Đề tài Thiết kế tính toán nhà máy thủy điện Nậm Pông, Quỳ Châu, Nghệ An

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM PÔNG, QUỲ CHÂU, NGHỆ AN MỤC LỤC.................................................................................................................. 1 PHẦN I :GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH .................................. 4 CHƯƠNG 1: Tổng quan về công trình............................................................... 4 1.1 Giới thiệu về công trình : ............................................................................. 4 1.2 Nhiệm vụ công trình: .................................................................................. 4 CHƯƠNG 2: Các tài liệu điều tra thu thập được ............................................. 5 2.1 Tài liệu về địa hình, địa chất:....................................................................... 5 2.2 Tài liệu thủy văn : ........................................................................................ 6 2.3 Tài liệu về dân sinh kinh tế tại khu vực dự kiến xây dựng công trình : .... 10 2.4 Nhu cầu dung điện : ................................................................................... 11 PHẦN II :TÍNH TOÁN THỦY VĂN ..................................................................... 13 CHƯƠNG 1: Tính toán điều tiết lũ................................................................... 13 1.1 Mục đích tính toán điều tiết lũ : ................................................................. 13 1.2 Chọn phương pháp phòng lũ và biện pháp tháo lũ : .................................. 13 CHƯƠNG 2: Phương pháp tính toán điều tiết lũ............................................ 14 2.1 Tính toán với lưu lượng thiết kế : .............................................................. 14 1.2 Tính toán với lưu lượng kiểm tra :............................................................. 14 PHẦN III: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG................................................................. 15 CHƯƠNG 1:Bố trí sơ bộ công trình ................................................................. 15 1.1 Bố trí các công trình đầu mối : .................................................................. 15 1.2 Cách bố trí các công trình trên tuyến năng lượng :.................................... 16 CHƯƠNG 2:Tính toán thủy năng .............................................................................. 18 2.1 Chọn hình thức điều tiết :........................................................................... 18 2.2 Tính toán thủy năng : ................................................................................. 18 2.3 Lựa chọn các thông số thiết kế : ................................................................ 22 2.4 Phương pháp tính toán thủy năng : .......................................................... 404 2.5 Kết quả tính toán thủy năng : ..................................................................... 26 PHẦN IV: CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG .............................................................. 28 CHƯƠNG 1: Xác định cấp công trình và các chỉ tiêu .................................... 28 1.1 Nhiệm vụ của các công trình thủy công nói chung : ................................. 28 1.2 Nhiệm vụ và cấp thiết kế của công trình : ................................................. 28 CHƯƠNG 2: Chọn tuyến và bố trí tổng thể công trình.................................. 30 2.1 Chọn tuyến đập và giải pháp kết cấu chính : ............................................. 30 2.2 Bố trí tổng thể công trình : ......................................................................... 30 CHƯƠNG 3: Chọn hình dạng cấu tạo cụm công trình................................... 32 3.1 Chọn hình dàng cấu tạo đập không tràn : .................................................. 32 3.2 Chọn hình dạng mặt cắt cho đập tràn : ...................................................... 32 CHƯƠNG 4: Tính toán thủy lực đập tràn....................................................... 33 4.1 Xác định khẩu diện tràn và cột nước tràn theo mực nước lũ thiết kế : ...... 33 4.2 Xác định cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra :............................ 33 CHƯƠNG 5: Thiết kế đập không tràn ............................................................. 35 5.1 Mặt cắt cơ bản :.......................................................................................... 35 5.2 Tính toán mặt cắt thực dụng đập không tràn : ........................................... 37 CHƯƠNG 6: Tính toán thiết kế đập tràn.................................................................43 6.1 Thiết kế mặt cắt thực dụng của đập tràn : ................................................... 43 6.2 Tính toán tiêu năng : .................................................................................. 45 CHƯƠNG 7 : Thiết kế tuyến năng lượng ....................................................... 49 7.1 Chọn phương thức cấp nước của đường dẫn nước áp lực : ........................ 49 7.2 Công trình lấy nước : .................................................................................. 49 7.3 Tính toán tổn thất thuỷ lực qua CLN : ........................................................ 54 7.4 Thiết kế đường hầm dẫn nước : .................................................................. 56 7.5 Tính toán tháp điều áp : .............................................................................. 57 7.6 Tính toán đường ống áp lực :...................................................................... 58 7.7 Tính toán nước va trong đường ống áp lực : .............................................. 60 PHẦN V:LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO MÁY THUỶ ĐIỆN ................................... 70 CHƯƠNG 1: Chọn số tổ máy ............................................................................ 70 1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy của TTĐ : ........................................ 70 1.2 Chọn số tổ máy cho TTĐ Nậm Pông :........................................................ 71 CHƯƠNG 2: Xác định các thông số của turbin và máy phát ........................... 72 2.1 Xác định các thông số cơ bản của turbin : .................................................. 72 2.2. Chọn máy phát thủy điện: .......................................................................... 80 CHƯƠNG 3: Chọn thiết bị dẫn và thoát nước ...................................................... 88 3.1. Thiết bị dẫn nước cho nhà máy thuỷ điện: ................................................ 88 3.2. Thiết bị thoát nước cho nhà máy: .............................................................. 92 CHƯƠNG 4: Chọn thiết bị điều chỉnh turbin........................................................ 95 4.1 Nhiệm vụ của điều chỉnh Turbin: .............................................................. 95 4.2 Hệ thống điều chỉnh turbin : ....................................................................... 96 CHƯƠNG 5: Chọn sơ đồ đấu điện chính, thiết bị nâng hạ...............................101 5.1 Sơ đồ đấu điện chính:............................................................................... 