Tải bản đầy đủ
IV.Tính toán xác định hình dạng cửa lấy nước không áp vào kênh

IV.Tính toán xác định hình dạng cửa lấy nước không áp vào kênh

Tải bản đầy đủ

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Với TTĐ Nà Loà có cột nớc tơng đối lớn tuyến đờng dẫn gồm kênh dẫn
và đờng ống áp lực. Với tuyến đờng ống dài ta chọn hình thức cấp nớc theo
nhóm. 1 đờng ống chính cấp nớc cho nhóm 4 đờng ống vào 4 tổ máy. Dẫn nớc
theo phơng thức vuông góc với trục nhà máy, nớc chảy thẳng vào nhà máy, đờng ống không bị uốn cong, tổn thất thuỷ lực ít, do đó khối lợng đào móng
công trình nhỏ do trục vuông góc với đờng đồng mức.Với sơ đồ nh sau:

III.Thiết kế kênh dẫn nớc.
Với trạm thuỷ điện Nà Loà do tuyến kênh rất dài ( 3010 m) nên em chọn kênh
dẫn nớc là kênh không tự điều tiết.
1.Cấu tạo kênh dẫn nớc.
a.Chọn tuyến kênh dẫn nớc.
Nguyên lý lựa chọn tuyến kênh.
Sao cho chi phí xây dựng kênh và các công trình trên kênh là nhỏ và tổn
thất thuỷ lực là ít nhất. Thông thờng tuyến kênh đợc lựa chọn theo điều kiện địa
hình, theo đờng đồng mức do vậy chiều dài tăng tổn thất thuỷ lực lớn.
Nguyên lý chung.
Tuyến phải ngắn, đào đắp ít, lựa chọn theo đờng đồng mức và ít công
trình trên kênh ( cống ngầm, cầu máng, xi phông,... ). Đi qua vùng địa chất ổn
định không bị sạt lở, không thấm. Ngời ta thờng căn cứ vào điều kiện địa hình
địa chất để lựa chọn tuyến kênh kinh tế nhất.
87

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Với TTĐ em dang thiết kế tuyến kênh đợc chọn bắt đầu từ đập đến suối
Bản Mến kênh chạy theo cao độ 385 390 m chiều dài tuyến kênh là 3010 m
b.Mắt cắt kênh.

b1
m

h m
b

i.
Phụ thuộc vào điều kiện địa chất mà có hình dạng khác nhau. Trờng hợp
nền đá tốt mặt cắt là hình chữ nhật có lớp lót mỏng nhằm giảm tổn thất thuỷ
lực, nhiều trờng hợp không cần lớp lót. Trờng hợp đá yếu kênh có dạng hình
thang.
b Chiều rộng.
m Độ dốc mái kênh phụ thuộc vào điều kiện địa chất m = ( 1 ữ 1,5 ).
b1 Chiều rộng đỉnh bờ kênh tối thiểu b1 2m còn phụ thuộc vào điều
kiện tận dụng bờ kênh làm đờng giao thông.
Công trình bờ kênh phải đảm bảo an toàn không bị ngập nớc

bo max + d
Trong đó :

max Mực nớc lớn nhất.
d Độ an toàn d = f ( cấp công trình, khả năng vợt tải )

d = ( 0,3 ữ 0,5 )m lấy d = 0,4m
Nếu đặt trên nền yếu mặt cắt kênh có dạng phức tạp hệ số mái thay đổi
cho phù hợp với từng lớp đất đá khác nhau.
TTĐ Nà Loà do địa hình tuyến kênh đợc chọn tơng đối bằng phẳng nên
em chọn phơng án thiết kế mặt cắt kênh là hình thang
c.Gia cố lòng và mái kênh.
Mục đích của việc gia cố :
- Làm tăng ổn định mái kênh.
- Chống xói lở.
- Chống mất nớc ( thấm )

88

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Kết cấu gia cố thờng là bê tông, bê tông cốt thép, gạch đá xây, đá lát và
các vật liệu khác. Kênh bê tông thờng đổ tại chỗ với 20cm bê tông cốt thép
thờng = ( 7 ữ 10 )cm tối đa là 15cm và dới dạng tấm bê tông để lắp ghép.
Thép thờng bố trí lới 20x20cm thép dùng = ( 6ữ 8 )mm
Nh vậy tuyến kênh em chọn là kênh đá xây ,để chống thấm thoát nớc
đáy kênh đợc đổ bê tông dày 0,4 m ,mái kênh đợc lát đá xây dày 0,5 m .
d.Vận tôc cho phép của kênh dẫn nớc.
Đảm bảo một số điều kiện sau :

