Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Mục lục Trang .6 chơng : Giới thiệu chung thủy điện Noà .6 Chơng .7 điều kiện khí tợng thuỷ văn i1 Tài liệu khí tợng thủy văn 1.Đặc điểm khí hậu 2.Đặc trng thuỷ văn 3.Các đờng quan hệ kho nớc i2 Tài liệu địa chất công trình 10 1.Điều kiện địa chất công trình phơng án chọn tuyến 10 Tuyến lợng 12 i3 tài liệu dân sinh kinh tế xã hội 12 Hiện trạng kinh tế xã hội 12 Cơ sở vật chất kỹ thuật có 13 1.Về văn hoá xã hội 13 Phần II .14 Tính toán thuỷ .14 i2.1 mục đích việc tính toán thuỷ .14 ttđ Nà LOà 14 Mục đích việc tính toán thuỷ 14 Chọn tuyến đập phơng thức khai thái thuỷ 14 i2.2 chọn mức bảo đảm tính toán .16 I Khái niệm chọn mức bảo đảm tính toán 16 1.ý nghĩa mức bảo đảm tính toán 16 2.Nguyên lý lựa chọn mức bảo đảm tính toán 17 3.Chọn mức bảo đảm tính toán .18 i2-3 Xác định thông số hồ chứa .19 I.Mực nớc chết (MNC), Mực nớc dâng bình thờng (MNDBT) 19 Mực nớc chết (MNC): 19 Mực nớc dâng bình thờng (MNDBT) .20 i2-4 Xác định thông số NĂNG Lựơng cột nớc đặc trng 22 I Xác định công suất bảo đảm: 23 1.Khái niệm 23 II.Xác định công suất lắp máy: 25 Khái niệm 25 2.Xác định công suất lắp máy 26 III Số lợi dụng công suất lắp máy 26 Iv Tính toán xác định cột nớc đặc trng 26 Cột nớc lớn trạm thuỷ điện (HMax) 26 Cột nớc bình quân gia quyền (Hbq) 26 Xác định cột nớc tính toán (Htt) 27 Cột nớc nhỏ (HMin) 27 phần III 28 Chọn thiết bị 28 i3-1 Khái quát chung 28 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp i3-2.CHọN TURBIN CHO CáC PHƯƠNG áN 31 I Các tài liệu bản: .31 II.Chọn kiểu Turbin: .31 III Xác định thông số Turbin .31 i3-3 Chọn Máy phát điện CHO CáC PHƯƠNG áN 37 I.Địng nghĩa: 37 i3-4.Tính toán giá thành mua thiết bị bê tông nhà máy 39 I.Turbin 39 II Máy phát: 39 III Tính khối lợng bê tông: 40 i3-5 phân tích chọn phơng án 40 I Về kinh tế 40 II Về kỹ thuật 40 III Chọn phơng án 41 i3-6 thiết bị dẫn nớc thoát nớc 41 I Thiết bị dẫn nớc (buồng xoắn) 41 II Thiết bị thoát nớc ( ống hút) 46 i3-7: thiết bị điều chỉnh Tuabin 47 I Nhiệm vụ điều chỉnh Tuabin 47 II Động tiếp lực 48 III Chọn thiết bị điều tốc: 50 IV Chọn thùng dầu áp lực 50 V Tính toán kích thớc bánh đà 51 i 3-8: sơ đồ đấu điện 52 I Sơ đồ đấu điện chính: 52 II Chọn máy biến áp: 55 III Chọn MBA tự dùng 57 3.9 Tính ngắn mạch chọn thiết bị điện .57 i 3-10: Chọn cầu trục 64 Phần V .65 thuỷ công 65 Chơng .65 nhiệm vụ công trình thuỷ công .65 i1 nhiệm vụ 65 i2 tiêu chuẩn thiết kế quy mô công trình .66 I Tiêu chuẩn thiết kế .66 II.Quy mô công trình .66 Chơng .66 công trình đầu mối 66 I.Loại đập đất đá đổ 66 II.Loại đập bê tông trọng lực 67 III.Đập dâng kết hợp tràn toàn tuyến 67 IV.Tuyến lợng .67 Chơng .69 Thiết kế đập dâng kết hợp tràn toàn tuyến 69 3-1: tính toán điều tiết lũ .69 I Nhiệm vụ: 69 II Nội dung tính toán: 69 III Tính toán thuỷ lực đập tràn .70 3-2 tính toán mặt cắt đập .72 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp I Mặt cắt 72 II Mặt cắt thực dụng đập không tràn 74 III Mặt cắt thực dụng đập tràn 78 Chơng .81 công trình tuyến lợng 81 i1.Công trình lấy nớc 81 I.Chọn kiểu cửa lấy nớc 81 II.Yêu cầu CLN 82 III.Các thiết bị bố trí cửa lấy nớc .82 86 IV.Tính toán xác định hình dạng cửa lấy nớc không áp vào kênh 86 i2 