Nghiên cứu các giải pháp công trình làm giảm áp lực nước va cho hệ thống trạm bơm nối tiếp

Mô tả

i h c Th y l i Hà N i, T ng Công ty T v n xây d ng th y l i Vi t Nam – CTCP (HEC 1) và c quan b n thân đang công tác

Bên c nh đó, tôi xin g i l i c m n trân tr ng đ n Khoa Công trình và Phòng đào t o Tr ng i h c Th y l i, t p th l p Cao h c 20C21, b n bè và gia đình đã

t o m i đi u ki n giúp đ tôi trong su t quá trình h c t p và hoàn thành lu n v n t t nghi p c a mình

c bi t, tôi xin trân tr ng c m n TS Tr nh Qu c Công và PGS.TS Nguy n Quang Hùng, ng i th y đã t n tâm h ng d n tôi hoàn thành lu n v n này.!

Em xin chân thành c m n!

Hà N i, ngày 10 tháng 03 n m 2015

H c viên

Nguy n c L i

B N CAM K T

Tôi xin cam k t đây là công trình khoa h c nghiên c u c a riêng cá nhân Tôi

K t qu nêu trong lu n v n này là trung th c, có ngu n g c rõ ràng, không sao chép

t công trình nghiên c u khoa h c nào khác

N u n i dung lu n v n không đúng v i cam k t này, Tôi xin hoàn toàn ch u trách nhi m

Hà N i, ngày 10 tháng 03 n m 2015

H c viên

Nguy n c L i

M C L C

M U 1

-CH NG 1 T NG QUAN 3

-1.1 T ng quan các tr ng h p làm vi c c a máy b m: 3

-1.1.1 Các tr ng h p làm vi c c a máy b m: 3

-1.1.2 Máy b m làm vi c chung v i đ ng ng [4]: 3

-1.1.3 Các máy b m làm vi c ghép n i ti p [4]: 4

-1.2 T ng quan v hi n t ng n c va: 8

-1.3 T ng quan v tác h i c a n c va: 10

-1.4 K t lu n ch ng 1 12

-CH NG 2 C S LÝ LU N PHÂN TÍCH ÁP L C N C VA TRONG NG NG Y C A B M 13

2.1 M c tiêu: 13

-2.2 Phân lo i n c va trong đ ng ng d n: 13

-2.2.1 Phân lo i theo th i gian đóng van khóa: 13

-2.2.2 Phân lo i theo th i đi m xu t hi n áp su t c c đ i: 14

-2.3 T c đ truy n sóng n c va: 17

-2.4 H th ng ph ng trình vi phân truy n song n c va: 18

-2.4.1 Ph ng trình đ ng l ng: 18

-2.4.2 Ph ng trình liên t c: 20

-2.4.3 H ph ng trình n c va: 21

-2.5 Gi i h ph ng trình n c va b ng ph ng pháp gi i tích: 21

-2.5.1 Gi i h ph ng trình n c va: 21

-2.5.2 Gi i h ph ng trình dây chuy n: 23

-2.5.3 Tính toán n c va b ng ph ng pháp gi i tích: 25

2.6 Gi i h ph ng trình n c va b ng ph ng pháp đ gi i: 28

-2.6.1 Nh n xét: 28

-2.6.2 i u ki n biên c b n: 29

-2.6.3 n v th i gian và quy c: 30

-2.6.4 Ví d phân tích: 30

2.7 Tính toán n c va có xét đ n t n th t th y l c do ma sát: 33

-2.7.1 Ph ng trình đ c tính t n th t: 33

-2.7.2 Phân tích n c va có xét đ n t n th t do ma sát: 35

2.8 N c va trong đ ng ng d n có áp c a b m: 40

-2.8.1 Các tr ng h p sinh hi n t ng n c va: 40

-2.8.2 Tr ng h p b m ng ng, van m t chi u đóng ngay: 40

-2.8.3 Tr ng h p b m ng ng, van đ p: 42

-2.8.4 Tr ng h p b m ng ng, van m t chi u đóng t t : 42

-2.9 Hi n t ng tách c t n c trên ng d n b m do n c va: 44

-2.9.1 Khái ni m tách c t n c: 44

-2.9.2 Tách c t n c trong ng d n khi b m m t đi n: 46

2.10 K t lu n chung: 51

-2.10.1 Tiêu chu n đ phân tích n c va [1]: 51

-2.10.2 Ph ng pháp phân tích: 52

-2.10.3 Gi i pháp gi m thi u n c va: 53

-2.11 K t lu n ch ng 2 53

-CH NG 3 TÍNH TOÁN ÁP L C N C VA CHO H TH NG LÀM VI C N I TI P VÀ XU T CÁC GI I PHÁP ÁP L C N C VA – ÁP D NG TÍNH TOÁN V I H TH NG C P N C CHO KHU KINH T NGHI S N 54