101 5.2 Chọn thiết bị phân phối điện cho TTĐ Nậm Pông : ................................ 104 5.3 Chọn thiết bị nâng chuyển cho TTĐ Nậm Pông :.................................... 108 PHẦN VI: NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN........................................................................ 6210 CHƯƠNG 1: Các kích thước cơ bản của nhà máy .................................... 6210 1.1 Vị trí và loại nhà máy : ........................................................................... 6210 1.2 Kết cấu và kích thước phần dưới nước của TTĐ :.................................... 110 1.3 Kết cấu và kích thước phần trên nước của TTĐ :....................................... 63 CHƯƠNG 2: ..................................................................................................... 66 2.1 Các thiết bị bố trí trong nhà máy thuỷ điện : .................................................. 2.2 Các phòng phụ của nhà máy : ......................................................................... PHẦN VII: CHUYÊN ĐỀ .......................................................................................... PHẦN VIII: CÁC PHỤ LỤC TÍNH TOÁN............................................................... LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................ PHẦN I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1. Giới thiệu về công trình 1.1.1. Tên công trình: Công trình thủy điện Nậm Pông, huyện Quỳ Châu, tỉnh Nghệ an. 1.1.2. Vị trí công trình Công trình thuỷ điện Nậm Pông dự kiến đặt trên dòng sông Nậm Pông. Khu đầu mối công trình thuộc xã Châu Phong còn nhà máy nằm cách quốc lộ 48 khoảng 1 km, cách đường Hồ Chí Minh trên 70km, trên địa bàn xã Châu Hạnh, huyện Quỳ Châu tỉnh Nghệ An. Nậm Pông bắt nguồn từ dãy Trường sơn, biên giới Việt nam- Lào, độ cao 1.400m đến 1.500m, là nhánh cấp I và nằm ở hữu ngạn sông Hiếu, một dòng sông có lưu lượng nước rất lớn, chảy về khu vực giữa tỉnh Nghệ an, hàng năm gây ra lũ lụt rất lớn cho đồng bào ở cả thượng du và hạ du. Từ nguồn về, dòng chảy chính chảy theo hướng Tây Nam- Đông Bắc, nhập với sông Hiếu cách thị trấn Quỳ Châu khoảng 8-10 km về phía thượng lưu. 1.2. Nhiệm vụ công trình: - Thuỷ điện Nậm Pông dự kiến xây dựng trong 3 năm. Nhiệm vụ chủ yếu là phát điện với công suất lắp máy là 30 MW, hoà vào lưới điện khu vực cấp điện áp 110 kV, sản điện lượng bình quân năm 123,965 triệu kWh. - Ngoài ra khi công trình thuỷ điện được xây dựng sẽ tạo công ăn việc làm cho một bộ phận không nhỏ dân trong vùng và cũng góp phần phát triển hạ tầng, thúc đẩy nền kinh tế của địa phương phát triển hơn nữa. CHƯƠNG II: CÁC TÀI LIỆU ĐIỀU TRA ĐÃ THU THẬP ĐƯỢC 2.1. Tài liệu về địa hình, địa chất: a). Đặc điểm địa hình khu vực công trình: - Khu vực công trình có dạng địa hình vùng núi cao trung bình với mức độ chia cắt mạnh, các sườn núi hẹp và dốc 20- 040 . - Hoạt động đứt gãy kiến tạo khu vực công trình thủy điện Nậm Pông phát triển khá mạnh, trong vùng nghiên cứu với hệ thống đứt gãy chủ yếu: Tây Bắc- Đông Nam có góc dốc lớn cắm về phía Đông Bắc, ít hơn là hệ thống đứt gãy theo phương Đông Bắc -Tây Nam có góc dốc lớn cắm về phía Đông Nam. Các đứt gãy gồm 9 đứt gãy bậc IV và một số đứt gãy bậc V. b). Các tài liệu qua công tác khoan trắc về địa hình: - Đã có bản đồ địa hình toàn vùng dự định xây dựng công trình với tỉ lệ 1:20000 - Bản đồ tỉ lệ 1:200 tại khu vực tuyến đập và tại nhà máy. c). Địa chất khu vực công trình: - Phần lớn khu vực nghiên cứu phân bố đá granitôgownai,…cấu tạo khối, đá cứng chắc, có các mạch thạch anh dày 0,5m đến 2,0m xuyên cắt. - Các hiện tượng địa chất vật lý như đá lăn, trượt lở, đá đổ tại các sườn dốc khu vực tuyến đập rất nguy hiểm đe dọa ổn định công trình. - Điều kiện địa chất các công trình chính: + Điều kiện địa chất công trình tuyến đập dự kiến là tương đối thuận lợi, lòng sông có lớp cát, cuội, sỏi và tảng lăn kích thước lớn dày 1,8 tới 4,3m. Dự kiến tuyến đập đặt tại vị trí mặt cắt 2-2 đã khảo sát và đập đặt trên đá đới IIA. + Điều kiện địa chất công trình tuyến đường hầm dự kiến xây dựng cũng tương đối tốt: tuyến dài khoảng 5km, địa hình phân cắt trung bình, hầm sâu dưới mặt đất đến hàng trăm mét. - Hồ chứa thủy điện Nậm Pông là hồ chứa miền núi, hẹp, nông, vách dốc 20- 040 . Địa hình phân cắt mạnh, hiện tượng trượt lở đất đá ven bờ phát triển mạnh với quy mô cục bộ, khả năng thấm mất nước qua hồ chứa và hai vai đập là nhỏ, không đáng kể. 2.2. Tài liệu thủy văn: a). Đặc điểm khí hậu: - Khí hậu:Công trình thủy điện nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với các hướng gió chính là: Gió mùa Đông, Đông Bắc, gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông Nam. Gió mùa Đông Nam ảnh hưởng lớn tới lượng mưa ở vùng. - Nhiệt độ và độ ẩm không khí: + Chế độ nhiệt trong năm biến đổi theo mùa rõ rệt mùa nóng và mùa lạnh, sự chênh lênh nhiệt độ giữa 2 mùa có khi lên tới 020 . + Lưu vực sông Hiếu nói chung có độ ẩm không cao. Giá trị độ ẩm tương đối trung bình năm ít biến đổi trong vùng, giữa các tháng độ ẩm ít thay đổi. - Chế độ mưa: Phân bố mưa trên lưu vực sông Hiếu có xu hướng tăng dần từ hạ lưu lên phía thượng nguồn. Để phục vụ cho việc tính toán xác định dòng chảy lũ thiết kế cho công trình, lượng mưa ngày lớn nhất ứng với các tần suất thiết kế được cho bảng sau: Bảng 2.1 Lượng mưa ngày lớn nhất ứng với tần suất thiết kế: Lượng mưa ứng với các tần suất thiết kế( max %pX ) Trạm 0,2 0,5 1 2 5 10 20 Quỳ Châu 496 435 382 331 269 224 - Lượng bốc hơi trên khu vực công trình: Lượng bốc hơi trung bình năm quan trắc được cho thấy trên lưu vực biến đổi từ vùng thấp đến vùng cao. Ở vùng cao có lượng bốc hơi nhỏ hơn vùng thấp và tổng lượng bốc hơi năm dao động trong khoảng từ 700m đến 950m. - Chế độ gió tại khu vực khảo sát: Gió hoạt động trên lưu vực sông Cả nói chung và lưu vực sông Hiếu nói riêng thay đổi theo mùa, cơ chế gió mang nhiều tính địa phương nhất là ở những nơi có địa hình phức tạp. Trong năm phân biệt hai mùa gió: + Mùa đông gió thịnh hành là Đông - Đông Bắc, mùa đông tập trung xung quanh hướng gió thịnh hành với một tần suất khá cao và tương đối ổn định. + Mùa hè hướng gió thịnh hành là Tây - Tây Nam, gió mùa hè không tập trung bằng mùa đông. Gió Lào tập trung nhiều từ tháng IV tới tháng VII mang thời tiết khô nóng rất khó chịu. b). Các đặc trưng về thủy văn dùng cho công tác thiết kế: - Đặc trưng dòng chảy năm thiết kế: Qua quá trình quan trắc tại các trạm thủy văn khu vực dự kiến xây dựng công trình và dựa trên những kết quả tính toán thủy văn ta thu được đặc trưng dòng cháy năm thiết kế tại tuyến công trình được cho bởi bảng sau: Bảng 2.2: Đặc trưng dòng chảy năm thiết kế tại tuyến Nậm Pông 3 % ( / )pQ m s Tuyến Diện tích lưu vực: F km2 oQ 3 /m s vC sC 10 50 75 80 90 Nậm Pông 354 12,15 0,356 2 vC 17,9 11,6 9,03 8,47 7,05 + oQ : là lưu lượng trung bình nhiều năm, + vC , sC : là hệ số đặc trưng dòng chảy năm, - Chế độ dòng chảy qua tuyến đập được đặc trưng bởi đường duy trì lưu lượng ngày đêm cho bởi bảng sau: Bảng 2.3. Lưu lượng ngày đêm tuyến Nậm Pông ứng với các mức bảo đảm: Lưu lượng ngày đêm thiết kế P% 3% ( / )pQ m s Tuyến F km2 10 30 50 75 80 85 90 Nậm Pông 354 22,9 12,09 8,15 4,62 4,09 3,67 3,18 Trong đó F là diện tích lưu vực tuyến công trình Bảng 2.4. Tọa độ đường duy trì lưu lượng ngày đêm tuyến nhà máy Nậm Pông. P% êng d mtuyenNMQ − 0,3 155,15 1 83,41 2 56,95 3 44,59 5 32,68 10 23,84 15 19,69 20 16,36 25 14,34 30 12,7 35 11,27 40 10,44 45 9,25 50 8,57 55 7,45 60 6,85 65 6,05 70 5,43 75 4,85 80 4,3 85 3,86 90 3,34 95 2,87 97 2,46 100 1,04 - Ngoài bảng lưu lượng ngày đêm còn có dòng chảy lũ thiết kế tại tuyến đập Nậm Pông được xác định theo 3 phương pháp nhưng trong đồ án này ta lấy kết quả tính toán theo phương pháp của Alếchxâyép. Với các tần suất kiểm tra 0,2%, tần suất thiết kế 0,1% Bảng 2.5. Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế tại tuyến công trình Nậm Pông: 3 % ( / )pQ m s Phương pháp 0,2% 1% 5% 10% Alếchxâyép 2960 2198 1477 1203 - Dòng chảy bùn cát tự nhiên đến tuyến công trình: + Dòng chảy bùn cát tự nhiên tới tuyến công trình được xác định theo độ đục thực đo của trạm Quỳ Châu. + Kết quả tính toán lưu lượng phù sa trung bình hàng năm đến tuyến công trình được giới thiệu bảng sau: Bảng 2.6. Dòng chảy phù sa trung bình hằng năm tuyến đập Nậm Pông Tuyến 30 ( / )Q m s 3( / )o g mρ 3W (10 / )tc t n 3 3(10 / )tcV m n Nậm Pông 12,15 154,9 83,1 69,8 + oρ : Dung trọng riêng của bùn cát. + W ,tc tcV : là tổng lượng và tổng thể tích phù sa lơ lửng và di đẩy. - Trên cơ sở tính toán và đo đạc trên bình đồ tổng thể ta có được bảng tọa độ đường quan hệ Z - F và Z - W hồ chứa. Bảng 2.7. Quan hệ cao trình hồ với diện tích và dung tích. Z (m) 236,5 238 240 242 244 246 248 F (km2) 0,000 0,002 0,003 0,006 0,011 0,015 0,024 W( 610 m ) 0,000 0,001 0,005 0,014 0,031 0,057 0,1 250 252 254 256 258 260 262 264 0,07 0,012 0,17 0,25 0,32 0,44 0,57 0,7 0,19 0,38 0,68 1,10 1,67 2,43 3,44 4,71 - Đường quan hệ lưu lượng và mực nước tại tuyến công trình và tuyến nhà máy được xây dựng theo công thức: 2 1 3 2 .R JQ n ω = + Q: là lưu lượng tính toán ( 3 /m s ) +ω : diện tích mặt cắt ngang + R: bán kính thủy lực tại mặt cắt tính toán + J: độ dốc mặt nước + n: độ nhám lòng sông Bảng 2.8. Quan hệ Q= f(h) nhà máy: Q 3 /m s 0,00 3,27 7,67 11,76 17,09 23,99 30,81 41,42 54,07 73,03 Z(m) 86,0 86,5 87,0 87,5 88,0 88,5 89,0 89,5 90,0 90,5 97,03 130,1 171,26 226,01 290,39 366,16 450,2 548,16 659,27 774,5 91,0 91,5 92,0 92,5 93,0 93,5 94,0 94,5 95,0 95,5 900,29 1035,31 1180,00 1332,44 1493,39 1660,98 1825,40 2010,24 96,0 96,5 97,0 97,5 98,0 98,5 99,0 99,5 2.3. Tài liệu về dân sinh kinh tế tại khu vực dự kiến xây dựng công trình: a). Tình hình thực tế của huyện Quỳ Châu: - Quỳ Châu là một huyện vùng cao của tỉnh Nghệ An, Việt Nam. Quỳ Châu nằm trong vùng kinh tế Phủ Quỳ, trung tâm của miền Tây Bắc Nghệ An. - Địa hình khu vực khá phức tạp bị ngăn cách bởi nhiều sông suối nhỏ. Tuy nhiên đây cũng là thuận lợi để phát triển thủy điện. Do địa hình phức tạp nên vốn rừng của huyện vẫn được bảo tồn tốt. - Cơ cấu ngành nghề của huyện: + Lâm nghiệp: Quỳ Châu là huyện có diện tích rừng lớn ở Nghệ An, chiếm gần 60% diện tích đất tự nhiên. + Trong sản xuất nông nghiệp: Tuy diện tích đất nông nghiệp bị hạn chế nhưng do áp dụng nhiều khoa học kỹ thuật tiến bộ nên sản lượng vẫn cao 93 tạ/ha (vào năm 2003). + Ngành tiểu thủ công nghiệp với các ngành nghề truyền thống như dệt thổ cẩm, đan lát,…tuy chưa phát triển nhưng đã đem lại phần nào thu nhập cho người dân. - Quỳ Châu vẫn là huyện nghèo, mỗi năm thu ngân sách trên địa bàn chỉ trên 1 tỷ đồng ngoài ngân sách do Nhà nước cân đối. => Trên thực tế Quỳ Châu còn phải đối mặt với nhiều khó khăn như tiềm năng lâm nghiệp chưa được khai thác hợp lý, công nghiệp- tiểu thủ công nghiệp- dịch vụ phát triển chậm, thu ngân sách còn thấp… b). Định hướng và mục tiêu phát triển kinh tế-xã hội đến năm 2015: 1). Định hướng phát triển kinh tế: Để phát triển kinh tế đạt hiệu quả cao nhất Quỳ Châu đã chia các xã ra thành 4 vùng kinh tế khác nhau: 2). Một số chỉ tiêu phát triển kinh tế-xã hội đến năm 2010. - Tốc độ tăng trưởng GDP thời kỳ 2001-2010 là: 12,6%/năm. - Thu nhập bình quân đầu người năm 2010: 3,725 triệu đồng, tăng gấp đôi so với năm 2000. - 80% dân số dùng nước sạch năm 2005 và 100% dân dùng nước sạch năm 2010… 2.4. Nhu cầu dùng điện: Đến năm 2003, Quỳ Châu mới chỉ có 7/12 xã, thị trấn có điện lưới quốc gia với 6.550 hộ được dùng điện, chiếm 63,4% số hộ cả huyện, 519 máy phát thủy điện cực nhỏ của bà con nhân dân vùng sâu vùng xa. Vì vậy nhu cầu dùng điện của người dân là rất lớn. Công trình thủy điện Nậm Pông được xây dựng sẽ góp một phần lớn điện bổ sung cho các huyện thiếu điện trong vùng, làm cho đời sống người dân nâng cao và góp phần làm cho nền kinh tế phát triển. PHẦN II: TÍNH TOÁN THỦY VĂN CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 1.1. Mục đích của tính toán điều tiết lũ - Điều tiết lũ nói chung là quá trình làm thay đổi dòng chảy lũ dọc theo đường vận chuyển của nó, cụ thể là đỉnh lũ giảm nhỏ, thời gian lũ dài ra. - Nhiệm vụ tính toán điều tiết lũ nhằm thoả mãn nhu cầu phòng lũ, chứa bớt lũ vào dung tích phòng lũ, giảm bớt lưu lượng xả qua công trình xả lũ, từ đó đáp ứng yêu cầu phòng chống lũ cho các công trình ven sông và khu vực hạ lưu, qua tính toán tìm ra các biện pháp phòng chống lũ thích hợp và có hiệu quả nhất, như xác định quy mô và kích thước của công trình xả.... 1.2. Chọn phương pháp phòng lũ và biện pháp tháo lũ 1.2.1. Các phương pháp phòng lũ của kho nước (hồ chứa) Có 3 phương pháp chính để phòng lũ cho hồ chứa đó là: - Phòng lũ bằng dung tích kết hợp. - Phòng lũ bằng dung tích siêu cao. - Kết hợp 2 phương pháp trên. => Do tình hình cụ thể của công trình: địa hình dốc, hồ chứa nhỏ dung tích hữu ích nhỏ. Vì vậy trong đồ án thiết kế sơ bộ, chọn phương pháp phòng lũ bằng dung tích siêu cao. 1.2.2. Chọn phương pháp tháo lũ - Có rất nhiều phương pháp tháo lũ như tháo lũ qua tràn tự do, xả lũ qua tràn có cửa van hay xả lũ qua tràn dọc hoặc xả qua xiphông. Từ tuyến đã chọn, mực nước thiết kế, phương án bố trí công trình và giải pháp kết cấu chính, chọn hình thức xả lũ là xả mặt với tràn không có cửa van vì công trình nhỏ, kích thước công trình xả lũ không lớn nên không cần thiết dùng đến van. CHƯƠNG II : PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU TIẾT LŨ 2.1.Tính toán với lưu lượng thiết kế: - Có rất nhiều phương pháp tính toán khác nhau như phương pháp tính đúng dần (phương pháp giải tích), phương pháp Pôtapốp, Kôtrêrin…Tuy nhiên trong giai đoạn thiết kế sơ bộ chọn phương pháp tính toán điều tiết lũ đơn giản của Kôtrêrin để tính. Lưu lượng xả lớn nhất được tính theo công thức       −= L sc1% maxmax W V1.Qq Trong đó : + :Q1%max Lưu lượng lũ thiết kế, 1%maxQ = 2198 (m3/s). + Vsc: Dung tích phòng lũ của hồ (dung tích siêu cao). + WL: Tổng lượng lũ thiết kế - Do hồ chứa của công trình Nậm Pông có dung tích hữu ích nhỏ, hồ chỉ điều tiết ngày đêm nên ta bỏ qua dung tích phòng lũ, coi Vsc = 0. Nên qxả = 1%maxQ = 2198 (m3/s). Từ đó ta xác định Qxả theo công thức: Qxả = Qmax - αt .QTđmax Với αt là hệ số lợi dụng và αt =0,7 – 0,8 Do lưu lượng QTđmax nhỏ hơn nhiều so với lưu lượng xa qua tràn nên ta có thể tạm thời lấy Qxả = 1% maxQ =2198 m3/s để tính toán xác định cột nước tràn để tính toán xác định cột nước tràn. 2.2.Tính toán với lưu lượng kiểm tra: - Cũng dùng phương pháp tương tự như trên tính toán lưu lượng xả lớn nhất ứng với mức 0,2% là: Qxả = 0,2%maxQ =2960 m3/s PHẦN III:TÍNH TOÁN THỦY NĂNG CHƯƠNG I : BỐ TRÍ SƠ BỘ CÔNG TRÌNH 1.1.Bố trí các công trình đầu mối: a). Tuyến đập chính. - Vị trí: Khi khảo sát địa hình tại khu vực