ĐỒ án THIẾT kế THỦY điện 4

Công trình thuỷ công là một phần quan trọng của trạm thuỷ điện, nó có nhiệm vụ tập trung cột nớc tạo thành hồ chứa, điều tiết lu lợng cho nhà máy thuỷ điện theo yêu cầu sử dụng.. Thành p

Phần IV Công trình thuỷ công.

Chơng 1 những vấn đề chung.

1 Nhiệm vụ của công trình thuỷ công.

Công trình thuỷ công là một phần quan trọng của trạm thuỷ điện, nó có nhiệm

vụ tập trung cột nớc tạo thành hồ chứa, điều tiết lu lợng cho nhà máy thuỷ điện theo yêu cầu sử dụng Ngoài ra còn có nhiệm vụ phòng lũ cho hạ lu, tăng khả năng nuôi trồng thuỷ sản, cải tạo môi trờng sinh thái, đảm bảo giao thông thuỷ tốt hơn

Công trình thuỷ công có ảnh hởng trực tiếp đến hiệu quả phát điện, vì vậy khi thiết kế công trình thuỷ công cần đảm bảo thoả mãn về kinh tế và kĩ thuật Thành phần công trình thuỷ công bao gồm:

Công trình thuỷ điện Đồng Nai 5 đã đợc các cơ quan chuyên ngành về địa hình,

địa chất, thuỷ văn, tình hình dân sinh kinh tế và các vấn đề xã hội trong vùng đề nghịkhảo sát nghiên cứu các phơng án tuyến nh sau: Tuyến 1, tuyến 2 cách tuyến I

khoảng 1 Km về phía hạ lu, tuyến 1A cách tuyến 1 khoảng 5,5 Km về phía thợng lu

- Tại vị trí tuyến 1, đoạn sông uốn cong tạo nên địa hình thuận lợi để đặt tuyến năng lợng vừa ngắn, vừa có chênh cao mực nớc Bên bờ trái có đồi yên ngựa thuận tiện cho việc bố trí đập tràn có hớng dòng chảy thuận với dòng sông

- Tuyến 2 cách tuyến 1 khoảng 1Km về phía hạ lu, tại đây địa hình bờ phải

t-ơng đối thoải thuận lợi cho việc bố trí tràn bên

- Tuyến 1A cách tuyến 1 khoảng 5,5 Km về phía thợng lu

- Theo kết quả khoan đào cho thấy: điều kiện địa chất công trình của các phơng

án tuyến 1,2 và 1A là tơng tự nhau, chủ yếu khác nhau về khối lợng đào đắp Bờ phảituyến 1A tại lỗ khoan ĐN5-14 có gặp đới nứt nẻ tăng cao nhng do nằm ở cao trình 334m nê không thể ảnh hởng nhiều đến công trình với MNDBT là 290m

Nh vậy khi bố trí công trình thì tuyến 1 và 2 thuận lợi hơn đôi chút so với tuyến 1A về việc bố trí tràn và tuyến năng lợng Song, khu vực của 2 tuyến này nằm trong vờn Quốc Gia Cát Tiên, hồ chứa làm ngập khoảng 200 ha diện tích của vờn nên khó

đợc chấp nhận Do vậy chọn tuyến 1A để nghiên cứu tiếp

3.2 Bố trí tổng thể công trình.

Căn cứ theo điều kiện địa hình tuyến 1A, tại đây lòng sông hẹp, hai bên bờ sông

là sờn núi cao có độ dốc lớn, không có khả năng bố trí tràn bên, chỉ có tràn lòng sông

là thích hợp Vì vậy phơng án bố trí công trình nh sau:

- Tuyến đập chính nh trên bản vẽ: Thẳng góc với dòng chảy của sông

- Đập chính loại bê tông trọng lực Nền khoan phụt chống thấm

- Đập tràn bố trí tại lòng sông, có cửa van điều tiết Hai bên bờ là đập bê tông trọng lực không tràn

- Cửa lấy nớc bên bờ phải, kết cấu bê tông cốt thép có cửa van, lấy nớc từ hồ chứa vào đờng dẫn

- Tuyến năng lợng và nhà máy bố trí ngay sau đập, bên bờ phải sông Đồng Nai

Chơng 2 thiết kế đập bê tông trọng lực và đập tràn.