-3.1 T ng quan v h th ng c p n c cho khu kinh t Nghi S n: 54

-3.1.1 M c tiêu, v trí công trình: 54

-3.1.2 Ph ng án xây d ng: 54

-3.1.3 S đ b trí b m và đ ng ng áp l c: 55

3.2 Các tr ng h p tính toán áp l c n c va: 57

-3.2.1 Các s đ làm vi c c a h th ng ng v i các T h p: 57

-3.2.2 Các tr ng h p có th gây hi n t ng n c va: 60

-3.2.3 Tr ng h p ki n ngh tính toán ki m tra: 61

-3.3 i u ki n ban đ u và đi u ki n biên: 63

-3.4 Tính toán giá tr áp l c n c va: 63

-3.4.1 Tính toán áp l c n c va cho các ph ng án: 63

-3.4.2 K t qu áp l c n c va c a các ph ng án: 88

3.5 xu t gi i pháp gi m áp l c n c va áp d ng cho h th ng: 91

-3.5.1 Phân tích các gi i pháp gi m áp l c n c va: 91

-3.5.2 Gi i pháp l a ch n áp d ng cho h th ng: 94

3.6 ánh giá hi u qu kinh t và k thu t c a gi i pháp: 99

K T LU N VÀ KI N NGH 100

TÀI LI U THAM KH O 102

-DANH M C CÁC HÌNH V

Hình 1.1: S đ 02 máy b m gi ng nhau ghép n i ti p - 5 -

Hình 1.2: Minh h a 3 c p máy b m n i ti p ghép song song vào 1 ng - 6 -

Hình 1.3: Minh h a ghép n i ti p 02 tr m b m - 7 -

Hình 1.4: Minh h a s đ ghép n i ti p 03 tr m b m - 8 -

Hình 1.5: Minh h a đ ng ng d n c a máy b m - 9 -

Hình 2.1: N c va pha th nh t - 15 -

Hình 2.2: N c va gi i h n - 16 -

Hình 2.3: S đ l c tác d ng lên m t ph n t dx c a ng d n n c có áp - 19 -

Hình 2.4: Bi n d ng theo chi u chu vi ng d n - 20 -

Hình 2.5: S đ tính toán ph ng trình liên t c ng d n - 20 -

Hình 2.6: S đ tính toán ph ng trình dây chuy n gi a hai m t c t - 23 -

Hình 2.7: S đ b trí h th ng b m và đ ng ng d n có áp - 26 -

Hình 2.8: ng đ c tính khi thay đ i ph t i c a máy b m - 26 -

Hình 2.9: Quy c chung và h s góc c a các sóng F và f - 29 -

Hình 2.10: S đ làm vi c máy b m và ng đ y có xét đ n t n th t - 36 -

Hình 2.11: Phân tích n c va c a ng d n b m xét đ n t n th t th y l c - 40 -

Hình 2.12: N c va trong ng d n khi b m ng ng đ t ng t, van m t chi u đóng khi có dòng ch y ng c và HP < V0.C/g - 42 -

Hình 2.13: N c va trong ng d n khi b m ng ng đ t ng t, van m t chi u đóng t t , có ki m soát th i gian đóng van - 43 -

Hình 2.14: Hi n t ng tách c t n c trên ng d n có cút đ nh cao - 45 -

Hình 2.15: S đ đ ng áp l c k ti p nhau theo th i gian sau khi m t đi n - 46 -

Hình 2.16: C t d c tuy n ng, xác đ nh đi m có kh n ng tách c t n c - 48 -

Hình 2.17: Phân tích tách c t n c đi m cao - 49 -

Hình 3.1: Thông s h c p và nh n n c trong h th ng - 54 -

Hình 3.2: Ch tiêu k thu t chính c a d án - 55 -

Hình 3.3: S đ m t b ng b trí tuy n c a h th ng c p n c - 56 -

Hình 3.4: S đ c t d c tuy n c a h th ng c p n c - 56 -

Hình 3.5: S đ c t d c tuy n đ ng ng d n – T h p 1 - 58 -

Hình 3.6: S đ c t d c tuy n đ ng ng d n – T h p 2 - 59 -

Hình 3.7: S đ c t d c tuy n đ ng ng d n – T h p 3 - 59 -

Hình 3.8: S đ phân tích n c va - 64 -

Hình 3.9: S đ v trí tách c t n c v i ng Gang - 68 -

Hình 3.10: S đ đ gi i xét đi m cao C2, ng Gang - 75 -

Hình 3.11: S đ PP đ gi i áp l c n c va cho ng Gang - 80 -

Hình 3.12: S đ xác đ nh tách c t n c v i ng HDPE - 81 -

Hình 3.13: S đ PP đ gi i áp l c n c va cho ng HDPE PN8 - 83 -

Hình 3.14: S đ PP đ gi i áp l c n c va cho ng HDPE PN10 - 86 -

Hình 3.15: S đ PP đ gi i áp l c n c va cho ng HDPE PN12,5 - 86 -

Hình 3.16: Gi i pháp b trí van khí các đi m cao - 92 -

Hình 3.17: Gi i pháp b trí b x m t chi u đ t đi m cao - 94 -

Hình 3.18: S d ng thi t b ki m soát áp l c sau tr m b m t ng áp - 96 -

Hình 3.19: Các van khí đ c b trí trên tuy n ng c a h th ng - 97 -

Hình 3.20: Ph ng án ch n cho tuy n là ng Nh a HDPE - 98 -

DANH M C CÁC B NG BI U

B ng 2.1: Mô đun đàn h i các lo i v t li u và ch t l ng - 18 -

B ng 2.2: Mô duyn l u l ng c a các lo i đ ng ng d n - 35 -

B ng 3.1: Sóng n c va o n AC, đi m cao C2, ng Gang - 70 -

B ng 3.2: Sóng n c va o n CB, đi m cao C2, ng Gang - 74 -

B ng 3.3: Sóng n c va o n AC, đi m cao C1, ng Gang - 76 -

B ng 3.4: Sóng n c va o n CB, đi m cao C1, ng Gang - 78 -

B ng 3.5: Sóng n c va cho ng HDPE PN8 - 84 -

B ng 3.6: Sóng n c va cho ng HDPE PN10 - 85 -

B ng 3.7: Sóng n c va cho ng HDPE PN12,5 - 87 -

B ng 3.8: T ng h p cao đ c t n c áp l c n c va - 88 -

M U

1 Tính c p thi t c a đ tài:

Th c hi n công tác c gi i hóa trong s n xu t nông nghi p, nâng cao ch t

l ng s n ph m, t o s c nh tranh, bên c nh đ u t máy móc, áp d ng các ti n b khoa h c k thu t vào s n xu t thì vi c đ u t xây d ng phát tri n tr m b m đi n dóng vai trò quan tr ng góp ph n nâng cao hi u qu s n xu t , gi m chi phí , t ng