các kỹ sư đã đưa ra 2 phương án chọn vị trí xây dựng tuyến đập.Trong đồ án này, chọn vị trí xây dựng tuyến đập theo phương án 2. Vị trí của tuyến đập được xác định trên bình đồ bởi hai điểm: D1 có tọa độ: X = 2158968,0468 Y = 503649,7685 D4 có tọa độ: X = 2158803,3877 Y = 503954,6937 - Tuyến đập gồm có đập dâng nước và đập tràn nối liền với nhau: b). Đập dâng nước: - Vị trí của đập dâng dược xác định dựa vào vị trí của tuyến đập. Đập dâng được bố trí ở hai bên của tuyến đập. Với chiều cao đập thảo mãn các điều kiện không cho nước tràn qua trong bất kì trường hợp nào. - Loại đập: Có thể thiết kế đập theo các loại sau đây: + Đập đất. + Đập bê tông trọng lực. + Đập đá đổ. - Việc lựa chọn loại đập phải dựa trên sự khảo sát, phân tích địa hình địa chất vật liệu để chọn ra loại đập thích hợp với công trình và đem lại hiệu quả cao nhất. Theo kinh nghiệm với các công trình thủy điện đã được xây dựng gần khu vực công trình và dựa vào tài liệu của các anh chị kỹ sư cũng như địa hình ở đây rất dốc, hẹp. Đập được xây dựng là loại đập bê tông trọng lực. - Hình dạng mặt cắt: Dạng tam giác c). Đập tràn: - Vị trí xây dựng đập tràn cũng giống như đập không tràn đều phụ thuộc vào vị trí tuyến đập. Được xác định bởi 2 điểm D1, D4. Được xây dựng kẹp giữa 2 đoạn của đập không tràn. - Đập tràn có mặt cắt dạng Ôphixêrốp tràn tự do với cao trình đỉnh tràn ứng với MNDBT = 258m. Đập chỉ có một khoang tràn không bố trí cầu công tác cũng như thiết bị nào trên tràn. Chiều rộng của tràn vào khoảng 60m. - Lưu lượng lớn nhất qua tràn sẽ là lưu lượng ứng với tần suất là 0,2% tức là mực nước lũ kiểm tra. Hình thức tiêu năng qua tràn sẽ là tiêu năng mặt với hình thức tiêu năng phóng xa, tiêu năng bằng mũi phun. Với cao trình mũi phun đảm bảo cho quá trình tiêu năng được tốt nhất. 1.2. Cách bố trí các công trình trên tuyến năng lượng: a). Cửa lấy nước: - Vị trí cửa lấy nước được bố trí ngay dưới đập không tràn phía góc phải. - Vì trạm thủy điện là kiểu đập kết hợp đường dẫn và do địa hình tương đối dốc lên cửa lấy nước là cửa lấy nước có áp. - Hình dạng cửa lấy nước: Cửa lấy nước có mặt cắt là hình chữ nhật, nhưng phía trên được thiết kế có vòm để tăng khả năng chịu áp lực và cũng để thuận dòng chảy vào. - Cửa lấy nước có bố trí lưới chắn rác và các van sự cố và sửa chữa… - Ngưỡng của cửa lấy nước được bố trí thấp hơn mực nước chết. - Đáy của cửa lấy nước lấy cao hơn cao trình bùn cát từ 1-2m. - Ngưỡng trên hay ngưỡng dưới đều có phần đầu lượn theo hình elip để cho dòng chảy nào là thuận và tổn thất thủy lực là nhỏ nhất. b). Tuyến năng lượng: - Với một phương án chọn cửa lấy nước có rất nhiều phương án chọn tuyến năng lượng. Trên cơ sở điều kiện địa chất địa hình và tính kinh tế, ta thống nhất chọn phương án sẽ trình bày ở bản vẽ. Chiều dài tuyến đập là 5km. - Đường hầm là đường hầm có áp làm bằng bê tông cốt thép, nằm hoàn toàn trong lòng đất được nối tiếp với của lấy nước đoạn cuối là tháp điều áp. - Tháp điều áp làm theo hình thức viên trụ có họng cản là kiểu tháp dễ thi công và có khả năng làm giảm áp lực nước va rất tốt. Tháp được xây dựng gần nhà máy nhất có thể, đỉnh nhô lên phía trên thông khí, sau tháp là đường ống áp lực làm bằng thép được đặt lộ thiên, có các mố ôm, mố đỡ để cố định ống và ổn định đường ống. Độ dài đường ống chính là 354,5m, đoạn chia vào hai tổ máy dài 1,2m, nhằm dẫn nước có áp vào các tuabin nhà máy. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG 2.1. Chọn hình thức điều tiết: - Do công trình thủy điện Nậm Pông nằm trên khu vực miền trung của đất nước nơi có địa hình rất phức tạp. Địa hình ở trong khu vực chủ yếu là núi cao và dốc lên khi xây dựng đập hình thành hồ chứa thì dung tích hồ chứa không được nhiều. Chính vì vậy mà trạm thủy điện không thể đủ dung tích để tiến hành điều tiết năm chỉ đủ dung tích để tiến hành điều tiết ngày đêm. - Một lý do nữa khiến trạm chỉ có thể điều tiết theo hình thức ngày đêm là không thể tăng chiều cao đập lên quá cao sẽ làm diện tích ngập lụt lên quá lớn dẫn tới đền bù nhiều. Hơn nữa khi tăng mực nước trong hồ sẽ bị tổn thất nhiều do khi lên cao núi sẽ có nhiều hang và địa chất kém hơn. Hơn nữa, tăng chiều cao đập cũng không làm thể tích hồ chứa tăng lên đáng kể. 2.2. Tính toán thủy năng: 2.2.1. Chọn lưu lượng thiết kế: ( tkQ ) - Theo kinh nghiệm với trạm thủy điện điều tiết ngày đêm, để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất thì lưu lượng thiết kế sẽ lấy 1,2 đến 2 lần lưu lượng bình quân năm của dòng chảy: tkQ = (1,2 ÷ 2). oQ + tkQ : lưu lượng thiết kế. + oQ : lưu lượng bình quân nhiều năm của dòng chảy theo tài liệu thủy văn( oQ =12,15 3 /m s ) Trong đồ án này cụ thể lấy hệ số là 1,8 tức là: tkQ = 1,8. oQ tkQ = 1,8.12,15 => tkQ =21,87( 3 /m s ) 2.2.2. Xác định mực nước dâng bình thường (MNDBT) của hồ chứa: - Dựa vào bản đồ khu vực, địa chất khu vực, cũng như việc đo vẽ tính toán. Đưa ra những đánh giá về khả nằng phát điện cũng như mức độ ngập lụt của từng phương án MNDBT và những điều kiện hạn chế của mực nước trong hồ để đưa ra một phương án có tính kinh tế cao nhất. Quá trình tính toán rất phức tạp nên đồ án này không thể tìm hiểu hết được vì vậy sơ bộ chọn MNDBT = 258m. 2.2.3. Xác định dung tích có ích của hồ chứa: ( Wci ). - Vì trạm thủy điện đang tính toán là trạm thủy điện điều tiết ngày đêm nên dung tích có ích của hồ chứa được xác định trên cơ sở: Vào mùa kiệt dung tích của hồ chứa phải trữ đủ nước của giờ không phát điện hoặc giờ phát thấp điểm để dùng toàn bộ dung tích đó phát điện cho giờ cao điểm trong ngày (4-8)giờ. Trong đồ án chọn số giờ cao điểm trong ngày là 5 giờ. - Tính dung tích có ích với trường hợp như sau: Vào mùa kiệt ngày có lượng nước đến trữ nước với số giờ không phát điện là 19 giờ và giành toàn bộ lượng nước đó phát cho 5 giờ cao điểm với lưu lượng thiết kế. Dung tích có ích trữ trong 19 giờ, trong trường hợp này vừa đúng bằng dung tích nước bổ sung dùng để phát điện cho 5 giờ cao điểm. Đây cũng là dung tích có ích lớn nhất và được xác định từ phương trình cân bằng như sau: sQ .19.3600 = ( tkQ - sQ ).5.3600 3,8. sQ = tkQ - sQ 4,8. sQ = tkQ 4,8 tk s QQ = = 21,87 4,8 => sQ = 4,556 ( 3 /m s ) + sQ : lưu lượng nước đến. - Trong trường hợp này sQ cũng chính bằng dbQ = 4,556 ( 3 /m s ) vì ứng với sQ thì dung tích của hồ chứa sẽ lớn nhất làm cho lượng điện mà nhà máy phát được sẽ lớn nhất trong 5h cao điểm. => Wci = sQ .19.3600.k + K: hệ số an toàn lấy từ 1,2 tới 1,8 trong đồ án lấy k = 1,7 Wci =4,556.19.3600.1,7 Vậy Wci = 0,53. 610 ( 3m ) 2.2.4. Xác định mực nước chết (MNC) - Mực nước chết được xác định trên cơ sở đã biết MNDBT và dung tích có ích của hồ chứa đã tính toán được ở trên: - Từ MNDBT = 258m ta tra quan hệ Z – W lòng hồ bảng 1.7. suy ra dung tích toàn bộ của hồ chứa ( tbW ) là: tbW = 1,67. 610 ( 3m ). Wchet = tbW - Wci = 1,67. 610 - 0,53. 610 => Wchet = 1,14. 610 ( 3m ) Tra quan hệ W – Z hồ chứa và nội suy ta có MNC = 256,342 m Vậy ta chọn MNC = 256 m. ∗ Kiểm tra MNC - Để kiểm tra xem MNC có phù hợp không ta tính ra tuổi thọ của công trình xem có phải bố trí cống tháo cát không. - Dựa trên cơ sở tính lượng bùn cát tới hồ trong vòng 1 năm Vì lượng bùn cát tới hồ khi xây dựng đập chủ yếu vào mùa lũ khi dòng chảy lớn. Tuy nhiên do hồ là điều tiết ngày đêm lên lưọng bùn cát tới sẽ bị xả qua tràn hết lên lượng bùn cát đọng lại tại chân đập chỉ còn là lượng bùn cát di đẩy ở dưới đáy. - Xác định thể tích bồi lắng trong 1 năm Wcattoanbo = ρ . namnuocdenW + Wcattoanbo : dung tích cát toàn bộ đến hồ trong 1 năm. + ρ : độ đục của bùn cát theo tài liệu thủy văn ρ = 154,9 (g/ 3m ) + namnuocdenW : dung tích nước đến trong 1 năm. Mà namnuocdenW = oQ .3600.24.365 = 12,15.3600.24.365 => namnuocdenW = 383,162. 