4/4/2013 TRƯỜNGTHỦY ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống KỸ áp THUẬT lực & KHOA XÂYtượng DỰNGnước va BỘ MƠN KỸ THUẬT TÀI NGUN NƯỚC Giảng viên: PGS TS NGUYỄN THỐNG Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/ PGS TS Nguyễn Thống Tél (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Chương : Tổng quan Chương : Tài ngun nước quy hoạch khai thác Chương : Các phương pháp khai thác lượng nước Chương : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện Chương : Đập dâng & cơng trình tháo lũ Chương : Cơng trình lấy nước dẫn nước Chương : Tháp (giếng) điều áp Chương : Đường ống áp lực & tượng nước va Chương : Nhà máy Thuỷ điện PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va ĐƯỜNG ÁP LỰC & HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA Tổng qt Hiện tượng nước va đường ống áp lực Biện pháp giảm áp lực nước va TỔNG QT Đường ống áp lực cơng trình nối cuối đường dẫn nước đến nhà máy Đường ống chịu áp lực nước bên đường ống - CTLN  Kênh dẫn  Bể áp lực  Đường ống  Nhà máy - CTLN  Đường hầm có áp  Giếng điều áp (tháp điều áp)  Đường ống  Nhà máy PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va PHÂN LOẠI Theo vị trí xây dựng:  Đường ống áp lực kiểu hở  Đường ống áp lực kiểu ngầm  Đường ống áp lực kiểu hổn hợp (hở +ngầm) i=0,0061 D=3,5m, L=9065m Đường ống áp lực (kiểu hở) PGS TS Nguyễn Thống NM PGS TS Nguyễn Thống 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va GIẾNG ĐIỀU ÁP NHÀ VAN NHÀ MTĐ Đập tràn LOAL = 1866m Dống = 2,6m Dống nhánh = 1,6m Đường ống áp lực KÊNH XẢ 32 ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THI CƠNG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC HỞ PGS TS Nguyễn Thống 10 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THI CƠNG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC THI CƠNG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC 11 PGS TS Nguyễn Thống e=12mm 35mm 12 PGS TS Nguyễn Thống 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va ĐƯỜNG ỐNG BÊ TƠNG NGẦM BỌC THÉP Đường ống 13 PGS TS Nguyễn Thống 14 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC Khi NM vận hành bình thường  dòng chảy ĐƠAL có áp ổn định Khi NM thay đổi trạng thái đột ngột (tăng tải, cắt tải)  dòng chảy q độ (transient) CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC KHƠNG ỔN ĐỊNH  DỊNG CHẢY Q ĐỘ Xảy  Đóng (mở) van đường ống với tốc độ nhanh  thay đổi nhanh chóng vận tốc (lưu lượng) ống 15 PGS TS Nguyễn Thống 16 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Van mở t=0 GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG Trong trường hợp  đoạn dòng chảy (vi phân) ống chịu thay đổi áp suất vận tốc khác theo thời điểm  tượng truyền sóng áp lực  gọi « NƯỚC VA »  Xem đồ thị minh hoạ sau: Đóng van 17 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống SỰ TRUYỀN SĨNG ÁP LỰC 18 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG TUYỆT ĐỐI CỨNG X ΔHA B BỂ CHỨA Đường ống HA o Mặt chuẩn G α A THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA (Ống tuyệt đối cứng, NƯỚC khơng NÉN được) o Kênh sau NM HA: cột áp tỉnh (mH2O) ΔHA: gia số áp suất A sinh nước va dương 19 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Phương trình chuyển động theo phương X (lưu ý chiều dương chọn), Newton 2: d(mVx )   Fx dt m   FL (1) : khối lượng nước đoạn AB F: tiết diện ống  Fx : tổng ngoại lực theo phương X (trục ống) (1)    LF 20 PGS TS Nguyễn Thống HA  HB  Lsin  Thay vào p/t thu gọn: L dV L dQ dV    LF   gFH A H A    dt dV   gF  H A  H A  H B  Lsin   dt 21 PGS TS Nguyễn Thống g dt 22 nước va gây THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va L dV L dQ  g dt gF dt CHÚ Ý: - Nếu dQ/dt <  đóng van  ΔHA >  nước va dương - Nếu dQ/dt >  mở van  ΔHA <  nước va âm  Gia số áp lực nước va A tỷ lệ tuyến tính với chiều dài L từ B đến A  L=0  ΔH=0 (tại B) - Gia số áp lực nước va A tỷ lệ tuyến tính với (dQ/dt) dQ  const Trong trường hợp dt  H A  L Qd  Qc gF Ts Qd: lưu lượng trước đóng van; Qc: l/l sau đóng van Ts: thời gian đóng van từ Qd  Qc 23 PGS TS Nguyễn Thống gF dt Với V=Q/F dQ biến đổi lưu lượng thời đoạn dt Thay đổi áp suất A PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va H A    gLFsin  : hình chiếu trọng lượng nước đường ống lên phương X Giả thiết khơng có ma sát chất lỏng thành ống (xem áp suất thủy tỉnh) 24 PGS TS Nguyễn Thống 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Trường hợp kể đến đóng khơng « tuyến tính »: L Qd  Qc A H  k gF Ts Với k = 1,25 1,5 xem hệ an tồn Nếu đóng (mở) van tức (dQ/dt >>> 1)  H A   !!!  Kết khơng hợp lý từ “giả thiết” ban đầu tốn ! NƯỚC VA ĐƯỜNG ỐNG CỨNG TUYỆT ĐỐI D THAY ĐỔI ΔHA (1) (2) B ΔH ΔH Réservoir L1,F1 L2,F2 o Mặt chuẩn HA: cột nước tỉnh ΔHA: gia số áp lực nước va A α L3,F3 A HA o Kênh sau NM 25 PGS TS Nguyễn Thống 26 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Giả thiết D đoạn khơng đổi: Gia số áp lực cho đoạn 1: (1) Bài tập: Một đường ống áp lực có D=2,25m, chiều dài L=1000m, dẫn lưu lượng Q=30m3/s Thời gian đóng van 10s (tuyến tính k=1) Tính gia số áp lực lớn nước va Tương tự D=2.5m So sánh với kết câu 1, nhận xét H Q  Qc  L1   d   gTs  F1  Gia số áp lực cho đoạn 2: H ( 2)  H (1)  L2 Qd  Qc Qd  Qc  L1 L2      gF2 Ts gTs  F1 F2  Gia số áp lực cho đoạn 3: H ( 3)  Qd  Qc  L1 L2 L3      gTs  F1 F2 F3  27 PGS TS Nguyễn Thống 28 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Bài giải: D=2.25m Bài tập: Lấy số liệu trước Đường ống gồm đoạn: L1=400m, D1=2.25m; L2=600m, D2=2.0m Tính gia số áp lực nước va đoạn ống H Amzx  k L Qd  Qc 1000*4 30  1  76.91m gF Ts 9.81*3.14159*2.252 10 D=2.5m H Amzx  k L Qd  Qc 1000*4 30  1  62.3m gF Ts 9.81*3.14159*2.52 10 Nhận xét: V  giảm  Giá trị nước va giảm 29 PGS TS Nguyễn Thống 30 PGS TS Nguyễn Thống 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Bài giải: Đoạn 1: NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ĐÀN HỒI & NƯỚC NÉN ĐƯỢC - ĐĨNG (MỞ) VAN TỨC THÌ H (1) L Q  Qc * 400 30   d   30.76m gF1 Ts 9.81*  * 2.252 10 Đoạn 2: H ( 2)  H (1)  L Qd  Qc * 600 30   30.76   89.16m gF2 Ts 9.81*  * 22 10 Bài tập: Lấy số liệu trước, đường ống gồm đoạn: L1=500m, D1=3.5m; L2=250m, D2=3.0m Lưu lượng 40m3/s Tính gia số áp lực nước va đoạn  Xét trường hợp nước NÉN ( thay đổi theo áp suất)  Tiết diện  đường ống thay đổi theo áp suất bên 31 PGS TS Nguyễn Thống 32 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Trong thực tế  đường ống thép bê tơng cốt thép  biến dạng áp suất thay đổi (mặc dù bé)  Đường ống đàn hồi Khảo sát đoạn ống cuối đường ống dài Δl (bé): - Có van A (chọn làm gốc toạ độ) - Đầu vào đường ống giả thiết hồ chứa - V0 vận tốc trung bình ống - Thực đóng van tức (T=0) n X V0 m p0 n m 33 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Giải thích tượng: Sau Δt (s), có đoạn chất lỏng giới hạn (a-a);(m-m)  dừng  Gia tăng áp suất Δp Trong nước bên trái (m-m) chảy “bình thường” Phương trình chuyển động khối chất lỏng giới hạn (a-a) (m-m) theo trục ống:  l   