Bài giảng Thủy năng - Thủy điện - Chương 8: Đường ống áp lực và hiện tượng nước va

Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng lượng nước.. Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ.[r]

Trang 1

PGS TS Nguyễn Thống 1

BỘ MÔN KỸ THUẬT & QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

Giảng viên: PGS TS NGUYỄN THỐNG

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

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

Tél (08) 38 691 592 - 098 99 66 719 PGS TS Nguyễn Thống 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

PGS TS Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va

3

ĐƯỜNG ÁP LỰC &

HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA

1 Tổng quát

2 Hiện tượng nước va trong

đường ống áp lực

3 Biện pháp giảm áp lực nước va

4

TỔNG QUÁT

Đường ống áp lực là công trình nối giữa cuối đường dẫn nước đến nhà máy

Đường ống chịu áp lực nước bên trong đường ống

- CTLN  Kênh dẫn  Bể áp lực  Đường ống  Nhà máy

- CTLN  Đường hầm có áp  Giếng điều

áp (tháp điều áp)  Đường ống  Nhà máy.

5

PHÂN LOẠI Theo vị trí xây dựng:

 Đường ống áp lực kiểu hở

 Đường ống áp lực kiểu

ngầm

 Đường ống áp lực kiểu hổn

hợp (hở +ngầm)

6

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

Đường ống áp lực (kiểu hở) NM

Trang 2

L OAL = 1866m

D ống chính = 2,6m

D ống nhánh = 1,6m

NHÀ VAN

NHÀ MTĐ

GIẾNG

ĐIỀU ÁP

KÊNH XẢ

32 ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM

Đường ống áp lực

Đập tràn

9

ĐƯỜNG

ỐNG

ÁP LỰC

HỞ

10

THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG

ÁP LỰC

11

THI CÔNG

ĐƯỜNG ỐNG

ÁP LỰC

12

THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG

35mm

Trang 3

ĐƯỜNG

ỐNG BÊ

TÔNG NGẦM

BỌC

THÉP

Đường ống

15

CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC

và ổn định

Khi NM thay đổi trạng thái đột ngột

(tăng tải, cắt tải)  dòng chảy

quá độ (transient)

16

CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC KHÔNG ỔN ĐỊNH  DÒNG CHẢY

QUÁ ĐỘ

Xảy ra khi  Đóng (mở) van

trong ống

17

GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG

Trong trường hợp đó  mỗi đoạn

dòng chảy (vi phân) trong ống chịu

sự thay đổi áp suất và vận tốc khác

nhau theo từng thời điểm  hiện

tượng truyền sóng áp lực  được

gọi là « NƯỚC VA »

 Xem đồ thị minh hoạ ở sau:

18

SỰ TRUYỀN SÓNG ÁP LỰC

Đóng van Van mở t=0

Trang 4

H A

ΔH A

Mặt chuẩn

A

B

BỂ CHỨA

Kênh sau NM

H A : cột áp tỉnh (mH 2 O)

ΔH A : gia số áp suất tại A sinh ra do nước va dương

Đường ống

G

X

THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH

NƯỚC VA (Ống tuyệt đối cứng, NƯỚC

không NÉN được)

21

Xét chuyển động khối nước trong đoạn ống AB

Phương trình chuyển động theo phương X (lưu

ý chiều dương chọn), Newton 2:

: khối lượng nước trong đoạn AB

F: tiết diện ống

: tổng ngoại lực theo phương X (trục ống)



x x d(mV )

F

dt 

m   FL

x

F



dV

dt

     

(1)

22

: hình chiếu của trọng lượng nước trong đường ống lên phương X

Giả thiết không có ma sát giữa chất lỏng và thành ống (xem là áp suất thủy tỉnh)

Thay vào p/t trên và thu gọn:

 Với V=Q/F và dQ biến đổi lưu lượng trong thời đoạn dt

gLFsin

H  H  Lsin 

A dV

dt

   A L dV L dQ

H

    

Thay đổi áp suất tại A

do nước va gây ra

23

CHÚ Ý:

- Nếu dQ/dt < 0  đóng van

 ΔH A > 0  nước va dương

- Nếu dQ/dt > 0  mở van

 ΔH A < 0  nước va âm

 Gia số áp lực do nước va tại A tỷ lệ tuyến

tính với chiều dài L từ B đến A

 L=0  ΔH=0 (tại B)

A L dV L dQ H

g dt gF dt

24

- Gia số áp lực do nước va tại A tỷ lệ tuyến tính với (dQ/dt)

Trong trường hợp 

Q d : lưu lượng trước khi đóng van;

Q c : l/l sau khi đóng van

T s : thời gian đóng van từ Q d  Q c

Trang 5

Trường hợp kể đến sự đóng không «

tuyến tính »:

Với k = 1,25 1,5 xem như hệ an toàn

 Nếu đóng (mở) van tức thì (dQ/dt

>>> 1) 

 Kết quả không hợp lý này do từ các

“giả thiết” ban đầu của bài toán !

s

c d A

T

Q Q gF

L k





!