l i nhu n, gi i phóng s c lao đ ng c a con ng i và h n c là nâng cao ch t l ng

cu c s ng cho con ng i Trong khi xây d ng, phát tri n h th ng tr m b m đ đ a ngu n n c lên cao t o ra ch t l ng có áp su t l n c a m t máy b m thì ph i đ u

n i ti p các máy b m Ghép n i ti p ngh a là n c t c a ra c a máy b m đ u đ c

n i vào ng hút c a máy b m ti p theo, trình t n i nh v y s làm t ng c t áp c a

h th ng đ ng ng khi ghép n i ti p các tr m b m t i m t tr m ho c nhi u tr m Tuy nhiên, v i tr m b m n i ti p, c t n c cao khi x y ra n c va thì r t nguy

hi m cho tuy n đ ng ng nên vi c nghiên c u các bi n pháp gi m áp l c n c va làm cho công trình làm vi c an toàn, ti t ki m chi phi cho tuy n đ ng là vi c r t có

ki n ngh áp d ng các gi i pháp công trình cho các đi u ki n c th c a

h th ng tr m b m n i ti p

5 N i dung lu n v n:

Ngoài ph n m đ u kh ng đ nh tính c p thi t c a đ tài, các m c tiêu c n đ t

đ c khi th c hi n đ tài, các cách ti p c n và ph ng pháp th c hi n đ đ t đ c các m c tiêu đó N i dung chính c a lu n v n g m 03 ch ng chính nh sau:

1.1.2 Máy b m làm vi c chung v i đ ng ng [2]:

S làm vi c này là c s đ thi t k thi t b đ ng l c máy b m, ch c n ng nhi m v c a các h ng m c công trình ph tr trong h th ng tr m b m S phân tích và l a ch n máy b m, đi m làm vi c c a máy b m có xét đ n s làm vi c c a

đ ng ng d a vào đ ng đ c tính máy b m H – Q

a) ng đ c tính và đi m công tác:

ng đ c tính H-Q bi u th quan h gi a l u l ng và c t n c b m mà

b m t o ra, trên đ ng này xác đ nh m t đi m cùng làm vi c gi a b m và đ ng

ng g i là đi m công tác Xét tr ng h p đ n gi n nh t là m t máy b m b m

n c cho m t ng đ y có đ ng kính không đ i su t chi u dài đ xác đ nh đi m công tác c a t máy làm vi c chung v i đ ng ng b m đ c m t l u l ng

Q, ngoài đ m b o c t n c đ a hình t b hút lên b tháo (Hđh = M c n c b tháo - m c n c b hút), máy b m còn c n ph i s n sinh thêm c t n c (Σhw) đ

kh c ph c t n th t th y l c đ ng dài (Σhdi) và t n th t c c b (Σhcbi) trên đ ng

ng hút và ng đ y

b) i u ch nh đi m công tác c a máy b m:

i m công tác c a máy b m là giao đi m gi a đ ng đ c tính máy b m H - Q

và đ ng đ c tính đ ng ng H ng- Q Do v y có th đi u ch nh 2 đ ng này đ đ t

đ c đi m công tác m i th a mãn đ c l u l ng cho tr c và c t n c c n b m M c khác trong quá trình v n hành tr m b m, đôi khi c ng c n thay đ i l u l ng

ho c gi nguyên l u l ng nh ng thay đ i c t n c đ a hình c n b m Trong nh ng

tr ng h p này c n ph i đi u ch nh đi m công tác c a b m

1.1.3.1.Ghép n i ti p 02 máy b m v i nhau:

Ta xét s đ hai máy b m gi ng nhau làm vi c n i ti p (Hình 1.1), s làm

vi c c a hai máy b m đ t đ cao đ a lý khác nhau th hi n nh sau:

Hình 1.1: S đ 02 máy b m gi ng nhau ghép n i ti p

Chi u cao c t n c c a b m I là HI', chi u cao đ a hình chung là H' Hai máy

b m gi ng nhau có đ ng đ c tính b m là Q - HI,II , đ ng t n th t đ ng ng I là

H 1 , t n th t đ ng ng II là H 2, đ ng đ c tính đ ng ng I là H 1 g p đ ng

đ c tính máy b m Q - HI,II t i đi m E - đi m công tác c a máy b m I xác đ nh

đi m công tác c a hai máy b m trên ta c n v đ c đ ng đ c tính chung c a hai

ng I và II và đ ng đ c tính chung c a hai máy b m ghép n i ti p ng đ c tính

đ ng ng chung đ c v b ng cách c ng tung đ H 1 + H 2 ng đ c tính chung c a hai máy b m đ c v theo nguyên t c c ng tung đ đ ng đ c tính c a hai máy b m khi có cùng l u l ng (hoành đ ), đây do b m gi ng nhau nên ta nhân đôi tung đ c a đ ng Q - HI,II đ c đ ng Q - H(I + II) i m A là đi m công tác chung c a hai b m, l u l ng và c t n c t ng ng v i đi m công tác là QA

