Đề tài Thiết kế sơ bộ trạm thuỷ điện ct4

17,5)m Chọn lb = 16 (m) II. Khối trên nước Phần trên nước của nhà máy là nơi bố trí các thiết bị như máy cắt điện, thiết bị điều tốc, thiết bị điện, thiết bị làm nguội máy, các thiết bị dầu áp lực, cầu trục. Nguyên tắc bố trí: Trong vận hành nhà máy thì khoảng cách đi lại giữa các thiết bị và tổ máy phải lớn hơn 1m khoảng cách giữa các vật di chuyển và vật cố định phải lớn hơn hoặc bằng 0,5 (m). 1. Cao trình sàn nhà nhà máy Cao trình sàn nhà máy bằng cao trình sàn máy phát: ẹSNM = ẹSMF = 412,89 (m) 2. Cao trình cầu trục (ZCT) ẹCT là cao trình ứng với đường ray cầu trục, tại cao trình này cầu trục phải nâng vật dài nhất ra khỏi vật cố định ³ 0,5m. Độ cao của cầu trục được quyết định phương thức cẩu, chiều dài cẩu. Cẩu đỉnh: Vật cẩu di chuyển trên đỉnh máy phát với phương thức cấu này thì chiều cao nhà máy tăng, và chiều rộng nhà máy sẽ giảm. Cẩu bê: Vật cẩu di chuyển ở một bên máy phát, với phương thức cẩu này thì chiều cao nhà máy sẽ giảm còn chiều rộng nhà máy sẽ tăng. ẹCT = ẹSMF + H0 H0: là khoảng cách từ ẹSMF -> ẹCT Với phương thức cấu đỉnh. H0 = Hcđ + a + HCC + Ld + HM + 1 HCC: Chiều cao của vật cố định lớn nhất (Hphát) HCC = 4,32 (m) a: Khoảng cách từ mép trên vật cố định đến mép dưới của móc cẩu (a =0,3á 0,5), lấy a = 0,5 (m). Ld = Chiều dài dày : Ld = 2 (m). HM: Chiều cao của móc cẩu HM = 1 (m) HCC:Chiều cao vật cần cẩu. Sai số 1m để đề phòng dãn dày. -> ẹ. H0 = 4,32 + 3 + 0,5 + 1 = 8,82 (m) ẹCT = 412,89 + 8,82 = 421,71 (m) Vậy ẹCT = 421,71 (m). 3. Cao trình trần nhà máy Ta có: ẹTNH = ẹCT + HCT + s. Hct : Chiều cao cầu trục + xe con: H = 4,8 (m). d : Chiều cao an toàn d = (0,3 á 0,5) m, Lấy d = 0,4 (m). -> ẹTNH = 421,71 + 4,8 + 0,4 -> ẹTNH = 426,91 (m). 4. Cao trình đỉnh mái nhà máy ẹđ = ẹtl + hmái hmái: Chiều cao mái nhà máy : hmái = 1,5 (m) ẹđ’ = 426,91 + 1,5 = 428,41 (m) 5. Chiều dài đoạn tổ máy Lấy bằng chiều dài đoạn tổ máy phần dưới nước. Lđ = 16 (m). = hn = 8m L chiều dòng chảy. 6. Chiều rộng nhà máy (B) Chiều rộng nhà máy phương thức vào kích thước cầu trục và phương thức cẩu, việc bố trí các thiết bị máy phát, buồng xoắn và các thiết bị tầng máy phát thuỷ điện, thùng dầu áp lực. B = LK + 2d + 2d LK: Nhịp cầu trục. LK = 1,5 (m) d: Khoảng cách từ bánh xe cầu trục đến mép tường nhà máy (d = 0,5 cm) d: Chiều dày tường thượng hạ lưu nhà máy chọn d = 0,4 (m) B = 1,5 + 2. 0,5 + 2. 0,4 = 12,3 (m) 7. Kích thước gian lắp ráp, sửa chữa (giàn lắp máy) Khi tiến hành lắp ráp các thiết bị chủ yếu trong nhà máy thì các thiết bị được vận chuyển từ nơi khác đến, Căn cứ vào kích thước và tải trọng của nó mà có phương thức vận chuyển như ô tô, đường thuỷ hoặc xe lửa đến gian lắp ráp, vì vậy khi thiết kế lấy cao trình sàn lắp ráp bằng cao trình sàn máy bằng cao trình đường giao thông. - Trong phạm vi gian lắp máy thường đặt các thiết bị: Giá chữ thập trên, dưới, máy phát, lắp turbin, lô to trục, máy kích từ Vì thế gian lắp máy có thể có hố riêng để tháo lắp và sửa chữa máy biến áp. - Chiều rộng gian lắp ráp lấy bằng chiều rộng nhà máy. BLR = B = 19,8 (m) - Chiều dài gian lắp máy. LLR = (1,0 á 1,2) Lđ. (9 á 10,8) LLR = (1,0 á 1,8). 9 = 8 á 9,6, lấy 10m. 8. Chiều dài nhà máy Chiều dài nhà máy (L0) L0 = Lđ. Z + LLR + ẹL Trong đó Z : Số tổ máy (Z = 2) . Lđ : Chiều dài đoạn tổ máy: Lđ = 16 (m). LLR : Chiều dài gian lắp ráp: (LC = 20 m). ẹL: Chiều dài tăng thêm của tổ máy cuối cùng để bảo đảm tất cả các thiết bị đều nằm trong phạm vi làm việc của cầu trục. ẹL= (2ữ5) m chọn chọn ẹL=2(cm) Thay số L= 9.2 + 10 + 2 = 30 (m) ChươngII: Hệ thống dầu và thiết bị phụ trợ Đ2-1 Nhà máy phụ Nhà máy phụ là nơi bố trí các thiết bị như máy móc thuỷ lực các thiết bị phân phối điện, thiết bị kiểm tra đo lường và nơi cán bộ công nhân vận hành, điểm khiếu sự làm việc của nhà máy. Vị chí nhà máy phụ đặt giáp với nhà máy chính tại gian lắp giáp để tạo với nhà máy chính tạo thành một khối thống nhất có tường ngăn cách có cửa sổ để quan sát các tổ máy làm việc I. Phòng làm việc trung tâm Phòng này được bố trí các thiết bị hiện đại là nơi quản lý và theo dõi sự vận hành của nhà máy, được bố chí bằng cao trình sân máy phát thuận tiện cho cho việc bao quát toàn bộ nhà máy. Trong phòng này được bố trí các thiết bị như bảng phân phối điện, đồng hồ đo điện các thiết bị đo và bảo vệ. Do diện tích phụ thuộc vào kích thước các thiết bị và việt bố trí, nó quan hệ với sơ đồ đấu điện chính, số tổ máy- công suất từng tổ máy. Việc bố trí phòng điều khiển trung tâm là rất quan trong. Qua nghiên cứu so sánh tớ bố trí phòng điều kiển ở phía hạ lưu tổ máy ngần gian lắp ráp . II. Phòng quản lý vận hành Các thiết bị phụ trợ máy móc thuỷ lực, phòng máy trực tiếp theo dõi tổ máy vận hành. Có liên quan chặt chẽ đến phòng điều khiển trung tâm, nó bao gồm các phòng như: Phòng chứa dầu làm trơn, làm cách nhiệt tổ máy và xử lý dầu, phòng để máy nén khí. Trong buồng xoắn và ống hút khi có sửa chữa tổ máy, các phòng này được bố trí máy móc nhà máy điện chủ yếu bảo đảm chế độ làm việc bình thường của tổ máy gồm: Hệ thống dầu, cung cấp dầu, cung cấp nước kỹ thuật, hệ thống dầu, cung cấp tháo uc tổ máy. III. Phòng điện một chiều (ắc quy, axít, nạp điện) Ngoài phòng điều khiển trung tâm, để cung cấp dòng điện một chiều phục vụ mạch nhị tứ trong nhà máy cần phải có phòng điện một chiều gồm có phòng ắc quy, phòng nạp điện phòng a xít để cung cấp điện một chiều cho phòng điều khiển trung tâm có cùng cao trình ở phía hạ lưu gian lắp ráp. Để tránh hơi a xít bay ra làm hỏng thiết bị và ảnh hưởng tới sức khoẻ nhân viên vận hành nên ta phải xây tường ngăn cách và phòng đệm (phòng thông gió) . V. Các phòng có chức năng liên quan + Phòng chứa dầu bôi trơn, bố trí dưới sàn lắp ráp. + Phòng cấp điện bố trí tầng turbin phía thượng lưu chạy dọc nhà máy. + Phòng giám đốc. + Phòng giao ban. + Kho dụng cụ, xưởng cơ khí. Đ2.2. Hệ thống thiết bị phụ Hệ thống thiết bị phụ trong nhà máy có tác dụng bảo đảm chế độ làm việc bình thường của các thiết bị chính. Hệ thống thiết bị phụ bao gồm: + Hệ thống dầu. + Hệ thống khí. + Hệ thống tháo nước. + Hệ thống cấp nước kỹ thuật. + Hệ thống thiết bị đo lường kiểm tra. + Hệ thống chống cháy. I. Hệ thống dầu Hệ thống dầu trong TTĐ được chia ra làm 2 loại (theo tác dụng của từng loại): dầu cách nhiệt và dầu bôi trơn. + Hệ thống dần cách nhiệt cung cấp cho MBA, máy cắt và các thiết bị khác. + Hệ thống dầu dùng để bôi trơn các ổ trục, cung cấp dầu cho hệ thống điều khiển tổ máy. * Yêu cầu: Đảm bảo cung cấp dầu đầy đủ, đúng chủng loại phẩm chất cho các thiết bị dùng. 1. Dầu vận hành tổ máy (Dầu turbin, dầu nén khí, và ổ trục) Lượng dầu cần để vận hành tính theo CT G1 = K. NTB.. Z Z: Số tổ máy (Z = 2) ; D1 = 2,5 (m) K : Hệ số phụ thuộc vào turbin, với turbin cánh quay. K = 0,9 á 1,1, lấy K = 1. NTB : Công suất định mức của 1 turbin : NTB = 7,86. 