Tải bản đầy đủ
Chương 3: thiết kế đập tràn và tiêu năng

Chương 3: thiết kế đập tràn và tiêu năng

Tải bản đầy đủ

0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40

0,04
0,01
0,00
0,01
0,06
0,15
0,26
0,39
0,57
0,87

1,51
3,02
4,53
6,04
7,55
9,06
12,08
15,10
18,12
21,14

0,54
0,11
0,00
0,11
0,91
2,22
3,87
5,93
8,53
13,18

3.2. Tính toán tiêu năng .
Khi xây dựng công trình trên sông thì mực nớc phía thợng lu sẽ dâng
lên nghĩa là thế năng dòng nớc tăng lên. Khi dòng chảy đổ từ thợng lu về
hạ lu, thế năng đó chuyển thành động năng, một phần động năng phục
hồi thành thế năng (bằng mực nớc hạ lu), phần còn lại nếu không có giải
pháp tiêu hao hữu hiệu thì sẽ gây xói lở nghiêm trọng ảnh hởng đến an
toàn công trình. Vì vậy cần phải tiêu năng cho công trình.
3.2.1.Chọn hình thức tiêu năng.
Để tiêu hao năng lợng thừa của dòng nớc, thờng áp dụng các hình
thức sau:
+ , Tiêu năng mặt .
+ , Tiêu năng đáy .
+ , Tiêu năng phóng xa .
Tiêu năng phóng xa bao gồm hai quá trình: một phần tiêu năng trong
không khí và một phần tiêu năng ở lòng sông. Chiều dài phóng xa càng
lớn càng có lợi. Đối với đập càng cao, chiều dài phóng xa càng lớn. Trái
lại, với đập thấp nớc phóng xa sẽ gần chân đập, nên việc dùng hình thức
tiêu năng phóng xa bị hạn chế.
Đối với TTĐ L2 do đập tơng đối cao và điều kiện địa chất tốt nên tôi
chọn hình thức tiêu năng phóng xa.
3.2.2. Thiết kế mũi phun.
+ Góc nghiêng của mũi phun đợc xác định căn cứ vào điều kiện
chiều dài dòng phun xa, đồng thời thể tích bê tông ở chân đập tăng tơng
đối ít. Thông thờng chọn = 30ữ35o. Trong đồ án này tôi lấy = 30o.
+ Cao trình mũi phun phải cao hơn mực nớc lớn nhất ở hạ lu ít nhất
là 1(m) để đảm bảo dòng phun vào không khí và tránh nớc hạ lu ngập
mũi phun. Đối với TTĐ L2 mực nớc hạ lu lớn nhất là MNHLKT=383,5 (m).
Do đó tôi chọn mũi phun = 400 (m).
+ Bán kính cong R nối tiếp mặt đập và mũi phun phải đảm bảo cho
dòng chảy không tách khỏi mặt đập và mũi phun, tránh hiện tợng áp lực
trang 82

biến đổi đột ngột, đồng thời có chiều dài phun xa. Bán kính R phải thoả
mãn điều kiện (6hSơ bộ chọn R=25(m); hình thức mũi phun liên tục để tính toán.
3.2.3. Xác định chiều cao tờng cánh của đập tràn .
1. Tính toán đờng mặt nớc trên tràn.
Các thông số để tính toán mực nớc trên tràn :
Mực nớc thợng lu là MNLTK = 478,17 (m).
Lu lợng xả đơn vị qua tràn là qxả = 107,5 (m3/s.m).
Mực nớc hạ lu lớn nhất ứng với lũ thiết kế là 381,4 (m).
a, Phơng pháp luận để tính đờng mặt nớc trên tràn.
- Từ mặt cắt thợng lu đến mặt cắt A-A.
v 2A
T= hA.cos + 2.g .

Trong đó :

T là khoảng cách từ mực nớc thợng lu tới điểm A.
hA; vA là độ sâu, vận tốc dòng nớc tại điểm A.
-Từ mặt cắt A-A đến mặt cắt B-B. Chia đoạn AB làm nhiều đoạn, phơng trình Becnui cho hai mặt cắt gần nhau.
v i2
v i2
l i v 2tb
yi + hi.cos + 2.g = yi+1 + hi+1.cos + 2.g +tb. h . 2g
tb

