BÀI tập lớn CÔNG TRÌNH THÁO nước đề số 16

Hình 1: Sơ đồ bố trí dốc nước sau tràn Chiều dài từ ngưỡng tràn đến đầu dốc Lo = 30 m Chiều dài dốc L = 200 m (trên mặt bằng): 10 đoạn x 20 m Độ dốc: i = 25% Vật liệu thân dốc: BTCT M200 Độ nhám bề mặt: n = 0,017 (∆ = 0,5 mm) Gồ ghề cục bộ tại các khớp nối (dự kiến): Zm = 5 mm Cao độ đầu dốc: đ = 300,0 m; nhiệt độ nước T = 25o Mặt cắt ngang dốc: chữ nhật, B = 20 m Lưu lượng thiết kế: QTK =520 m3s Độ sâu đầu dốc: hd =3.16 m Hình thức tiêu năng cuối dốc: mũi phun

Trang 1

BÀI TẬP LỚN

TÍNH TOÁN KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC

ĐỀ SỐ 16

A ĐỀ BÀI

I Tài liệu ban đầu

- Dốc nước sau đập tràn có sơ đồ như hình 1

Hình 1: Sơ đồ bố trí dốc nước sau tràn

- Chiều dài dốc L = 200 m (trên mặt bằng): 10 đoạn x 20 m

- Độ dốc: i = 25%

- Vật liệu thân dốc: BTCT M200

- Độ nhám bề mặt: n = 0,017 (∆ = 0,5 mm)

- Cao độ đầu dốc: đ = 300,0 m; nhiệt độ nước T = 25o

- Mặt cắt ngang dốc: chữ nhật, B = 20 m

- Lưu lượng thiết kế: QTK =520 m3/s

- Độ sâu đầu dốc: hd =3.16 m

- Hình thức tiêu năng cuối dốc: mũi phun

II Yêu cầu

- Kiểm tra khả năng khí hóa dòng chảy trên dốc tại các vị trí khớp nối

- Kiểm tra khả năng khí thực trên dốc

- Thiết kế bộ phận tiếp khí để phòng khí thực (nếu có)

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến Trang 1 H V: Trần Quốc Thịnh – CH21C-CS2

Trang 2

B TÍNH TOÁN

I KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ HÓA DÒNG CHẢY TRÊN DỐC NƯỚC KHI THÁO LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ

1.1 Vẽ đường mặt nước trên dốc nước

Dùng phương pháp sai phân, xuất phát từ mặt cắt đầu dốc, tính độ sâu nước tại

các mặt cắt tiếp theo bằng cách thử dần theo phương trình (giả thiết nhiều lần giá trị h, theo các công thức ta xác định được trị số ∆L, nếu ∆L đúng với cách chọn ban đầu thì lấy h vừa giả thiết làm giá trị đúng, nếu không thì phải giả thiết và tính lại từ đầu đến khi ∆L đúng bằng giá trị chọn):

TB

J i

E L









Trong đó:

∆E = E2 – E1 ;

g

V h E

2

2 1 1

g

V h E

2

2 2 2

JTB = (J1 + J2)/2

1

2 1

2 1 1

R C

V

2

2 2

2 2 2

R C

V

Kết quả tính toán và vẽ đường mực nước thể hiện ở bảng 1

Trang 3

Bảng 1: Kết quả tính toán vẽ đường mực nước trên dốc

Mặt

Trang 4

Ghi chú: công thức tính toán trong Bảng 1;

h : Độ sâu mực nước trong dốc (Giả thiết)

 : Chu vi ướt của mặt cắt tính toán ;  = B + 2h (mặt cắt hình chữ nhật)

 : Diện tích mặt cắt ướt ;  = B.h

R : Bán kính thủy lực ; R = /

R R n R

C 1 1 / 6



V : Vận tốc dòng chày đoạn tính toán ; V = Q/

J : Độ dốc thủy lực ;

R C

V

J 2

2



Hình 2: Đường mặt nước trên tràn

Trang 5

1.2 Xác định hệ số khí hóa phân giới K pg

Với chiều dài dốc nước L = 200m, ta chia dốc thành 10 đoạn, mỗi đoạn có chiều dài ∆L = 20m Giữa các đoạn phân ta bố trí các khớp nối