103 (KV). H : Cột nước t/c với năm, lấy H = Hbq = 19,23 (m) . Thay số có: G1 = 1. 7,86.. 2 -> G1 = 5,54 (tấn). Vậy khối lượng dầu để vận hành toàn bộ số tổ máy là 5,54 tấn. 2. Dầu bôi trơn Dung tích dầu bôi trơn chiếm khoảng (30 á 35)%, dung tích dầu vận hành. G2 = 35%. G1 = 1,94 tấn. 3. Dầu cách điện Dung tích dầu cách điện MBA phụ thuộc vào hình dạng và công suất của nó. Theo kinh nghiệm với MBA loại vừa cứ 1000 KW cần 0,6 á 1,3 T dầu. Vậy với 2 MBA công suất 10.000 KVA thì trọng lượng dầu cách điện là: Gcđ = 1. 2. 10 = 20 (tấn). 4. Dầu dự trữ vận hành (G4) + Với máy biến áp ngoài dự trữ đầy cho 1 máy cộng thêm 1%. G = 1%. Gđ = 0,2 (tấn). + Với tổ máy ngoài dự trữ đầy cho 1 tổ máy còn cộng thêm lượng dầu tổn thất 45 ngày. G = 5% (G1 + G2 + G3) = 5% (1,94 + 20 + 5,54) -> G = 1,37 (tấn). -> G4 = G + G = 1,57 (tấn). Tổng lượng dầu của nhà máy là: G = G1 + G2 + G3 + G4 = 1,94 + 5,54+ 20 + 1,57 = 29,05 (tấn). * Bố trí bể chứa dầu Theo quy phạm mỗi bể chứa dầu trên mặt đất không quá 300T và mặt đất không quá 500 (tấn) và bố trí trong nhà máy không quá 100 (tấn). Với lượng dầu trong toàn nhà máy là 29,05(tấn). Nếu ta đặt bể chưá dầu trong nhà máy. Hệ thống dầu bao gồm : - Kho dầu: Bể dầu sạch, dầu phế thải - Phòng xử lý dầu có nhiệm vụ lọc dầu phế thải, tái sinh dầu làm bơm dầu. -Hệ thống dẫn dầu: Nối liền phòng xử lý dầu, kho dầu và các thiết bị xử lý dầu - Hệ thống đo lường điều khiển theo dõi và điều khiển tình hình vận hành xử dài. Chú ý: Trong hệ thống đầu bố chí hệ thống đầu bố trí hệ thống chống lửa II. Hệ thống khí nén 1. Công dụng Hệ thống khí nén làmột bộ phận thể hiện được trong NMTĐ Tuỳ theo mục đích sử dụng chia làm hai loại + Khí nén thấp áp (7 á 8) at cung cấp cho. Hệ thống phanh hãm tổ máy ép nước ra khỏi BXCT. Thổi rác bẩn ở lưới chắn rác. Các công cụ dùng sức gió. + Khí nén cao áp dùng cho thiết bị nén dầu của hệ thống điều tốc, thiết bị đóng cất điện: (20 á 25) at. Lượng khí nén dùng cho 1 tổ máy. a) Lượng khí nén dùng cho TBDAL Q1 = Vd: Dung tích chứa khí của thiết bị dầu áp lực Vd = (0,6 á 0,7) V kết dầu Chọn Vd = 0,6. V kết = 0,68 -> Vd = 4,8 (m3) + Thời gian náp khí (t = 1h). P0: áp suất công tác với thiết bị nén dầu: Pd = 25 kg/cm2 = 25at. -> Ql = = 2 (m3/p) Mỗi máy 1 nồi hơi -> l2 cung cấp cho cả nhà máy. Qnm = 2. 2 = 4 (m3/p) b) Lượng khí dùng để phanh hãm tổ máy Q2 = (p + 1)q. t (m3) q: Lượng tiêu hao ở điều kiện áp lực công tác : q = (2 á 4) l/s Chọn q = 3 (l/s). P: áp lực công tác P = (4 á 7) at chọn P = 5 at + Thời gian phanh 1 tổ máy: Máy phát nhỏ lấy 1,5h + = (0,5 á 5)h Tính cho lần phanh 1 tổ máy. Q2 = (5 + 1). 3. 1,5 -> Q2 = 1,62 (m3). c) Lượng khí nén nước trong BXCT Khi các tổ máy thuỷ lực chạy đồng hồ phải làm mức nước trong ống xả turbin thấp hơn mức dưới BXCT nếu không năng lượng tiêu hao rất lớn, qua thực tế cho thấy rằng năng lượng tổn thất trong BXCT quay trong nước gấp 5 á 8 lần quay trong không khí, trong thực tế. BXCT luôn ngập trong nước hạ lưu nên phải ép nước ra khỏi BXCT. Lưu lượng khí nén khi tổ máy chạy bù đồng bộ. QK = a D12 (1 + PK) Trong đó: a : Hệ số kinh nghiệm = (0,1 á 0,2) chọn (= 0,2). pK : áp lực không khí trong buồng BXCT sau khi nước xuống 0,5 á 1 (m) so với mép dưới BXCT. PK=5 (at) QK=0,2 . 2,82(1+5)=9,41(m3/p). d) Đường kính đường ống xác định theo công thức kinh nghiệm d=  3. Bố trí hệ thống khi nén Để rút ngắn chiều dài đường ống, bố trí hệ thống khi nên ngang dưới dạng lắp máy, trên mỗi máy nén khí và thông dầu áp phải có thiết bị như bảo vệ như van an toàn, van một chiều rơle bảo vệ các đường ống dẫn bố trí dọc nhà máy. III. Hệ thống tháo nước NMTĐ trong quá trình vận hành lâu dài cần phải tháo nước trong các trường hợp sau. + Tháo nước sản xuất như làm nát turbin. + Tháo nước khi kiểm tra sửa chữa các bộ phận qua nước như buồng xoắn, ống hút, BXCT, van công tắc. + Tháo nước rò rỉ thấm qua bê tông. Nhiệm vụ chính của của hệ thống tháo nước là chánh cho nhà máy bị tích tụ nước và ẩm ướt bảo đảm cho công tác kiểm tra và sửa chưã các bộ phận qua nước của nhà máy. Bố chí sao cho tháo đúng yêu cầu kỹ thuật: Đảm bảo thời gian không để nước trong các khu vực công tác. Phương thức tháo nước trong buồng xoắn, ống hút bố trí giếng tập trung và hệ thống hành lang ướt dọc nhà máy tập trung vào bể chứa. Và sau đó dòng máy bơm về hạ lưu . IV. Hệ thống cấp nước kỹ thuật 1. Tác dụng Trong quá trình vận hành NMTĐ. Để đảm bảo các thiết bị vận hành an toàn kinh tế, việc cung cấp nước kỹ thuật là cần thiết. Tác dụng chính là làm mát. Hệ thống cấp nước kỹ thuật bao gồm: + Bộ phận lấy nước. + Bộ phận lấy nước. + Đường ống dẫn nước bao gồm: Đường ống chính, đường ống nhánh và các hệ thống đo lường, kiểm tra điều khiển. + Máy bơm nước (nếu không cấp nước tự chảy). Yêu cầu: Phải cung cấp nước đầy đủ, số lượng và đảm bảo chất lượng và áp suất cần thiết đúng nguồn nước sẵn có. 2. Tính lượng nước yêu cầu Cứ 1 KW công suất của 1 máy phát khi ở nhiệt độ 200C cần 0,6 l/s khi ở 250C cần 0,07 l/s. Với công suất máy phát 7,62 MW ở 200C cần lượng nước lạnh trong ls là. W = 7,62. 103. 