- Điều kiện không xói v [ v ] xn , theo quy phạm, nếu lót bê tông thì [ v ] xn

rất lớn

[ v] xn = ( 9 ữ 10 )m/s lớp lót mỏng, [ v] xn = 20m/s lớp lót dày.
Thực tế trong kênh thờng chỉ đạt khoảng 3m/s

- Điều kiện không lắng v [ v ] bl

[ v ] bl là vận tốc giới hạn không bồi lắng và có thể xác định theo công thức
[ ] bl = 0,01. dW

kinh nghiệm của I . I . Lêvi : v

tb

4

p 0.0225
R;
0.01 n

Trong đó : W là độ thô thuỷ lực của hạt cát có đờng kính trung bình dtb
P là hàm lơng(% theo trọng lợng) các hạt bùn cát lơ lửng có đờng
kính lớn hơn 0,25 mm vợt quá 0,01% ,
0.0225
là hệ số hiệu chỉnh độ nhám lòng kênh khi nó khác với độ
n

nhám thông thờng của kênh đất không lót ( n = 0,0225)
- Điều kiện thực vật không cho cây cỏ mọc trong kênh v 0,6m/s với h <
1,5m
- Điều kiện giao thông cho thuyền có thể đi lại đợc 1,5m/s v
Các điều kiệm mâu thuẫn với nhau do vậy kết hợp các điều kiện không
thoả mãn ta dùng biện pháp công trình riêng.
2.Tính toán thuỷ lực kênh dẫn.
a.Mục đích của việc tính toán thuỷ lực.
Xác định kích thớc tiết diện hoặc xác định kích thớc kênh dẫn,độ dốc
lòng kênh . khi biết lu lợng tính toán.

89

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Tính toán thuỷ lực trong kênh từ đó xác định tổn thất năng lợng trong
kênh dẫn h E
b.Tính toán thuỷ lực.
*Các chế độ dòng chảy thuỷ lực trong kênh.
Dòng ổn định là dòng có các yếu tố thuỷ lực không thay đổi theo thời
gian : Q = cosnt có hai loại dòng.
- Dòng đều : Là dòng có các yếu tố thuỷ lực không thay đổi theo chiều dài
của kênh ( đờng mặt nớc song song với đáy kênh ).
- Dòng biến đổi đều : Là dòng mà mực nơc trong kênh thay đổi theo chiều
dài của kênh + nớc dâng
+ nớc hạ
*Tính toán thuỷ lực dòng đều.

v = c. i.R Q = .c. i.R
Trong đó :

(57)

i Là độ dốc thuỷ lực ( độ dốc đáy kênh )
R Bán kính thủy lực.
n Độ nhám.
- Diện tích ớt
1

1
c Hệ số cêri c = .R 6
n
Vì kênh tính toán đợc lát mái và đáy bằng bê tông do vậy độ nhám ta có
thể chọn sơ bộ n = 0,025, mái kênh có độ dốc m = 1,5, độ dốc đáy kênh i =
0,0012 lu lợng thiết kế QTK = QTĐmax = 6,06 ( m3/s ).
Xác định mặt cắt lợi nhất về thuỷ lực có = 1, với m = 1,5 4.m0 =
8,424 tra bảng 8 1 và phụ lục 8 1 Bảng tra thuỷ lực
f ( Rln ) =

4.m0 . i 8,424. 0,0012
=
0,048 tra đợc Rln = 0,78
QTK
6,06

Giả thiết các giá trị của b ta tính toán đợc h, sau khi giả thiết các giá trị của b,
cuối cùng ta có đợc kết quả sau: b = 0,95 m , h = 1,56m là phơng án có lợi về
thi công, khối lợng đào đắp kênh nhỏ, vận hành thuận lợi.
Bảng tính toán xác định kích thớc kênh dẫn
b(m)
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9

FRln
0.048
0.048
0.048
0.048
0.048

Rln
0.78
0.78
0.78
0.78
0.78

b/Rln
0.897
0.962
1.026
1.090
1.154

90

h/Rln
1.914
1.931
1.948
1.966
1.984

h(m)
1.49
1.51
1.52
1.53
1.55

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp
0.95
1
1.05
1.1
1.15
1.2
1.25
1.3
1.35
1.4
1.45
1.5