Với giả thiết tại các khớp nối do lún không đều giữa các đoạn sẽ làm phát sinh bậc lồi (hay bậc thụt) với chiều cao khống chế Zm = 5 mm, góc  = 90o

Khi đó hệ số khí hóa phân giới (tính cho trường hợp bất lợi nhất là bậc lồi) sẽ là:

65 , 0 125 ,



pg

1.3 Xác định hệ số khí hóa thực tế tại các mặt cắt tính toán

Hệ số khí hóa K được xác định theo công thức:

g V

H H K

ĐT

pg ĐT

2 2





Trong đó:

HĐT = Ha + h.cos

Zmn = Zđáy + h

198:2006 được Hpg =0.32 m

dòng chày được xác định theo công thức:

2

1 



V

TB y ĐT

V V

VTB : Lưu tốc trung bình mặt cắt tại các mặt cắt tính toán

trong dòng chảy khi chiều dày lớp biên và dạng mặt cắt ngang của dòng chảy đã cho Với

định theo công thức:





























































3 ln 2



B h Bh

V

Sử dụng biểu đồ Hình 2.6 – Tiêu chuẩn Việt Nam – 14TCN 198:2006 xác định

được 1 ; 2 ;  Kết quả tính toán được ghi trong bảng 2

Trang 6

Bảng 2 : Kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa tại các mặt cắt tính toán

Mặt

cắt h (m) (m) L (m) L* Zmn (m) (m) Ha H

ĐT

TB

(m/s) y/ L*/ / 1 10^-32*  (m) v V ĐT

(m/s) K Khả năng khí hóa

0 3.160 0 30.00 303.16 9.976 13.04 8.48 11.00 60,000 800 195 1.200 0.400 0.972 4.22 14.02 Không có

1 1.920 20 50.62 296.92 9.983 11.85 13.96 11.00 101,231 1,365 195 1.106 0.683 0.933 6.95 4.68 Không có

2 1.575 40 71.23 291.57 9.989 11.52 17.02 11.00 142,462 1,837 195 1.050 0.918 0.897 8.59 2.98 Không có

3 1.392 60 91.85 286.39 9.995 11.35 19.25 11.00 183,693 2,355 195 0.994 1.178 0.857 9.90 2.21 Bắt đầu

4 1.278 80 112.46 281.28 10.001 11.24 20.98 11.00 224,924 2,849 195 0.968 1.425 0.817 11.15 1.72 Mạnh

5 1.200 100 133.08 276.20 10.006 11.17 22.34 11.00 266,155 3,262 195 0.950 1.631 0.783 12.27 1.41 Mạnh

6 1.144 120 153.69 271.14 10.012 11.12 23.42 11.00 307,386 3,659 195 0.935 1.830 0.751 13.32 1.19 Mạnh

7 1.103 140 174.31 266.10 10.017 11.09 24.29 11.00 348,617 3,989 195 0.922 1.994 0.723 14.24 1.04 Mạnh

8 1.073 160 194.92 261.07 10.023 11.06 24.98 11.00 389,848 4,478 195 0.901 2.239 0.688 15.23 0.91 Mạnh

9 1.049 180 215.54 256.05 10.028 11.05 25.54 11.00 431,080 5,057 195 0.873 2.528 0.648 16.26 0.80 Mạnh

10 1.031 200 236.16 251.03 10.034 11.03 25.99 11.00 472,311 5,442 195 0.862 2.721 0.621 17.15 0.71 Mạnh

Trang 7

II KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC

Khi khí hóa duy trì trong thời gian đủ dài và dòng chảy có lưu tốc cục bộ tại đỉnh mấu gồ ghề VĐT > Vng thì thành dốc nước có khả năng bị xâm thực

20 Mpa; độ hàm khí trong nước S = 0, tra đồ thị Hình 1.1 – Tiêu chuẩn Việt Nam –

Bảng 3 : Kết quả tính toán kiểm tra khả năng xâm thực tại các mặt cắt tính toán

Mặt

cắt

VTB

(m/s)