610 ( 3m ) Thay vào công thức trên ta có: Wcattoanbo = 154,89. 610− .383,162. 610 Wcattoanbo = 0,059. 610 (tấn) - Thể tích cát toàn bộ ( cattoanboV ): cattoanboV = Wcattoanbo catγ = 60,059.10 1,5 => cattoanboV = 0,0396. 610 ( 3m ) + catγ : dung trọng riêng của cát theo tài liệu thủy văn ( catγ =1,5 tấn/ 3m ). - Lượng bùn cát di đẩy chính bằng lượng bùn cát lắng đọng và lượng bùn cát đó chỉ chiếm 0,4 lượng bùn cát toàn bộ. Vậy thể tích lượng bùn cát lắng đọng được xác định: catlongdongV = 0,4. cattoanboV = 0,4.0,0396. 610 => catlongdongV = 0,01582. 610 ( 3m ) - Tuổi thọ của công trình (T) được xác định dựa trên công thức: T = Wchet catlongdongV = 6 6 1,14.10 0,01582.10 T = 72 (năm) - Kiểm tra lại hình thức điều tiết theo công thức: Wci namnuocdenW β = = 6 6 0,53.10 383,162.10 => β = 0,0014. Vì hệ số β = 0,0014< 0,02 nên trạm thủy điện chỉ thích hợp với hình thức điều tiết ngày đêm. 2.3. Lựa chọn các thông số thiết kế: a) Lưu lượng bình quân nhiều năm ( oQ ): Theo tài liệu tính toán thủy văn oQ = 12,15 ( 3m /s) b) Lưu lượng thiết kế ( tkQ ): Theo tính toán ở trên tkQ = 21,87 ( 3m /s) c) Lưu lượng bảo đảm ( dbQ ): Như đã tính toán ở trên dbQ = 4,556 ( 3m /s) d) Tính toán các cột nước công tác: - Cột nước lớn nhất ( axmH ): Cột nước lớn nhất của nhà máy được xác định theo công thức: axmH = MNDBT - minQhlZ = 258 – 87,6 => axmH = 170,4 (m) - Cột nước nhỏ nhất ( minH ) Cột nước nhỏ nhất qua nhà máy được xác định theo công thức: minH = MNC - m axQhlZ = 256 – 94,22 => minH = 161,78 (m) - Cột nước tính toán ( ttH ): Theo kinh nghiệm cột nước tính toán lấy lớn hơn và gần bằng cột nước min.Vậy chọn ttH = 162m. - Cột nước ứng với công suất bảo đảm ( bdH ): Cột nước được xác định theo công thức: bdH = tlZ - bd Q hlZ - wbd QH = 257 – 86,65 – 0,56 => bdH = 169,79 (m) + tlZ : Mực nước thượng lưu bình quân 258 256 2 2tl MNDBT MNCZ + += = + bdQhlZ : mực nước hạ lưu ứng với dbQ tra bảng 1.8 trong đồ án. + w bdQH : cột nước tổn thất ứng với dbQ - Cột nước bình quân ( bqH ): Cột nước bình quân là lấy trung bình cộng của các cột nước trong các thời đoạn tính toán và được xác định theo công thức: bqH = i i i H t t ∑ ∑ => bqH = 164,78 (m) e) Sơ bộ tính ra các công suất của nhà máy: - Công suất bảo đảm ( bdN ): Công suất bảo đảm được tính theo công thức như sau: bdN = 8,5. dbQ . bdH = 8,5.4,556.169,79 => bdN = 6,575 (MW) - Công suất lắp máy ( lmN ): Theo kinh nghiệm lấy lmN = (2-5). bdN Trong đồ án này chọn lmN bằng 4,5 lần bdN vậy ta có lmN ≈ 30 (MW) Để tính ra các công suất lắp máy chính xác ra thực hiện việc so sánh về lợi ích kinh tế, số giờ lợi dụng công suất lắp máy giựa các phương án để tìm ra công suất lắp máy cho phù hợp.Quá trình tính toán sẽ được trình bày ở phần sau. Kết quả tính toán trong phần phụ lục tính toán dựa trên sự so sánh giữa 3 phương án lmN lần lượt là 29MW; 30MW; 31MW. Dựa vào số giờ lợi dụng công suất lắp máy và điện lượng trung bình năm ứng với từng công suất lắp máy kể trên đi tới lựa chọn ra lmN = 30 (MW). 2.4. Phương pháp tính toán thủy năng. 2.4.1. Cách tính toán mô hình phát điện như sau: a).Ngày có lưu lượng dàng chảy lớn s tkQ Q≥ thì phát điện với lưu lượng thiết kế ( fd tkQ Q= ) trong suốt 24h. b).Ngày có lưu lượng nhỏ sQ < tkQ thì phát điện vào 5 giờ cao điểm trong ngày với ( fd tkQ Q= ) (gọi là caoQ ). Lượng nước còn lại sẽ được phân phối đều vào 19 giờ thấp điểm còn lại và gọi là thapQ 2.4.2. Các trị số cột nước ở từng thời đoạn: iH = tlZ - i hlZ - w iH + iH : cột nước ở thời đoạn thứ i. + ihlZ : mực nược hạ lưu tương ứng với lưu lượng thứ iQ tra bảng 1.8. + w iH : cột nước tổn thất ứng với lưu lượng iQ . 2.4.3. Công suất trong từng thời đoạn ( iN ) iN = 8,5. iQ . iH + iQ : lưu lượng ở thời đoạn thứ i. 2.4.4. Điện lượng trong từng thời đoạn ( iE ). iE = iN . it + it : thời đoạn tính toán tương ứng với iH . 2.4.5. Tiền thu được ứng với lượng điện iE Tính theo giá bán điện các giờ tương ứng và các mùa tương ứng do Tập đoàn Điện lực Việt Nam đưa ra thì: - Mùa lũ (4 tháng trong năm) + Giá giờ cao điểm: 418 đ/kWh + Giờ thấp điểm: 439 đ/kWh - Mùa khô (8 tháng trong năm): + Giá giờ cao điểm: 2077 đ/kWh + Giờ thấp điểm: 418 đ/kWh Quá trình tính toán đã được lập thành bảng trong phụ lục với: Cột 1: P% chọn thời đoạn là 10h lên ∆ P%= 0,114% lên P% là cấp số cộng của 0,114%. Cột 2: sQ lưu lượng nước đến trung bình cua của thời đoạn tính toán 2 dau cuoi s Q QQ += Cột 3: caoQ với sQ > tkQ , caoQ = tkQ . sQ caoQ = .24 5 sQ Cột 4: thapQ = .24 .5 19 s caoQ Q− Cột 5: Cột nước tổn thất ứng với caoQ . ttH tra quan hệ Q
ttH nội suy. Cột 6: Cột nước tổn thất ứng với thapQ . ttH tra quan hệ Q
ttH nội suy. Cột 7: Mực nước hạ lưu ứng với caoQ . hlZ tra quan hệ Q
hlZ nội suy. Cột 8: Mực nước hạ lưu ứng với thapQ . hlZ tra quan hệ Q
hlZ nội suy. Cột 9: Cột nước phát điện tương ứng với giờ cao điểm fdH .Được xác định theo công thức fdH = tlZ - cột 5 – cột 7. Cột 10: Cột nước phát điện tương ứng với giờ thấp điểm fdH .Được xác định theo công thức fdH = tlZ - cột 6 – cột 8 Cột 11: Công suất phát điện giờ cao điểm fdN được xác định theo công thức fdN = 8,5.cột 3.cột 9/1000 + Chia cho 1000 để đổi từ kW ra MW. Nhưng nếu fdN > lmN thì chỉ lấy fdN = lmN = 30 (MW) Cột 12: Công suất phát điện giờ thấp điểm fdN được xác định theo công thức fdN = 8,5.cột 4.cột 10/1000 + Chia cho 1000 để đổi từ kW ra MW. Nhưng nếu fdN > lmN thì chỉ lấy fdN = lmN = 30 (MW) Cột 13: Điện lượng thu được vào giờ cao điểm caoE được xác định theo công thức: 5.10.cot11 . 24cao i i E N t= = Cột 14: Điện lượng thu được vào giờ thấp điểm âth pE được xác định theo công thức: â 19.10.cot12 . 24th p i i E N t= = Cột 15: Tiền điện thu được trong thời đoạn được tính theo công thức: Tiền = caoE .giá điện giờ cao điểm + âth pE .giá điện giờ thấp điểm Cụ thể mùa lũ Tiền = 418.cột 13 + 439.cột 14 Mùa khô Tiền = 2077.cột 13 + 418. cột 14 2.5.Kết quả tính toán thủy năng: a) Điện lượng mùa lũ bình quân năm: caoE = 18312,5 MWh; Tiền thu được: 7,654 tỷ VNĐ âth pE = 54554,58 MWh; Tiền thu được: 23,949 tỷ VNĐ b) Điện lượng mùa kiệt bình quân: caoE = 33365,28 MWh; Tiền thu được: 69,3 tỷ VNĐ âth pE = 17733,47 MWh; Tiền thu được: 7,413 tỷ VNĐ c) Tổng điện lượng bình quân năm: E = 123965,8 MWh; Tiền thu được: 108,316 tỷ VNĐ. => Từ phụ lục tính toán ta rút ra bảng kết quả sau Bảng 2.1. Kết quả tính toán các thông số thuỷ năng được tổng hợp ở bảng sau TT Thông số Đơn vị Trị số 1 Diện tích lưu vực tuyến Nậm Pông F km2 345,0 2 Lưu lượng trung bình năm oQ 3 /m s 12,15 3 Lưu lượng đảm bảo dbQ 3 /m s 4,556 4 Tổng lượng trung bình năm Wo 6 310 m 383,16 5 Mực nước dâng bình thường MNDBT m 258 6 Mực nước chết MNC m 256 7 Dung tích toàn bộ tbW 6 310 m 1,67 8 Dung tích chết êch tW 6 310 m 1,14 9 Dung tích hữu ích Whi 6 310 m 0,53 10 Diện tích mặt hồ km2 0,32 11 Cột nước lớn nhất axmH m 170,4 12 Cột nước bình quân bqH m 164,78 13 Cốt nước tính toán ttH m 162 14 Cột nước nhỏ nhất minH m 161,78 15 Công suất lắp máy lmN MW 30 16 Công suất đảm bảo bdN MW 6,575 