1 Công trình xả lũ.

1.1 Nhiệm vụ của công trình xả lũ.

Công trình xả lũ là một bộ phận quan trọng của công trình đầu mối có nhiệm vụ

điều tiết lũ, nhằm giảm bớt nguy hại của lũ ở hạ lu

Việc bố trí công trình xả lũ dựa vào điều kiện địa chất địa hình, lu lợng nớc tháo, lu tốc cho phép không xói ở chân đập và các công trình khác, đồng thời đảm bảo khối lợng đào đắp ít

1.2 tính toán điều tiết lũ

1.2.1 Nhiệm vụ

Điều tiết lũ có nhiệm vụ hạ thấp lu lợng xả nhằm đáp ứng các nhu cầu phòng lũ cho công trình ven sông và khu vực hạ lu Mục đích tính toán điều tiết lũ là tìm ra biện pháp phòng lũ thích hợp nhất.

1.2.2 Lu lợng xả an toàn

Lu lợng xả an toàn là lu lợng xả lớn nhất mà đảm bảo sông không bị xói lở, mựcnớc hạ lu không ngập lụt Nếu qmax nhỏ thì dung tích phòng lũ sẽ lớn, thời gian lũ kéodài gây thiệt hại về ngập lụt ở phía thợng lu lớn Vốn đầu t xây dựng công trình tăngnhng hạ lu an toàn và ngợc lại Do vậy việc xác định qmax là một vấn đề quan trọng phải thông qua tính toán kinh tế để so sánh

Do không có tài liệu đờng quá trình lũ cho nên em chọn phơng pháp của

Kôtrêrin tính toán cho TTĐ Đồng Nai 5

Dung tích siêu cao có nhiệm vụ tích trữ một phần dung tích lũ khi có lũ về,

đồng thời giảm lu lợng tháo xuống hạ lu và nó sẽ tháo hết sau khi lũ xuống

a) Tài liệu tính toán lũ.

Thời gian lũ xuống : 160 h

ứng với tần suất lũ thiết kế bằng 0,5 ; thời gian lũ T = 240 h => WL = 3594.106 (m3).

b) Tính toán điều tiết lũ xác định H sc và kích thớc tràn.

Sử dụng phơng pháp Côtrêrin để tính, phơng pháp này xem đờng quá trình tháo

lũ là đờng thẳng và đờng quá trình lũ là hình tam giác (hoặc hình thang)

Theo phơng pháp Côtrêrin:

W Q

với tần suất lũ thiết kế P = 0,5% → lu lợng lũ thiết kế Qp =0,5% = 8320m3/s

Wm : dung tích phòng lũ của kho nớc

ở đây cả HSC, Vm và qmax đều cha biết, vì vậy ta giả thiết một số trị số HSC rồitính Vm sau đó tính ra lu lợng xả lớn nhất qua công trình qxả max và lu lợng xả qua tràn

Từ đó tính sơ bộ đợc bề rộng tràn tơng ứng, lập thành bảng tính Lựa chọn phơng ánHSC hợp lý nhất là Hsc ứng với Bt = Btđh (Sơ bộ dựa vào địa hình lòng sông) Nội dungtính toán nh trong bảng sau:

Bảng 4.1: Tính toán điều tiết lũ

Hsc(m) (m)Zsc (10Vsc6m3) (10Vm6m3) (mqmax3/s) Qtr Bt (m)

0.5 290.5 117.1 2.4 8049 7833.29 83.54

1 291 119.4 4.7 8044 7827.8 78.711.5 291.5 121.8 7.1 8038 7822.31 74.33

2 292 124.2 9.5 8033 7816.80 70.032.5 292.5 126.5 11.8 8027 7811.34 66.68

3 293 128.9 14.2 8022 7805.85 63.333.5 293.5 131.3 16.6 8016 7800.36 60.25

4 294 133.6 18.9 8011 7794.87 57.404.5 294.5 136 21.3 8005 7789.38 54.78

5 295 138.4 23.7 8000 7783.89 52.345.5 295.5 141 26.3 7993 7777.74 50.07

6 296 143.7 29 7987 7771.59 47.966.5 296.5 146.4 31.7 7981 7765.45 46.00

7 297 149 34.3 7975 7759.3 44.167.5 297.5 151.7 37 7969 7753.15 42.44

8 298 154.3 39.6 7963 7747 40.82 Trong đó:

Cột 1: Cột nớc siêu cao HSC

Cột 2: Mực nớc siêu cao ZSC = MNDBT + HSC

Cột 3: Dung tích hồ ứng với mực nớc siêu cao WSC (Tra quan hệ Z~W)

Cột 4: Dung tích siêu cao (phòng lũ) Vm= WSC- WMNDBT

Cột 5: Lu lợng xả thiết kế qua công trình qxả max

xa

W

W Q

q max 1

max

Cột 6: Lu lợng thiết kế lớn nhất xả qua tràn

Qtr = qxả max - α.QTĐ maxTrong đó:

QTĐ max – Lu lợng lớn nhất qua nhà máy thuỷ điện QTĐ max = 269,67 m3/s

α - Hệ số sử dụng lu lợng; α = (0.7ữ0,9) Chọn α = 0,8

Cột 7: Bề rộng tràn: 3/2

2 H g m

Dùng bảng tra thuỷ lực với α = 450 và HH 1

1 hd

P

l,,f

là bìh = 14ì12m

Từ bảng tính toán điều tiết lũ ở trên ta thấy Hsc = 2m cho ta trị số Bt =70m Lu ợng xả lũ thiết kế ( p = 0,5%) là: qxả max = 8033 (m3/s) Lu lợng thiết kế qua tràn là:Qtr = 7816,8 m3/s

l-Với lu lợng xả lũ thiết kế, tra quan hệ mực nớc lu lợng đập tràn ta có mực nớchạ lu lớn nhất là: MNLmax = 241,4m

2 tính toán mặt cắt đập bê tông trọng lực.

2.1 Các chỉ tiêu thiết kế.

Công trình thuộc cấp II có các chỉ tiêu thiết kế nh sau:

- Tần suất lu lợng và mực nớc tính toán lớn nhất P% = 0,5% (Bảng P1-3, Đồ án môn học thuỷ công )

- Tần suất gió lớn nhất và bình quân lớn nhất tính toán

+ Tần suất gió lớn nhất : p = 2%

+ Tần suất gió bình quân lớn nhất : p = 50 %

Tại tuyến đập dòng chảy chảy theo hớng Đông Bắc - Tây Nam nên hớng gió bấtlợi nhất đối với tuyến đập là hớng gió Đông Bắc =>Vmax2% = 28,8(m/s), Vtbmax = 16,4 (m/s)

- Mức đảm bảo tính toán của chiều cao sóng: i = 1%

- Hệ số vợt tải : nt = 1,2

- Hệ số điều kiện làm việc : m = 1

∇đáy – cao trình đáy sông.

Chiều rộng đáy đập bao gồm đoạn hình chiếu của mái thợng lu là nB và đoạnhình chiếu của mái hạ lu (1-n)B Trị số n có thể chọn theo kinh nghiệm n = (0ữ0.1).Chọn n = 0 (mái thợng lu thẳng đứng)

2.2.2 Xác định chiều rộng đáy đập

Chiều rộng đáy đập đợc xác định theo công thức (8-11) trang 216 sách giáo trìnhthuỷ công tập 1

ì

=

1 1

1

α γ

γ

n f

H K

B

n c

- γ1: Dung trọng của bê tông xây dựng đập = 2,4(T/m 3)

- n: Hệ số mái thợng lu = 0

- α1: Hệ số cột nớc còn lại sau m ng chống thấm Để tăng ổn định cho đập vààcông trình cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạomàn chống thấm Trị số α1 xác định theo mức độ xử lý nền sơ bộ có thể chọn

α1 = (0,4ữ0,6); chọn α1 = 0,5 Trị số α1 sẽ đợc chính xác hoá bởi việc tính toán

2 , 1

4 , 2 7 , 0

68 2

b) Theo điều kiện ứng suất.