và HA L u l ng QA có th l n ho c nh h n QE N u QA > QE (Hình 1.3) thì máy

b m I không đ kh n ng đ y QA lên b m II mà c n có s giúp s c c a b m II Giá

tr thi u h t đó c a b m I th hi n đo n BD Khi QA < QE, ch ng h n QA = QF thì

ta nói b m II hút ch t l ng có áp su t d , bi u th đo n GF, b m II c n đ c ki m tra xâm th c C n chú ý khi đ u n i ti p hai b m nh trên, n u đi m B d ch nhi u

sang ph i (QA >> QE) thì s làm cho hi n t ng xâm th c x y ra trong bánh xe công tác c a máy b m II và đ ng c c a máy b m I d b quá t i Do v y nên

h ng v tr ng h p QA < QE n u nh QA không b ng đ c QE

1.1.3.2 N i song song nhi u c p máy b m ghép n i ti p trong cùng m t tr m:

Trong th c t , m t s tr m b m ng i ta còn ghép n i ti p t ng c p (hai máy b m m t), các c p n y l i n i song song v i nhau Hình 1.2a là ví d tr m có

ba c p ghép song song, m i c p g m hai máy b m 1 và 2 ghép n i ti p đ đ a n c lên đài

Hình 1.2: Minh h a 3 c p máy b m n i ti p ghép song song vào 1 ng

a) S đ ghép; b) ng đ c tính

S đ trên th c ch t là s đ "ghép n i ti p - song song" Trên m i c p, máy

b m 1 và 2 làm vi c n i ti p, b m 1 có đ ng đ c tính H1 - Q1, máy b m 2 có

đ ng đ c tính H2 - Q2 (Hình 1.4b), dùng quy t c ghép n i ti p v đ c đ ng đ c tính chung c a m i c p là đ ng H - Q Có đ ng chung c a m t c p ta v các

đ ng đ c tính chung c a hai c p H - 2Q, c a ba c p H - 3Q theo nguyên t c ghép song song Các giao đi m A1, A2, A3 c a các đ ng trên v i đ ng đ c tính ng Hô

- Q xác đ nh l u l ng c a m t, hai và ba c p máy b m ng đ c tính H - Q

c ng c t đ ng đ c tính máy b m hai H2 - Q2, nh ng giao đi m này không nên coi

là đi m công tác vì máy b m th 2 c n ph i có n c dâng c a vào do máy b m1

cung c p, n u v ng máy b m 1 thì trong máy b m 2 s xu t hi n khí th c d n đ n

Vi c t ng l u l ng trong đ ng ng gây nên vi c t ng t n th t c t n c trong

đó, có th làm cho gi m áp l c c a vào tr m b m th hai Tr s gi m áp l c này

có đ t đ n v t m c cho phép ho c không, ta c ng không th bi t tr c đ c, đ

ng n ng a tr ng h p này, ngay tr c tr m b m th hai ng i ta đ t m t tháp n c

áp l c Lúc ng u nhiên t ng l u l ng thì m t ph n n c t tháp s b sung vào

ng làm cho áp l c n c c a vào máy b m hai t ng lên, ng c l i, khi gi m l u

l ng thì m t ph n n c t ng s vào tháp làm gi m b t áp l c c a vào máy

b m th hai

ng đ c tính chung c a hai tr m b m n i ti p đ c ch d n Hình 1.3b Dùng đ ng 4 ta d dàng xác đ nh l u l ng và c t n c đ i v i b t k c t n c

Hình 1.4: Minh h a s đ ghép n i ti p 03 tr m b m

cu i các đo n ng áp l c c a tr m b m 01 và 02 ng i ta đ t tháp n c áp

l c, tháp đ c thông v i ng qua van ng c chi u, van này đóng khi ch đ làm

vi c c a các tr m tr ng thái bình th ng Khi ng t s c tr m b m 02 (ho c tr m

b m 03), áp l c c a vào c a nó t ng v t quá áp l c trong tháp, c a van ng c s

t đ ng m đ a m t ph n n c vào tháp đ gi m b t áp l c c a vào tr m b m 02 (ho c tr m b m 03)

quan này, tác gi s trình bày hi n t ng n c va theo s làm vi c c a máy b m và

có giá tr V0 Hình 1.5: Minh h a đ ng ng d n c a máy b m

Vì do m t nguyên nhân nào đó mà l u l ng b m b thay đ i l n, nh hay tr

v b ng không, đ ng th i các van c a x máy b m có s đi u ch nh thích ng Do quán tính, nên dòng n c b gi n ra và d n v b x , làm cho c t áp trong ng gi m

h n trong th i gian ng n Sau đó, dòng n c theo quan tính và tr ng l ng nên b

d n ép tr l i đ ng ng, làm cho áp l c trong đ ng ng l i đ t ng t t ng cao S thay đ i l u l ng càng nhanh thì s thay đ i áp su t (gi m và t ng) có giá tr càng

l n Hi n t ng này đ c g i là hi n t ng n c va Ph n áp su t gi m xu ng hay

t ng lên đ t ng t đ c g i là áp su t n c va

Khác v i t t c nh ng v n đ tr c đây, khi nghiên c u n c va không th xem ch t l ng hoàn toàn không b nén (t c = const) vì r ng n u dùng gi thi t đó thì m i đi u rút ra t lý lu n s không phù h p v i th c t Th t v y n u n c hoàn toàn không nén đ c ( = const) thì khi c a van A đóng hoàn toàn và t c th i, toàn