0,06 = 0,46 (m3/s) Lượng nước tiêu hao làm lạnh máy phát triển (60 á 65)% toàn lượng nước trong hệ thống. + Lượng nước làm sạch ở trục đỡ, ổ trục định hướng khoáng (10 á 20)%, lượng nước làm lạnh máy biến áp là 15%. Hệ thống cấp nước kỹ thuật có thể lấy từ các nguồn thượng lưu, hạ lưu nước ngàu. 3. Hệ thống lựa chọn hình thức cung cấp kỹ thuật - Khi cột nước dưới 10 m hoạc cao hơn 40 á 50 m thì dùng máy bơm bơm nước hạ lưu cung cấp cho tổ máy. Khi cột nước dưới 10á15 m đến 40 á50m thì dùng hình thức lấy nước tự chảy ở thượng lưu hồ chứa, hoặc đối với trạm TĐ sau đập lấy nước ở đường ống turbin Khi cột nước của TTĐ cao hơn 40á50 m thì lấy nước ở thượng lưu hồ chứa hoặc đường ống turbin qua thiết bị giảm cao áp ở những trạm TĐ có cột nước dao động lớn thì có thể sử dụng hình thức cấp nước hỗn hợp. Với TTĐCT4 cột nước dao động từ (12,5á22) m để chọn hình thức cấp nước tự chảy ở thượng lưu hồ chứa dẫn nước bằng đường ống đặt trên buồng xoắn turbin, lưu tốc trong đường ống không vượt quá 10m/s. Đường ống là : d= 280(mm)= 0,28(cm) V. Hệ thống đo lường trong nhà máy Hệ thống đo lường phải đảm bảo cho các thiết bị an toàn sản xuất, độ chính xác cao, thiết bị đo phải cho thuê bị đo bố chí đúng cách, đúng yêu cầu đo lường chính sác giám sát VI. Bố trí mặt bằng và trạm phân phối điện 1. Bố trí MBA TTĐCT4 Là trạm thuỷ điện sau đập bố trí MBA phía thượng lưu nhà máy. Để giảm bớt tổn thất điện năng và phát sinh sự cố từ máy phát đến MBA và tiếp kiệm được kim loại thì khoảng cách từ máy phát đến MBA phải ngắn nhất. Nhưng phải đảm bảo an toàn khi vận hành ở TTĐCT4 bố trí BMA cách tưòng nhà máy 1m chiều dài máy song song với chiều dài nhà máy. Cao trình đặt MBA = cao trình sân máy phát để thuận tiện cho việc vận chuyển sửa chữa MBA. 2. Bố trí phân phối điện Căn cứ vào tài liệu thực tế công trình , tôi chọn bố trí trạm phân phan phối điện ở hai đầu hồ của nhà máy gần đập. Đ2-3 Phần kết cấu trên nhà máy Trong quá trình vận hành nhà máy chịu rất nhiều áp lực áp lực nước phía hạ lưu -> Nhà máy phải có kết cấu vững chắc ổn định . Do đây là đồ án thiết kế sơ bộ nên ta không thể tính toán chi tiết mà chỉ chọn theo kinh nghiệm 1. Tường nhà máy Tường thượng lưu xây ngạch dầy 0,4 m, tường hạ lưu bằng bê tông cốt thép dầy 1m, đến cao trình ZHLmax thì ta xây ngạch dày 0,4m 2. Cột nhà máy Làm bằng bê tông cốt thép trị dọc theo nhà máy đặt cùng với tường, khoảng cách giữa các cột bằngchiều dài đoạn tổ máy Lđ=18m. Cột có nhiệm vụ đỡ dầm cầu trục ngoài ra con tăng thêm độ vững chắc cho tường, bố trí cột giữa đoạn tổ máy, trên tại cột có đặt dầm chữ T. Kích thước cột: chiều cao tại đỡ: h=3,2m. Đoạn vát : h1=1,2 m; h2=2m 3. Dầm chữ T đỡ cầu trục B h b Dầm được đặt trong tia đỡ cầu trục có cao trình bằng cao trình dầm đỡ cầu trục chạy dọc theo nhà máy là dầm liên tục có kích thước. Chiều rộng cách B=0,8m ; chiều cao = 0,4 Chiều dày cách =0,2 ; chiều dày thân =0,4m 4. Đường ray đỡ cầu trục Đường ray đặt cố định chắc vai dầm chữ T chiều cao, chiều rộng để cho bánh xe ăn khớp và chạy trên đó, yêu cầu mặt cắt đầu chữ T chạy dọc theo nhà máy. 5. Kích thước cửa ra vào, cửa sổ Để đi lại thuận tiện thông từ phòng này sang phòng khác ta bố trí các cửa đi lại cho từng phòng, kích thước khác nhau, cửa chính vào gian lắp ráp rộng 10m, các cửa sang phòng ắc quy, điện một chiều đủ để đi lại trong quá trình làm việc để thuận tiện. Để thoáng mát và tăng ánh sáng cho nhà máy ta bố trí hai hàng cửa sổ, hàng trên có kích thước 2x3m, hàng dưới có kích thước 3x4m 6. Kết cấu mái nhà máy Do nhà máy có kích thước lớn ->phỉa làm nhà khung theo kiểu giàn gồm các giàn đặt lên cột ở hai bên tường,mái nhà dốc về hai phía, giữa các giàn liên kết với nhau bằng các thanh giằng trên cùng lớp tôn dày 0,3cm. Tiếp theo lớp chống nóng dày 20 (cm). Trên nóc nhà máy có đường dây chống sét F 20 đặt dọc ngang nhà máy và cắm xuống đất Phần V. Thuỷ công Đ1.1. Nhiệm vụ của công trình I. Nhiệm vụ Công trình thuỷ công là một bộ phận quan trọng của trạm thuỷ điện có tác dụng tập trung cột nước tạo thành hồ chứa tích nước vào mùa lũ và cấp nước vào mùa kiệt cho trạm thuỷ điện theo yêu cầu phụ tải, ngoài ra có nhiệm vụ phòng cho hạ lưu, tăng khả năng nuôi trồng thuỷ sản. Công trình thuỷ công có nhiệm vụ xả nước thừa khi có lũ về công trình thuỷ công có ảnh hưởng trực tiếp điến hiệu quả phát điện như vốn đầu tư xây dựng, vì thế khi thiết kế phải xét sao cho thoả mãn cả về kinh tế, kỹ thuật. II. Cấp công trình 1. Xác định theo chiều cao đập Với MNDBT =433(m), sơ bộ lấy chiều cao an toàn là đáy sông có cao trình 410 (m). Sau khi đẫ bóc đi lớp đất phong hoá. Ta có: Hđ=MND- ẹđ+Hat(Hat=1,5m). Hđ= 433 - 410 +1,5=24,5(m). Theo quy phạm C1 –78 bảng P1-1 đồ án môn học thuỷ công xác định được cấp công trình là cấp III 2. Xác định theo nhiệm vụ công trình Nhiệm vụ chính của công trình là phát điện, ngoai ra con kết hợp phòng lũ cho hạ lưu Với Nem =13,25.103(km), tra bảng P2-1 xác định được cấp công trình là cấp III. Từ hai điều kiện trên ta xác định được cấp công trình thuộc công trình cấp 3. III. Thành phần công trình thuỷ công Công trình thuỷ công gồm 2 phần chính PhầnI: Công trình đầu mối gồm có đập dàng và đập tràn. Phần II: Công trình nước và (truyền năng lượng) gồm có cửa lấy nước, đường ống áp lực, nhà máy và kênh hạ lưu . Đ1.2. Công trình đầu mối Dựa vào bản đồ tỷ lệ 1: với cao trình MNDBT= 433m, tuyến đập thẳng vuông ngóc với dòng chảy, hai đầu đặt lên sườn núi trong đó đồ án này tôi được giao tuyến cụ thể (hình vẽ) chiều dài tuyến đập được xác định là. I. Chọn đập dâng nước Trong công trình đầu mối thi công , công trình thuỷ công suất rất quan trọng. Nó trực tiếp chăn dòng chảy nâng cao cột nước của hồ nước, đập dàng có thể là đập đất, đập đá đổ, đập bê tông trong lực. do vậy khi xác định loại đập ta phải dựa vào điều kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn của tuyến và các đặc trưng khác như điều kiện ký hậu, đân sinh kinh tế và so sánh loịa đập với nhau để chọn loại đập thích hợp , 1. Đập đất và đập đá đổ *Ưu điểm Tận dụng được vật liệu địa phương tai chỗ, có thể tận dụng ngay cả vật liệu đào hố móng công trình bê tông tiếp kiệm được vật liệu quý hiếm, như sắt thép, xi măng yêu cầu về địa chất nền thấp, không đòi hỏi phải chi phí lớn. * Nhược điểm Thời gian thi công dài, khả năng xả lũ bị hạn chế, lúc này công trình xả lũ phải làm xa đập dẫn đến tốn kém, tăng chi phí xây dựng. Khi xây dựng gặp lũ không cho nước tràn qua mà phải dẫn dòng qua đường hầm hoặc công trình khác, gia cố mái phức tạp, mặt cắt ngang đập rộng khi đập qua. Vì vậy loại đập này chỉ thích hợp khi chiều cao đập thấp. 2. Đập bê tông trọng