Xác định theo công thức (8-5) trang 178 giáo trình thuỷ công tập 1 ta có:

H B

n

19 49 5 , 0 0 2 0 ) 0 1 0 , 1

4 , 2

68 2

−

=

−

− +

−

=

α γ

' '

h MNLKT

a h

MNLTK

s

s

+ +

∆ +

=

∇

+ +

∆ +

- a, a’: Độ cao an toàn dựa vào cấp công trình

a) Xác định độ dềnh do gió và chiều cao sóng leo ứng với gió tính toán lớn nhất.

•Xác định độ dềnh do gió ∆h ứng với vận tốc gió tính toán lớn nhất:

B

gH

D V

h= 2 10 − 6 2 cos α

∆

Trong đó:

- V: Vận tốc gió tính toán lớn nhất = 28,8 m/s

- D: Đà gió ứng với trờng hợp MNDBT; chọn D =10Km

- αB: Góc tạo bởi hớng gió tính toán lớn nhất và trục đập tính với trờng hợp bấtlợi nhất = 0o

- g: Gia tốc trọng trờng = 9,81m/s

- H: Cột nớc trớc đập ứng với trờng hợp MNDBT

m MNDBT

H = − ∇day = 290 − 224 = 66

Vậy: h cos 0o 0 , 026m

66 81 , 9

10000 8

, 28 10 2

s

s =Kηsìh

η

Trong đó:

- hs1%: Chiều cao sóng ứng với tần suất 1%

Giả sử sóng đang tính là sóng nớc sâu: H > 0 , 5 λ

Tính các đại lợng không thứ nguyên: , 2

V

gD V gt

Với thời gian gió thổi liên tục (giây) = 6 giờ = 21600 giây

3 118 8

, 28

10000 81

, 9

5 , 7357 8

, 28

21600 81

, 9

Tra dọc theo đờng cong ứng với 2 = 0 , 78

V

gH dồ thị P2-1 giáo trình đồ án môn họcthuỷ công, lấy giá trị nhỏ hơn ta đợc các giá tị không thứ nguyên:

6 , 1

; 019 , 0

V

g V

h

Từ đó ta xác định đợc:

giõy 7 , 4 81 , 9

8 28 6 , 1

6 , 1 81

, 9

8 28 019 ,

m h

Tính ra: g 34,5m

14 , 3 2

7 , 4 81 , 9 2

2 2

τ λ

Kiểm tra điều kiện sóng nớc sâu H = 66m> 0 , 5 λ = 17 , 25m l đúng.à

Vậy ta có công thức tính chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l :à

52 , 3

•Xác định độ dềnh do gió ∆h’ ứng với vận tốc gió bình quân lớn nhất:

m gH

D V

68 81 , 9

10000 4

, 16 10 2 cos

10 2

2 6 1

' ' 's K h s

sì

η

Trong đó:

- h’s1%: Chiều cao sóng ứng với tần suất 1%

Giả sử sóng đang tính là sóng nớc sâu: H1 > 0 , 5 λ

Tính các đại lợng không thứ nguyên: , 2

V

gD V gt

Với t là thời gian gió thổi liên tục tính bằng giây = 6 giây = 21.600 giây

2 , 460 6

, 14

10000 81

, 9

42 , 14513 6

, 14

600 21 81 , 9

Tra theo đờng bao phía trên do 2 ≥ 3 , 12

V

gH

đồ thị P2-1 giáo trình đồ án môn họcthuỷ công, Lấy giá trị nhỏ hơn ta đợc các giá trị không thứ nguyên:

3 , 2

; 033 , 0

V

g V

42 , 3 81 , 9

6 , 14 3 , 2

72 , 0 81

, 9

6 , 14 033 ,

Tính ra: g 18,3m

14 , 3 2

42 , 3 81 , 9 2

2 2

τ λ

Kiểm tra lại điều kiện sóng nớc sâu H1 =68m>0,5λ=9,15ml đúng.à

Vậy ta có công thức tính chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l :à

đợc K1%=2,21 Vậy chiều cao sóng ứng với tần suất 1% l :à

6 , 1 ' 1%

h h MNDG

m a

h h MNDBT

sl

sl

448 , 294 5 , 0 94 , 1 008 , 0 292 ' ' '