Công trình dẫn nớc 86 IV Thiết kế bể áp lực 92 Phần IV 98 Nhà máy thuỷ điện 98 4-1 : nhà máy thuỷ điện .98 I Khái niệm chung 98 II Vị trí nhà máy, loại nhà máy .98 4-2 Bố TRí NHà MáY 99 I Sơ đồ bố trí tuyến trục tổ máy .99 II Kích thớc nhà máy theo mặt 100 III Xác định cao trình chủ yếu nhà máy .102 IV Một số kích thớc phần nhà máy cách bố trí 105 5-3 Gian lắp ráp sửa chữa (gian lắp máy) 105 5.4 máy phụ 106 I Phòng điều khiển trung tâm 106 II Phòng quản lý vận hành thiết bị phụ trợ .107 III Phòng điện chiều 107 IV Phòng khí nén 107 V Các phòng chức khác có liên quan 107 5-5 hệ thống thiết bị phụ trợ 107 I Hệ thống cung cấp dầu 108 II Hệ thống khí nén 110 III Hệ thống tháo nớc tổ máy .112 IV Thiết bị kiểm tra đo lờng 113 Phần VI - PHầN CHUYÊN Đề 113 Thiết kế đờng ống áp lực 113 i1 Khái niệm ,công dụng phân loại đờng ống áp lực 113 i2 Bố trí đờng ống áp lực 113 i3.Cấu tạo đờng ống thép 114 i4.Nguyên lý thiết kế đờng ống áp lực .116 i5.Tải trọng tác dụng lên đờng ống 119 i6.Tính toán lực tác dụng lên đờng ống 119 i7.Tính toán kích thớc mố ôm theo điều kiện bền ổn định 125 i8.Nớc va đờng ống áp lực 129 I Hiện tợng nớc va ảnh hởng với công tác NMTĐ 129 II.Tính toán áp lực nớc va 130 Phần kết luận 138 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Từ cuối năm 80 thập kỷ trớc , kinh tế nớc ta chuyển từ kinh tế bao cấp sang nên kinh tế thị trờng có quản lý nhà nớc ,đã phát triển nhanh chóng mặt song song với sợ phát triển nhu câu sử dụng nguồn lợng ngày cao , đặc biệt nguồn lợng điện Nguồn lợng tạo từ nguồn lợng khác nh: nớc, than đá, dầu mỏ, khí đốt, lợng nguyên tử, lợng mặt trời,gió nhng nớc ta cha có khả khai thác nguồn lợng gió, mặt trời, nguyên tử cách sâu rộng, nguồn lợng chủ yếu đợc tạo tứ nguồn lợng nhiệt điện thuỷ điện , đặc biệt thuỷ điện Nớc ta có khí hậu nhiệt đới gió mùa lại có hệ thống sông ngòi dày đặc , tiềm vững cho phát triển nguồn lợng thuỷ điện Chúng ta có khoảng 124 hệ thống sông với 860 sông có chiều dài lớn 10 km, với trữ lý thuyết 271,3 tỷ KWh/năm trữ kỹ thuật khoảng 90 tỷ KWh/năm Hiện thác đợc khoảng 20% trữ thuỷ điện dồi Sau ngày Miền Nam giải phóng, với chủ trơng đẩy mạnh khai thác nguồn thuỷ điện nhằm đảm bảo cho việc cân hệ thống điện nớc đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế quốc dân, loạt nhà máy có công suất vừa lớn đợc xây dựng nh: Hoà Bình 920 (MW), Yaly 720 (MW), Trị An 400 (MW), Hàm Thuận 300(MW), ĐaMi 175 (MW) Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Theo dự báo nhu cầu phụ tải điện toàn quốc từ năm 2000 đến năm 2010 Viện Năng Lợng tính toán vào năm 2006 toàn quốc có tổng công suất 11,6.106 Kw lợng điện 59.3 tỷ Kwh Trong theo kế hoạch phát triển nguồn điện đến năm 2005 Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam cuối 2005 tất nguồn (cả thuỷ điện nhiệt điện) đợc ghi kế hoạch xây dựng xong đa vào vận hành tổng nguồn điện toàn quốc có công suất 10,8.106kw lợng điện 56,3 tỷ Kwh Nh từ năm 2006 tình trạng cân đối điện bắt đầu xuất Để khắc phục tình trạng việc khảo sát thiết kế xây dựng nhà máy thuỷ điện,đặc biệt thuỷ điện nhỏ cần thiết Công trình thuỷ điện Nà Loà công trình nh Bản thân em đợc nhà trờng khoa Thuỷ Điện giao nhiệm vụ thiết kế sơ trạm thuỷ điện Nà