V0  p0  ( p0  p)  t  350 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống t=dt Δl a t=0 A V0=0 O p0+Δp a 34 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va l p   V0 Từ đó: (1) t Bước thời gian kế, đoạn chất lỏng giới hạn (m-m) (n-n) dừng  tượng tiếp diễn  truyền sóng áp lực với tốc độ a: a  lim Do (1)  l t  p   aV0 (2) 36 PGS TS Nguyễn Thống 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Trong trường hợp van đóng phần: a Khối lượng nước đoạn a-a;m-m gia tăng: p   a(V0  Vc ) H  m        l  l (V0  Vc ) g m     l     at Note: Δp=g ΔH (N/m2) Tính a (tốc độ truyền sóng áp lực): Xét áp suất nước gia tăng giá trị Δp:  Khi nước bị nén:      Trong thời gian đó, khối lượng nước qua tiết diện m-m để vào [a-a;m-m] là:  Tiết diện ống gia tăng:   Luật bảo tồn khối lượng: m0  V0 t    m0  m 37 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va a V0    THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Chú ý khối lượng nước khơng đổi (dù có bị nén) :    at  V0 t Ta có: Từ đó:    38 PGS TS Nguyễn Thống p a    a  1  Note: Đã sử dụng kết trước: W  c te p      Vi phân tồn phần:  dW  Wd    p   aV0 dW d  W  39 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Quy luật thể tích chất lỏng thay đổi theo áp suất (GT.Cơ học chất lỏng): dp dW dp  dW   W K  W    PGS TS Nguyễn Thống    Dùng định luật Hooke: L  K :Module đàn hồi nước,  hệ số co giãn thể tích theo áp suất p K K 40 PGS TS Nguyễn Thống Tính: F .L L  dl  AE E   41 PGS TS Nguyễn Thống Lực tác dụng Module đàn hồi vật liệu Tiết diện 42 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Lực kéo T sinh áp suất p chu vi hình tròn b/kính r: dF (dF vi phân lực tác dụng lên vi phân chu vi dl) T Bài tập: Xét ống tròn, sử dụng định luật Hooke (1D), chứng minh quan hệ: dF cos  x pdl  p r: bán kính ống tròn, p áp suất bên ống, e chiều dày thành ống, E module đàn hồi ống pr cos  d  /2 T 2T   dFx  pr  cos  d  2pr PGS TS Nguyễn Thống  / 43 44 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Xét ống tròn:    r  r Ta có:   2 r r  2  r rp  r eE Thay kết vào phương trình xác định a: K r r Với r biến dạng tương đối bán kính r tác dụng gia áp suất p Luật Hooke: r r p d p   d p    r eE 2eE  eE Với e chiều dày thành, E hệ số đàn hồi ống d đường kính ống  a d  đường kính e chiều dày thành ống thép K d * E e 1 Note: ống KHƠNG đàn hồi ( E   ) Ta có: K K module đàn hồi nước a0   Đây vận tốc truyền sóng âm nước 45 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Với K nước nhiệt độ bình thường: Thay vào ta có: a0 a a (m/s)  Tốc độ K d 1 truyền sóng áp lực E e Chú ý: Tính giá trị nước va đường ống đàn hồi: H  PGS TS Nguyễn Thống 46 PGS TS Nguyễn Thống a (V0  Vc ) g K  2.03*109 N / m2 Ta có: a0 =1425 m/s Một số vật liệu ống phổ biến: Vật liệu Sắt Gang E/K 100 37 47 Gang đúc li tâm 41 Chì 48 PGS TS Nguyễn Thống 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Với đường ống bê tơng cốt thép: a 1  HỆ SỐ ĐÀN HỒI K  K d E e(1  9.5) f  hệ số cốt thép vòng f diện tích cốt e thép 1m chu vi ống Thơng thường  =0.015  0.05 Vật liệu Thép Gang Bêtơng Gỗ E(kG/cm2) 2.1E+06 1.0E+06 2.1E+05 1.0E+05 Vật liệu Cao su Nước Dầu E(kG/cm2) 20-60 2.1E+04 1.35E+04 49 PGS TS Nguyễn Thống 50 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Bài tập: Lưu lượng 25m3/s chảy đường ống có đường kính 2,5m, dài 1km Giả thiết ống tuyệt đối cứng, tính giá trị nước va max cuối ống đóng van 10’’ (nước khơng nén được) Giả thiết ống đàn hồi thép dày 32mm Nước nén Hệ số đàn hồi nước K=2.109 N/m2 Tính nước va cuối ống đóng van tức thời Lấy giá trị nước va câu Khả chịu lực thép [σ]=75kN/cm2 Lấy hệ số an tồn Lấy chiều dày dự phòng 2mm Tính lực dọc chu vi ống sinh gia số áp lực nước va  kiểm tra khả chịu lực ống ? 