0.048
0.048
0.048
0.048
0.048
0.048
0.048
0.048
0.048
0.048
0.048
0.048

0.78
0.78
0.78
0.78
0.78
0.78
0.78
0.78
0.78
0.78
0.78
0.78

1.218
1.282
1.346
1.410
1.474
1.538
1.603
1.667
1.731
1.795
1.859
1.923

1.998
1.981
1.963
1.946
1.929
1.912
1.895
1.879
1.863
1.848
1.832
1.817

1.56
1.54
1.53
1.52
1.50
1.49
1.48
1.47
1.45
1.44
1.43
1.42

3..Xác định các cao trình của tuyến kênh dẫn đợc chọn ( kênh không tự điều
tiết) .
- Cao trình đáy ở đầu kênh đợc chọn bằng cao
trình ngỡng CLN , đkđ= 383,94 (m)
- Cao trình đáy ở cuối kênh :
đcđ = đkđ - Li = 383,94 0.0012*3010 = 380,33
m
Trong đó : L là chiều dài kênh dẫn
i : độ dốc đáy kênh
- Cao trình đỉnh ở đầu kênh
Đỉnh kênh phải bố trí cao hơn mực nớc lớn nhất trong kênh với một trị số
an toàn nhất định . Độ vợt cao của đỉnh bờ kênh trên mực nớc cao nhất đợc
tính theo công thức : d = hs+ e .
Trong đó : hs là chiều cao do sóng trên mực nớc tĩnh.hs=0,7(m).
e : là độ vợt cao an toàn ; lấy e = 0,5(m.)
Mực nớc lớn nhất trong kênh phụ thuộc vào hình thức kênh điều tiết hay
không điều tiết . Với nhiệm vụ của đồ án là thiết kế kênh không điều tiết, do
đó mực nớc lớn nhất trong kênh chính là mực nớc trong kênh khi kênh tải với
lu lợng QTK .
- Cao trình đỉnh bờ kênh ở đầu kênh đợc xác định
nh sau: đĐ
đĐ =N + h + d + e = 383,94 +1,56 + 0,5 + 0,97 =
386,97
Trong đó :
N : là cao trình ngỡng cửa vào cửa lấy nớc, đợc xác định
trong phần thiết kế cửa lấy nớc : N = 383,94 (m).
91

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

h : là độ sâu dòng đều trong kênh ; h=1,56 (m).
- Cao trình bờ kênh ở cuối kênh
cĐ = đĐ - Li = 386,97 0.0012 * 3010 =383,358
(m)
IV . Thiết kế bể áp lực.
1.Khái niệm, công dụng.
Bể áp lực là bộ phận chuyển tiếp dòng chảy không áp trong kênh thành
dòng chảy có áp vào đờng ống.
Công dụng : Dẫn nớc từ kênh vào đờng ống áp lức sao cho tổn thất thuỷ
lực là nhỏ nhất, đồng thời đảm bảo điều kiện và yêu cầu của cửa lấy nớc có áp.
2.Cấu tạo.

Tràn bên

3.Các phơng thức bố trí bể áp lực.
Vị trí bể áp lực đợc bố trí ở cuối kênh trớc đờng ống áp lực, bố trí ở nơi
có sự thay đổi địa hình lớn.
a.Phơng án bố trí chính diện.
92

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Trục của kênh dẫn và trục của đờng ống áp lực song song hoặc trùng
nhau.
- Ưu điểm : Tổn thất thuỷ lực nhỏ, phân bố đều dòng chảy vào CLN
- Nhợc điểm : Chiều rộng của BAL lớn
b.Bố trí bể áp lực ở bên.
Trục kênh dẫn vuông góc với trục đờng ống áp lực.
- Ưu điểm : Do bố trí bể áp lực dọc theo kênh nên kích thớc của bể áp lực
nhỏ tháo vật nổi hoặc xả nớc thừa đợc dễ dàng hơn.
- Nhợc điểm : Dòng chảy không thuận lợi, tổn thât thuỷ lực lớn, phân bố lu tốc không đều trớc cửa lấy nớc.
c.Phơng án bố trí kết hợp.
Trục của kênh dẫn hợp với CLN 1 góc nhọn.
Tuỳ theo điều kiện địa hình địa chất mà ta bố trí bể áp lực cho thuận lợi.
d.Phơng án chọn
Em chọn kiểu bố trí BAL cho TTĐ Nà Loà theophơng án bố trí kểi chính diện
4.Tính toán kích thớc cơ bản bể áp lực.
a.Xác định bề rộng CLN.
B = n.bk + ( n 1 ).d
Trong đó : n Số đờng ống lấy nớc trực tiếp từ CLN.
d Chiều dầy của trụ pin
bk Bề rộng một khoang CLN bk = f(đk CLN).
Theo kinh nghiệm lấy bk = ( 1,5 ữ 1,8 )D, lấy bk = 1,5D ( D là đờng kính
của đờng ống áp lực )
Vận tốc trong đờng ống v = (3ữ6) m/s. Chọn v = 4 m/s.
Q
Fcv = max
v