17 Điện lượng mùa mưa 610 Whk 72,867 18 Điện lượng mùa khô 610 Whk 51,099 19 Điện lượng trung bình năm namE 610 Whk 123,965 20 Số giờ sử dụng công suất lắp máy h giờ 4132 PHẦN IV: CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU 1.1.Nhiệm vụ của các công trình thủy công nói chung - Những công trình thuỷ công là bộ phận quan trọng của trạm thủy điện (TTĐ), khi xây dựng xong những công trình này có nhiệm vụ tập trung cột nước tạo thành hồ chứa, tích nước mùa lũ và cấp nước vào mùa kiệt theo yêu cầu dùng nước của các ngành tham gia lợi dụng tổng hợp, đồng thời đảm bảo an toàn cho bản thân công trình dâng nước và các công trình đầu mối khác, đưa dẫn nước từ hồ chứa tới nhà máy để phát điện. Vì vậy công trình thủy công còn có nhiệm vụ là xả được lượng nước thừa khi có lũ về. Ngoài ra công trình thủy công còn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả phát điện cũng như vốn đầu tư xây dựng công trình, vì vậy khi thiết kế cần phải tính toán sao cho đảm bảo cả điều kiện về kinh tế và kỹ thuật. Các hạng mục chủ yếu của công trình thủy công: 1) Đập dâng nước. 2) Đập tràn và công trình xả lũ. 3) Tuyến năng lượng của nhà máy thủy điện. 1.2. Nhiệm vụ và cấp thiết kế của công trình 1.2.1. Nhiệm vụ cụ thể của công trình. Thuỷ điện Nậm Pông được xây dựng có nhiệm vụ chính là phát điện với công suất lắp máy lmN = 30MW và cấp cho lưới điện quốc gia với sản lượng điện trung bình là 123,965.106 kWh/năm đã tính toán ở trên. Ngoài ra nó còn góp phần giảm mực nước lũ cho vùng hạ du, tích một phần nước dùng để tưới tiêu cho vùng hạ lưu tỉnh Nghệ An vào mùa kiệt. Ngoài nhiệm vụ phát điện, công trình còn giúp phát triển giao thông, du lịch. 1.2.2. Đánh giá cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế. 1). Cấp công trình được xác định từ 2 điều kiện: a). Theo chiều cao đập và loại nền: ∇đỉnh đập = MNDBT+d Sơ bộ lấy d = 4 (m). ∇đỉnh đập = MNDBT + d = 258 + 4 = 262 (m) ⇒ Chiều cao đập là : Hđập = ∇đỉnh đập - ∇đáy đập ∇đáy xác định trên mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, lấy tại vị trí sâu nhất ứng với cao trình 235m, sau khi đã bóc bỏ lớp phủ ta có ∇đáy = 232 (m). Hđập =∇đỉnh đập - ∇đáy đập = 262 – 232= 30 (m). Và lớp đáy tuyến đập là nền đá. Vậy theo TCVN 285-2002 ta tra được cấp của công trình là cấp III. b). Theo nhiệm vụ của công trình: Nhiệm vụ chính của công trình Nậm Pông là phát điện với công suất lắp máy là 30 MW. Theo TCVN 285-2002 ta tra được cấp của công trình là cấp III. => Từ hai điều kiện trên ta có cấp của công trình là cấp III. 2) Các chỉ tiêu thiết kế: Từ cấp công trình xác định được: Tần suất lũ thiết kế p = 1%. Có 31% 2198( / )Q m s= Tần suất lũ kiểm tra p = 0,2%. 30,2% 2960( / )Q m s= Tần suất lưu lượng đảm bảo phát điện p = 85%. Hệ số tin cậy khi thiết kế công trình Kn = 1,15. - Đà sóng: + Ứng với MNDBT: D = + Ứng với MNDGC: D' = 600 km - Dòng chảy lũ lớn nhất: 0,2% 3 maxQ 2960 m / s= . - Dòng chảy lũ thiết kế: 1% 3maxQ 2198 m / s= . - Hệ số tổ hợp tải trọng: nc = 1,0. CHƯƠNG 2 : CHỌN TUYẾN VÀ BỐ TRÍ TỔNG THỂ CÔNG TRÌNH 2.1. Chọn tuyến đập và giải pháp kết cấu chính. a). Chọn tuyến đập: - Vị trí: Khi khảo sát đưa ra 2 phương án chọn vị trí xây dựng tuyến đập.Trong đồ án này chọn vị trí xây dựng tuyến đập theo phương án 2. Vị trí của tuyến đập được xác định trên bình đồ bởi hai điểm: D1 có tọa độ: X = 2158968,0468 Y = 503649,7685 D4 có tọa độ: X = 2158803,3877 Y = 503954,6937 - Tuyến đập gồm có đập dâng nước và đập tràn nối liền với nhau: b). Chọn loại đập cho công trình dâng nước và đập tràn: Việc lựa chọn kết cấu đập cần dựa trên cơ sở so sánh kinh tế– kỹ thuật giữa các phương án. Nhưng trong đồ án này lấy theo kinh nghiệm của một số công trình đã xây dựng gần khu vực nên sơ bộ chọn giải pháp kết cấu đập bê tông trọng lực để thiết kế. 2.2. Bố trí tổng thể công trình. Vị trí tuyến công trình thủy công định xây dựng có địa hình thuận lợi để bố trí các hạng mục như tuyến đập, tuyến năng lượng, khu phụ trợ và hệ thống giao thông trong công trường - Đập dâng: Tuyến đập được bố trí tại vị trí có địa hình vai bởi phải nơi có bờ dốc, lòng sông hẹp. - Đập tràn: Tuyến tràn dự kiến thiết kế nối tiếp với đập dâng từ lòng sông tới bờ trái dự kiến khẩu diện tràn là 60m và trên đó không bố trí bất kỳ một công trình giao thông hay của van nào. - Tuyến năng lượng bao gồm: Cửa nhận nước, đường hầm áp lực, tháp điều áp, đường ống áp lực và nhà máy. Việc bố trí công trình đầu mối phải chú ý kích thước tiết diện xả nước của công trình, đảm bảo nối tiếp dòng chảy hạ lưu, nước ra thuận dòng, khối lượng đào đắp ít, không gây xói lở đập, bờ sông. Căn cứ vào loại đập đã chọn và các tài liệu địa hình, địa chất ta bố trí công trình đầu mối cho trạm thuỷ điện Nậm Pông như sau: 1). Tuyến đầu mối: - Đập dâng được bố trí ở bờ phải của lòng sông, làm bằng bê tông trọng lực bên dưới là cửa lấy nước. Nối tiếp với đập không tràn là đập tràn có chiều dài 60m cũng làm bằng bê tông trọng lực có hình dạng mặt cắt thực dụng theo Ôphixêlốp loại I tại vị trí đã xác định ở trên. 2). Tuyến năng lượng: - Cửa nhận nước bố trí ở bên dưới đập dâng ở bờ bên phải. - Đường hầm áp lực nối tiếp với cửa lấy nước dài 5km đi xuyên qua núi, chạy dọc theo bờ phải của sông Nậm Pông. - Cuối đường hầm dẫn nước là tháp điều áp. - Sau tháp điều áp là đường ống áp lực được làm bằng thép dài 345,7m được đặt lộ thiên đưa dòng nước có áp vào nhà máy. - Nhà máy thủy điện được đặt ở cuối đường ống áp lực. Sau nhà máy là đoạn kênh để dẫn nước từ nhà máy ra dòng sông chính chảy về phía hạ lưu. 3). Trạm phân phối và đường dây. 4). Nhà vận hành. 5). Đường vận hành. CHƯƠNG 3: CHỌN HÌNH DẠNG CẤU TẠO CỤM CÔNG TRÌNH 3.1.Chọn hình dạng cấu tạo của đập không tràn 3.1.1. Chọn loại đập: - Trong hệ thông các công trình đầu mối thì đập dâng là một bộ phận rất quan trọng. Nó trực tiếp chặn dòng nâng cao cột nước tạo thành hồ chứa. Đập dâng có thể là đập đất, đập đá đổ, đập bê tông trọng lực. - Việc xác định loại đập được dựa vào điều kiện địa hình, địa chất của tuyến đập, tình hình vật liệu địa phương và các đặc trưng khác như điều kiện khí hậu, địa chất thuỷ văn, thuỷ văn dòng chảy. Để chọn được loại đập thích hợp phải thông qua phân tích kinh tế kỹ thuật để chọn được phương án hợp lý. - Nhưng do thời gian làm đồ án hạn chế nên chỉ dựa trên những phân tích về điều kiện địa hình ở đây rất dốc, qua khảo sát địa chất nơi đây có sẵn rất nhiều cát sỏi, dòng chảy tới có lưu tốc bình thường. Chính vì vậy dự kiến chọn hình thức đập là đập bê tông trọng lực như vậy tuyến năng lượng của nhà máy sẽ ngắn hơn và đường ống được bố trí trong thân đập làm tăng độ an toàn. 3.1.2. Chọn hình dạng mặt cắt đập không tràn. - Do đập là bê tông trọng lực lên theo sách thủy công chọn mắt cơ bản của đập không tràn là mặt cắt có dạng tam giác nhưng để đảm bảo ổn định thì đỉnh đập làm rộng 5m. 3.2.Chọn hình dạng mặt cắt cho đập tràn: 3.2.1. Chọn loại đập tràn: - Do vật liệu địa phương tương đối sẵn có lên đập không tràn cũng là đập bêtông trọng lực giống đập không tràn và tạo cho tuyến đập tạo nên sự liền khối vững chắc hơn. 3.2.1. Chọn mặt cắt cơ bản của đập tràn: - Để đảm bảo dòng chảy là thuận nhất và tổn thất thủy lực là nhỏ nhất đồng thời ít ảnh hưởng tới công trình thì đập không tràn được thiết kế theo mặt cắt Ôphixêlôp loại không chân không với hình thức tiêu nước bằng mũi phun và chảy ngập. CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN THỦY LỰC TRÀN 4.1. Xác định khẩu diện tràn và cột nước tràn theo mực nước lũ thiết kế: - Do công trình thủy điện Nậm Pông là công trình nhỏ, đập dâng nước thấp, dung tích hữu ích của hồ nhỏ nên chọn hình thức xả mặt không có cửa van, lưu lượng xả được xả trên toàn bộ chiều dài tuyến tràn, dựa vào điều kiện địa hình địa chất chọn bề rộng tràn là Btràn= 60m chỉ là một khoang tràn không bố trí cầu giao thông phía trên vì cửa lấy nước đã bố trí hết bên phải dưới đập dâng. - Sơ bộ chọn đập tràn thực dụng để tính toán. Dựa trên công thức tính lưu lượng qua đập tràn: Qxả = ε.m.