51 PGS TS Nguyễn Thống 52 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA TỔNG QT Đường ống đàn hồi  Nước nén  Van đóng  Mất đường dài (ma sát dòng chảy đường dẫn)  Mất cục SƠ ĐỒ TÍNH X Hồ B dx ΔHA HA A α Mặt chuẩn o HA: cột áp tỉnh ΔHA: gia số áp lực A nước va 53 PGS TS Nguyễn Thống H1 o Kênh sau NM 54 PGS TS Nguyễn Thống 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Áp dụng phương trình lực khối nước (1-1) (2-2) theo phương X: d(mV) x   Fx (1) dt m=Fdx, Fx: ngoại lực V dV  dt t Lực tác dụng lên khối nước:   gF Lực thân phương X: h dx x   gFdx sin  PGS TS Nguyễn Thống 55 V H g t x Kết trước:  Fdx (h  z  x sin  ) V dt   gF dx t x z0 : cao độ van so mặt chuẩn z : cao độ mặt cắt khảo sát so mặt chuẩn h+z0+xsin =H 56 Thay tất vào: (2) H a V H a V dx dt  dx  t g x t g x dt a H  (V0  Vc ) g a dx dt Sự thay đổi vận tốc: V   V dx x V g H  x a t H a V  t g x (3) Hệ phương trình (2) (3) biểu diễn tượng truyền sóng nước va ống đàn hồi với ẩn số H V 57 PGS TS Nguyễn Thống 58 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Từ (3)  V  g  dH  H dx  (5)   x a  dt x dt  Hệ (4) & (5) cho:  dV  dx   H g dx dH  g 1      (6) dt  a  dt   x a dt dt LỜI GiẢI HÊ PT PHI TUYẾN (2) VÀ (3) PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG: Với V=V(x,t) H=H(x,t) ta có: dV V dx V   dt x dt t dH H dx H   dt x dt t Phương pháp đường đặc trưng biến (6) thành p/t bậc cách xem t/hợp: Hệ p/t (2) (3) trở thành: PGS TS Nguyễn Thống V h dt   gF ( dx  dx sin  ) t x THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Xét thay đổi áp suất dt: H  H dt t (2)   Fdx PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Từ đó: Thay vào p/trình (1): dV V dx H  g dt x dt t (4) (7) 59 PGS TS Nguyễn Thống 1  dx  dx  a   0 a  dt  dt 60 10 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Giả thiết giải pt [6] điều kiện: Phương trình [6] trở thành:  dx  1    a  dt  (7) Cho phép xác định đường đặc trưng T dV g dH  dt a dt X=-at+k2 t+2 X=at+k1 t+ t  Đây phương trình vi phân bậc 1, tách biến giải dễ dàng kết hợp với điều kiện biên V H hai đầu đường ống 61 PGS TS Nguyễn Thống A X B L HỆ ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG 62 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Trên đường đặc trưng, p/trình (6) trở thành: a a (7) Tích phân p/t (7) dọc theo đường x =-at+k1 g/hạn t B t+ A: a (9) B A B A dH  dV  dQ g gF H t  H t    Tích phân p/t theo đường đặc trưng x =at+k1 với giới hạn t A t+ B: a (8) A B A B gF Q t  Qt    thời gian để sóng nước va từ đầu ống sang đầu ống (A  B) 63 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va t  Qt   a  A B A B  H n  H (n 1)  gF  Q n  Q(n 1)    a H B  H A  QBn  Q(nA 641)  (n 1)    n gF PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Dùng đ/kiện biên ban đầu, ta giải hệ p/trình để xác định giá trị nước va A Exemple: Giả thiết hồ chứa lớn (mực nước khơng đổi có nước va) HtB=H0= số B Giả thiết lưu lượng qua A biết theo thời gian Giá trị nước va A thường có dạng tổng qt sau: Ví dụ: Dạng tổng qt giá trị nước va A 900 800 700 600 500 400 300 200 Cột nước cuối ống áp lực có kể nước va Hmax (m) Tf 65 PGS TS Nguyễn Thống Q Tương tự cho tất thời đoạn khác: t+ t+2; t+2 t+3; …ta có: H (m) H t  H t   gF 10 12 14 16 18 20 T (s) 