lực * Ưu điểm: Cho nước tràn qua được, có thể nối liền với công trình xả lũ. Với công nghệ tiên tiến và hiện đại như hiện nay thì thời gian thi công ngắn, sớm đưa công trình vào hoạt động đập xây dựng với mọi điều kiện thời gian. Điều kiện dẫn dòng thi công dễ dàng và an toàn, mặt cắt ngang đập nhỏ, lưu lượng thấm nhỏ. Cửa vào so với đập đất, đập đá đổ thì ngắn năng lượng đường ống của bê tông ngắn hơn, đường ống bố trí trong tràn đập tăng độ an toàn, cửa lấy nước bố trí gần đập hơn, do đó thuận tiện cho việc quản lý. * Nhược điểm: Khối lượng bê tông lớn, có ứng suất xuất hiện trong thân đập và có thể sinh ra khe lạnh trong khi thi công. Vậy thông qua phân tích sơ bộ trên và điều kiện địa chất chuyển biến khá tốt, công trình được xây dựng gần đường giao thông. Đập chính xây gần bãi vật liệu, nên tôi chọn phương án thiết kế đập dòng cho đồ án là đập bê tông trọng lực. II. Bố trí công trình đầu mối Các công trình tập trung ở khu vực ngăn dòng chảy vì lấy nước ở sông gọi là công trình đầu mối, tuỳ theo chiều cao đập, tuỳ theo hình thức bố trí, điều kiện địa hình, địa chất mà bố trí cho hợp lý. Khi bố trí phải chú ý đến kích thước tiết diện xả nước của công trình, giảm nhẹ nối tiếp dòng chảy ra khỏi tổ máy thuận dòng, ít phải đào đắp, hướng cửa lấy nước và thích hợp không gây xói lở đập. Dựa vào các điều kiện trên tôi bố trí đang thiết kế như sau: - Đập tràn: Bố trí tách riêng NMTĐ ở phần lòng sông phía bờ trái (nhìn từ thượng lưu) nối tiếp dòng chảy hạ lưu thuận lợi. Nó bao gồm có cửa xả đáy và cửa xả mặt. + Tuyến năng lượng: Gồm có cửa lấy nước, các đường ống áp lực nhà máy thuỷ điện ở phía bờ phải (nhìn từ thượng lưu). + Nhà máy Thuỷ điện: Bố trí sau đập, song song với đập, ở phần lòng sông phía bờ phải, kênh xả sau nhà máy nối liền với lòng sông. + Đập dòng: Hai bên bờ phần nối tiếp với công trình xả lũ tuyến năng lượng bờ và đapạ dòng. iii. Các chỉ tiêu thiết kế Từ cấp công trình ta xác định được các chỉ tiêu thiết kế. - Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất để tính ổn định kết cấu công trình P = 1%. - Hệ số làm việc m = 1 - Hệ số tin cậy KN = 1,15 - Tần suất gió lớn nhất P = 1%. Vmax = 30m/s. - Tần suất gió trung bình lớn nhất. - Đà sóng D = 11 km - Hệ số vượt tải n = 1,05 - - Hệ số tổ hợp tải trọng nc = 1,2. ò1.3. Công trình xả lũ I. Mục đích của công trình xả lũ Công trình xả lũ là một bộ phận của công trình đầu mối có nhiệm vụ điều tiết và phân phối dòng chảy, nhằm giảm bớt mức độ nguy hiểm của lũ cho công trình và hạ lưu, đôi khi dùng để tháo cạn một phần hồ chứa khi sửa chữa. Việc bố trí công trình tháo lũ phải dựa vào điều kiện địa chất, địa hình, lưu lượng tháo lũ, lưu tốc cho phép không xói lở ở chân đập và các công trình khác, đồng thời bảo đảm khối lượng đào đắp ít nhất. II. Tính toán điều tiết lũ 1. Nhiệm vụ Tính toán điều tiết lũ với mục đích phòng lũ, giảm bớt lưu lượng xả qua công trình xả lũ, đồng thời phải xét đến khnangập lụt của hồ chứa và tìm ra phương pháp phòng lũ thích hợp. Nội dung: - Lập quá trình lũ thiết kế. - Tính toán điều tiết xác định dung tích phòng lũ. - Xác định kích thước công trình xả lũ, điều tiết lũ hợp lý. 2. Tài liệu tính toán. MNDBT = 433 m Nlm = 13,25 MW Tần suất thiết kế P = 1%. Lưu lượng lớn nhất đỉnh lũ: Thời gian trận lũ là: Wt Tổng lượng lũ thiết kế: WL Qmax: Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế. 3. Tính toán thuỷ lực đập tràn. Tính toán thuỷ lực đập tràn để tìm ra lưu lương xói tràn, kích thước công trình xả tràn, cao trình ngưỡng tràn, cột nước tràn để làm thiết kế cho đập dâng và đập tràn. Việc xác định Qtx nhỏ thì việc xả lũ chậm, dung tích siêu cao lớn, dẫn đến ngập lụt lớn. Nếu Qt1 lớn thượng lưu ngập lụt lớn, lũ được xả nhanh nên hạ lưu ngập lụt lớn. - Để xác định cao trình mực nước lũ, ta sẽ giả thiết nhiều mực nước khác nhau, ứng với mỗi giả thiết đó ta có các giá trị Qt, Bt1, Ht1. Để tiện tính toán ta lập bảng sau: Cột 1: Cao trình mực nước lũ giả thiết. Cột 2: Cột nước tràn: Ht1 = Cột 1 – MNDBT. Cột 3: Dung tích lũ ứng với cao trình mực nước lũ giả thiết VMNL = f(Z). Cột 4: Dung tích phòng lũ VPL = VMNL - rMNDBT. Cột 5: Lưu lượng xả lũ lớn nhất tính theo CT. qmax = Qmax. Cột 6: C2 lũ lớn nhất qua nhà máy để đạt công suất lắp máy. Q0 = Q ; KN = 8,4 a: Hệ số lợi dụng đến các tổ máycùng làm việc đồng thời. có 2 tổ máy giả sử 1tổ máy hỏng ịa= 0,9 Ta có Cột7: lưu lượng xả qua tràn : Qtr= qmax- a.Qo. Cột 8: chiều rộng tràn xả lũ tính theo công thức đập tràn thực dạng không cửa van. Qtr=xm x Trong đó: sn = 1 : hệ số ngập (đập tràn tự do). m = mtc : cột nước trên đỉnh tràn (bỏ qua lưu tốc tới gần). e = 1 – 0,2. . H0 : Hệ số co hẹp. Sơ bộ tôi chọn n = 1 (chưa bố trí trụ) + Chọn chiều rộng khoang tràn b = Btr + Chọn mố bên hình bán nguyệt, mố trụ 2 đầu tròn theo số tay thuỷ lực ta có emb = 0,7 ; emt = 0,45. Thay số có. MNL (m) Htl (m) VMNL (106.m3) VPL (m3/s) Qmax (m3/s) a. Q0 (m3/s) Qtr (m3/s) Btr (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 433 0 350,64 0 4480 94,38 4385,62 ạ 434 1 387,22 27,58 4153,32 94,38 4058,93 1870,6 435 2 405,8 55,16 2760,17 94,38 3776,65 615,8 436 3 569,12 218,48 2469,92 94,38 2665,79 236,8 437 4 636 285,36 2401,94 94,38 2357,53 137,4 438 5 645 294,36 2435,45 94,38 2341,07 97,2 439 6 654 306,36 2401,94 94,38 2307,55 73,2 440 7 663 312,36 2369,33 94,38 2274,95 57,6 441 8 672 321,36 2337,6 94,38 2243,22 46,8 442 9 681 330,36 2030,671 94,38 2212,32 39 Từ bảng trên ta thấy: Khi HTl cao thì BTl nhỏ do đập sẽ cao lên -> ngập thượng lưu lớn. Khi HTl thấp thì BTl lớn gây khó khăn cho bố trí công trình đầu mối. Từ nhận xét trên ta thấy HTl = 8 m tương ứng QTl = 2243,22m3/s * Tính toán kích thước tràn xả mặt Theo tính toán trên, mức nước lũ ở cao trình 441 m, tôi chọn BTl = 46.8 (m) bố trí 3 khoang, mỗi khoang rộng 15,6 (m) trên tràn bố trí 2 trụ pin mỗi trụ dày 1 (m) mố tròn, 2 mố trụ bên . Để điều tiết lưu lượng tràn xả mặt ta bố trí van đóng mở để có thế là van phẳng hoặc van cong, trên các trụ bin bố trí cầu công tác để kiểm tra sửa chữa cũng như đặt các thiết bị vận hành đóng mở cửa van. + Tính lưu lượng tràn mặt (Qxm). BTl = 46.8 (m) , HTl = 8 (m) ; m = 0,49 e = 1 – 0,2 8 -> e = 