Loà Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp PHầN : TổNG QUAN chơng : Giới thiệu chung thủy điện Noà Công trình thuỷ điện Nà Loà nằm sông Bắc Vọng thuộc huyện Hạ Lạng , tỉnh Cao Bằng , diện tích lu vực tới tuyến công trình 566 km2 Sông Bắc Vọng chảy theo hớng Tây Bắc - Đông Nam đổ vào sông Bằng Giang( thuộc hệ thống sông Tây Giang Trung Quốc ) vị trí biên giới Việt Trung Tuyến đập thụôc xã An Lạc , huyện Hạ Lang , nhà máy thuộc xã Triệu Âủ ,huyện Quảng Hoà , tỉnh Cao Bằng Công trình thuỷ điện Nà Loà thuộc loại thuỷ điện đờng dẫn có cột nớc cao ( 160-165m) thuộc công trình cấp với thông số nh sau.: - MNDBT = 386,26 m - MNC = 385,5 m - Wyc = Vhi =84270,34 m3 - Nđb = 1.39 MW - Nlm = MW - HMax = 168,76(m) - Hbq = 160,4 (m) - Htt = 157,19(m) - HMin = 156,38 (m) -Zhlmin = 211,81(m ) Công trình thủy điện Nà Loà có nhiệm vụ nh sau: Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp - Nhiệm vụ Công trình thuỷ điệnNà Loà phát điện Sau hoàn thành công trình có công suất lắp máy, N lm = 8MW cấp cho lới điện quốc gia với sản lợng điện trung bình : 41,68 x106kwh/năm Phát triển giao thông, du lịch kinh tế địa phơng Ngoài nhiệm vụ phát điện, công trình giúp Phát triển giao thông, du lịch, dân sinh kinh tế cho huyện Hạ Lạng khu vực lân cận.của tỉnh Cao Bằng - Chơng điều kiện khí tợng thuỷ văn i1 Tài liệu khí tợng thủy văn Đặc điểm khí hậu Lu vực sông Bắc Vọng nằm miền khí hậu nhiệt đới gió mùa có mùa đông lạnh khô, mùa hè nóng ẩm ma nhiều Phân bố ma lu vực sông Bắc Vọng có xu hớng tăng dần phía thợng nguồn với lợng ma dao động từ 1200-1650 mm Lợng ma trung bình lu vực Nà Loà đợc xác định là1550 mm Mùa ma kéo dài từ tháng V tới tháng IX với lợng ma chiến 70 % tổng lợng ma năm Mùa khô kéo dài tháng , từ tháng X đến tháng IV năm sau Lợng bốc trung bình năm Trùng Khánh đạt tới 812 mm/năm Lợng bốc lu vực Nà Loà 959 mm/ năm Nhiệt độ không khí trung bình năm 20o C , thấp -3,4o C cao 42,5o C Độ ẩm không khí tơng đối dao đọng từ 80 đến 85 % , độ ẩn trung bình năm 81 % Biểu đồ phân bố ma yếu tố khí hậu trạm Trùng Khánh đại biểu cho vùng Nà Loà đợc trình bày bảng sau: Bảng 1.Phân bố đặc trng khí tợng theo tháng trạm Trùng Khánh Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Tháng Lợng ma Bốc Nhiệt độ Độ ẩm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII T.B năm (mm) 37 37 57 105 211 289 306 295 154 90 51 34 165.9 (mm) 55.1 53.1 67.2 73.8 83.6 73.2 71.9 67.1 69.7 74.5 65 64.1 811.7 (oC) 11.7 13.3 16.9 21 24.1 25.6 26 25.5 24.1 20.7 16.7 13.1 19.9 % 79.8 80.9 81 80 80.6 82.2 83.5 84.8 82.7 80.9 79.9 78.3 81.3 Đặc trng thuỷ văn Chế độ gió mùa lu vực sông Bắc Vọng tạo năm mùa rõ rệt mùa lũ mùa kiệt Mùa lũ thờng kéo dài từ tháng VI đến thang IX ,mùa kiệt thờng kéo dài từ tháng X kết thúc vào tháng V năm sau Tống lợng nớc trung bình năm tuyến công trình Nà Loà sông Bắc Vọng đợc xác định theo trạm thuỷ văn Bản Co nh sau: Bảng Đặc trng dòng chảy năm tuyến Nà Loà sông bắc vọng Đặc trng Kí hiệu Diện tích lu vực F Đơn vị Trị số Km2 566 Lợng ma trung bình năm XO mm 1600 Dòng chảy trrung bình năm QO m3/s 10.6 Độ sâu dòng chảy năm YO mm 591 Mô đuyn trung bình năm MO 1/s/km2 19 Tổng lợng nớc năm WO 106m3 334.47 Tổng lợng tổn thất năm ZO mm 959 