NƯỚC VA ĐƯỜNG ỐNG CỨNG TUYỆT ĐỐI

D THAY ĐỔI

H A

ΔH A

Mặt chuẩn

A

B

Réservoir

Kênh sau NM

H A : cột nước tỉnh

ΔH A : gia số áp lực nước va tại A

L 1 ,F 1

L 2 ,F 2

L 3 ,F 3

ΔH (1) ΔH (2)

27

Giả thiết D mỗi đoạn không đổi:

Gia số áp lực cho đoạn 1:

























2 2 1 1 s

c d s

c d 2 2 ) 1 ( ) 2

(

F

L F

L gT

Q Q T

Q Q gF

L H H





















3 3

2 2

1 1

s

c d ) 3 (

F

L F

L gT

Q Q H















1 1 s c d ) 1 (

F

L gT Q Q H

28

Bài tập : Một đường ống áp lực có D=2,25m, chiều dài L=1000m, dẫn lưu lượng Q=30m3/s Thời gian đóng van là 10s (tuyến tính k=1)

1 Tính gia số áp lực lớn nhất do nước va

2 Tương tự nếu D=2.5m So sánh với kết quả câu 1, nhận xét

29

Bài giải:

1 D=2.25m

2 D=2.5m

Nhận xét: V  giảm  Giá trị nước va giảm

s

Q Q

gF T 9.81*3.14159* 2.25 10

s

Q Q

gF T 9.81*3.14159* 2.5 10

30

Bài tập: Lấy số liệu bài trước Đường ống bây giờ gồm 2 đoạn : L1=400m, D1=2.25m;

L2=600m, D2=2.0m

Tính gia số áp lực do nước va trong 2 đoạn ống

Trang 6

Bài giải: Đoạn 1:

Đoạn 2:

m 76 30 10 0 30 25 2

* 81 9 400

* T

Q Q gF

L

s c d 1

1

)

1











m 16 89 10 0 30 2

* 81 9 600

* 76 30 T Q Q gF

L H

s c d 2 2 )

1

(

)

2













Bài tập 1: Lấy số liệu bài trước, đường

D1=3.5m; L2=250m, D2=3.0m Lưu lượng 40m3/s Tính gia số áp lực do nước va trong mỗi đoạn (B,C)

Bài tập 2: Giả thiết AC (AB+BC) lấy là đường kính trung bình (tính theo trọng số chiều dài) Tính gia số do áp lực nước va tại cuối ống (C) So sánh với Bài tập 1

33

NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ĐÀN HỒI &

NƯỚC NÉN ĐƯỢC - ĐÓNG (MỞ) VAN

TỨC THÌ

 Xét trường hợp nước là NÉN

được (  thay đổi theo áp suất)

 Tiết diện  đường ống thay đổi

theo áp suất bên trong

34

bằng thép hoặc bê tông cốt

suất thay đổi (mặc dù rất bé)

 Đường ống đàn hồi

35

Khảo sát đoạn ống cuối đường ống dài Δl (bé):

- Có 1 van ở A (chọn làm gốc toạ độ)

- Đầu vào đường ống giả thiết là hồ chứa

- V 0 vận tốc trung bình trong ống

- Thực hiện đóng van tức thì (T v =0).

A

a

m

n

Δl

p 0 +Δp

p 0

t=0 t=dt

V 0

V 0 =0

X

O

36

Giải thích hiện tượng:

Sau Δt (s), chỉ có đoạn chất lỏng giới hạn bởi (a-a);(m-m)  là dừng  Gia tăng áp suất Δp

Trong khi đó nước bên trái (m-m) vẫn chảy

“bình thường”

Phương trình chuyển động khối chất lỏng giới hạn bởi (a-a) và (m-m) theo trục ống:

0 0

0

t



       

  0

Trang 7

Bước thời gian kế, đoạn chất lỏng giới hạn

bởi (m-m) và (n-n) sẽ dừng  hiện tượng

tiếp diễn  sự truyền sóng áp lực với tốc

độ a:

Do đó (1)  (2)

0

l

t

 

 



lim

0

l a

t





 

0

p  aV

 

Trong trường hợp van đóng 1 phần:

Note: Δp=g ΔH (N/m 2 ) Tính a (tốc độ truyền sóng áp lực):

Xét khi áp suất nước gia tăng một giá trị Δp:

 Khi nước bị nén:

 Tiết diện ống gia tăng:

0

( c)

p  a V V

0 c

a

g

     

39

Khối lượng nước trong đoạn a-a;m-m gia tăng:

Trong thời gian đó, khối lượng nước đi qua tiết

diện m-m để đi vào [a-a;m-m] là:

Luật bảo toàn khối lượng:

m        

  l   a t

m          

        

t V

m  

 0  0

m

m  

40

Ta có:

Từ đó:

         a  t   V0 t

0

p



p

 







0

p  aV

 

41

đổi (dù có bị nén) :

Vi phân toàn phần:

c

0

dW Wd

   



 d W

dW







42

Quy luật thể tích chất lỏng thay đổi theo áp suất (GT.Cơ học chất lỏng):



suất



K





K

dp W

dW K

dp W



1

K 

Định dạng
Số trang	7
Dung lượng	1,12 MB