026 , 295 7 , 0 3 , 4 026 , 0 290

đ2

đ1

= + + +

= + +

∆ +

=

∇

= + + +

= + +

∆ +

Chiều rộng đỉnh đập phụ thuộc chủ yếu vào yêu cầu cấu tạo, bố trí cầu công tác,

đờng giao thông, bố trí lới chắn rác, van công tác, van sửa chữa, ống thông hơi, thiết

bị nâng chuyển cửa van Bố trí tối thiểu theo yêu cầu giao thông chọn B = 10m

Mặt đập rải nhựa đờng dốc về 2 bên đờng với độ dốc 5%, nối liền cầu công tác

đặt trên trụ pin đập tràn, phía thợng lu có tờng chắn sóng, hai bên có rãnh thoát nớc.2.3.3 Thiết bị thoát nớc và hành lang trong thân đập

Các hành lang trong thân đập có tác dụng tập trung nớc trong thân đập và nền,kết hợp để kiểm tra, sữa chữa; hành lang ở gần nền để sử dụng phụt vữa chống thấm.Kích thớc hành lang chọn theo yêu cầu sử dụng Hành lang phụt vữa chọn theo yêucầu thi công ;các hành lang khác chọn không nhỏ hơn 1,2x1,6 (m2) Theo chiều cao

đập, bố trí hành lang ở các tầng khác nhau, tầng nọ cách tầng kia (15-20) (m)

3 Thiết kế đập tràn và tính toán tiêu năng.

3.1 Mặt cắt đập tràn.

Chọn mặt tràn dạng Ôphixêrốp không chân không, vì loại này có hệ số lu lợngtơng đối lớn và chế độ làm việc ổn định

Cách xây dựng mặt cắt đập tràn nh sau:

- Cao trình ngỡng tràn : ∇ng = 278m (tràn có cửa van).

- Chọn hệ trục toạ độ xoy có: trục ox ngang cao trình ngỡng tràn, hớng về hạ lu;trục oy hớng xuống dới; gốc O ở mép thợng lu đập, ngang cao trình ngỡng tràn

- Vẽ đờng cong theo tọa độ Ôphixêrốp trong hệ trục toạ độ đã chọn với:

Htk = MNLTK - ∇ng = 292 – 278 = 14 (m)Tra phụ lục (14-2) giáo trình bảng tra thuỷ lực, ứng với đập loại 1 ta đợc giá trị

Χ, Υ với Htk = 1(m) Từ đó tính đợc toạ độ X, Y của mặt cắt ngang đập.

TK

TK

Η Υ

= Υ

Η Χ

= Χ

.

Kết quả tính toán ghi ở bảng sau:

Bảng 4.2: Toạ độ đờng cong đập tràn chân không

Mặt tràn nớc cuối cùng sẽ là mặt ABCDEF nh hình vẽ, trong đó:

AB - nhánh đi lên của đờng cong Ôphixêrốp (khi mặt thợng lu đập tràn là nghiêng, kéo dài đoạn aB về phía trớc cho đến khi gặp mái thợng lu tại A);

BC - Đoạn nằm ngang trên đỉnh

CD – Một phần của nhánh đi xuống của đờng cong Ôphixêrốp;

DE – 1 đoạn của mái hạ lu mặt cắt cơ bản

EF – Cung nối tiếp với sân sau

C B

E

F R25.000

3.2.1 Xác định chế độ nối tiếp hạ lu.

Giả thiết cột nớc tràn ( từ Hmin - Hmax ); tính lu lợng tràn Qt với cột nớc và lu lợng

đó, tính độ sâu liên hiệp với độ sâu co hẹp hc’ ( có thể tính theo phơng pháp tra bảng tìm τc của Agơrôtskin ) Lu lợng tính toán tiêu năng Qt ứng với (hc’’- hh ) lớn nhất

•Lu lợng tính toán tiêu năng đợc tính toán nh sau:

2

. m b g H

Q TN = ε σn ∑

Trong đó:

0

) 1 (

2 , 0

nb

n mt

mb ξ ξ

) (

Tra bảng 15-1 (trang 72 bảng tính thuỷ lực) ta đợc các giá trị: τc′′ ⇒h c′′ = τc′′ ìH0

Với ϕ là hệ số lu tốc của đập tràn; Lấy ϕ = 0,95

- Tính đợc QTN ⇒ Zhl ⇒ hh = Zhl - ∇đáy.