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Bảng Toạ độ đờng trì lu lợng ngày đêm tuyến Nà Loà T.T P Qtn 10 11 12 (%) 10 20 25 30 35 40 45 50 55 (m3/s) 108.80 82.80 43.40 25.90 13.70 10.60 8.21 6.30 4.83 3.90 3.10 2.59 T.T P Qtn 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 (%) 60 65 70 75 80 85 90 95 97 99 99.9 (m3/s) 2.18 1.81 1.59 1.42 1.23 1.07 0.97 0.86 0.76 0.67 0.43 Lu lợng đỉnh lũ thiết kế ,và tổng lợng lũ tuyến công trình thuỷ điện Nà Loà đợc xác định theo trạm thuỷ văn Bản Co ,tổng lợng lũ ngày ứng với tần suất thiết kế , kết bảng Bảng Lu lợng đỉnh lũ tổng lợng lũ thiết kế tuyến Nà Loà - Tuyến P(%) QP%(m3/s) WP%(106m3) Nà Loà 2187 276 1.5 2028 256 10 1229 156 Tổng lợng dòng chảy phù xa đợc xác định sở sử dụng tài liệu thực đo trạm thuỷ văn Bản Co ,với lợng phù xa lơ lửng Wll = 800,9 m3/năm, lợng phù xa di đẩy Wdđ = 4873,5 m3/năm Các đờng quan hệ kho nớc Quan hệ hồ chứa Z~W~F tuyến đập thể bảng Bảng Đờng quan hệ hồ chứa Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Z F (km2) W (tr m3) 378.65 0.000 380 0.017 385 0.065 390 0.163 395 0.295 400 0.481 0.000 0.008 0.202 0.755 1.884 3.805 211.99 3.875 212.13 4.51 212.23 Bảng Đờng quan hệ hạ lu Q(m3/s) Z hl(m) 211 5.215 212.33 0.9 211.53 6.5 212.49 1.5 211.69 Bảng Đờng quan hệ tổn thất Q(m3/s) Z hl(m) 0.0 3.5 4.8 0.5 0.1 6.1 0.4 4.5 7.7 1.5 1.0 9.4 1.6 5.5 11.2 2.5 2.5 13.2 3.5 6.5 15.4 i2 Tài liệu địa chất công trình Điều kiện địa chất công trình phơng án chọn tuyến Trên sở nghiên cứu kết khảo sát địa hình, địa chất nghiên cứu đoạn tuyến dài khoảng 800-1000m từ Lũng Thiên đến Lũng Mán tập trung vào tuyến có triển vọng tuyến trên(TĐI) tuyến dới (TĐII) Tuyến đập I Vị trí tuyến đập I ( TĐI) nằm sông Bắc Vọng phía Tây Bắc Lũng Thiên cách Lũng Thiên khoảng 100-150m * Đặc điểm địa hình địa mạo : Toàn khu vực tuyến đầu mối nằm nằm khu vực có địa hình lòng sông mở rộng phía hạ lu Đặc biệt bờ trái cửa lấy nớc tuyến kênh dẫn qua bãi 390 m-395 m kéo dài xuống Lũng Thiên Mặt cắt lòng sông có dạng chữ V không cân xứng,phía vai phải đặt sờn núi 10 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp = 3,14.1,4.0,4.0,3.9,81.157,31=814,07 kN Trong : fk hệ số ma sát vật liệu chèn với thành ống; fk= 0.7 b chiều dài vật liệu chèn khớp b = 0,4 m Lực li tâm dòng nớc chỗ đoạn ống uốn cong A9 A'9 A9 = A9= 3,14.1,4 2.9,81.3,94 D0 V = = 23,88 kN 4.9,81 g A9 - thành phần lực hớng trục lc li tâm; V - lu tốc lớn ống;V = 3,94 m/s Lực gây nhiệt độ thay đổi chiều dày thành ống không đổi , A10 Khi ống dẫn khớp nhiệt độ mố ôm nhiệt độ thay đổi ,ống co dãn đợc ,do phát sinh lực hớng trục A10 = E.t. D. - Hệ số nở nhiệt = 12.10-61/độ t Sự thay đổ nhiệt độ, nhiệt độ lớn Việt Nam làm 10 C o E Mô đun đàn hồi thép E = 2,1 106 kg/cm2 = 2,1 108 (KN / m2) - Chiều dày thành ống = 0,015 m D - Đờng kính ống thép D = 1,4 m Tuy nhiên đờng ống có bố trí khớp nhiệt độ nên lực i7.Tính toán kích thớc mố ôm theo điều kiện bền ổn định Mố ôm loại kết cấu trọng lực, cờng độ dễ thoả mãn, thiết kế mố ôm chủ yếu vào điều kiện chống trợt, điều kiện ổn định để định kích thớc ngoại hình mố ôm Phụ tải tổ hợp lực tác dụng lên mố ôm khống chế điều kiện đầy nớc, nhiệt độ tăng Do đờng ống đợc đặt đất nên ta thiết kế