Bài giảng Thủy năng - Thủy điện - Chương 7: Tháp điều áp

Công trình được bố trí ở vị trí cuối đường dẫn nước (đầu đường ống áp lực)... THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN.[r]

Trang 1

Chương 7: Công trình điều áp

PGS TS Nguyễn Thống

1

BỘ MÔN KỸ THUẬT & QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

PGS TS NGUYỄN THỐNG

Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu.vn

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index

Tél (08) 38 691 592 - 098 99 66 719

2

Chương 1 : Tổng quan

Chương 2 : Tài nguyên nước và quy hoạch

khai thác Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng

lượng nước

Chương 4 : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện

Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ

Chương 6 : Công trình lấy nước và dẫn nước

Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp

Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng

nước va

Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

3

CÔNG TRÌNH ĐIỀU ÁP

1 Tổng quát

2 Hiện tượng & lý thuyết xác định

dao động mực nước trong công

trình điều áp (CTĐA)

3 Cấu tạo CTĐA (tính toán các

thông số cơ bản của CTĐA)

4

GIỚI THIỆU

Công trình điều áp có nhiệm

vụ giảm (hạn chế) bất lợi (tăng, giảm áp suất lớn) gây ra do hiện tượng nước

va trong đường ống áp lực của các dự án thủy điện!

GIỚI THIỆU

Có 2 loại công trình điều áp:

 Giếng (tháp) điều áp

 Bể điều áp (áp lực)

Chương 7: Công trình điều áp GIỚI THIỆU

Giếng điều áp được sử dụng khi đường dẫn nước loại có áp (đường hầm chảy không có mặt thoáng tự do)

Bể điều áp được sử dụng khi đường dẫn nước loại không áp (kênh chảy hở)

Công trình được bố trí ở vị trí cuối đường dẫn nước (đầu đường ống áp lực)

Trang 2

7

D=3,5m, L=9065m i=0,0061

Giếng điều áp

Đường hầm

Đường ống AL GIẾNG ĐIỀU ÁP Nhà máy

8

Kênh

Đường ống áp lực BỂ ÁP LỰC

9

Mục đích:

- Giảm áp lực nước va sinh ra

trong đường ống áp lực

- Loại bỏ áp lực nước va trong

đường hầm

 Cung cấp hay tạm trử nước tạm

thời khi NM mở hay đóng van

« đột ngột » tạo ra hiện tượng

nước va

10

Q

CÁC LOẠI GIẾNG ĐIỀU ÁP

Đường ống

áp lực

Giếng điều áp Đường

hầm

Dung tích phục vụ nước va dương

Dung tích phục vụ nước va âm

11

Giếng điều

áp hình trụ

Đường

hầm

Đường ống áp lực

Cổ giếng

12

Trang 3

13

Giếng

điều áp Đường

ống áp lực

14

NỘI DUNG TÍNH TOÁN

Xác định đường kính giếng:

 Đường kính phía trên giếng  tính từ nước va dương

 Đường kính phía dưới giếng

tính từ nước va âm

15

 Mực nước cao nhất khi xảy

ra nước va dương (xảy ra khi

NM đang vận hành và cắt tải

 đóng van nhanh)

16

 Xảy ra khi nước va âm, NM đang nghĩ hoặc chạy với lưu lượng nhỏ và tăng tải đột ngột (không khí bị hút vào đường ống áp lực  CẤM)

ĐƯỜNG CỘT NƯỚC ĐO ÁP H

Q

p/γ

p: áp suất nước tại vị trí xét

z

Mặt chuẩn o- o

giếng

Đỉnh giếng

Đường cột nươc đo áp

Chương 7: Công trình điều áp HIỆN TƯỢNG DAO ĐỘNG MỰC NƯỚC GiẾNG KHI ĐÓNG VAN

Hồ chứa

Mực nước tỉnh

Đường hầm s (m 2 )

Giếng

S (m 2 )

z

t

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

G0 G1

z

Zmax

R R’

NM

L

W (m/s)

V (m/s)

Q

Dao động mực nước giếng theo t

VAN

Trang 4

19

Chú ý :

• s : tiết diện hầm

• S : tiết diện giếng điều áp

• L : chiều dài hầm

• z : mực nước giếng tại thời điểm t Quy

ước chiều dương hướng lên, gốc tại mực

nước tỉnh (A 1 B 1 )

• w, v : vận tốc TB của nước trong đường

hầm và trong giếng tại thời điểm t

20

MỤC ĐÍCH TÍNH

1 Xác định kích thước giếng (S)

2 Xác định mực nước cao nhất trong giếng khi có nước va dương  dùng trong xác định cao trình miệng giếng

3 Xác định mực nước thấp nhất trong giếng khi có nước va âm  dùng trong xác định cao trình đáy giếng

21

TÍNH GIẾNG ĐIỀU ÁP

VỚI SƠ ĐỒ

LÝ TƯỞNG

(chuyển động nước

không mất năng lượng)

22

Giả thiết:

• S hằng số (giếng điều áp hình trụ)