- Tính ( hc” – hh )

- Tìm ( hc” – hh )max ⇒ Lu lợng tiêu năng

Ta thấy các giá trị (hc"-hh) < 0 vậy hình thức nối tiếp sau đập tràn là chảy ngập

Do đó ở hạ lu đập tràn ta chỉ cần gia cố một lớp bê tông dầy 1m để tránh trôi đất ở hạ

lu và làm bằng phẳng đoạn nối tiếp ở hạ lu

Chiều dài sân gia cố bằng chiều dài chảy ngập (ln)

Ls = ln = 4,5.hc’’ = 4,5 4,62 = 19,62m

Chọn Ls = 20m

3.2.2 Xác định chiều cao tờng cánh:

Khi tiến hành xả mặt thì phải xây tờng ngăn để ngăn không cho nớc tràn qua các bộ phận khác của công trình

Lu lựơng đơn vị qua mặt tràn: 111 , 67

70

8 ,

q

81 , 9

67 , 111 1

3

2 3

13.0 0.907 6315.01 67.0 71.76 0.1377 0.31 4.030 239.294 15.294 -11.26413.5 0.904 6656.50 67.5 75.64 0.1436 0.3108 4.196 239.726 15.726 -11.53014.0 0.900 7001.93 68.0 79.57 0.1494 0.3114 4.360 240.157 16.157 -11.797

Chơng 3 thiết kế tuyến năng lợng

NMtđ

đô

1.2 Cấp nớc theo nhóm.

Một đờng ống cung cấp nớc cho hai hay nhiều tổ máy, phơng thức này tiết kiệm

đợc vật liệu, nhng tổn thất thuỷ lực lớn, kết cấu phức tạp, vận hành kém linh hoạt.Khi một đờng ống bị sự cố thì cả nhóm các tổ máy phải ngừng hoạt động Phơngthức cấp nớc này phù hợp với trạm thuỷ điện có đờng ống dài, số tổ máy nhiều

1.3 Cấp nớc liên hợp.

Dùng một đờng ống để cung cấp nớc cho các tổ máy của cả nhà máy, phơngthức này tiết kiệm đợc rất nhiều vật liệu làm đờng ống nhng khi đờng ống gặp sự cốthì cả nhà máy phải ngừng làm việc Tổn thất thuỷ lực lớn và vận hành kém linh

hoạt Phơng thức này thờng dùng trong trờng hợp trạm thuỷ điện có đờng ống rất dài

2.1.1 Cửa lấy nớc dới sâu (có áp)

Cửa lấy nớc có áp thờng dùng trong trờng hợp mực nớc thợng lu thay đổi lớn.Thờng áp dụng cho nhà máy thuỷ điện sau đập, công trình lấy nớc vào đợc bố trí dớiMNC nối liền với đờng dẫn có áp

2.1.2 Cửa lấy nớc trên mặt

Cửa lấy nớc trên mặt (không áp) thờng đợc áp dụng trong trờng hợp hồ chứa củanhà máy thuỷ điện có mực nớc thợng lu ít thay đổi (không điều tiết hoặc điều tiếtngày Loại náy thờng đợc áp dụng trong phơng thức khai thác kiểu đờng dẫn không

áp Lúc đầu là lấy nớc không áp sau đó qua kênh về bể điều tiết và bể áp lực để dẫnvào đờng ống áp lực

Từ cách phân loại, đặc điểm sơ bộ và điều kiện ứng dụng của từng loại cửa lấynớc, tôi quyết định chọn cửa lấy nớc của trạm thuỷ điện Đồng Nai 5 là loại có áp vì

đây là trạm thuỷ điện kiểu sau đập, đập dâng là đập bê tông trọng lực, đờng ống áplực nằm ngay trong thân đập, nhà máy thuỷ điện nối tiếp sau đập

2.2 Yêu cầu đối với cửa lấy nớc.

- Đảm bảo cung cấp đủ lu lợng theo yêu cầu vận hành nhà máy

- Vận hành nhanh gọn, thuận tiện, tự động hoá cao Đóng mở nhanh khi có sự

cố hoạc cần sửa chữa

- Đảm bảo dòng chảy vào thuận dòng để giảm tổn thất thuỷ lực