cho mố ôm đặt đất 125 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Quy định lực với hớng dòng chảy dơng ngợc hớng âm Gọi A lực theo trục đoạn ống tác dụng vào mố ôm ,lực A lực hớng theo trục đoạn ống phía dới tác dụng vào mố ôm Từ phần tính toán lực tác dụng lên đờng ống tìm đợc lực tác dụng lên mố , tên lực trị số đợc thống kê bảng sau ,còn phơng chiều nh hình vẽ A1' Tên lực Trị số( KN) A1'' A3' 36.14 A''3 2374.4 A5'' 387.78 2374 A8'' A9' A9'' 23.9 814.1 A5 ' ' A6' A6'' A7' A8 ' 6.18 814.07 387.8 72.74 1.71 '' 3715.19 23.83 3601.8 Tổng lực hớng trục đoạn ống phía tác dụng lên gối là3715,19 KN có chiều hớng theo chiều dòng chảy Tổng lực hớng trục đoạn ống phía dới tác dụng lên gối 3601,8 KN có chiều ngợc với chiều dòng chảy Từ giao điểm hai lực hớng trục ' '' vẽ trục toạ độ X Y đem tổng lực hớng trục phân theo hai thành phần có: ( = 11,48o góc nghiêng đoạn ống phía mố ôm , = 0o góc nghiêng đoạn ống phía dới mố ôm ) Y A'X A''X A'Y A' X X = ' cos = 3715,19 cos11,48 = 3640,88 KN Y = ' sin =3715,19.0,195 =724,46 KN X= '' =3601,8 126 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Y = Tổng phản lực X = X X = 49,8 KN Y = Y - Y = -724,46 KN Từ tìm đợc trọng lợng G cần thiết mố ôm G= K c X 2,3.49,8 Y = (724,46) 888,088( KN ) f0 0,7 Trong : f0 Hệ số ma sát mố đất phụ thuộc vào f0 = 0, Kc Hệ số an toàn chống trợt lấy Kc lấy Kc = 2,3 Trọng lợng riêng bê tông 24KN/m3 Nh thể tích bê tông mố ôm là: VBT = G 888,088 = = 37(m ) BT 24 Chọn chiều dài ( L ) chiều cao ( H) mố ôm theo điều kiện lớp bê tông bao quanh ống không đợc nhỏ 0,8 lần đờng kính ống ta đợc L= 3,8 m , H = 4m Co chiều rộng mố B ẩn ta có VBT = VMố - VĐÔ = 3,8 B 1,1452 B = 37 m3 B = 2,61 m ( Thoả mãn điều kiện đầu đoạn ống cong phải chôn vào bê tông không nhỏ 0,4 m) Trong : VĐÔ Là thể tích phần đờng ống mố VMố Thể tích mố ôm Kích thớc mố đợc thiết kế : BxHxL = 2,61x4x3,8 ( m3 ) Kiểm tra điều kiện bền mố ôm : *Kiểm tra ứng suất quanh mố theo công thức nén lệch tâm: 127 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Y X x y = R Y + G 6c [ ] F B Trong đó: + F: Tiết diện đáy mố, F =l.b = 9,918 m2 + G: Trọng lực mố ôm + c : độ lệch tâm: c= M B Y + G Với M : Tổng mô men lực gây lên so với tâm móng mố ôm h l 3,8 X + ( G + Y ) B 49,8.2 + (888,088 724,46) 2- = c= 2 G + Y 888,088 724,46 1,085 =1,254-1,085 = 0,169 m Trong : l chiều dài mố ôm , h chiều cao mố , B chiều rộng mố , Khi đó: l = 3,8 m h =4 m B = 2,61 m max = 888,088 724,46 6.0,169 + =45,81 KN/m2 9,918 2,61 = 888,088 724,46 6.0,26 = 20,17 KN/m2 9,918 128 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp [ ] : ứng suất cho phép : [] = 10kg/cm2 Ta có: max < [ ] > Ta thấy ứng suất lớn nhỏ ứng suất cho phép đảm bảo không sinh ứng suất kéo Vậy chọn kích thớc mố hợp lý i8.Nớc va đờng ống áp lực I Hiện tợng nớc va ảnh hởng với công tác NMTĐ Hiện tợng nớc va: Khi ta đóng hay mở cửa van, lu lợng lu tốc đờng ống áp lực thay đổi, thay đổi dẫn đến thay đổi áp lực ống cách đột ngột, thay đổi lúc tăng lúc giảm tác dụng lên thành ống cách liên tục gây nên rung động thân ống, phát tiếng động Nguyên nhân vật lý tăng hay giảm áp lực lực quán tính khối nớc chảy ống ta đóng cánh hớng nớc Theo định lý Đalămbe hớng lực quán tính hớng