Trong đó: yi ,yi+1 toạ độ tại hai mặt i,i+1 so với mặt chuẩn.
hi ,hi+1 độ sâu mực nớc tại hai mặt i,i+1.
li khoảng cách hai mặt cặt i,i+1.
tb hệ số cản trong đoạn li.
1

tb= k . (4. lg R tb + 4,25) 2


Rtb bán kính thuỷ lực trung bình.
độ nhám tơng đối =1,5 (mm).
k hệ số hàm khí.
Nếu Frtb =

v 2tb
< 45 k=1
g.h tb

Frtb>45 k=1 + 0,016875.( Frtb-45).
-Tính toán đờng mặt nớc trên mũi phun. Phải kể thêm thành phần lực
ly tâm tại mặt cắt C-C.
Phơng trình cho mặt cắt B-B và C-C:
trang 83

v

2
B

v

2
C

l BC

yB + hB.cos + 2.g = yC+ hC+ 2.g +BC. h
tb

v 2c
2
.
v
.
R
2.g
+
1
2g 2.
hc
2
tb

R : bán kính cong mũi phun.
Phơng trình cho mặt cắt C-C và D-D:
v 2c
2
v
.
v 2D
l CD v 2tb
yC + hC.cos + 2.g + 2. R 1 2.g = yD+ hD+ 2.g +CD. h . 2g .
tb
hc
2
C

R : bán kính cong mũi phun.
b,Trình tự tính toán để xác định đờng mặt nớc trên tràn.
- Từ mặt cắt thợng lu đến mặt cắt A-A: (T=23,7 m).
v 2A
T= hA.cos + 2.g .
v 2A
Giả thiết một số trị số hA, với mỗi trị số hA ta xác định đợc(hA.cos+ 2.g

), giá trị hA thoả mãn đẳng thức trên là giá trị cần tìm.
Bảng tính độ sâu mực nớc tại mặt cắt A-A
hA

hA.cos+vA2/2.g

vA

4,00
26,7
39,0
4,50
23,7
31,8
5,00
21,3
26,7
5,39
19,8
23,7
Vậy với T=23,7 (m) ta có : hA=5,39(m) ; vA=19,8(m/s).
-Từ mặt cắt A-A đến mặt cắt B-B: chia đoạn AB làm nhiều đoạn .
v i2
i = hi.cos + 2.g , năng lợng đơn vị tại mặt cắt thứ i.

i+1

v i2
= hi+1.cos + 2.g , năng lợng đơn vị tại mặt cắt thứ (i+1).

tb v 2tb
if = h . 2g ; io= sin.
tb


l= i i ; l=l . tại độ sâu cho giá trị l=lAB đó là độ sâu hB.
o
f
Bảng tính đờng mặt nớc trên đoạn A-B
h

v

Fr

Frtb


5,39

19,8

7,4

8,3

23,7

htb
3,0

5,2

k

vtb

tb

tb

Rtb



tb

if

l

l

20,5

374,0

82,4

4,5

1

0,0030

0,01

4,2

0

trang 84

5

21,3

9,3

9,9

26,7

1,8

4,9

21,8

352,8

81,8

4,3

1

0,0031

0,02

2,6

4

4,8

22,2

10,5

11,6

28,5

3,3

4,7

22,9

334,8

81,3

4,1

1

0,0031

0,02

4,6

7

4,5

23,7

12,7

15,4

31,8

7,3

4,3

25,1

306,0

80,5

3,8

1

0,0031

0,02

10,4

11

4

26,7

18,1

19,6

39,0

3,8

3,9

27,4

280,8

79,8

3,5

1

0,0032

0,03

5,5

22

3,8

28,1

21,1

24,1

42,8

7,0

3,7

29,2

262,8

79,3

3,3

1

0,0032

0,04

10,2

27

3,5

30,5

27,1

37,4

49,8

21,4

3,2

33,4

230,3

78,4

2,9

1

0,0033

0,06

32,4

38

2,90

36,8

47,8

71,2

70

Từ bảng tính toán trên ta xác định đợc : hB = 2,9 (m);vB=36,8(m/s).
-Tính toán đờng mặt nớc trên mũi phun. Phải kể thêm thành phần lực
ly tâm tại mặt cắt C-C.
Tính cho mặt cắt B-B và C-C:
v 2B
Đặt : fB= yB + hB.cos + 2.g .

