Tải bản đầy đủ
II.Tính toán áp lực nước va.

II.Tính toán áp lực nước va.

Tải bản đầy đủ

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

E = 2,1.106Kg/cm2
D Đờng kính ống.D = 1,4 m
Chiều dày đờng ống. = 0.015 m
b. Pha nớc va.
Khoảng thời gian sóng áp lực nớc va xuất hiên truyền tới hồ chứa và
phản hồi lại cơ cấu điều chỉnh gọi là pha nớc va ( Tf ). Đợc tính nh sau:

2.L 2.621
=
1,136( s ) Trong đó : L là chiều dài đờng ống
C
1093
L=621 m
Ta có: TS =6 s >Tf = 1,23s. Nh vậy nớc va sinh ra trong ống là nớc va
gián tiếp.
Tf =

.3. Tính toán nớc va gián tiếp khi đóng mở cánh hớng nớc
a. Tính toán nớc va dơng. ( khi đóng cánh hớng nớc ).
+ Mục đích: Tính toán áp lực nớc va dơng để kiểm tra khả năng chịu áp
lực của đờng ống (chiều dày ống có đảm bảo chịu lực không?).
+ Nguyên lý tính toán:
- Coi đờng ống áp lực là đờng ống đơn giản( đờng kính ống không đổi )
- Để tăng độ an toàn và đơn giản trong tính toán ta bỏ qua tổn thất thuỷ
lực trong đờng óng trớc khi xẩy ra áp lực nớc va.
- Tính toán áp lực nớc va bằng phơng pháp giải tích, ứng với trờng hợp
nguy hiểm nhất là MNTL = MNDBT ở bể áp lực, cột nớc Hmax = 168,76 m và Htt =
157,19 m ,

0 = 1, c = 0.

Sơ đồ tính toán nớc va dơng

131

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

H

MNDBT
HB

B
B
HA

A
A

i. Trờng hợp H0 = Hmax
Xác định chỉ số đặc trng thứ nhất của đờng ống:
à=

CVmax
2gH 0

H0 - Cột nớc tĩnh lớn nhất, H0 = Hmax=168,76(m).
Vmax - Lu tốc lớn nhất trong đờng ống:
Vmax =

Q max
với Qmax là lu lợng lớn nhất qua đờng ống


Qmax =Q 1 (Hmax) . D12 . H max ( m3/s)
N Lm

Với Q 1 (Hmax)= 9,81. . .D 21. H 3 / 2
tb
mf
max

=> Qmax=
Vmax =

N lm
8000
3
=
k .H max
8,4.168,76 =5,64( m /s)

4Qmax
4.5,64
=
= 3,66( m / s )
2
Dkt
3,14.1,4 2

Vậy à =

1093.3,66
= 1,21
2.9,81.168,76

đà = 1.1,21 = 1,21 >1, do đó 1 < m
Trong đó 1, 2 là trị số nớc va tơng đối pha thứ nhất và pha giới hạn.
132

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Vậy xảy ra áp lực nớc va giới hạn.
Trị số áp lực nớc va dơng lớn nhất tại cửa vào cánh hớng nớc đợc tính
theo công thức:

max =


( +
2

2 + 4 )

Trong đó:
là đặc trng thứ hai của đờng ống:

=

LVmax
621.3,66
=
= 0,23
gH oTs 9,81.168,76.6

0,23
(0,23 + 0,232 + 4 ) = 0,26
2
Cột nớc áp lực nớc va dơng lớn nhất:
max =

H+ = max.H0 = 0,26.168,76 = 43,88 (m).
Vậy trị số áp lực nớc va dơng lớn nhất là: 43,88 m.
.H.D

Kiểm tra lại chiều dày đờng ống: = 2.[ ]. .
Trong đó: n - Trọng lợng riêng của nớc n= 9,81(kN/m3).
H - Cột nớc tác dụng có kể đến áp lực nớc va
H = Hmax + H = 168,76 +43,88 = 212,64 m
D - Đờng kính đờng ống D = Dkt = 1,4.103(mm).
[] - ứng suất cho phép của thép.
[] = 45.104 kN/m3 (với thép CT3).
là hệ số xét đến chất lợng hàn ống thép lấy = 1
.H.D

. = 2[ ] =

9,81.212,64.1,4
= 0,0032 m < tk = 0,015 m thoả mãn.
2.45.10 4
*Trờng hợp H0 = Htt

Xác định chỉ số đặc trng thứ nhất của đờng ống:
à=

CVmax
2gH 0

H0 - Cột nớc tĩnh lớn nhất, H0 = Htt=157,19(m).
Vmax - Lu tốc lớn nhất trong đờng ống:

133

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Vmax =

Q max
với Qmax là lu lợng lớn nhất qua đờng ống


Với Htt =157,19 m thì Qmax =6,06 m3/ s
Vmax =

4Qmax
4.6,06
=
= 3,94(m / s )
2
Dkt
3,14.1,4 2

Vậy à =

1093.3,94
= 1,3
2.9,81.168,76

đà = 1.1,3 = 1,3 >1, do đó 1 < m
Trong đó 1, 2 là trị số nớc va tơng đối pha thứ nhất và pha giới hạn.
Vậy xảy ra áp lực nớc va giới hạn.
Trị số áp lực nớc va dơng lớn nhất tại cửa vào cánh hớng nớc đợc tính
theo công thức:

max =


( +
2

2 + 4 )

Trong đó:
là đặc trng thứ hai của đờng ống:

=

LVmax
621.3,94
=
= 0,265
gH oTs 9,81.157,19.6

0,265
(0,265 + 0,265 2 + 4 ) = 0,302
2
Cột nớc áp lực nớc va dơng lớn nhất:

max =

H+ = max.H0 = 0,302.157,19 = 47,54 (m).
Vậy trị số áp lực nớc va dơng lớn nhất là: 47,54
.H.D

Kiểm tra lại chiều dày đờng ống: = 2.[ ]. .
Trong đó: n - Trọng lợng riêng của nớc n= 9,81(kN/m3).
H - Cột nớc tác dụng có kể đến áp lực nớc va
H = Hmax + H = 157,19 +47,54 =204,73 m
D - Đờng kính đờng ống D = Dkt = 1,4.103(mm).
[] - ứng suất cho phép của thép.
[] = 45.104 kN/m3 (với thép CT3).
là hệ số xét đến chất lợng hàn ống thép lấy = 1
134

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

.H.D

. = 2[ ] =

9,81.204,73.1,4
= 0,0031 m < tk = 0,015 m tho
2.45.10 4
b.Tính toán áp lực nớc va âm.

Hiện tợng nớc va âm ứng với sự giảm áp khi mở cánh tuabin. Mục đích
tính toán nớc va âm để có phơng pháp bố trí đờng ống cho phù hợp, tránh hiện
tợng chân không xảy ra trong đờng ống làm bẹp ống.
Để an toàn đối với nớc va âm, ta tính toán cho trờng hợp mực nớc thợng
lu là MNC( tại bể áp lực) và có kể đến tổn thất thuỷ lực trong đờng ống.
MNC
HB

H

B
B

HA

A

Sơ đồ tính toán nớc va âm.
+Trờng hợp tính toán:
Mực nớc thợng lu là MNC, các tổ máy làm việc ở chế độ đày tải với d
=o= 0 đến c = 1.
Khi đó: à.o = 0 < 1 1 > m .
Vậy trong đờng ống xảy ra nớc va pha thứ nhất.
Trị số áp lực nớc va đợc tính theo công thức:
max = 1 = 2.à [(02 + à.12) - ( 0 + à.12 ) 2 ( 02 12 ) ]
Trong đó: à là đại lợng đặc trng thứ nhất của đờng ống.
à=

CVmax
2gH 0

H0 - Cột nớc tĩnh nhỏ nhất H0 = Hmin= 156,38(m).
V - Lu tốc lớn nhất trong ống ở chế độ tính toán:
135

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

V=

N lm
8000
Q
với Q = Qmax=
=
= 6,09 m3/s
k .H mim
8,4.156,38


4Q

4.6,09

V = D 2 = 3,14.1,4 2 = 3,96(m / s )
kt
Vậy à =

1093.3,96
= 1,41
2.9,81.156,38

2.L
2.621
1 = 0 + =0 + C.T = 0 +
= 0,189
s
1093.6

max = 2.1,41[(0 + 1,41.0,1892) -

(0 + 1,41.0,189 2 ) 2 (0 2 0,189 2 ) ]

= - 0,31
Cột nớc áp lực nớc va âm lớn nhất

H = max H0 = - 0,31.156,38 = -48,47(m).