ngợc chiều gia tốc, tốc độ dòng chảy giảm hớng lực quán tính hớng với lu tốc làm tăng thêm áp lực ống dẫn gọi nớc va dơng Ngợc lại mở cánh hớng nớc chuyển động dòng chảy ống trở thành chuyển động nhanh dần lực quán tính đổi thành hớng ngợc chiều với dòng chảy ống phía trớc cửa van có tợng giảm áp lực (gọi nớc va âm) phía sau tăng áp lực ảnh hởng nớc va trạm thủy điện Khi có nớc va, áp lực ống dẫn nớc thay đổi làm thay đổi cột nớc TTĐ, gây nên khó khăn cho việc điều chỉnh turbin, cột nớc thay đổi làm thay đổi công suất, tốc độ quay turbin Sự dao động áp lực nớc va làm tăng ứng suất ống buồng turbin, với đờng ống dài trị số nớc va tăng lên vài lần cột nớc TTĐ, để đảm bảo an toàn phải tăng chiều dày thành ống, tăng độ dày buồng xoắn turbin, dẫn đến bất lợi kinh tế quản lý công trình Nớc va âm làm áp lực nớc ống dẫn giảm cách đột ngột, ảnh hởng nghiêm trọng tới việc tăng công suất kịp thời TTĐ theo yêu cầu phụ tải, gây nên tợng bẹp méo đờng ống ( áp lực ống thấp áp lực khí trời) 129 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp II.Tính toán áp lực nớc va Trờng hợp tính toán Để dảm bảo an toàn cho đờng ống trờng hợp ta tính cho trờng hợp nguy hiểm Tuabin làm việc với công suất lắp máy + Khi đóng cánh hớng nớc xảy nớc va dơng Mực nớc hồ MNDBT coi cửa van đóng đến hoàn toàn xảy cố từ đ = đến đ = + Khi mở cánh hớng nớc xảy nớc va âm Van mở hoàn toàn, trờng hợp tính với mực nớc hồ MNC, trờng hợp ta phải xét đến tổn thất thủy lực + Khi xảy nớc va nớc va trực tiếp, nớc va gián tiếp tuỳ theo thời gian đóng mở (Ts) cấu hớng nớc mà xáy loại nớc va , thực tế để giảm áp lực nớc va cách tăng thời gian đóng mở cấu điều chỉnh Tuabin Nhng tăng thời gian gây khó khăn cho việc điều chỉnh số vòng quay Tuabin Ts lớn tợng không ổn định BXCT Tuabin lớn thời gian đón mở không đợc qua lớn , nhng phải bảo đảm thời gian không để xảy nớc va trực tiếp vị loại nớc va có trị số áp lực lớn, với trạm thủy điện nhỏ theo kinh nghiệm chọn T s = s để tính toán Trị số áp lực nớc va tơng đối cho phép: [] = ( 0,15ữ 0,3) với cột nớc H > 100 m 2.Tốc độ truyền sóng nớc va a.Tốc độ sóng nớc va Tốc độ truyền sóng nớc va phụ thuộc vào tính chất vật liệu kích thớc đờng ống : C= C0 D 1+ E = 1435 2,1.10 4.1,4 1+ 2,1.10 6.0,02 1093(m / s ) Trong : C0 Tốc độ truyền âm môi trờng chất lỏng nớc , phụ thuộc vào đặc tính chất lỏng: với nớc C0 = 1435 m/s Mô đuyn đàn hồi chất lỏng nớc = 2,1.10 Kg/cm2 E Mô đuyn đàn gồi vật liệu làm chất lỏng, ống thép 130 Thiết kế sơ 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 phản hồi lại cấu điều chỉnh gọi pha nớc va ( Tf ) Đợc tính nh sau: 2.L 2.621 = 1,136( s ) Trong : L chiều dài đờng ống C 1093 L=621 m Ta có: TS =6 s >Tf = 1,23s Nh nớc va sinh ống nớc va gián tiếp Tf = Tính toán nớc va gián tiếp đóng mở cánh hớng nớc a Tính toán nớc va dơng ( đóng cánh hớng nớc ) + Mục đích: Tính toán áp lực nớc va dơng để kiểm tra khả chịu áp lực đờng ống (chiều dày ống có đảm bảo chịu lực không?) + Nguyên lý tính toán: - Coi đờng ống áp lực đờng ống đơn giản( đờng kính ống không đổi ) - Để tăng độ an toàn đơn giản tính toán ta bỏ qua tổn thất thuỷ lực đờng óng trớc xẩy áp lực nớc va - Tính toán áp lực nớc va phơng pháp giải tích, ứng với trờng