Vy (m/s) 1

Vng (m/s)

Vcp (m/s)

Xét theo lưu tốc ngưỡng xâm thực

Xét theo lưu tốc cho phép xâm thực

0 8.48 4.22 195 1.20 0.972 9.55 19.18 Không xâm thực Không xâm thực

3 19.25 9.90 195 0.99 0.857 9.55 18.57 Có xâm thực Có xâm thực

Từ các giá trị VĐT ở Bảng 3 cho thấy

- Từ mặt cắt 0 đến mặt cắt 2 có VĐT < Vng  không bị xâm thực

- Từ mặt cắt 3 đến cuối dốc có VĐT > Vng  có khả năng xâm thực

mặt cắt có VĐT = Vng = 9.55 m/s là mặt cắt B (nằm giữa mặt cắt 3 và 4) cách đầu dốc một

Đoạn từ mặt cắt B đến cuối dốc cần có biện pháp bảo vệ chống khí thực Có nhiều biện pháp công trình để chống khí thực, căn cứ vào điều kiện kinh tế, kỹ thuật để lựa chọn các phương án Đối với bài này, chọn phương án xây dựng bộ phận tiếp khí

III THIẾT KẾ BỘ PHẬN TIẾP KHÍ (BPTK) ĐỂ PHÒNG KHÍ THỰC

3.1 Bố trí các BPTK trên dốc nước

Theo tính toán ở mục trên thì đoạn dốc nước từ sau mặt cắt B (cách đầu dốc 54.63 m) cần được bảo vệ chống khí thực Để đảm bảo an toàn cho thân dốc, bố trí các bộ phận tiếp khí như sau:

ngang) là 70 m

Trang 8

Với phương án bố trí đã nêu, nội suy từ đường mặt nước (Bảng 1) ta có các thông

số thủy lực tại các mặt cắt có bố trí BPTK như sau:

Bảng 4 : Thông số tính toán các bộ phận tiếp khí

3.2 Tính toán bộ phận tiếp khí 1 (BPTK1)

Hình 3 : Bố trí mũi hắt tại BPTK1 1) Xác định chiều cao mũi hắt Z m

2 cos





Fr

L

Trong đó:

 =16.17 do : Góc hợp bởi bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang

gh

v Fr

2

 21.27 (mặt cắt hình chữ nhật)

2) Chọn độ nghiêng mũi hắt

Sơ đồ bố trí mũi như trên Hình 3

m

L

Z

chiều dài mũi hợp lý: 6151

m

L Z

L

Z

m

1 1













m m

L tg

Z Z Z

2 1 2

3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt

Được xác định theo công thức:





































cos

) cos(

cos

2

h

Z Fr

Fr Fr

h

Z h

4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp

Trang 9

Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 4.28 m3/s.m

Trong đó:

lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên mũi hắt

5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp

Được xác định theo công thức: Qa = qa.B = 4.28.20 = 85.64 m3/s

6) Tính diện tích tổng cộng của mặt cắt ngang các ống dẫn khí

a

a a

V

Q



Trong đó:

Vì a = 1.71 m2 nhỏ nên chỉ cần bố trí 2 ống thông khí ở 2 tường bên (n = 2), Khí

đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:

n

a a



7) Xác định kích thước ống dẫn khí

Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước Ba x ta

Trong đó:

Với kích thước đã chọn, vận tốc khí trong ống dẫn khí:

a a

a

a n B t

Q V

.