Tính tổn thất thuỷ lực
Tổn thất bao gồm tổn thất cột nớc, tổn thất lu lợng. Tuy nhiên tổn thất lu lợng có tỷ lệ rất nhỏ do ta sử dụng đờng ống áp lực. Vậy ta chỉ xét tổn thất
cột nớc bao gồm tổn thất dọc đờng theo chiều dòng chảy và tổn thất cục bộ tại
các vị trí thay đổi hình dạng hoặc đổi hớng và qua lới chắn rác:
Công thức chung tính tổn thất: htt = hdđ +hcb
Trong đó:
hdđ: Tổn thất dọc đờng theo chiều dài dòng chảy.
hcb: Tổn thất cục bộ tại các chỗ thay đổi hình dạng ống.
Xác định tổn thất dọc đờng hd đ
dd .V 2
hdd =
.
2.g

Trong đó :
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 ống áp lực = 621 m
D - đờng kính đờng ống áp lực =1,4 m
- hệ số ma sát thuỷ lực; lấy = 0,01.
136

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

621

dđ = 0,01. 1,4 = 4,43
4,43.3,96 2
hdd =
= 3,451 m.
2.9,81

Xác định tổng tổn thất thuỷ lực cục bộ hcb
Ta có:

hcb = cb.

V2
2.g

Trong đó: cb là hệ số tổn thất cục bộ.
Tổn thất cục bộ dọc tuyến năng lợng bao gồm tổn thất qua CLN (tổn thất qua
LCR, cửa vào, khe van), 2 đoạn cong, đoạn thu hẹp chuyển tiếp.
cb = cv + kv + c + ct + l
Trong đó:
cv- hệ số tổn thất cửa vào: cv = 0,5.(1-


) = 0,5 do rất lớn.


kv- hệ số tổn thất qua khe van: chọn kv = 0,12.
c- hệ số tổn thất qua đoạn ống cong: c = 0,3.
ct- hệ số tổn thất đoạn chuyển tiếp: ct = 0,1
l - hệ số tổn thất qua LCR.
S
l = .
b

4/3

0,015

sin = 0,15
0,04

4/3

sin 90 o = 0,04 m

S - chiều dày lớn nhất của thanh lới = 1,5 cm
b - khoảng cách giữa hai thanh lới = 4 cm
- hệ số phụ thuộc hình dạng lới và lu tuyến = 0,15 (tra bảng 8-1)
- góc nghiêng của lới so với phơng nằm ngang; = 90o
Vậy cb = cv + kv + c + ct + l = 0,5 + 0,12 + 0,3 + 0,1 + 0,04 = 1,06 .
hcb = cb.

V2
3,94 2
= 1,06 .
= 0,84 m.
2.g
2.9,81

htt = hdđ + hcb = 3,451 + 0,84 = 4,291 m
4. Biểu đồ phân bố áp lực nớc va
Qua tính toán ta thấy trị số áp lực nớc va không lớn lắm, tiến hành vẽ sơ
đồ phân bố áp lực nớc va (coi đờng phân bố là đờng thẳng). Việc xác định tình
hình phân bố áp lực nớc va trên suốt chiều dài đờng ống có ý nghĩa rất quan
trọng.Cụ thể là biết đợc nớc va dơng để tính khả năng chịu tải của đờng ống,

137

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

nớc va âm để kiểm nghiệm trong đờng ống có xuất hiện chân không hay
không vì nó có khả năng làm bẹp ống.
Để vẽ đờng phân bố áp lực nớc va ta giả thiết quy luật phân bố là đờng
thẳng, nớc va dơng bỏ qua tổn thất thủy lực vẽ từ mực nớc thợng lu là
MNDBT với H+ =47,54 m, nớc va âm kể cả tổn thất thủy lực và vẽ từ mực
nớc thợng lu là MNC với: H- = -48,47 m và htt= 4,291 m .
Hình vẽ biểu đồ áp lực nớc va trong ống

+ H= 47,54

380,45

MNDBT

4,291

MNC

H=48,47

211,5

Phần kết luận
Trong thời gian 14 tuần làm đồ án tốt nghịêp đợc sự hớng dẫn nhiệt tình
của các thầy giáo trong bộ môn, trong khoa. Với sự cố gắng của bản thân
đến nay em đã hoàn thành đồ án.
Quá trình làm đồ án đã giúp em củng cố lại các kiến thức đã học và
tham khảo thêm các kiến thức trong các sách khác để phù hợp các yêu cầu
về thiết kế, thi công các công trình Thuỷ lợi - Thuỷ điện một cách hợp lý
nhất.
138

Thiết kế sơ bộ ttđ NàLOà

Đồ án tốt nghiệp

Tuy nhiên do thời gian có hạn, khả năng và trình độ có hạn chế,
kinh nghiệm thực tế cha có cho nên trong đồ án không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong đợc các thầy giáo, cô giáo bổ sung, góp ý
giúp Em nhận ra và khắc phục những thiếu sót đó, để Em có đợc Đồ án tốt
gnhiệp hoàn chỉnh và chất lợng, mang tính khả thi cao. Đó là những kiến
thức quý báu sẽ giúp Em trong quá trình công tác sau này.

139