hợp nguy hiểm MNTL = MNDBT bể áp lực, cột nớc Hmax = 168,76 m Htt = 157,19 m , = 1, c = Sơ đồ tính toán nớc va dơng 131 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp H MNDBT HB B B HA A A i Trờng hợp H0 = Hmax Xác định số đặc trng thứ đờng ống: à= CVmax 2gH H0 - Cột nớc tĩnh lớn nhất, H0 = Hmax=168,76(m) Vmax - Lu tốc lớn đờng ống: Vmax = Q max với Qmax lu lợng lớn qua đờng ống Qmax =Q (Hmax) D12 H max ( m3/s) N Lm Với Q (Hmax)= 9,81. D 21 H / tb mf max => Qmax= Vmax = N lm 8000 = k H max 8,4.168,76 =5,64( m /s) 4Qmax 4.5,64 = = 3,66( m / s ) Dkt 3,14.1,4 Vậy = 1093.3,66 = 1,21 2.9,81.168,76 đà = 1.1,21 = 1,21 >1, < m Trong 1, trị số nớc va tơng đối pha thứ pha giới hạn 132 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Vậy xảy áp lực nớc va giới hạn Trị số áp lực nớc va dơng lớn cửa vào cánh hớng nớc đợc tính theo công thức: max = ( + 2 + ) Trong đó: đặc trng thứ hai đờng ống: = LVmax 621.3,66 = = 0,23 gH oTs 9,81.168,76.6 0,23 (0,23 + 0,232 + ) = 0,26 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 là: 43,88 m .H.D Kiểm tra lại chiều dày đờng ống: = 2.[ ]. Trong đó: n - Trọng lợng riêng 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 thép [] = 45.104 kN/m3 (với thép CT3) hệ số xét đến chất lợng hàn ống thép lấy = .H.D = 2[ ] = 9,81.212,64.1,4 = 0,0032 m < tk = 0,015 m thoả mãn 2.45.10 *Trờng hợp H0 = Htt Xác định số đặc trng thứ đờng ống: à= CVmax 2gH H0 - Cột nớc tĩnh lớn nhất, H0 = Htt=157,19(m) Vmax - Lu tốc lớn đờng ống: 133 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Vmax = Q max với Qmax lu lợng lớn qua đờng ống Với Htt =157,19 m Qmax =6,06 m3/ s Vmax = 4Qmax 4.6,06 = = 3,94(m / s ) Dkt 3,14.1,4 Vậy = 1093.3,94 = 1,3 2.9,81.168,76 đà = 1.1,3 = 1,3 >1, < m Trong 1, trị số nớc va tơng đối pha thứ pha giới hạn Vậy xảy áp lực nớc va giới hạn Trị số áp lực nớc va dơng lớn cửa vào cánh hớng nớc đợc tính theo công thức: max = ( + 2 + ) Trong đó: đặc trng thứ hai đờng ống: = LVmax 621.3,94 = = 0,265 gH oTs 9,81.157,19.6 0,265 (0,265 + 0,265 + ) = 0,302 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 là: 47,54 .H.D Kiểm tra lại chiều dày đờng ống: = 2.[ ]. Trong đó: n - Trọng lợng riêng 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 thép [] = 45.104 kN/m3 (với thép CT3) hệ số xét đến chất lợng hàn ống thép lấy = 134 Thiết kế sơ 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 b.Tính toán áp lực nớc va âm Hiện tợng nớc va âm ứng với giảm áp mở cánh tuabin Mục đích tính toán nớc va âm để có phơng pháp bố trí đờng ống cho phù hợp, tránh tợng chân không xảy đờng ống làm bẹp ống Để an toàn nớc va âm, ta tính toán cho trờng hợp mực nớc thợng lu MNC( bể áp lực) có kể đến tổn thất thuỷ lực đờng ống MNC HB H B B HA A Sơ đồ tính toán nớc va âm +Trờng hợp tính toán: Mực nớc thợng lu MNC, tổ máy làm việc chế độ đày tải với d =o= đến c = Khi đó: à.o = < > m Vậy đờng ống xảy nớc va pha thứ Trị số áp lực nớc va đợc tính theo công thức: max = = 2.