b kh i n c trong đ ng ng d n l p t c ng ng l i; và nh v y trên toàn b

đ ng ng, áp su t s đ ng th i gi m xu ng và t ng lên m t tr s vô cùng l n

Nh ng th c t không ph i nh v y mà ph i sau m t th i gian nh t đ nh toàn

b kh i n c trong ng d n m i d ng l i và ch y ng c tr l i, còn áp su t c ng

ch gi m và t ng t i m t giá tr xác đ nh nào đó ch không ph i là vô cùng l n S

d nh v y vì ch t l ng và thành ng đ u có tính đàn h i

i v i máy b m c t n c đ a hình l n nói chung và h th ng máy b m làm

vi c ghép n i ti p nói riêng, thì khi đóng van hay ng t máy b m t c th i, trong

đ ng ng xu t hi n hai lo i áp l c n c va: Áp l c n c va âm và áp l c n c va

d ng

+) Áp l c n c va âm: L u t c trong đ ng ng th ng không l n đ đ m

b o t n th t c a đ ng ng nh Vì v y, giá tr n c va âm có giá tr nh h n nhi u

v i c t n c đ a hình mà đ ng ng ph i ch u Vì v y, giá tr n c va âm th ng ít

nh h ng đ n k t c u c a đ ng ng

+) Áp l c n c va d ng: V i c t n c đ a hình l n, sau m t th i gian ng n

có hi n t ng n c va âm, do tr ng l ng kh i n c và quán tính, áp l c n c va nhanh chóng xu t hi n, l u t c n c có h ng đ xu ng van c a x máy b m Khi

x y ra n c va d ng trong đ ng ng d n là r t nguy hi m

N c va d ng trong đ ng ng b m b t đ u xu t hi n sau khi ch m d t hi n

t ng n c va âm Lúc này v i tr ng l ng và quán tính c a kh i l ng, n c trong ng b ép chuy n t áp su t ban đ u p0 (Áp su t b m làm vi c bình th ng)

t ng lên m t giá tr áp l c n c va ∆p, dòng ch y trong ng có xu h ng ch y

nghiên c u hi n t ng n c va các công trình đ ng ng áp l c c a các nhà máy

th y đi n và các đ ng ng d n n c quy mô l n Hi n t ng n c va trong đ ng

ng d n c a các tr m b m nói chung và tr m b m n i ti p nói riêng c ng là m t

v n đ khá m i m Tuy nhiên, c n c các nh ng k t qu đã nghiên c u, tác gi có

th đ a ra các tác h i c a hi n t ng n c va trong các công trình tr m b m nh sau :

+) T ng l c đ y ngang đ t ng t:

L c đ y ngang là m t trong nh ng l c nguy hi n đ i v i công trình tr m b m, các công trình tr m b m th ng đ t khá sâu d i m c n c c a b hút, t o nên l c

đ y n i lên nhà máy r t l n K t h p v i áp l c n c va, áp l c n c tác d ng lên

đ ng ng, van x t ng lên đ t ng t, gây ra m t l c ngang tác d ng đ t ng t lên nhà máy, đ y theo h ng t ng x v phía b hút Gây nguy hi m cho công trình

tr m b m c t n c l n

+) Làm t ng dao đ ng tr m b m:

Trong vi c thi t k các công trình tr m b m, vi c tính toán dao đ ng tr m

b m luôn đ c chú tr ng, đ c bi t là nh h ng c a nói đ n k t c u nhà máy b m Thông th ng, vi c tính toán dao đ ng có xét đ n s dao đ ng c a tác t máy b m khi làm vi c, nh h ng c a đ ng đ t, Tuy nhiên, vi c tính toán r t khó đ a vào

s dao đ ng t ng thêm c a hi n t ng n c va có th x y ra trong đ ng ng Vì

v y, r t khó có kh n ng d đoán và đ m b o s an toàn k t c u c a nhà máy b m khi có hi n t ng này x y ra

+) Làm t ng đ t ng t áp l c n c trong ng đ y:

Theo b n ch t c a hi n t ng n c va mà tác gi đã nêu trên, khi x y ra hi n

t ng này, áp l c n c trong đ ng ng t ng lên m t cách đ t ng t, có th gây ra

v đ ng ng đ y (n u có van ng đ y) và có th ra ra h ng cách qu t trong máy

b m (n u không có van b o v ) đáp ng đi u này, chi u dày đ ng ng ph i

l n, nên khó đ m b o yêu c u kinh t k thu t

Hình 1.6 : V đ ng ng n c Sông à do hi n t ng n c va

1.4 K t lu n ch ng 1

Trong khi xây d ng, phát tri n h th ng tr m b m đ đ a ngu n n c lên cao

t o ra ch t l ng có áp su t l n c a m t máy b m thì ph i đ u n i ti p các máy b m Ghép n i ti p ngh a là n c t c a ra c a máy b m đ u đ c n i vào ng hút c a máy b m ti p theo, trình t n i nh v y s làm t ng c t áp c a h th ng đ ng ng khi ghép n i ti p các tr m b m t i m t tr m ho c nhi u tr m

Tuy nhiên, v i tr m b m n i ti p, c t n c cao khi x y ra n c va thì r t nguy

hi m cho tuy n đ ng ng nên vi c nghiên c u các bi n pháp gi m áp l c n c va làm cho công trình làm vi c an toàn, ti t ki m chi phi cho tuy n đ ng là vi c r t có

n c đ a hình l n) Vi c tính toán đ a ra gi i pháp gi m thi u đ c đ a ra d a trên

nh ng c s lý lu n trong tính toán các áp l c n c va trong đ ng ng d n c a các

h th ng công trình tr m b m n i ti p c th trong th c t

CH NG 2 C S LÝ LU N PHÂN TÍCH ÁP L C N C VA TRONG

NG NG Y C A B M 2.1 M c tiêu:

N i dung c a ch ng này s đi sâu nghiên c u v các hi n t ng n c va có

th x y ra trong đ ng ng Nêu ra các ph ng trình c b n c a n c va và ph ng pháp gi i C s lý lu n này s đ c g n v i vi c tính toán trong các đ ng ng d n

n c, đ c bi t là đ ng ng d n n c c a các công trình tr m b m c t n c cao

2.2 Phân lo i n c va trong đ ng ng d n:

Hi n t ng n c va có th x y ra l n nh t khi đóng khóa hay t t máy t c th i

Nh ng th c t th ng ít x y ra hi n t ng đó i v i tr ng h p thay đ i ch đ làm vi c m t cách t t ( óng van khóa t t , thay đ i ch đ làm vi c c a máy

b m) thì hi n t ng n c va x y ra v i các lo i hình khác nhau

2.2.1 Phân lo i theo th i gian đóng van khóa:

S phân lo i này có th xác đ nh cho c quá trình đóng van và m van Tuy nhiên, trong trình bày c a các công th c d i đây, tác gi trình bày theo quá trình đóng van khóa

Th i gian duy trì áp su t ∆pi t i van khóa τ0 = 2L/c, trong kho ng kho ng th i gian t ≤ τ0 sau khi đóng khóa, t i khóa ch có hi n t ng gi m áp N u g i th i gian đóng khóa là d, ta có hai tr ng h p:

+) N u th i gian đóng khóa ng n h n m t pha n c va ( d < τ0) thì khi đóng xong khóa (t = d < τ0), sóng ph n x gi m áp v n ch a v t i khóa, nên đ

t ng áp su t t i khóa đ c tích l y l i b ng:

).(

i C V V

Nh v y, áp su t c c đ i c a n c va t i khóa khi đóng khóa t t , c ng b ng

áp su t khi đóng t c th i, ch khác là áp su t c c đ i trong tr ng h p này không

xu t hi n t c th i mà t ng t t trong th i gian đóng khóa

Tr ng h p này đ c g i là: N c va tr c ti p

+) N u th i gian đóng khóa dài h n m t pha n c va ( d > τ0) thì l c t = τ0 <

d, khóa v n ch a đóng xong, nên l u t c m i gi m đ n tr s V 0 < Vc nh ng ch a

t i giá tr Vc, do đó khi áp su t n c va m i b ng:

Tr ng h p này đ c g i là: N c va gián ti p

2.2.2 Phân lo i theo th i đi m xu t hi n áp su t c c đ i:

S phân lo i này có th đ c áp d ng cho c quá trình đóng van khóa và quá trình m van van Tuy nhiên, đ xét thêm m t tr ng h p khác trong quá trình làm

vi c c a đ ng ng d n c a máy b m, tác gi trình bày các công th c d i đây theo quá trình m khóa ng th i s phân lo i này xét v i tr ng h p N c va gián

ti p, v i m c tiêu xác đ nh giá tr c c đ i c a n c va r i vào pha n c va nào Quá trình m van khóa di n ra khi n c trên b x v n đ t giá tr n đ nh H0,

và trong quá trình m van khóa máy b m ch a ho t đ ng ph i h i đ ti n hành b m

n c Khi xét hi n t ng n c va trong quá trình m van khóa, c n xác đ nh th i

đi m xu t hi n giá tr áp l c n c va l n nh t D a vào th i đi m xu t hi n giá tr

∆pmax mà có th phân lo i ra các tr ng h p n c va khác nhau

G i (t) là đ m c a van khóa, t c là t s gi a di n tích tháo n c t i van khóa A (Hình 1.7) th i đi m t và di n tích lúc m khóa hoàn toàn Ω0 , ta có:

0

) ( ) ( Ω

ng b m v i l u t c và đ m khóa hoàn toàn, H0 đ c xác đ nh b ng c t n c đ a hình t i van khóa A so v i b x ) T đây ta vi t đ c:

0

p H

su t t i khóa (H0+ H) nh quy lu t dòng ch y qua l , vòi, ta đi đ n công th c xác

đ nh áp su t n c va t i khóa v i các th i đi m t = n 0 v i n = 1,2,3 d/ 0

1 2

λ

2

1 1

H g

V C

=

µ

(2.5)

L n l t cho các giá tr n = 1,2,3 d/ 0, ta tình đ c các giá tr 1, 2, 3,

d, t đó tìm đ c giá tr đ t ng t ng đ i l n nh t max Lúc đó giá tr áp su t

n c va c c đ i đ c xác đ nh là:

0 max

 i v i đ ng ng d n c a tr m b m:

Khi đóng khóa l y d u d ng (-), vì n c va âm xu t hi n tr c, sau đó m i

xu t hi n n c va d ng Tuy nhiên, giá tr n c va d ng c ng có th đ c xác

đ nh có cùng giá tr đ i s

Khi m khóa l y d u âm (-), vì n c va âm xu t hi n tr c

Tiêu chu n đ phân bi t n c va pha th nh t và n c va gi i h n:

N c va pha th nh t và n c va pha gi i h n đ c phân bi t thông qua giá tr

qd, giá tr quá đ đ c xác đ nh theo công th c sau:

0

0 0

.21

).1( 4

λµ

λµλµσ

τµ

0

0 0

τµ

0

0 0

V i đ dài l p n c l b nén l i (gi n ra) trong kho ng th i gian t

T c đ truy n sóng áp l c va n c C ph thu c vào tính đàn h i, tính đ ng

ch t c a v t li u làm ng và c a b n thân ch t l ng T c đ truy n sóng đ c xác

đ nh theo công th c t ng quát c a I.E Juc pki:

e

d E K

K g

e

d E K

K C

.1

=+

E: Mô duyn đàn h i c a v t li u làm ng, kG/m2

; g: Gia t c tr ng tr ng, g = 9,81 m/s2

; : Tr ng l ng riêng c a ch t l ng, kG/m3

; d: ng kính trong c a đ ng ng, mm;

K C

ρ - i v i ch t l ng là n c

s m

K C

ρ - i v i ch t l ng là d u

2.4 H th ng ph ng trình vi phân truy n song n c va:

l p nên h ph ng trình tính toán áp l c n c va trong ng d n có áp D a vào các quy lu t v t lý có th l p hai ph ng trình sau:

2.4.1 Ph ng trình đ ng l ng:

Xu t phát t đ nh lu t: S bi n đ i đ ng l ng c a m t v t th thì b ng t ng ngo i l c tác đ ng lên v t th đó:

Vi t ph ng trình này, chi u trên

tr c x:

X dt

gFdx dx

x

pF pF

pF dt

V V x

H g t

t

Fdx dx

x

FV FV

Sau các di n toán có xét đ n nh h ng c a l u t c dòng ch y t n t i trong

ph n t , bi n thiên c a c t n c theo tr c x:

V g

C t

C t

C t H

x

H g t V

2 2 2 2 2 2

2 2 2

2 2

2

2 2 2 2 2

2 2 2 2

2

2 2

11

t

V C x V

x t

H C

g t V

t x

H g x V

t

H C x H t

H C

g x t V

x

H g x t V

2

1

t

y C x

−

=

−

++

−

=

−

)()

(

)()(

0 0

C

x t f C

g C

x t F C

g V V

C

x t f C

x t F H H

(2.19)

Trong đó: H0 và V0 là c t n c áp l c và v n t c ban đ u m t c t x

Nh n xét:

i v i đ ng ng d n có áp, van khóa cu i ng:

ây là bài toán có tính ch t đ c tr ng, đ c s d ng phân tích đ thành l p h

ph ng trình n c va (2.18) trên C n c vào s xu t hi n tr c và sau c a n c

va d ng và âm cho th y: Hàm ( )

C

x t

F − đ c tr ng cho n c va d ng (kh i n c

b nén) và hàm ( )

C

x t

f + là nh ng hàm s th hi n s thay đ i c a áp l c

n c va Hàm F đ c tr ng cho sóng va di chuy n t van khóa đi đ n b ch a và hàm f đ c tr ng cho sóng va di chuy n chi u ng c l i, t b x đ n van khóa v i

t c đ truy n n c va C

i v i đ ng ng d n có áp c a b m:

Nh đã phân tích hi n t ng n c va và s truy n sóng n c và trong đ ng

ng d n b m (Hình 1.9 – Ch ng I), cho th y n c va âm xu t hi n tr c n c va

d ng Vì v y, quy n c hàm sóng n c va s khác v i tr ng h p đ ng ng có van khóa cu i ng

Lúc này, hàm ( )

C

x t

C

x t

f + th hi n s thay đ i c a áp l c n c

va Hàm F đ c tr ng cho sóng va di chuy n t b x đi đ n van m t chi u và hàm f

đ c tr ng cho sóng va di chuy n chi u ng c l i, t van m t chi u đ n b x v i t c

th i đi m t nào đó, t i m t c t A-A có c t n c là HtA và l u t c là VtA, t i

v trí t i m t c t A-A có giá tr x = 0 Lúc đó h ph ng trình (2.19) đ c vi t cho

m t c t A-A, v i sóng và truy n t A đ n B nh sau:

)()(

0

0

t f C

g t F C

g V

V

t f t F H H

A t

A A

A t

+

=

−

)()

(

)()(

0 0

C

l t f C

g C

l t F C

g V

V

C

l t f C

l t F H H

B t

A B

B t

(2.21)

Khi sóng truy n t m t c t A-A đ n m t c t B-B thì hàm F đ c trung cho sóng

này gi nguyên giá tr Do đó: ( ) F (t)

C

l t

B C

l t

A t B

C

l t

A

g

C H

A C

l t

B t A

C

l t

B

g

C H

Nh v y, v i cách làm này, k t h p v i đi u ki n biên c th s xác đ nh đ c

tr s c t n c và v n t c khi có n c va m t c t b t k c a đ ng ng d n có áp

tu n ti n cho vi c tính toán, ta có th đ a v h ph ng trình theo l u

l ng và c t n c đ phù h p v i đ ng đ c tính máy b m sau này B ng cách chuy n đ i t giá tr V = Q/F

Hoàn toàn d a vào nh n xét M c 5.2.1, h ph ng trình sóng n c va cho các tr ng h p đ ng ng đ c vi t nh sau:

B C

l t

A t B

C

l t

A

gF

C H

A C

l t

B t A

C

l t

B

gF

C H

B C

l t

A t B

C

l t

A

gF

C H

A C

l t

B t A

C

l t

B

gF

C H

H

(2.24)

S phân bi t v quy c chi u sóng t ng ng v i t ng tr ng h p đ ng ng

d n có áp đ c th hi n c th h n v quy c chi u d ng trên tuy n ng đ c

BÓ hót

BÓ x¶

M¸y b¬m

Van mét chiÒuA

V i m i tr ng h p đi u ch nh dòng ch y trong đ ng ng d n có áp, thì máy

b m đ u có m t đi m làm vi c c a nó trên đ ng đ c tính (Q, H) T đây ta có:

T i m t c t A-A, th i điêm t = 0, t ng ng đi m làm vi c c a máy b m là (Q0A, H0A) T i các th i đi m t và 2t khá nh nào đó, máy b m thay đ i ch đ làm

vi c, v i m t đ ng đ c tính ph t i m i t ng ng Khi thay đ i ch đ làm vi c

nh v y, áp l c n c va và l u l ng t i m t c t A-A (G n van m t chi u) đ c xác đ nh b ng cách (Hình 2.8):

- V i c t n c làm vi c ban đ u H0A v m t đ ng n m ngang, c t đ ng đ c tính c a máy b m khi làm vi c bình th ng t i đi m công tác (Q0A, H0A)

- T i các đi m giao v i đ ng cong này, chi u lên tr c hoành và tr c tung ta

tan đ xác đ nh giá tr c t n c và l u l ng khi có n c va theo chiêu

ng c l i (T b x v van khóa m t chi u)

tính toán nhanh, ta ph i bi t tr c các đ ng đ c tính khi thay đ i ch đ làm vi c c a máy b m, v i các th i đi m thay đ i t khá nh K t h p v i ph ng trình dây chuy n, t đó ta tính đ c (QtA, HtA) b t k

Trong đó, c t n c H đ c xét v i đ ng cao đ g c, ho c đ ng chu n đi qua m c n c b hút Khi tính toán t i m t đi m b t k trên đ ng ng, có chênh cao v i đ ng chu n m t kho ng Z, thì thành ph n c t n c t i đi m đó bao g m:

2.6 Gi i h ph ng trình n c va b ng ph ng pháp đ gi i:

2.6.1 Nh n xét:

hi u đ c m t cách t ng quan và c b n v ph ng pháp này, ta xem xét

l i h ph ng trình c a nghi m t ng quát (2.24), và c ng gi i thi t b qua t n th t

C n c vào s phân bi t vào các tr ng h p tính toán đ ng ng d n có áp và quy c lo i sóng t ng ng Ta có h ph ng trình sóng va đ c vi t nh sau:

B C

l t

A t B

C

l t

A

gF

C H

A C

l t

B t A

C

l t

B

gF

C H

gF

C

−

=αtan

i v i đ ng ng d n có áp, khóa cu i đ ng ng:

Sóng F: − + =  − + 

A C

l t

B t A

C

l t

B

gF

C H

B C

l t

A t B

C

l t

A

gF

C H

gF

C

−

=αtan

th hi n chi ti t h n v s khác nhau và quy c sóng cho t ng tr ng h p

đ ng ng d n tính toán t ng ng Trên h tr c t a đ (H, Q), ta bi u di n quan h

này Hình 2.9 nh sau:

BÓ chøa

Khãa +V

x

Sãng F Sãng f

a) Quy c chung v i đ ng ng d n có áp, van khóa cu i ng

B

H0

H0B

b) Quy c chung v i đ ng ng d n có áp c a b m Hình 2.9: Quy c chung và h s góc c a các sóng F và f

ng có h s góc d ng (Sóng F), sóng t b x v van m t chi u;

ng có h s góc âm (Sóng f), sóng t van m t chi u v b x ;

V i các đi u ki n biên c b n, th ng là b ch a, b m ho c van nh sau:

T i th i đi m t = 0 có: Q t A=0 =Q t B=0 =Q0 và H t A=0 =H t B=0 =H0;

T i m t c t B-B có m t thoáng b x nên c t n c không đ i: H t B =H0

Khi van đóng t c th i và đóng hoàn toàn thì Q = 0 t i m i th i đi m t

2.6.3 n v th i gian và quy c:

thu n ti n cho vi c tính toán áp l c n c va b ng ph ng pháp đ gi i,

đ n v th i gian đ c xác đ nh theo m t n a pha n c va T c là đ n v th i gian

đ c tính theo b i s c a giá tr th i gian sóng n c va đi t đ u ng đ n cu i ng

M t h th ng máy b m đang ho t đ ng bình th ng v i đi m công tác (Q0,

H0) Xác đ nh giá tr áp l c n c va t i van m t chi u A trong tr ng h p: Máy

b m ng ng t c th i do m t đi n, van m t chi u đóng t c th i khi có dòng ch y

BÓ hót

BÓ x¶

M¸y b¬m

Van mét chiÒuA

T i m t c t B-B có m t thoáng b x nên c t n c không đ i: H t B =H0

T th i đi m: t = 0 đ n t = L/C, khi ng t b m đ t ng t thì theo quán tính dòng

ch y v n ti p t c ch y theo chi u d ng, t van b m v b x Lúc đó sóng n c va

4

0 2

5 4 5

4

2 2

Q gF

C H

H

Q gF

C H

H

Q Q gF

C H

H

Q Q gF

C H

H

B C L A

C L

A C L B C L

B C L A C L B

C L A

C

L

A C L B C L A

C L B

C

L

V C gF

C Q H gF

C Q H H

gF

C Q H H

0 0 4

0 0 2

C Q

đi m B, c ng ho t đ ng v i đi m công tác (Q0, H0) so v i đ ng chu n, và đúng t th i đi m t = 0 đ n t = L/C

Khi đ n th i đi m t = 2L/C thì sóng F xu t phát t B v đ n A, lúc này van khóa đã đóng hoàn toàn, vì v y l u l ng t i A lúc này A=2 / =0

C L t

sóng F s giao v i tr c H (Q = 0) t i đi m

C

L t

C Q tg Q

0

C Q tg Q

S đ bi u th phân tích theo ph ng pháp đ gi i xem hình d i đây