8) Xác định độ chân không ở trong buồng khí

Độ chân không (tính theo mét cột nước) ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí vào buồng xác định theo công thức:





a a

a ck

g

V

h 2

2

Trong đó:

Va = 45.31 m/s : Lưu tốc khí trong ống





a





1

0.599

i : Tổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất tại cửa vào, các đoạn uốn cong và tổn thất dọc đường

Tổn thất tại cửa vào: cv = 0.50 (cửa vào không thuận)

Trang 10

Tổn thất tại vị trí uốn cong gấp 90o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang nằm ngang ở đáy dốc): u = 1.10

Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống

2

B H

L a  t  =15.0 m

B1 = 20.0 m : Bề rộng của mỗi khoang (1 khoang)

Hệ số tổn thất dọc đường :

R C

gL a

d 2

2



 : Trọng lượng riêng của nước (KN/m³)



a

hck= 0.43 m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định

9) Tính toán kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt:

Hình 4 : Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí

Chiều sâu: tmk = ta – Zm =0.70 – 0.68= 0.02 m

10) Tính toán chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK

Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 3.65(m)

Trong đó:

hb : Chiều cao lớn nhất của buồng khí

2 2

2

) (

cos

V Z

h : Chiều dày lớp nước phía trên buồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước trên mũi hắt)

∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp công trình, chọn ∆H = 0,5 m

Kết quả tính toán các BPTK ghi trên Bảng 5

3.3 Tính toán bộ phận tiếp khí 2 (BPTK2)

Trang 11

Hình 5 : Bố trí mũi hắt tại BPTK2 1) Xác định chiều cao mũi hắt Z m

2 cos





Fr

L

Z m p  = 0.49 m

Trong đó:

 =16.17 do : Góc hợp bởi bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang

gh

v Fr

2

 45.99 (mặt cắt hình chữ nhật)

2) Chọn độ nghiêng mũi hắt

Sơ đồ bố trí mũi như trên Hình 5

m

L

Z

0.188 đảm bảo điều kiện chọn chiều dài mũi hợp lý: 6151

m

L Z

L

Z

m

1 1













m m

L tg

Z Z Z

2 1 2

3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt





































cos

) cos(

cos

2

h

Z Fr

Fr Fr

h

Z h

4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp

Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 3.56 (m3/s.m)

Trong đó:

lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên mũi hắt

5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp

Được xác định theo công thức: Qa = qa.B =71.29 m3/s

Trang 12

6) Tính diện tích tổng cộng của mặt cắt ngang các ống dẫn khí

a

a a

V

Q



Trong đó:

Va =50.00 m/s : Lưu tốc khí khống chế trong ống; chọn Va  60 m/s

Vì a=1.43 m2 nhỏ nên chỉ cần bố trí 2 ống thông khí ở 2 tường bên (n = 2), Khí đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:

Như vậy, tổng cộng có 2 ống thông khí (1 ống ở tường bên, 1 ống ở trụ) Khí đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:



n

a a



7) Xác định kích thước ống dẫn khí

Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước Ba x ta

Trong đó:

Với kích thước đã chọn, vận tốc khí trong ống dẫn khí:

a a

t B n

Q V

.

8) Xác định độ chân không ở trong buồng khí

Độ chân không (tính theo mét cột nước) ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí vào buồng xác định theo công thức:





a a

a ck

g

V

h 2

2

Trong đó:





a





1

0.560

i : Tổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất tại cửa vào, các đoạn uốn cong và tổn thất dọc đường

Tổn thất tại cửa vào: cv= 0.50 (cửa vào không thuận)

Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống L a H t B2 =14.81 m

Trang 13

Với Ht =3.46 m : Chiều cao thành lòng dẫn.

B =20.00 m : Bề rộng của mỗi khoang (1 khoang)

Hệ số tổn thất dọc đường :

R C

gL a

d 2

2



 : Trọng lượng riêng của nước (KN/m³)



a

hck= 0.49 m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định

9) Tính toán kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt:

Hình 6 : Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí

Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 0.70 – 0.49= 0.21(m)

10) Tính toán chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK

Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 3.46(m)

Trong đó:

hb : Chiều cao lớn nhất của buồng khí

2 2

2

) (

cos

V Z

h : Chiều dày lớp nước phía trên buồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước trên mũi hắt)

∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp công trình, chọn ∆H = 0,5 m

Kết quả tính toán các BPTK ghi trên Bảng 5

Bảng 5 : Thông số tính toán BPTK

Trang 14

Chiều dài mũi hắt Lm m 3.60 2.60

Lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp Qa m³/s 85.64 71.29

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	706,5 KB