• Thể tích hồ TL là rất lớn (MN hồ

không đổi khi có nước va)

• Bỏ qua tổn thất năng lượng trong

đường hầm và giếng

• Lưu lượng Q 0 (chảy qua đường ống

áp lực tại thời điểm ban đầu t=0) giảm về 0 (nước va dương) là tức thì

23

HIỆN TƯỢNG ĐƯỢC MÔ TẢ BỞI 2

PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN

Phương trình LỰC:

- Luật Newton 2: F=ma

 Khảo sát khối chất lỏng giới

hạn bởi G0 và G1(trong đường

hầm)

24

SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG

Phương trình liên tục:

- Luật bảo toàn khối lượng vật chất

 Khảo sát tính liên tục tại vị trí

nối Đ/HẦM GIẾNG

Đ/ỐNG ÁP LỰC

Trang 5

25

XÁC ĐỊNH TỔNG NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN G 0 G 1

Hồ chứa

Giếng

S (m 2 )

z

t

G0 G1

z

Zmax

R R’

L (H-z)

Q

KHỐI CHẤT LỎNG XEM XÉT

TÍNH TỔNG NGOẠI LỰC F

(Newton 2)

VỊ TRÍ XÉT P/T LIÊN TỤC

H

T

26

Bài tập: Hãy liệt kê & xác định các thành phần ngoại lực (F) tác dụng lên khối chất lỏng giới hạn trong đường hầm G0G1

27

Phương trình Newton (theo trục đ/hầm) :

(1)

Phương trình liên tục :

(2)

(w và z là 2 ẩn số)

0 z dt

dw g

L dt

dw sL g





dt

dz S SV

sw  

F

m

28

Từ (1) & (2):

Với:

0 z dt

z d 0 z dt

z d s

S g

2

2 2

2













(3)

LS

gs





Lời giải của phương trình vi phân

trên có dạng:

z = Zmsin(t+) (4)

Đây là chuyển động điều hoà có biên

độ không đổi Z m và tần số 

Chu kỳ :

s

S g

L 2

2

T  







XÁC ĐỊNH BIÊN ĐỘ

Dựa vào nguyên lý:

giếng) so với mặt chuẩn bằng

trong đường hầm

Trang 6

31

Q

ĐỘNG NĂNG  THẾ NĂNG

W (m/s)

32

Từ đó:

2 0

max

g 2

1 2

Z S



S

s g

L w

Zmax  0



Thế năng

Động năng

Vận tốc ban đầu trong đường hầm

33

Bài tập: Nguyên tắc xác định

 trong phương trình z =

Zmaxsin(  t+  ) ?

34

Hồ chứa

Giếng

S (m 2 )

z

t

G0 G1

z

Zmax

R R’

L (H-z)

Q

H

T

z=Zmaxsin(  t)

35

Bài 1 : Cho hệ thống với các thông

số: L=10km, s=10m 2 , S=100m 2 ,

w 0 =2m/s Tính T và biên độ dao

động nước trong giếng Z max Lấy

g=10m/s 2

Lời giải : T=10’28’’, Z max =20m.

Bài 2: Lấy số liệu bài tập 1, xác định S

để biên độ dao động max trong

giếng là 10m

36

Bài 3 : Tương tự trên với : L=5km, s=15m2, S=250m2, w0=4m/s

Bài 4 : Một hệ thống có các thông số: L=3km, s=12m2, w0=4m/s

Tính D của giếng để biên độ dao động của nước trong giếng là

Zmax= 15m

Trang 7

37

TÍNH GIẾNG ĐIỀU ÁP VỚI

SƠ ĐỒ THỰC

(có kể đến mất năng lượng

do lực ma sát, mất năng

cục bộ trong hệ thống)

38

Trong hệ thống thực:

 Luôn luôn có mất năng lượng đường dài do ma sát

& mất năng cục bộ (thay đổi tiết diện, hướng dòng chảy đột ngột) khi nước chảy trong hệ thống

39

Trong hệ thống thực:

 Đóng van trên đường ống

(từ tuabin) KHÔNG xảy ra

tức thì mà xảy ra dần dần 

Q0  0 (nước va dương)

trong một khỏang thời gian

T >0  Q trong đường ống

giảm DẦN về 0

40

Hồ chứa

MN tỉnh

Đường hầm

Giếng điều áp

z

t

1

z

Z max

R R’

NM

HỆ THỐNG THỰC

Dao động mực nước trong giếng TẮT DẦN

Phương trình động lực: Theo phương X

F x =ma x (4)

Với

L chiều dài; s tiết diện hầm γ trọng lượng

đơn vị nước, g gia tốc trọng trường

F x = Lực tỉnh (F 1 ) + Lực ma sát (F 2 )

Ls m

g





F 1 =γs(z-dh g -dh v ) : lực thuỷ tỉnh

: mất năng lượng cục bộ giếng

: mất năng do mở rộng đột ngột

: lực tương đương với h *

w

: mất năng tổng trong hầm

g g

V V dh

2g





h h V

V V dh

2g



*

F sh

*

h h h

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	805,4 KB