D=



=

4.Fcv
=


6,06
= 1,51 m2.
4
4.1,51
= 1,38((m). chọn sơ bộ đờng kính là 1,4


m. Sau này sẽ tính toán chính xác sau.
Thay vào công thức trên B = bk = (2,1 ữ2,52 )=2,4 m.
b.Hình thức đờng viền cửa vào.
Thiết kế sao cho tổn thất thuỷ lực là nhỏ nhất, thí nghiệm cho thấy đờng
viền hình elip là tốt nhất.

93

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

x2
y2
=1
Phơng trình elíp có dạng 2 +
a
(1 ) 2 .a 2
Trong đó :

a Bán kính trục dài của elíp ,a=1,82 m
Hệ số co hẹp xác định theo công thức thực nghiệm.

= 0,57 +

a
0,043
với = , với ht =MNBAL - N
ht
1,1

= 382,27 379,75 = 2,52 m
MNBAL : là mực nứoc cuối bể áp lực MNBAL = 382,27 m
=> =

a 1,4
0,043
=
=0,55 => = 0,57 +
= 0,65
ht 2.52
1,1 0,55

ht

.a

x2
y2
+
=1
Vậy phơng trình mép CLN là :
1,82 2 (1 0,65) 2 .1,82 2
c.Xác định chiều dài CLN.
Chiều dài CLN L1 phụ thuộc vào việc bố trí các thiết bị của CLN, đồng
thời thoả mãn điều kiện ổn định và điều kiện bền.
94

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

d.Cao trình ngỡng CLN.
đỉnh
MNtran
nt

h

MNDBT

MNmin
trCLN

N

Cao trình ngỡng CLN phụ thuộc vào đờng kính đờng ống áp lực và phải
đảm bảo độ ngập sâu cần thiết của nó dới mực nớc thấp nhất trong bể áp lực.
Ngoài ra chiều rộng và chiều sâu trớc lới chắn rác phải đảm bảo vận tốc trớc nó
nằm trong phạm vi vk = (1ữ 1,2 )m/s, lấy vk = 1m/s
Với vận tốc cho phép vk, độ sâu hk của bể áp lực đợc tính từ mực nớc lớn
nhất trớc bể áp lực đến ngỡng với mức tối thiểu có thể xác đinh theo công thức :

hk =

QT
6,06
=
= 2,52(m) N = MNBAL hk = 382,27 2,52 = 379,75(m)
bk .vk 2,4.1

QT Lu lợng lớn nhât qua đờng ống áp lực QT = 6,06 m3/s
MNBAL- là mực nớc trong bể áp lực ,MNBAL = 382,27 m( đă đợc xác
định trong phần tính toán thuỷ năng)
e.Xác định cao trình trần CLN
Độ ngập sâu tối thiểu của đờng ống áp lực dới mực nớc thấp nhất trong

v02 vk2
bể áp lực có thể xác định : h1 = (2 ữ 3)
và không nhỏ hơn 0,5m
2.g
Trong đó :

v0 =

v0 Vân tốc lớn nhất trong đờng ống áp lực

QTD max 4.QTD max
4.6,06
=
=
= 3,94(m / s ) thay vào công thức
2
F
.D0
3.14.1,4 2

trên

3,94 2 0,8 2
h1 = 3
= 1,14(m)
2.9,81
trCLN = MN min h1

95

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Việc xác định mc nớc min phải dựa vào chế độ vận hành và đặc trng đờng dẫn. Mực nớc thấp nhất thờng xuất hiện ở chế độ không ổn định của quá
trình tăng tải TTĐ, trong thực tế việc tăng tải đồng thời tất cả các tổ máy là
không xảy ra, do đó mực nớc thấp nhất chỉ có thể xuất hiện khi ( n 1 )TM
làm việc với công suất lớn
nhất đồng thời tổ máy cuối cùng tăng tải từ không đến đầy tải.
Dòng không ổn định trong kênh ứng với trờng hợp là tăng lu lợng từ Q
Q = Q1TM

làm việc Q( n 1 )Tm nên QnTM

MN min = ( n1)TM H
Trong đó :

H Sóng giảm áp lớn nhất khi tăng tải tổ máy cuối cùng.
( n1)TM

=

MNtran Trong kênh không tự điều tiết.

