ C: Hệ số chuyển tiếp từ cờng độ tính sang cờng độ tính đổi = 1
+ K: Hệ số đồng chất của vật liệu làm ống K = 0,64
+ mc: Hệ số vốn đầu t = 0,85
+ m: Hệ số điều kiện làm việc của vật liệu: m = 0,60
Vậy:

10 6 ì 65,78.10 3 ì 5,4.10 3
=
= 12,09mm
2 ì14,69

Nếu kể thêm chiều dày chống rỉ, ăn mòn trong nớc và xét tới áp lực nớc va chọn
= 20mm = 2,0cm.
Do đờng ống áp lực đặt trong đập bê tông trọng lực nên không cần kiểm tra điều
kiện ổn định của đờng ống.
3.3.4 Chiều dài đờng ống áp lực.
Sơ bộ tính theo kích thớc đập có kể đến độ dốc cửa lấy nớc vào đến cao trính lắp
máy ta có L = 90m.
3.3.5 Đoạn chuyển tiếp.
Do đờng kính đờng ống áp lực lớn hơn đờng kính cửa vào buồng xoắn turbin nên
phải có đoạn chuyển tiếp đợc tính theo công thức:
Lchuyển tiếp = 7(D2 D1) = 7 x (5,4 4,68) = 5,04m
D2: Đờng kính đờng ống áp lực: D2 = 5,4m
D1: Đờng kính cửa vào buồng xoắn D1 = 2 x cv = 2 x 2,34 = 4,68m
4. Nớc va trong đờng ống áp lực.

4.1. Hiện tợng nớc va và ảnh hởng của nó đối với quá trình công tác của trạm
thuỷ điện.
4.1.1. Hiện tợng nớc va.

103