fC= yC+ hC+

2
C

v
l
+BC. BC
2.g
h tb

v 2c
2
v
.
.
+ R
2.g
1
2g 2.
hc
2
tb

Với hB = 2,9 (m); vB=36,8(m/s); yB=7,64(m); yC=0; lBC=20(m) ta có
fB=78,8(m). Giả thiết các giá trị hC , giá trị cần tìm là giá trị cho fC=fB.
Bảng tính độ sâu mực nớc tại mặt cắt C-C
h
v
Fr
Frtb
htb
vtb
tb
tb
Rtb
k
tb
fc
2,9 36,8 47,76
2,9 36,7 47,56 47,66 2,898 36,81 208,7 77,8 2,682 1,04 0,00351 82,022
2,95 36,1 45,18 46,47 2,923 36,49 210,5 77,8 2,703 1,02 0,00343 79,543
2,97 36 44,48 46,12 2,931 36,4
211 77,9 2,71 1,02 0,00341 78,8

Từ bảng trên ta có hC=2,97(m) ; vC=36(m/s).
Tính cho mặt cắt C-C và D-D:
v2
2
v C2
. c
Đặt : fC= yC + hC.cos + 2.g + 2. R 1 2.g .
hc
v 2D
l CD v 2tb
.
fD= yD+ hD+
+CD.
.
2.g
h tb 2g

Với hC=2,97(m); vC=36(m/s); yD=3,35(m); yC=0; lCD=13(m) ta có
fC=76,3(m). Giả thiết các giá trị hD, giá trị cần tìm là giá trị cho fC=fD.
Bảng tính độ sâu mực nớc tại mặt cắt D-D
h
2,97
2,95
2,92
2,90

v
35,9
36,1
36,5
36,8

Fr
44,4
45,1
46,5
47,6

Frtb
44,8
45,5
46,0

htb

vtb

tb

tb

Rtb

k

tb

fD

2,958 36,06 213 77,9 2,733
1
0,00333 73,913
2,943 36,25 211,9 77,9 2,72 1,01 0,00338 75,287
2,932 36,38 211,1 77,9 2,711 1,02 0,00341 76,3

Từ bảng trên ta có hD=2,9 (m) ; vD=36,8(m/s).
trang 85

2. Xác định chiều cao tờng cánh.
Qua kết quả tính toán ở trên ta vẽ đợc đờng mặt nớc trên tràn. Từ đó
ta xác định đợc chiều cao của tờng cánh đập tràn sao cho nớc không bị
tràn qua tờng cánh. Trong đồ án này tôi lấy chiều cao tờng bằng 6 (m).
3.2.4. Xác định đờng bao hố xói .
1. Xác định độ phóng xa của dòng nớc L , chiều sâu hố xói t .
a, Độ phóng xa của dòng nớc L:
z

L=k.z1. D2 .sin2 .(1+ 1 + ( z 1).
1

1
) = 118,24(m).
. sin
2
D

Trong đó : Z độ chênh mực nớc thợng hạ lu. Z=96,7(m).
K hệ số kể đến ảnh hởng của hàm khí và khuyếch tán của
dòng chảy: Fr < (30ữ35), lấy k=1;
Fr > 35, lấy k=0,85;
Z1 khoảng cách từ mực nớc thợng lu tới mũi phun.
Z1=78,1(m).
D hệ số lu tốc tại mũi phun D theo công thức:
vD

D= 2.g.(z h . cos ) =0,96
1
D
b, Góc đổ của dòng nớc vào hạ lu.
tg = tg 2 +

h D . cos
)
2
= 0,85 =400
v 2D . cos 2

2.g.(a +

: góc đổ của dòng nớc vào hạ lu.
a: khoảng cách từ mũi phun đến mặt nớc hạ lu; a=18,6(m).
c, Độ sâu hố xói.
- Theo M.X.Vzgô:
v 2D
t=k.A . q. a +
2.g

- h = 12 (m).

k hệ số xói lở. Tra sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi ta có: k=1,6.
A hệ số giảm chiều sâu hố xói do có ngậm khí. Tra sổ tay kỹ
thuật thuỷ lợi ta có: A=0,7.
h độ sâu mực nớc hạ lu. h=23,4(m).
2.Xác định đờng bao hố xói .
+Cao độ đáy hố xói: 346 (m).
+Chiều dài đáy hố xói (theo chiều dòng chảy): theo kinh nghiệm lấy
bằng:
trang 86