0,915. Qxm = e. m. sn. BTl H0 3/2 Trong đó: m : Hệ số l2 của đập tràn, m = 0,49. sn : Hệ số chảy ngập do chảy tự do : sn = 1 BTl : Tổng chiều dài thông thuỷ (BTr = 46,8 m). e : Hệ số co hẹp. -> Qxm = 0,915 0,49 146,8 8 3/2 -> Qxm = 4126,64 (m3/s) -> không cần xả đáy Đ1.4. Thiết kế đập dâng nước Đập dâng nước là đập bê tông trọng lực, khi thiết kế đập phải đảm bảo các điều kiện sau: - Đập phải luôn làm việc an toàn và ổn định trong mọi trường hợp. - Đập phải có mặt cắt nhỏ nhất và khối lượng đào đắp ít nhất. I. Mặt cắt cơ bản Do đặc điểm chịu lực, mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực có dạng tam giác. - Cao trình đỉnh đập (ẹđ) bằng cao trình MNDGC = 441 (m) - Chiều cao mặt cắt đập : Hđ = MNDGC - ẹđáy ẹđáy = 410 (m). Thay số -> chiều cao đập là: Hđ = 441 – 410 = 31 (m) ẹMNDGC ẹđáy n.B (1-n) B. Hđ 1. Xác định chiều rộng đáy đập Chiều rộng đáy đập (Bđ) được xác định theo 2 điều kiện ổn định và ứng suất. a) Xác định (Bđ) theo điều kiện ổn định trượt Trong đó: f: Hệ số ma sát giữa đập và nên, lấy f = 0,7 : dung lượng của bê tông = 2,4 T/m3. m: Hệ số mái dốc thượng lưu n = 0. : Hệ số còn lại sau máng chống thấm, xử lý chống thấm, vì công trình quan trọng nên phải xử lý chống thấm cho hạ lưu bằng phụt vữa tạo màng chống thấm = (0,4 á 0,6). Lấy = 0,5. Kc: Hệ số an toàn ổn định cho phép : m: Hệ số điều kiện làm việc m =1 nc: Hệ số tổ hợp tải trọng nc = 1 Kn: hệ số điều kiện làm việc Kn = 1,15. -> Thay số vào ta có: Bđ = b) Xác định (Bđ) theo điều kiện ứng suất Trong đó: Hđ: Chiều cao đập. c) Chọn trị số B: Để đảm bảo thoả mãn đồng thời cả hai điều kiện ổn định và ứng suất tôi chọn Bđ = 26 m. II. Mặt cắt thực tế của đập không tràn ở trên ta chỉ mới xác định mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực dưới tác dụng của các lực chủ yếu như: áp lực bùn cát, áp lực sóng, lực quán tính Từ mặt cắt cơ bản của đập ta tiến hành xác định mặt cắt thực dụng của đập không tràn. 1. Cao trình đỉnh đập () Cao trình đỉnh đập được xác định theo 2 điều kiện Trong đó: : độ dềnh do gió ứng với vận tốc gió lớn nhất và trung bình lớn nhất. hsl, hs'l: Chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. a, a’: Độ vượt cao an toàn; a = a’ = 0,5 cm. a) Xác định ứng với vận tốc gió lớn nhất v = 30 m/s + Xác định theo công thức: = Trong đó : V : Vận tốc gió tính toán lớn nhất V = 30 (m3/s) D : Đà sóng ứng với MNDBT ; D = 11 km = 11.000 (m) H : Cột nước trước đập ứng với MNDBT H = MNDBT - ẹđ (ẹđ : cao trình đáy đập) a : Góc kẹp giữa trục lòng hồ và hướng gió tính cho trường hợp bất lợi nhất: ab = 600 Thay số. ẹh = = 0,044 + Tính chiều cao sóng leo (hsl) Theo quy phạm QPTLC1 – 79, chiều cao sóng leo có mức bảo đảm 1% xác định như sau: hsl1% = Khs. hsl1% hsl1%: Chiều cao sóng ứng với mức bảo đảm 1% Khs : Là hệ số Theo QPTLC1 – 78 ; hsl1% được xác định như sau: - Giả thiết rằng trường hợp đang xét là sóng nước sâu H > 0,5 - Tính các đại lượng thứ nguyên = 7063,2 ; = 119,9 Trong đó: t. Thời gian gió thổi liên tục t = (6h) Với sóng nước sâu H > 0,5 ttb tra trên hình (2 - 1). Đồ án thuỷ công trên đường bao phía trên được 2 giá trị và lấy giá trị nhỏ ta được. = 0,02 = 1,7 -> = 1,835 (m) -> ttb = = 5,2 (m) Kiểm tra lại giả thiết: ttb = = 42,24 (m) -> H = 23 m > 42,24. 0,5 = 21,12 . Vậy giả thiết là đúng -> hsl1% = K1%. . Trong đó: K1% : Tra đồ thị P (-2-2) với = 119,9 ta được: K1% = 2,15. -> hsl1% = 2,15. 1,835 = 3,945 (m). Tìm Khs Căn cứ vào Tra đồ thị P2-4 -> Khs = 1,23 = 0,093 = 1,84 -> hsl = Khs. hsl1% = 1,23. 3,945 = 4,85 (m) b) Xác định Dh’ và ứng với vận tốc gió trung bình lớn nhất v = 5 (m/s) Xác định Dh’ = Trong đó: Vtb : Vận tốc gió tính toán TB lớn nhất Vtb = 5 (m/s) Dtb : Đà sóng ứng với MNGC : D = 11 km = 11000 m H : Cột nước trước đập: (H = 31 m) ab : Góc kẹp giữa trục lòng hồ và hướng gió bất lợi nhất: ab = 60 = 0,0012 (m) -> Tính chiều cao sóng leo. () = . Trong đó: : Chiều cao sóng leo ứng với mức bảo đảm 1% : Là hệ số Theo QPTL C1 = 78 thì xác định như sau: Giả thiết sóng nước sâu H1 > 0,5. ttb Tính các đại lượng không thứ nguyên 42379,2 ; = 4316,4 Sóng nước sâu H > 0,5 ttb tra đồ thị hình P (2 - 1): ứng với đường bao phía trên ta được 2 giá trị và lấy giá trị nhỏ nhất. = 0,88 ; = 0,4 -> = 0,2 (m) ; = 2,04 (m). Kiểm tra lại giả thiết. = = 6,497 (m). H1 = 23 > 0,5. 6,497 = 3,25 (m) . Vậy giả thiết trên là thoả mãn * Tính = K. K tra trên hình P2-2. ứng với = 4316,4 Ta được: K = 2,3. -> = K. = 2,3. 0,2 = 0,46 (m) Tìm K Căn cứ vào Tra đồ thị P2-4 -> Khs = 1,18 = 0,071 = 0,282 -> = K. = 1,18. 0,46 = 0,5428 (m) c. Xác định cao trình đỉnh đập Thay số liệu và các công thức. (MNDGC = MNDBT + HTr) ẹđ1 = 433 + 0,044 + 4,85 + 0,5 = 438,394 (m) ẹđ2 = 441 + 0,0012 + 0,5428 + 0,5 = 442,03 (m) Để đảm bảo an toàn tôi chọn cao trình đỉnh đập là 443 (m) (ẹđ’ = 443 m ) 2. Xác định chiều rộng đỉnh đập Đỉnh đập phụ thuộc vào yêu cầu bố trí cầu công tác, đường giao thông, cầu trục, lưới chắn rác. Trong đồ án này tôi chọn chiều rộng đỉnh đập b = 6 (m), mặt đập dốc về 2 phía. 3. Các hệ thống hành lang trong thân đập. Các hành lang trong thân đập có tác dụng tập trung nước thấm trong thân đập và nền, đồng thời kết hợp để kiểm tra sửa chữa nền. Hành lang ở gần nền để sử dụng phụt vữa chống thấm. Kích thước hành lang chọn theo yêu cầu sử dụng. Hành lang phụt vữa chọn theo yêu cầu thi công. Sơ bộ ta chọn kích thước hành lang 4 x 6 (m). Bố trí các hàng lang theo chiều cao đập. Khoảng cách giữa các hành lang là 18 (m). Khoảng cách từ mép hành lang đến thượng lưu chọn theo điều kiện chống thấm: C = . Trong đó: H : Cột nước tính đến đáy các hành lang. J : Hệ số thấm cho phép của s ; J = 10 á 15 chọn J = 12. Ta có vjc từ thượng lưu đến mép hành lang như sau: Hành lang 1 2 C (m) 0,33 1,9 ò 1 .5.Thiết kế đập tràn I. Mặt cắt đập tràn Chọn mặt cắt đập tràn là loại mặt cắt thực dụng dạng Ôphi xêrốp loại không chân không, loại này làm việc tương đối ổn định, hệ số lưu lượng lớn. 1. Xác định kích thước mặt cắt Chọn cao trình ngưỡng tràn bằng cao trình MNDBT ngưỡng tràn = MNDBT = 433 m Chọn hệ trục toạ độ xoay ngang với cao trình ngưỡng tràn + OX hướng về hạ lưu. + OY hướng xuống dưới. + Gốc O ở mép thượng lưu đập và nằm ngang với cao trình ngưỡng tràn. Vẽ đường cong theo toạ độ Ô phixerốp trong hệ trục đã cho với H= 8m. Tra bảng (14 - 2) bảng tra thuỷ lực ta có bảng Kq: (đường cong aBd). Tịnh tiến đường cong aBd theo phương ngang về hạ lưu cho tiếp xúc với biên hạ lưu của mặt cắt cơ bản tại điểm D. Mặt cắt hạ lưu nối tiếp với sân sau bằng mặt cắt cong có bán kính R = (0,2 ) (P + HTR).