Lu lợng lớn nhất qua tràn tơng ứng là lu lợng lớn nhất của một tổ máy
qua nó, Qtràn = Q1TM
Theo kinh nghiệm ta có thể lấy cột nớc trên tràn htr = ( 0,3 ữ 0,6 )m. với
lu lợng lớn nhất qua tràn đã có ta tính chiều rộng tràn ứng với cột nớc đợc
chọn :
Qtr = .m. n .btr . 2.g .h 3 / 2 btr =

Q1TM

.m. n . 2.g .htr3 / 2

=

1,51
1.0,49.1. 2.9,81.0,33 / 2

4,24( m ). Thiết kế btr = 4,3 m => cột nớc tràn là :
htr =

Qtr
1.51
=
= 0,35m.
v k .btr 1.4,3

Cao trình ngỡng tràn cao hơn so với mực nớc trong kênh khi lu lợng
trong kênh làm việc với lu lợng tính toán từ ( 5 ữ 10 )cm,( lấy 10cm ), vậy cao
trình mực nớc trên tràn đợc xác định theo cao trình mực nớc trong kênh ( khi
làm việc với lu lợng tính toán cộng thêm chiều cao gia tăng cộng với cột nớc
tràn :

MNtran = nt + htr = k + htr + 10cm
Trong đó : nt Cao trình ngỡng tràn
k Cao trình mực nớc trong kênh khi Qk = Q0 , k =
381,79 m

MNtran = 381,79 + 0,35 + 0,1 = 382,24(m)

96

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

H đợc tính toán thông qua tính toán đờng không ổn định ứng với trờng
hợp Q = Q1TM. Trong thiết kế sơ bộ ta sử dụng phơng trình cân bằng để
C.TS .H TS .Q1TM
=
2
2
Trong đó : TS Thời gian để mở tổ máy cuối cùng

xác định :

bk .

H Chiều cao sóng giảm áp.
C Vận tôc truyền sóng giảm áp,
C = g .hk = 9,81.2,52 = 4.97(m / s) H =

Q1TM
1,51
=
0,13(m)
bk .C 2,4.4,97

Cao trình mực nớc nhỏ nhất : MN min = 382,24 0,13 = 382,11(m)
Cao trình trần cửa lấy nớc : trCLN = 382,11 0,76 = 381,35(m)
h..Xác định cao trình đỉnh CLN.
Đỉnh CLN và đỉnh tờng bể áp lực phải đặt cao hơn mực nớc cao nhất
trong bể áp lực một khoảng an toàn( 0,3. ữ1 m) đủ đẻ đảm bảo an toàn trong
quá trình làm việc và có thể xác định thao công thức kinh nghiệm

dinh = MN max + hs +
Trong đó :

Khoảng cách an toàn phụ thuộc vào cấp công trình,

với kênh có Q < 30 m3/s , = ( 0,2 ữ 0,25 )m, lấy = 0,2m
hS Chiều cao sóng do gió gây ra đợc xác định thông qua
việc xác định sóng dềnh và sóng leo lấy hs = 0,7m
MNmax Cao trình mực nớc lớn nhất trong trờng hợp khi
cắt toàn bộ tổ máy.Đối với kênh không tự điều tiết thì mực nớc cao nhất
đợc lấy
bằng mực nớc tràn khi xả toàn bộ lu lơng của TTĐ qua nó
=>MNmax = đ

Qtr
htr =
.m. .b . 2.g
n tr







2/3

tràn

, ứng với ( Qtr = Q4TM ),:



6,06

=
1.0,49.1.4,5. 2.9,81



2/3

0,73(m)

MNmax = nt + htr = 381,89+ 0,73= 382,62 m
Cao trình đỉnh CLN : dinh = 382,62 + 0,7 + 0,2 = 383,52(m)
g.Xác định kích thớc tràn.
97