2,5.hk = 2,5. 3

.q 2
=26,3(m).
g

+Khoảng cách từ mũi phun đến tim hố xói : L=118,24(m).
+Chiều rộng hố xói (theo chiều vuông góc dòng chảy) : 96(m).
+Hệ số mái thợng lu mt=2,5; hệ số mái hạ lu mh=1,5; hai bờ trái và
phải của hố xói mb= 2;

trang 87

Chơng 4: thiết kế tuyến năng lợng
Các công trình chuyển nớc từ cửa nớc vào tới nhà máy thuỷ điện và từ
nhà máy xuống hạ lu đợc gọi chung là công trình dẫn nớc của TTĐ.
Tuyến các công trình dọc theo các công trình dẫn nớc vào nhà máy gọi là
tuyến năng lợng. Đối với nhà máy thuỷ điện L 2 các công trình trên tuyến
năng lợng bao gồm: cửa lấy nớc, đờng ống áp lực, kênh xả của nhà máy
thuỷ điện.
4.1. Các công trình chuyển nớc vào nhà máy thuỷ điện.
4.1.1. Lựa chọn phơng thức cấp nớc cho TTĐ L2.
Có các phơng thức cấp nớc cho nhà máy thuỷ điện nh sau:
+ Phơng thức cấp nớc độc lập.
+ Phơng thức cấp nớc theo nhóm.
+ Phơng thức cấp nớc liên hợp.
Đối với TTĐ L2 có hai tổ máy, do đó có thể dùng một trong hai phơng
thức cấp nớc sau:
1.Phơng thức cấp nớc độc lập.
Cấp nớc kiểu độc lập là mỗi đờng ống áp lực chỉ cấp nớc cho một tổ
máy của nhà máy thuỷ điện.

đô

NMtđ

a, Ưu điểm :
Đờng ống đơn giản, do đó tổn thất thuỷ lực nhỏ.
Khi có một đờng ống bị sự cố thì chỉ có một tổ máy ngừng làm
việc, các tổ máy khác làm việc bình thờng.
Khi thay đổi chế độ làm việc của một tổ máy thì không ảnh hởng
đến chế độ làm việc của các tổ máy khác.
b, Nhợc điểm : Khối lợng đờng ống nhiều vì vậy làm tăng vốn đầu t
vào công trình.
c, ứng dụng: thờng áp dụng cho nhà máy sau đập có lu lợng chảy qua
một tổ máy lớn.
trang 88

2. Phơng thức cấp nớc liên hợp.
Với phơng thức này cả nhà máy dùng chung một đờng ống áp lực.

đô

NMtđ

a, Ưu điểm : Khối lợng thiết bị ít do đó vốn đầu t nhỏ.
b, Nhợc điểm :
Đờng ống cấu tạo phức tạp, do đó tổn thất thuỷ lực lớn.
Khi đờng ống bị sự cố thì cả nhà máy phải ngừng làm việc.
Khi thay đổi chế độ làm việc của một tổ máy thì ảnh hởng đến
chế độ làm việc của cả nhà máy.
c, ứng dụng : thờng áp dụng cho nhà máy thuỷ điện có tuyến đờng
ống dài, chủ yếu cho nhà máy thuỷ điện nhỏ.
Nhà máy thuỷ điện L2 là nhà máy sau đập do đó tuyến đờng ống
ngắn, mặt khác lu lợng qua một tổ máy lớn. Vì vậy đối với TTĐ L 2 tôi
chọn phơng thức cấp nớc độc lập để cấp nớc cho nhà máy.
4.1.2. Thiết kế đờng ống áp lực cho trạm thuỷ điện.
1. Chọn tuyến đờng ống áp lực.
Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng TTĐ mà ngời ta có thể áp
dụng một trong các phơng thức dẫn nớc sau đây:
a, Trục đờng ống vuông góc với nhà máy:
Ưu điểm : + Đờng ống không bị uốn cong khi vào nhà máy do đó giảm
đợc chiều dài của đờng ống và tổn thất thủylực trong đờng ống nhỏ.
+ Nhà máy song song với đờng đồng mức vì vậy khối lợng
đào đắp nhỏ.
Nhợc điểm: khi đờng ống đặt hở mà xảy ra sự cố vỡ ống thì rất nguy
hiểm cho nhà máy.
ứng dụng: Dùng rất phổ biến trừ trờng hợp cột nớc của TTĐ quá cao.
b, Trục đờng ống song song với trục nhà máy :
Ưu điểm: Nhà máy vận hành an toàn .
Nhợc điểm: + Do đờng ống bị uốn cong vì vậy làm tăng chiều dài đờng
ống và tổn thất thuỷ lực.
+Trục nhà máy vuông góc đờng đồng mức nên khối lợng
đào đắp lớn .
ứng dụng: cho trờng hợp cột nớc cao, độ dốc địa hình không lớn lắm.
trang 89