\ P: Chiều cao đập (P = 31 m) -> R = (7,8 á 19.5 ) chọn R = 10 m : Cột nước tràn (= 8 m) R=10m 450 X Y STT X (m) Y (m) 0 0,126 0 1,008 0,1 0,036 0,8 0,288 0,2 0,007 1,6 0,056 0,3 0 2,4 0 0,4 0,07 3,2 0,056 0,6 0,06 4,8 0,48 0,8 0,147 6,4 1,176 1,0 0,256 8 2,048 1,2 0,393 9,6 3,144 1,4 0,565 11,2 4,52 1,7 0,873 13,6 6,984 2,0 1,235 16 9,88 2,5 1,96 20 15,68 3,0 2,824 24 22,544 3,5 2,818 28 22, 544 4,0 4,93 32 39,44 II. Tính toán tiêu năng sau đập tràn Dòng chảy sau khi qua đập trên cuống hạ lưu có năng lượng rất lớn. Năng lượng này tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau, một phần năng lượng này phá hoại lòng sông 2 bên bờ gây xói lở, một phần bị tiêu hao do ma sát nội bộ dòng chảy, phần khác do ma sát giữa dòng và không khí. Sức cản nội bộ dòng chảy lớn thì tiêu hao năng lượng xói lở càng nhỏ. Vì vậy phải dùng biện pháp tiêu năng để hạn chế đến mức tối đa sự phá hoại của dòng nước. Có nhiều biện pháp tiêu năng như: tiêu năng đáy, tiêu năng chảy mặt, tiêu năng phóng xạ. Hình thức tiêng năng này là lợi dụng mũi phun ở chân đập hạ lưu, để dòng chảy có lưu tốc lớn nhanh xa ra khỏi chân đập khuyếch tán vào không khí sau đó đổ xuống lòng sông, với hình thức này năng lượng sẽ bị tiêu hao một phần ở trong không khí và một phần ở lòng sông và tạo ra hố xói ở một phạm vi nào đó. 1. Thiết kế mũi phun - Chọn góc nghiêng mũi phun qđ = 300. - Cao hơn cao trình MNHL max 1 khoảng 1,4 m. MNHL max tương ứng qmau Htr Qtràn Chiều dài mũi phun theo kinh nghiệm lấy L’= 2m. Cao trình mũi phun cao hơn cao trình cuối dốc. h = L’. trong Đđ = 2.tg30 = 1,2 m. Cao trình mũi phun. mpđ = 420,08 + 1,2 + 1,4 = 422,68 m *Với lưu lượng xả mặt - Góc nghiêng mũi phun qm = 150 < qđ như vậy hai dòng phun sẽ va vào nhau, làm trượt tiêu một phần năng lượng. - Cao trình mũi phun cao hơn cao trình tràn mũi phun đáy một khoảng 1m. - Cao trình mũi phun: mpm = mpđ + 1 + h = 422,68 + 1 + 4 = 427,68 m h: Chiều cao tại cửa lỗ xả đáy: h = 4 m 2. Chiều dài phun xa Do hai dòng phun đáy và mạt và vào nhau làm trượt tiêu lẫn nhau, năng lượng tiêu hao như vậy trường hợp nguy hiểm xảy ra khi cà chỉ khi chỉ có xả mặt hoặc xả đáy, ứng với mực nước thượng lưu là MNDBT hoặc chỉ có xả mặt ứng với MNTL và MNDGC = 441 m. *Trường hợp xả mặt Tương tự chiều dài mũi phun tính theo công thức kinh nghiệm. Trong đó: j: Hệ số lưu tốc ( j= 0,9) S1: Chiều cao tính từ mặt nước thượng lưu đến cao trình mũi phun S1 = MNDGC - = 441 – 427.68 =13,32 m S: Chiều cao từ mực nước thượng lưu đến cao trình đáy sông S = MNDGC - = 441- 410 =31 m S2: Chiều cao từ cao trình mũi phun đến đáy: S2 = - = 422,68 – 410 = 12,68 m q= 150 h: cột nước trên mũi phun lấy bằng độ sâu cuối dốc tại vị trí co hẹp h = Trong đó q = : lưu lượng đơn vị cuối dốc nước q = 280,4 ( m3/s) h =6 m Thay số có: L = 37 m -> Chiều sâu hố xói: Trong đó: A: Hệ số chứa hí phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy và độ sâu ở mũi phun (tra bảng 22 – 26: Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi tập II). Ta có: A = 0,5. K: Hệ số xói lở phụ thuộc vào địa chất nền tra bảng 2 – 26 ta có K = 1,4. So: Chiều sâu từ mực nước thượng lưu đến mực nước hạ lưu max: So = MNDGC – Zhlmax = 441 –420,08 = 20.92 m Thay số có: dx = 25,68 m Chiều cao tường ta lấy h= 6 m Chọn mái hạ lưu hố 1 : 3. Chọn mái thượng lưu hố xói 1 : 1,5. ò 1. 6. Công trình lấy nước I. Khái niệm chung Cửa lấy nước là công trình đầu tiên dẫn nước vào trạm thuỷ điện, cung cấp nước cho trạm thuỷ điện từ hồ chứa. Mực nước hồ chứa của trạm thuỷ điện CT4 có sự dao động tương đối lớn, nên ta chọn hình thức cửa lấy nước cho trạm thuỷ điện. CT4 là cửa lấy nước có áp. II. Yêu cầu đối với cửa lấy nước 1. Cung cấp nước vào nhà máy phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, đảm bảo đủ nhu cầu nước cho nhà máy thuỷ điện theo yêu cầu phụ tải. 2. Ngừng cung cấp nước từ hồ chứa cho trạm thuỷ điện qua đường dẫn khi trạm thuỷ điện có sự cố cần cắt tải hoàn toàn để sửa chữa đường ống. 3. Đảm bảo an toàn cho các công trình phía sau. 4. Ngăn chặn được bùn cát, rác bẩn trôi vào nhà máy. 5. ổn định bền vững trong mọi trường hợp, vận hành đơn giản có khả năng cơ giới hoá cao. 6. Giá thành rẻ, đảm bảo kinh tế. III. Cơ cấu cửa lấy nước Cửa lấy nước bao gồm các bộ phận sau: 1. Lưới chắn rác Có nhiệm vụ ngăn chặn vật trôi nổi, rác bẩn trôi theo đường dẫn vào nhà máy thuỷ điện. Lưới chắn rác được bố trí trước van chữa và van sự cố. 2. Thanh vớt vật nổi Dùng để vớt các vật nổi trước cửa lấy nước. 3. Van sửa chữa Cửa van có tác dụng ngăn một phần hoặc toàn bộ dòng chảy vào CLN để phục vụ cho các mục đích sửa chữa, vận hành và khi có sự cố. Van sửa chữa có tác dụng ngăn dòng nước để sửa chữa các bộ phận của CLN. Vì vậy van sửa chữa thường đặt trước van công tác – sự cố. 4. Van công tác – sự cố Van công tác – sự cố do tác dụng điều tiết lưu lượng của trạm thuỷ điện trong trường hợp vận hành bình thường (van công tác) và ngay lập tức ngắt toàn bộ lưu lượng vào nhà máy thuỷ điện trong trường hợp sự cố (van sự cố). Như vậy van công tác – sự cố được đặt ngay ở phía sau van sửa chữa và ngay trước sát miệng ống. 5. ống thông hơi : ống thông hơi đặt phía sau van công tác – sự cố trên đường ống áp lực, có tác dụng phá chàn không khi đóng cửa van sự cố. Mỗi đường ống bố trí 1 ống thông hơi, có thể kết hợp ống thông hơi làm đường lên xuống sửa chữa. Kích thước của ống thông hơi. ống thông hơi có tiết diện được xác định theo công thức: Fa = Trong đó: Va: vận tốc không khí trong ống thông hơi. Va = 30 á 50 (m/s). Sơ bộ chọn Va = 40 m/s Qa: lưu lượng khí trong ống thông hơi. Sơ bộ lấy Qa bằng lưu lượng lớn nhất chảy qua Turbin Qa = = 72,67 (m3/s) Thay số có Fa = = 1,82 (m2) Chọn tiết diện ống là tiết diện tròn. Khi đó bán kính của ống là. la = = 0,76 (m) Để an toàn và kết hợp làm đường xuống kiểm