66 PGS TS Nguyễn Thống 11 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA TỔNG QT 2 67 PGS TS Nguyễn Thống 68 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va PHƯƠNG PHÁP SỐ (TỔNG QT): Ta sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình đạo hàm riêng bậc cao phi tuyến biểu thị tượng bước va: Phương trình chuyển động: fV V V p   g sin   0 t  x 2D (10) 69 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Phương trình liên tục: p V  a 0 t x t, x biến độc lập a tốc độ truyền sóng nước va V vận tốc trung bình p áp suất tâm mặt cắt D đường kính ống 70 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Hệ phương trình (10) (11) cho phép xác định ẩn số V p theo thời gian  Sử dụng pp Sai phân hửu hạn Sử dụng pp Phần tử hửu hạn  Sử dụng pp Đường đặc trưng (11) a2  K/ K D 1 E e 71 PGS TS Nguyễn Thống 72 PGS TS Nguyễn Thống 12 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Ví dụ: Đường ống dài 1850m, đường kính thay đổi từ 2,5m3,0m Chiều dày 40mm20mm Lưu lượng max 39m3/s, có tuabin Ma sat nước thành có f=0,025 Thời gian đóng van 8’’ Lời giải phương pháp sai phân tham khảo sau: 800 Cuối ống 700 600 p (mH 2O) THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va T 500 t 400 300 Giữa ống 200 12 T (s) 14 16 18 20 22 24 74 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va DỰ ÁN THƯỢNG KONTUM Cuối ống 500 p (mH2O) 10 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va 600 NƯỚC VA DƯƠNG 73 PGS TS Nguyễn Thống 400 Giữa ống 300 200 10 12 14 T (s) 16 18 20 22 24 NƯỚC VA ÂM 76 75 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Cột nước áp suất tỉnh p(mH2 O) 1000 p(mH 2O) Cột nước áp suất tỉnh 950 900 850 800 NƯỚC VA DƯƠNGT (s) NƯỚC VA ÂM 750 T (s) 700 10 20 30 40 50 60 10 15 20 77 PGS TS Nguyễn Thống 25 30 35 40 45 50 55 60 78 PGS TS Nguyễn Thống 13 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va TÍNH TỐN NƯỚC VA THEO QUY PHẠM VIỆT NAM Định nghĩa: • T tf : nước va gián tiếp T thời gian đóng (mở) van (4’’-12’’) tf=2L/a: thời gian truyền sóng nước va đoạn đường 2L L: chiều dài ống áp lực a: tốc độ truyền sóng nước va 79 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va NƯỚC VA TRỰC TIẾP Giá trị nước va max: a THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va 1425 K d 1 * E e H  Hv  H0  a(V0  Vc ) / g Định nghĩa hệ số:   H  a(V0  Vc ) H0 gH0 PGS TS Nguyễn Thống V0: vận tốc TB dòng chảy trước đóng van Vc: vận tốc TB dòng chảy sau đóng van HV: áp lực max (mH2O) nước va + cột áp tỉnh H0: cột áp tỉnh 81 82 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va NƯỚC VA DƯƠNG GIÁN TIẾP Gọi t thời điểm nước va dương max xảy ra:  Nếu t tf: nước va pha cuối 800 Giá trị max 700 600 p (mH 2O) a: vận tốc truyền sóng 80 PGS TS Nguyễn Thống T 500 t 400 300 200 10 12 T (s) 14 16 NƯỚC VA DƯƠNG 83 PGS TS Nguyễn Thống 18 20 22 24 84 PGS TS Nguyễn Thống 14 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Gọi hệ số Allievi:  H H0 Có trường hợp: - T/h 1:  < 1nước va gián tiếp pha đầu aV gH Gọi hệ số liên quan đóng van: Đặt:  THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va     aT 2L Theo Calame-Gaden: Từ đó:  2   (  1)  H   * H0  H V  H0  H 85 86 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va - T/h 2:  > 1 nước va gián tiếp pha cuối * Nếu ζ>=50% theo Allievi: Chú ý Sau có  ta tính giá trị gia tăng áp suất nước va:     2 4  * Nếu ζ>=50% theo Calame-Gaden:   1.1 * Nếu ζ[...]