à [(02 + à.12) - ( + à.12 ) ( 02 12 ) ] Trong đó: đại lợng đặc trng thứ đờng ống à= CVmax 2gH H0 - Cột nớc tĩnh nhỏ H0 = Hmin= 156,38(m) V - Lu tốc lớn ống chế độ tính toán: 135 Thiết kế sơ 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 = 3,14.1,4 = 3,96(m / s ) kt Vậy = 1093.3,96 = 1,41 2.9,81.156,38 2.L 2.621 = + =0 + C.T = + = 0,189 s 1093.6 max = 2.1,41[(0 + 1,41.0,1892) - (0 + 1,41.0,189 ) (0 0,189 ) ] = - 0,31 Cột nớc áp lực nớc va âm lớn 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 nhỏ ta sử dụng đờng ống áp lực Vậy ta xét tổn thất cột nớc bao gồm tổn thất dọc đờng theo chiều dòng chảy tổn thất cục vị trí thay đổi hình dạng đổi hớng 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 chỗ thay đổi hình dạng ống Xác định tổn thất dọc đờng hd đ dd V hdd = 2.g Trong : V= 3,96 m/s - vận tốc lớn 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 ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp 621 dđ = 0,01 1,4 = 4,43 4,43.3,96 hdd = = 3,451 m 2.9,81 Xác định tổng tổn thất thuỷ lực cục hcb Ta có: hcb = cb V2 2.g Trong đó: cb hệ số tổn thất cục Tổn thất cục dọc tuyến lợng bao gồm tổn thất qua CLN (tổn thất qua LCR, cửa vào, khe van), 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 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 lới = 1,5 cm b - khoảng cách hai lới = cm - hệ số phụ thuộc hình dạng lới lu tuyến = 0,15 (tra bảng 8-1) - góc nghiêng 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 = 1,06 = 0,84 m 2.g 2.9,81 htt = hdđ + hcb = 3,451 + 0,84 = 4,291 m 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 đờng thẳng) Việc xác định tình hình phân bố áp lực nớc va suốt chiều dài đờng ống có ý nghĩa quan trọng.Cụ thể biết đợc nớc va dơng để tính khả chịu tải đờng ống, 137 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp nớc va âm để kiểm nghiệm đờng ống có xuất chân không hay không có khả làm bẹp ống Để vẽ đờng phân bố áp lực nớc va ta giả thiết quy luật phân bố đờng thẳng, nớc va dơng bỏ qua tổn thất thủy lực vẽ từ mực nớc thợng lu MNDBT với H+ =47,54 m, nớc va âm kể tổn thất thủy lực vẽ từ mực nớc thợng lu MNC với: H- = -48,47 m htt= 4,291 m Hình vẽ biểu đồ áp lực nớc va 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 hớng dẫn nhiệt tình thầy giáo môn, khoa Với cố gắng thân đến em hoàn thành đồ án Quá trình làm đồ án giúp em củng cố lại kiến thức học tham khảo thêm kiến thức sách khác để phù hợp yêu cầu thiết kế, thi công công trình Thuỷ lợi - Thuỷ điện cách hợp lý 138 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên thời gian có hạn, khả trình độ có hạn chế, kinh nghiệm thực tế cha có đồ án tránh khỏi thiếu sót Em mong đợc thầy giáo, cô giáo bổ sung, góp ý giúp Em nhận khắc phục thiếu sót đó, để Em có đợc Đồ án tốt gnhiệp hoàn chỉnh chất lợng, mang tính khả thi cao Đó kiến thức quý báu giúp Em trình công tác sau 139 ... Sau trình tự tính toán cho phơng án 30 Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp i3-2.CHọN TURBIN CHO CáC PHƯƠNG áN Từ yêu cầu công suất tổ máy phơng án ta chọn thiết bị cho phơng án cụ thể Turbin... (m) -Zhlmin = 211,81(m ) Công trình thủy điện Nà Loà có nhiệm vụ nh sau: Thiết kế sơ ttđ NàLOà Đồ án tốt nghiệp - Nhiệm vụ Công trình thuỷ điệnNà Loà phát điện Sau hoàn thành công trình có công... Mùa ma kéo dài từ tháng V tới tháng IX với lợng ma chiến 70 % tổng lợng ma năm Mùa khô kéo dài tháng , từ tháng X đến tháng IV năm sau Lợng bốc trung bình năm Trùng Khánh đạt tới 812 mm/năm