tra đường ống áp lực tôi chọn da = 2,5 (m) và Fa = 2m2 6. ống cân bằng áp lực Là ống nối từ phía trước van công tác đến phía sau van công tác cân bằng áp lực phía trước và phía sau van công tác khi đóng mở. 7. Hệ thống đóng mở và vời rác Dùng cầu trục, tời để đóng mở cửa van và vớt rác. Đối với cửa van yêu cầu đóng nhanh, phải có hệ thống đóng mở riêng biệt cho mỗi cửa van. IV. Xác định kích thước cơ bản của cửa lấy nước 1. Tiết diện cửa nước vào Tiết diện cửa nước vào được tính theo công thức. F = Trong đó : F: Tiết diện của nước cà cần tính VV lưu tốc cho phép ở cửa nước vào Việc xác định chinh xác VV khá phức tạp. Trong tính toán sơ bộ chọn là VV= (1á1,2)(m/s). Chọn VV=1,2(m/s). Q: Lưu lượng lớn nhất chảy qua Turbin khi turbin làm việc với công suất lắp máy và cột nước nhỏ nhất . Q=72,67(m3/s). Thay số ta có : F= Lấy F= 63(m2) kích thước chọn : caoxrộng=(9x7)m 2. Hình dạng của nước vào Theo kinh nghiệm để đảm bảo tổn thất thuỷ lực qua cửa lấy nước là nhỏ nhất thì đường viền của trần và nghưỡng cửa, cửa lấy nước phải có dạng clíp thoả mãn phương trình sau: Trong đó Hệ số co hẹo trong mặt phẳng thẳng đứng abx: Bán kính trục lớncủa clíp. (1-): Bán kính trục nhỏ clíp MNDBT ẹđ ẹcc tc” tc’ a’Bx a”Bx tn (1-e’)a’bx e’a’bx e”a”bx (1-e”)a”bx p Nhìn vào hình vẽ ta thấy. tn = MNDBT - ẹđ = 433 – 410 = 23 (m). Xác định đường kính kinh tế của ống theo công thức kinh nghiệm sau: DKT = 7 ; Q = 72,67 m3/s. Thay số có: DKT = 7 = 5,27 (m). Htt : Cột nước tính toán (Htình tiết = 17,37 m). 3. Xác định đường kính kinh tế theo vận tốc trong đường ống VKT = 3 á 6 (m/s) ; chọn VKT = 4 (m/s) Thay số có DKT = 7 Ta có DKT = 7 = (5,55 á 3,93) m Từ hai điều kiện ta chọn DKT = 5,5 (m) p = ẹCVĐ - ẹĐ Trong đó: ẹCVĐ: Cao trình dưới cửa vào lấy nước ẹCVĐ = ẹbùn cát + h2 Theo kết quả tính toán thuỷ năng sơ bộ ta lấy h2 = 1 (m). ẹbùn cát = 420,58 (m). -> ẹCVĐ = 420,58 + 1 = 421,58 (m) -> P = 421,58 – 410 -> p = 11,58 (m) Coi đường thẳng qua tâm ống chia đôi dòng chảy ta có t = = 15,22 (m) -> t = tn - t = 23 – 15,22 = 7,78 (m) Cao tình tuyến phân chia là ẹCC = MNDBT - t = 433 – 7,78 = 425,22 (m) ẹméppt = ẹCVĐ + hCLN = 421,58 + 9 = 430,58 (m) hCLN: Chiều cao cửa lấy nước -> a = t - (MNDBT - ẹméppt) = 7,78 – (433 – 430,58) = 5,36 (m) -> a = t + ẹĐ - ẹCVĐ = 15,22 + 410 – 421,58 -> a = 3,64 (m) = = 0,69 ; = = 0,24 -> e, = 0,57 + = 0,675 -> e,, = 0,57 + = 0,62 Vậy phương trình có dạng: Ngưỡng trên: = 1 Ngưỡng dưới. = 1 Từ 2 phương trình trên ta vẽ được hình dạng cửa nước vài giả thiết X -> Y và ngược lại Y -> X Cao trình ngưỡng trên: ẹnt = ẹCC + a = 424,25 + 5,36 = 429,61 (m) ẹMNC = 429,61 (m) ẹnt < ẹMNC Cao trình ngưỡng dưới: ẹnd = ẹnt - DKT = 429,61 – 5,5 = 424,11 (m) ẹBC = 420,58 (m) -> ẹnd > ẹBC -> Cửa lấy nước làm việc an toàn V. Đường ống áp lực 1. Tác dụng Đường ống áp lực có nhiệm vụ dẫn nước từ cửa lấy nước vào buồng xoắn Turbin. Trong tuyến năng lượng thì việc bố trí đường ống áp lực rất quan trọng. Nó ảnh hưởng tới sự vận hành an toàn của nhà máy thuỷ điện. 2. Chọn tuyến đường ống Việc chọn tuyến đường ống căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất mà đường ống đi qua mà nó còn phụ thuộc vào điều kiện sau: - Tuyến đường ống là ngắn nhất. - Tổn thất thuỷ lực trong đường ống là nhỏ nhất. - Quản lý vận hành thuận tiện và an toàn. Với trạm thuỷ điện CT4 ta sử dụng phương thức vuông góc, bởi vì yêu cầu chính đối với nhà máy là phát điện, đồng thời số tổ máy không nhiều do đó tổn thất cột nước phải nhỏ và các thiết bị trong nhà máy phải bố trí thuận tiện để nâng cao được hiệu suất của nhà máy. 3. Phương thức cấp nước Tuỳ thuộc địa hình địa chất, điều kiện về số tổ máy, chiều dài đường ống mà chúng ta có thể lựa chọn 1 trong 3 phương thức sau đây: Cấp nước liên hợp, độc lập và phân nhóm. Với trạm thuỷ điện CT4 do số tổ máy không nhiều đồng thời để đảm bảo an toàn cung cấp điện ta sử dụng phương pháp cung cấp nước độc lập. 4. Chọn loại đường ống a) Chọn loại đường ống Với cột nước thiết kế tôi chọn đường ống và loại ống thép đặc trong đập bê tông trọng lực. b) Tính đường kính ống (DKT) Việc xác định đường kính ống căn cứ vào luận chứng kinh tế kỹ thuật. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, do tài liệu chưa thật đầy đủ; do đó trong đồ án này tôi xác định DKT theo công thức kinh nghiệm và theo vận tốc kinh tế trong đường ống. Như trên ta đã tính được DKT = 5,5 (m). c) Tính chiều dài thành ống Sơ bộ xác định theo công thức sau: S = Trong đó: Do:đường kính ống (D0 = DKT = 5,5. 103 mm). g: Trọng lượng riêng của nước . (g = 1tấn/m3 = 10-6 kg/mm3) H: Cột nước có tính đến nước va (H = Hmax + ẹH). (H = 29,33 m = 29,33. 103 mm) A: Cường độ tính toán của vật liệu làm ống A = Rt/c. C. K. mC. M Rt/c: Sức kháng tiêu chuẩn của vật liệu : Rt/c = 45 kg/mm2 C: Hệ số chuyển tiếp từ cường độ chính sang cường độ tính đổi C = 1 m: Hệ số điều kiện làm việc : m = 0,6 mC: Hệ số vốn đầu tư : mC = 0,85 K: Hệ số đồng chất của vật liệu K = 0,64 -> A = 45. 1. 0,64. 0,85. 0,6 = 14,69 kg/mm2 -> d = = 35,49 (mm) Mặt khác chiều dày đường ống phải đảm bảo đủ cứng, đủ khả năng chịu áp lực không bị bóp méo trong quá trình thi công và vận hành. d ³ = 42,3 (mm) Vậy ta chọn chiều dày thành ống là : d = 45 mm 5. Chiều dày đường ống áp lực Đo trên bản vẽ ta có L = 31 (m) 6. Chiều dài đường ống áp lực Chiều dài đoạn chiều dài đoạn chuyển tiếp tính theo công thức sau: L = 7( Dkt – Dcv )= 7(5.5 – 3.7 ) = 12.6 m VI. Nước va trong đường ống áp lực 1. Hiện tượng nước va và ảnh hưởng của nó với công tác của NMTĐ. a) Hiện trạng nước va Khi ta đóng hay mở cửa van, lưu lượng và lưu tốc trong đường ống áp lực sẽ thay đổi, sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi áp lực trong đường ống một cách đột ngột. Nguyên nhân vật lý của sự tăng giảm áp lực là do lực quán tính của khối nước đang chảy trong ống khi ta đóng cánh hướng nước theo định lý Đalămbe thì hướng của lực quán tính là hướng ngược chiều với của gia tốc, vì vậy khi tác động dòng chảy giảm đi hướng lực quán tính cùng hướng với lưu tốc do đó làm tăng thêm áp lực trong ống dẫn gọi là nước va dương. Ngược lại khi mở cánh hướng nước chuyển động dòng chảy trong ống trở thành chuyển động