σn.B. 2g . 3/2tH Ta sẽ có chiều cao Ht của đập tràn là : 3/2) .2... ( n xa t gBm Q H σε = 2198 6,63( ) 0, 49.60.1. 2.9,81.1t H m   = =    Vậy chọn Ht = 6,7 (m) Trong đó: + Qxả = 2198 m3/s + σn = 1 (coi chế độ chảy trong tràn là tự do) + m : hệ số lưu tốc của tràn theo kinh nghiên (m = 0,49) + ε là hệ số co hẹp bên, vì chỉ có mỗi mố bên lên sơ bộ lấy ε = 1. -Vậy MNLTK= MNDBT+ Ht= 258+6,7= 264,7 (m). 4.2.Xác định cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra: Vì ta chọn bề rộng khoang tràn theo điều kiện địa hình nên bề rộng của khoang tràn là không đổi B= 60m và cũng chỉ có một khoang tràn duy nhất, xả nước theo phương thức xả mặt không cửa van. Từ công thức: Qxả = ε.m.σn.B. 2g . 3/2tH Ta có: 3/2) .2... ( n xa t gBm Q H σε = 2/32960( ) 8,024( ) 0,49.60.1. 2.9,81.1t H m= = Vậy chọn cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra là: 8m. + xaQ : ứng với lưu lượng lũ kiểm tra: ( 32960( / )xaQ m s= Vậy mực nước ứng với mực nước lũ kiểm tra (MNLKT) là: MNLKT = MNDBT + 8= 258 + 8 = 266 m. ∗ Từ kết quả tính toán trên ta có: - Bề rộng khoang tràn B = 60m - Cột nước tràn ứng với mực nước lũ thiết kế 6,7( )tMNLTKH m= - Cột nước tràn ứng với mực nước lũ kiểm tra 8( )tMNLKTH m= - Mực nước lũ thiết kế: 264,7m, - Mực nước lũ kiểm tra: 266m, - Với qxảMNLTK = 2198(m3/s) tra quan hệ Q
hlZ tuyến đập ta có: ZhlMNLTK= 256,36m. - Với qxảMNLKT = 2960(m3/s) tra quan hệ Q
hlZ sau đập ta có ZhlMNLKT=259,82m. - Với QTDmax= 21,87(m3/s) tra quan hệ Q
hlZ sau nhà máy ta có Zhlmax= 88,35m. - Với QTDmin= 4,556 (m3/s) tra quan hệ Q
hlZ sau nhà máy ta có Zhlmin= 86,65m. CHƯƠNG 5:THIẾT KẾ ĐẬP KHÔNG TRÀN 5.1. Mặt cắt cơ bản: 5.1.1. Dạng mặt cắt cơ bản: Như đã trình bày ở trên mặt cắt cơ bản của đập không tràn là dạng tam giác và sơ bộ ta xác định được chiều cao và bề rộng đập như sau: mnltk H 1 ®¸y nB (1-n)B L L21 δ s1 - Đỉnh mặt cắt có cao trình ngang với MNDGC = MNDBT + Hsc Hsc: Cột nước siêu cao, lấy theo tài liệu tính toán điều tiết lũ ở trên ta có: Hsc = Htr = 6,7 m ⇒ MNDGC =258 + 6,7 = 264,7 m. - Chiều cao mặt cắt đập: H1 = MNDGC – ∇dáy . ⇒ H1 = 264,7–232 = 32,7 m. + ∇đáy: 232 theo tài liệu về địa hình. - Chiều rộng đáy đập (B) bao gồm đoạn hình chiếu của mái thượng lưu là n.B, hình chiếu của của mái hạ lưu là (1 – n).B . Trị số n chọn theo kinh nghiệm: n = (0 ÷ 0,1), ta chọn n = 0 (mái thượng lưu thẳng đứng). 3.1.2. Xác định chiều rộng đáy đập (B): Chiều rộng đáy đập được xác định theo điều kiện ổn định và ứng suất - Theo điều kiện ổn định:       −+ = 1 n 1 1 c αn γ γf. H .KB 1 c 1 1 n H 32,7B K . 1,09. 26,8 2, 4γ 0,7. 0 0,5f. n α 1γ = = =     + −+ −       (m) Trong đó: + H1: Chiều cao mặt cắt đập, H1 = 32,7 (m). + f: Hệ số ma sát giữa đập và nền, lấy f = 0,7. + γ1: Dung trọng của đập (bê tông), γ1 = 2,4 (t/m3). + γn: Dung trọng của nước, γn = 1 (t/m3). + n: Hệ số mái thượng lưu, n = 0. + α1: Hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm. Vì đập cao, công trình quan trọng nên cần thiết phải xử lý chống thấm cho nền bằng cách phụt vữa tạo màng chống thấm.α1 = (0,4 ÷ 0,6) xác định theo mức độ xử lý nền, sơ bộ ta chọn: α1 = 0,5. + Kc- Hệ số an toàn ổn định cho phép. Theo quan điểm tính toán ổn định theo quy phạm mới, ổn định của công trình trên nền được bảo đảm khi: nc .Ntt ≤ nK R m. Trong đó: nc- Hệ số tổ hợp tải trọng nc =0,9. + m- Hệ số điều kiện làm việc, m=0,95. + Kn- Hệ số tin cậy Kn =1,15. + Ntt và R lần lượt là giá trị tính toán của lực tổng quát gây trượt và của lực chống trượt giới hạn. Công thức trên có thể viết dưới dạng: m Kn N R nc tt ≥ So sánh với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi Kc= m K.n nc = 1,09 - Theo điều kiện ứng suất: ( ) ( ) 1 1 1 n H 32,7B 23,72 γ 2, 4 . 1 0 0.(2 0) 0,5. 1 n n.(2 n) α 1γ = = = − + − −− + − − (m). ∗Để thoả mãn cả hai điều kiện ổn định và ứng suất, chọn B =27 (m). 5.2. Mặt cắt thực dụng đập không tràn Từ mặt cắt cơ bản, tiến hành bổ xung một số chi tiết ta được mặt cắt thực dụng đập không tràn. 5.2.1. Cao trình đỉnh đập(∇đ): Đỉnh đập bê tông phần không tràn được xác định từ hai điều kiện: ∇đ1 = MNDBT + ∆h + ηs + a. ∇đ2 = MNDGC + ∆h' + ηs' + a'. Trong đó: + MNDBT: Mực nước dâng bình thường, MNDBT = 258 m. + MNDGC: Mực nước gia cường, MNGC = 264,7 m. + ∆h, ∆h': Độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. + ηs, ηs': Độ dềnh cao nhất của sóng ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất. + a, a': Độ vượt cao an toàn. Đối với công trình cấp III: a = 0,5 (m), a’ = 0,4 (m). Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính toán 1). Xác định ∆h: ∆h=2.10-6. sHg DV αcos . . 2 (m). Trong đó: + V – vận tốc gió tính toán. + D - đà sóng ứng với các mực nước khác nhau. + g - gia tốc trọng trường, g= 9,81 (m/s2). + H- chiều sâu nước trước đập. + α s- góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió,α s=00. 2). Xác định sη và 'sη Độ dềnh cao nhất của sóng được xác định như sau. sη =k. hs1% Trong đó : + k sη được xác định theo quy phạm: QPTL- C1-78 . + hs1%- chiều cao sóng với mức bảo đảm 1%; được xác định như sau (theo QPTL- C1-78): + Giả thiết trường hợp đang tính toán là sóng nước sâu: (H>0,5l) + Tính các đại lượng không thứ nguyên , V t.g 2V D.g Trong đó: + t(s): Thời gian gió thổi liên tục (t= 6 giờ = 21600s). + Từ các đại lượng , V t.g 2V D.g tra đồ thị 35 của QPTL-C1-78 ta xác định được các đại lượng không thứ nguyên 2 tb V h.g và V t.g tb . Chọn cặp giá trị nhỏ nhất. Từ đó ta xác định được htb , ttb . + Bước sóng trung bình được xác định như sau: pi =λ 2 t.g 2tb tb - Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu. Tính hs1% = k1% .htb. Bảng 5-1: Kết quả tính toán xác định cao trình đỉnh đập Trường hợp tính toán TT Thông số MNDBT MNLTK 1 Mực nước tính toán (m) 258 264,7 2 Cao trình đáy sông tại tuyến (m) 232 232 3 Cột nước tính toán H (m) 26 32,7 4 Đà gió D (m) 400 600 5 Vận tốc gió V(m/s) 25 13 6 Góc kẹp giữa trục dọc hồ và hướng gió oα 0 0 7 Cao trình nước dềnh do gió ∆h (m) 0,002 0,0004 8 Chiều cao an toàn a (m) 0,5 0,4 9 t(s) 21600 21600 10 gt/V 8475,8 16300 11 gttb/V (theo gt/V) 3,96 4,8 12 ghtb/V2 (theo gt/V) 0,08 0,11 13 gD/V2 6,28 34,83 14 gttb/V (theo gD/V2) 0,68 1,15 15 ghtb/V2 (theo gD/V2) 0,0048 0,013 16 gttb/V (chọn) 0,68 1,15 17 ghtb/V2 (chọn) 0,0048 0,013 18 ttb (s) 1,733 1,524 19 htb (m) 0,306 0,22 20 λtb(m) 4,689 3,626 21 k1% 2,02 2,02 22 h1%(m) 0,618 0,444 24 kηs 1,52 1,15 25 ηs 0,968 0,297 26 Cao trình đỉnh đập (m) 259,5 265,4 27 Chọn cao trình đỉnh đập (m) 266 Từ bảng kết quả tính toán, chọn được cao trình đỉnh đập là 266 m. - Để đảm bảo an toàn với mực nước lũ kiểm tra là 266m, ta làm thêm tường chắn sóng cao 1m có một phần chân dính vào đỉnh đập.Vậy cao trình cao nhất là cao trình