... p (mH2O) 10 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 600 8 NƯỚC VA DƯƠNG 73 PGS TS Nguyễn Thống 6 400 Giữa ống 300 200 0 2 4 6 8 10 12 14 T (s) 16 18 20 22 24 NƯỚC VA ÂM 76 75 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va 1300 1200 1100 1000 900 80 0 700 600 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống... Nguyễn Thống Q Tương tự cho tất cả các thời đoạn khác: t+ t+2; t+2 t+3; …ta có: H (m) H t  H t   gF 6 8 10 12 14 16 18 20 T (s) 66 PGS TS Nguyễn Thống 11 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA TỔNG QT 2 1 2 1 67 PGS TS Nguyễn Thống 68 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG... 88 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài tập: Đường ống dài L =85 0m chịu cột nước tỉnh H0=294m Vận tốc TB dòng chảy trong ống V=6m/s Giả thiết a=1100m/s, thời gian đóng van 7’’ Tính giá trị nước va dương theo QPVN 90 PGS TS Nguyễn Thống 15 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống...  4.53 aV 2 L0 2 *85 0   1.14 2 gH 0   1.14   0.25  4.53   2  0. 28 2  ( > 1  nước va gián tiếp pha đầu) Giá trị nước va lớn nhất cuối ống: H  H0  0. 28 * 294  82 .3m 91 PGS TS Nguyễn Thống 92 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài tập: Giống câu hỏi bài tập trước với... cắt D đường kính ống 70 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Hệ phương trình (10) và (11) cho phép xác định 2 ẩn số V và p theo thời gian  Sử dụng pp Sai phân hửu hạn Sử dụng pp Phần tử hửu hạn  Sử dụng pp Đường đặc trưng (11) a2  K/ K D 1 E e 71 PGS TS Nguyễn Thống 72 PGS TS Nguyễn Thống 12 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực &... tỉnh 81 82 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va NƯỚC VA DƯƠNG GIÁN TIẾP Gọi t thời điểm nước va dương max xảy ra:  Nếu t tf: nước va pha cuối 80 0 Giá trị max 700 600 p (mH 2O) a: vận tốc truyền sóng 80 PGS TS Nguyễn Thống T 500 t 400 300 200 0 2 4 8 10 12... nước áp suất tỉnh p(mH2 O) 1000 p(mH 2O) Cột nước áp suất tỉnh 950 900 85 0 80 0 NƯỚC VA DƯƠNGT (s) NƯỚC VA ÂM 750 T (s) 700 0 10 20 30 40 50 60 0 5 10 15 20 77 PGS TS Nguyễn Thống 25 30 35 40 45 50 55 60 78 PGS TS Nguyễn Thống 13 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va TÍNH TỐN NƯỚC VA THEO QUY PHẠM... 400 300 200 0 2 4 8 10 12 T (s) 14 16 NƯỚC VA DƯƠNG 83 PGS TS Nguyễn Thống 6 18 20 22 24 84 PGS TS Nguyễn Thống 14 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Gọi hệ số Allievi:  H H0 Có 2 trường hợp: - T/h 1:  < 1nước va gián tiếp pha đầu aV 2 gH 0 Gọi hệ số liên quan đóng van: Đặt:  THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va     aT... a=1000m/s & t =8 ’ Ơn: Xác định lực dọc T theo chu vi ống tròn bán kính R khi chịu áp suất p phân bố đều bên trong: A T=f(p,R) p A R 93 PGS TS Nguyễn Thống 94 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va Bài tập: Hãy dùng phương pháp sai phân hiện (xem giải thích sau), lập phương trình sai phân và sơ...  PGS TS Nguyễn Thống 2 2  H  .H 0 87 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va NƯỚC VA ÂM • Nước va âm cực tiểu pha đầu (ttf):  • Tính gần đúng khi ζ ...  27 PGS TS Nguyễn Thống 28 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & tượng nước va Bài giải: D=2.25m Bài. .. sau: Đóng van 17 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống SỰ TRUYỀN SĨNG ÁP LỰC 18 4/4/2013 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp... 2.1E+04 1.35E+04 49 PGS TS Nguyễn Thống 50 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch .8: Đường ống áp lực & tượng nước va Bài tập: Lưu