nhanh dần lực quán tính đổi thành hướng ngược chiều với dòng chảy, vì vậy trong ống phía trước cửa van có hiện tượng giảm áp lực (gọi là nước va âm) và phía sau – tăng áp lực. b) ảnh hưởng của nước va đối với trạm thuỷ điện Khi có nước va, áp lực trong ống dẫn nước sẽ thay đổi do đó làm thay đổi cột nước của TTĐ, gây nên khó khăn cho việc điều chỉnh Turbin, vì cột nước thay đổi làm thay đổi công suất, tác động quay turbin. Sự dao động áp lực nước va làm tăng ứng suất trong ống và buồng turbin, với đường ống dài trị số nước va có thể tăng lên vài lần cột nước của TTĐ, để đảm bảo an toàn phải tăng chiều dày thành ống, tăng độ dày buồng xoắn turbin Dẫn đến bất lợi về kinh tế và quản lý công trình. Nước va âm làm áp lực nước trong ống dẫn giảm một cách đột ngột, ảnh hưởng nghiêm trọng tới việc tăng công suất kịp thời của TTĐ theo yêu cầu phụ tải. 2. Tính toán nước va Hiện tượng nước va gây khó khăn chi việc điều chỉnh số vòng quay turbin vì TS càng lớn thì hiện tượng không ổn định trong BXCT turbin càng lớn do đó thời gian đóng mở không được quá lớn, nhưng phải đảm bảo thời gian không để xảy ra nước va trực tiếp vì loại nước va này có trị số áp lực lớn. Với trạm thuỷ điện không lớn lắm thì TS = (3 á 5) s Vậy tôi chọn TS = 5s để tính toán trị số áp lực nước va tương đối cho phép [x] = (0,3 á 0,5) s a) Tác động truyền sóng nước va Tác động truyền sóng nước va phụ thuộc vào chất lỏng, vật liệu làm ống. Với đường ống thép thì tác động truyền sóng được tính theo công thức. C = Trong đó : C0: Tác động truyền sóng âm thanh trong nước, nó phụ thuộc vào đặc tính chất lỏng: C0 = 1435 (m/s) . e: hệ số đàn hồi của nước : e = 2,1. 104 (kg/cm2) D: Đường kính ống: D = 5,5 (m). d: Bề dày thành ống : d = 4,5. 10-2 (m). E: Môđun đàn hồi của vật liệu làm ống E = 2,1. 106 (kg/cm2). Thay số có: C = = 962,63 (m/s) b) Pha nước va Khoảng thời gian sóng áp lực nước va xuất hiện truyền tới hồ chứa và phản hồi lại cơ cấu điều chỉnh gọi là pha nước va (Tf). Tf = = 0,064 (s) Mặt khác thời gian đóng mở bộ phận hướng nước của Turbin là. TS = (3 á 10) s. Với TTĐ CT4 tôi lấy TS = 5 (s) Vậy TS = 5S > Tf = 0,064(s) Như vậy trong đường ống xảy ra nước va gián tiếp. 3. Tính toán nước va dương:Hiện tượng nước va dương với mục đích kiểm tra khả năng chịu áp lực của đường ống trong trường hợp mực nước thượng lưu là MNDBT và turbin đang làm việc với toàn bộ công suất thì đột ngột giảm tải hoàn toàn. Các đặc trưng thứ nhất. m = Trong đó : C: Tác động truyền sóng nước va: C = 962,63 m/s Vmax: Lưu tốc lớn nhất trong đường ống Vmax = ; Qmax = 72,67 (m3/s) -> Vmax = 3,06 (m/s) H: cột nước ở chế độ áp lực ổn định. (H = Hmax = 22 m) Thay số ta có: m = = 6,82 Hệ số đặc trưng thứ hai: d = m. (TS = 5S). -> d = 6,82. = 0,09. Khi cắt tải hoàn toàn thì tđ = 1 và tC = 0. Do đó m. tđ = 6,82 > 1. Vậy e1 < e m . Trong đó: e1: Trị số áp lực nước va tương đối pha giới hạn. Tra biểu đồ quan hệ d = (m, tđ) hình 117 – trang 220 (Giáo trình CTT và NMTĐ) -> được nước va giới hạn tính theo công thức sau: xmax = = = 0,01 Nên ta có trị số áp lực nước va dương là ẹH+ = xmax. H0 = 0,01. 22 = 0,22 (m) 4. Tính toán nước va âm Hiện tượng va âm ứng với sự giảm áp khi mở turbin. Tính toán nước va âm để có phương pháp bố trí đường ống phù hợp, tránh hiện tượng chàn không xảy ra trong ống. Để an toàn đối với nước va âm, ta tính toán trong trường hợp mực nước thượng lưu là MNC và có kể đến tổn thất thủy lực. Các hệ số đặc trưng của đường ống. Ta có: t0= 0 ; tC = 1 Hệ số đặc trưng: m = Trong đó C: Tác động truyền sóng nước va : C = 962,63 (m/s) Vmax: Lưu tốc lớn nhất trong đường ống: Vmax = 3,06 (m/s) H = Hmin = 12,25 (m) Thay số ta có: m = = 12,25. Trường hợp tính toán : Ta tính với trường hợp nghuy hiểm nhất là MNTL =MNC , cột nước Ho = Hmin turbin phải tăng tải từ 0 đến độ mở lớn nhất , t0 = 0 tc=1 , khi đó mt0= 0< 1 -> ẹH- = 2m [t0+ m. t1 2 - ] Thay số: ẹH- = 2. 12,25 [(0 + 12,25. 0,013)2. ] = - 3,29 (m). 5. Tính tổn thất thuỷ lực Tổn thất thủy lực trong đường ống được xác định như sau: htình tiết = ồhdđ + ồhcb Trong đó: ồhdđ : Tổng tổn thất dọc đường ồhcb: Tổng tổn thất cục bộ tại điểm thay đổi hình dạng ống a) Xác định tổn thất dọc đường ồhdđ = xd. . Trong đó: xd: Hệ số tổn thất dọc đường : lấy > = 0,01 V: Lưu tốc nhỏ nhất trong thành ống: V = 3,06 (m/s) D: Đường kính ống : D = 5,5 (m) L: Chiều dài ống : L = 31 (m) Thay số ta có : xd = 0,01. = 0,056. -> ồhdđ = 0,056. = 0,027 (m) b) Xác định ồhcb Tổn thất cục bộ bao gồm: - Tổn thất tại cửa vào đường ống h1 = x1. Bảng tra thuỷ lực : x1 = 0,2 -> h1 = 0,2. = 0,095 (m) Tổn thất qua lưới chắn rác : h2 = b . sina. Trong đó: S: bề dày thanh lưới. b: Khoảng cách giữa hai thanh lưới. Với turbin cánh quay thì b = = 0,125 (m). S b Sơ bộ lấy: : Hệ số phụ thuộc hình dạng thanh : = 0,15 : góc tạo giữa mặt ngang và lưới = 900 V1: Vận tốc trước lưới (sơ bộ lấy V1 = 1,2 m/s) -> h2 = 0,15 . = 0,0018 m = 0,002 m - Tổn thất chuyển tiếp. - > K: Hệ số phụ thuộc vào góc Đ: K = 0,15 -> -> - Tổn thất qua khe, van, pha: - Tổn thất qua đoạn khuỷ cong có 2 đoạn cong. - Kiểm tra chiều dày thành ống. Cột nước khi có nước va dương lớn nhất. -> Vậy chọn là hợp lý.  Biểu đồ áp lực nước va: MNDBT MNC D (-) KếT LUậN Sau 14 tuần dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Trịnh Quốc Công và sự giúp đỡ của các thầy giáo trong bộ môn trong khoa, cùng với sự nỗ lực của bản thân, đến nay em đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: " Thiết kế sơ bộ Trạm thuỷ điện CT4 ". Trong qúa trình tính toán thiết kế sơ bộ Trạm thuỷ điện đã giúp em nắm được các công việc cần tiến hành khi thiết kế – thi công Trạm thuỷ điện một cách khái quát và tổng hợp nhất. Đồng thời, cũng giúp em củng cố lại những kiến thức mà em đã được học trong 5 năm học ở trường. Tuy nhiên, do kinh nghiệm thực tế chưa có cho nên trong quá trình thực hiện không thể tránh được những thiếu sót. Vì vậy, em kính mong các thầy trong hội đồng chấm duyệt đồ án, xem xét, giúp đỡ em nhận ra và khắc phục những thiếu sót đó để em có một đồ án tốt nghiệp hoàn chỉnh. Em xin chân thành cảm ơn và gửi lời chúc tốt đẹp nhất đến các thầy. Hà Nội ngày 15, tháng 5, năm 2004 Sinh viên Ngô Hồng Thanh