của tường chắn sóng cao 267m, còn cao trình đập chỉ là 266m. 5.2.2. Bề rộng đỉnh đập - Nếu đỉnh đập không có yêu cầu giao thông, bề rộng đỉnh đập chọn theo điều kiện cấu tạo: b ≥ 4 m. Nếu có yêu cầu giao thông thì chọn bề rộng theo cấp đường. Trong đồ án này, sơ bộ chọn b = 5 m. 5.2.3. Hệ thống hành lang trong thân đập Các hành lang trong thân đập có tác dụng tập trung nước thấm trong thân đập và nền, kết hợp để kiểm tra, sửa chữa. Hành lang cuối cùng (ở sát gần nền) còn được sử dụng để phụt vữa chống thấm. Kích thước hành lang chọn theo yêu cầu sử dụng. Hành lang phụt vữa chọn theo yêu cầu thi công (kích thước máy khoan phụt và khoảng không cần thiết khi thi công). Do chiều cao đập thấp nên chỉ thiết kế một hành lang tập trung nước thấm trong thân đập và nền, kết hợp để phụt vữa chống thấm. Sơ bộ chọn kích thước hành lang phụt vữa là: bx h = 2x 3m. 5.2.4. Tính toán màng chống thấm: a). Mục đích: - Xác định các thông số cần thiết của màn chống thấm (chiều sâu, chiều dày, vị trí đặt) để đảm bảo được các yêu cầu chống thấm đề ra (hạn chế lượng mất nước, giảm nhỏ áp lực thấm lên đáy đập) b). Xác định các thông số của màn chống thấm: - Chiều sâu phụt vữa S1: S1 phụ thuộc vào độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập: Theo qui phạm Liên Xô 123- 60, chiều sâu xử lý chống thấm xác định như sau: - Cột nước thấm lớn nhất của đập: Hmax = MNDBT – Zđđ = 258-232= 26 (m) Nên cần xử lý đạt độ mất nước 0,03 l/ph Từ tài liệu lượng mất nước chiều sâu màn chống thấm: S1 = 15 m. - Chiều dày màn chống thấm Xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màn: [ ] H J αδ ≥ Trong đó: + αH - cột nước tổn thất qua màn, α = 1 - α1 = 1 – 0.5 = 0.5 (α1 đó giả thiết ở trên). ⇒ αH = 0,5 . 26 = 13 (m) + [ ]J - gradien thấm cho phép của vật liệu làm màn, với độ mất nước 0,03(l/ph) ta có: [ ]J = 15. ⇒ 13 15 δ = =0,87(m). - Vị trí màn chống thấm: Màn chống thấm bố trí càng gần mặt thượng lưu càng tốt. Nhưng để chống thấm cho thành phía trước của hành lang phụt vữa cần khống chế: 11 b Hl J ≥ Trong đó: + H1 - cột nước lớn nhất tính đến đáy của hành lang, H1 =24m. (bố trí hành lang cách đáy khoảng 2 m) + Jb - gradien thấm cho phép của bê tông, có thể lấy Jb =20. Thay vào ta có: 1 24 1, 2 20 l ≥ = . Chọn l1 = 1,5 m. 5.2.5. Phân đoạn đập Để tránh nứt nẻ do biến dạng nhiệt hoặc do lún không đều gây ra, ta chia đập thành nhiều đoạn, các đoạn được nối với nhau bằng các khe. Các khe này là những khe vĩnh cửu, nó tồn tại trong suốt quá trình làm việc của đập. Khe vĩnh cửu có hai loại: khe lún và khe nhiệt độ. Các khe lún đặt cách nhau khoảng 8 – 15 m tuỳ theo tính chất của nền. Khe lún cắt suốt chiều cao của đập, đảm bảo cho các đoạn đập làm việc độc lập nhau. Khe nhiệt có thể chỉ cắt đến một độ sâu nhất định kể từ đỉnh đập. Khoảng cách giữa các khe phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, nói chung khoảng 10 – 20 m. Tuy nhiên, do ở cuối khe nhiệt nằm ở lưng chừng đập thường xuất hiện ứng suất tập trung rất lớn, vì vậy ta bố trí khe nhiệt trùng với khe lún. Sơ bộ ta chọn các khe đặt cách nhau 12 m. 5.2.6. Thiết bị thoát nước 1/ Thiết bị thoát nước thân đập - Bố trí nhiều đường ống đặt sau lớp bêtông chống thấm ở mặt thượng lưu. Ống làm bằng bêtông đục lỗ đặt theo phương thẳng đứng, khoảng cách mỗi đường ống là 3m, đường kính ống là 15 cm. 2/ Thiết bị thoát nước mặt đập và đáy đập - Làm rãnh thoát nước chạy theo chiều dài đập, khoan các lỗ xuống nền làm giảm áp lực nước đẩy ngược sau đó tập trung nước vào đường hầm dẫn xuống hạ lưu. 5.2.7. Xử lý nền đập - Xử lý nền đập sẽ làm cho nền đập tăng khả năng chịu lực, khả năng chống trượt, ít thấm nước. Trước khi đổ bê tông tiến hành dọn nền, bóc bỏ lớp phong hóa để đập được đặt trên nền đá gốc, khoan phụt vữa xi măng tạo màng chống thấm. Ngoài ra có thể neo thép giữa nền và đập để tăng khả năng ổn định của đập. Ở đây ta dùng neo thép đường kính 36 mm, lỗ khoan 70 mm. 5.2.8. Cấu tạo đỉnh đập dâng - Là đập bê tông trọng lực kết hợp tràn toàn tuyến, không kết hợp làm đường giao thông. Đỉnh đập cần có cấu tạo thích hợp cho việc đi lại kiểm tra và các phương tiện chuyên dụng đi lại khi sửa chữa. Do đó mặt đập làm dốc về hai phía để thoát nước mưa, hai bên có rãnh nhỏ tập trung nước. Bên phải đập cần làm lan can thép có chiều cao khoảng 1.0m. CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐẬP TRÀN 6.1. Thiết kế mặt cắt thực dụng của đập tràn ∗ Chọn mặt cắt đập tràn Ôphixêrốp không chân không loại I. Loại đập này có hệ số lưu lượng tương đối lớn và chế độ làm việc ổn định. Ta đã có: Cột nước tràn thiết kế: Htr = 6,7 m. Cao trình ngưỡng tràn: ∇ng = MNDBT = 258 m (tràn tự động). ∗ Cách xây dựng mặt cắt đập như sau: - Chọn hệ trục xOy có: Trục Ox ngang cao trình ngưỡng tràn, hướng về hạ lưu; trục Oy hướng xuống dưới; gốc O ở mép thượng lưu đập, ngang cao trình ngưỡng tràn. - Vẽ đường cong theo toạ độ Ôphixêrốp trong hệ trục đã chọn. - Tịnh tiến đường cong đó theo phương ngang về hạ lưu cho đến khi tiếp xúc với biên hạ lưu của mặt cắt cơ bản đập tràn. - Mặt cắt hạ lưu được nối tiếp với sân sau bằng mặt cong có bán kính R: R = (0,2 ÷0,5)(P + Htr) Trong đó: P: Chiều cao đập so với đáy hạ lưu đập P =∇ng–∇đáy = 258 – 232= 26 m. Htr: Cột nước tràn, Htr = 6,7 m. ⇒ R = (0,2 ÷ 0,5)(P + Htr) = (0,2 ÷ 0,5)(26 +6,7) = (6,54 ÷ 16,35) m. Ta chọn R = 15,0 m. Ta có bảng kết quả tính toán: trH X x = trH Yy = X (m) Y (m) 0 0.126 0 0.8442 0.1 0.036 0.67 0.2412 0.2 0.007 1.34 0.0469 0.3 0 2.01 0 0.4 0.007 2.68 0.0469 0.6 0.06 4.02 0.402 0.8 0.147 5.36 0.9849 1 0.256 6.7 1.7152 1.2 0.393 8.04 2.6331 1.4 0.565 9.38 3.7855 1.7 0.873 11.39 5.8491 2 1.235 13.4 8.2745 2.5 1.96 16.75 13.132 3 2.824 20.1 18.921 3.5 3.818 23.45 25.581 4 4.93 26.8 33.031 4.5 6.22 30.15 41.674 Các thông số hình dạng của đập tràn: α = 45o; β = 48o; 1 0,9l P = Trên đỉnh tràn không có cầu giao thông. Hình 6.2 Mặt cắt thực dụng của đập tràn 6.2. Tính toán tiêu năng 6.2.1. Mục đích - Khi xây dựng công trình trên sông thì mực nước phía thượng lưu sẽ dâng lên nghĩa là thế năng dòng nước tăng lên. Khi dòng chảy đổ từ thượng lưu về hạ lưu, thế năng đó chuyển thành động năng, một phần động năng phục hồi thành thế năng (bằng mực nước hạ lưu), phần còn lại nếu không có giải pháp tiêu hao hữu hiệu thì sẽ gây xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến an toàn công trình. Vì vậy cần phải tiêu năng cho công trình. 6.2.2. Chọn hình thức tiêu năng Để tiêu hao năng lượng thừa của dòng nước, thường áp dụng các hình thức sau: - Tiêu năng mặt. - Tiêu năng đáy. - Tiêu năng phóng xa. Tiêu năng phóng xa bao gồm hai quá trình: một phần tiêu năng trong không khí và một phần tiêu năng ở lòng sông. Chiều dài phóng xa càng lớn càng có lợi. Đối với đập càng cao, chiều dài phóng xa càng lớn. Trái lại, với đập thấp nước phóng xa sẽ gần chân đập, nên việc dùng hình thức tiêu năng phóng xa bị hạn chế. Tiêu năng mặt có đặc điểm là dòng chảy của hình thức tiêu năng này ở trạng thái chảy mặt (vận tốc lớn nhất xuất hiện ở gần mặt thoáng). Điều kiện áp dụng là sau đập tràn phải có bậc cụt và mực nước hạ lưu thay đổi ít. Tiêu năng đáy có đặc điểm là dòng chảy có vận tốc lớn nhất xuất hiện ở gần đáy hạ lưu. Tiêu năng đáy thường dùng khi với công trình có cột nước thấp, địa chất nền tương đối kém. ⇒ Đối với TTĐ Nậm Pông do đập tương đối thấp nên chọn hình thức tiêu năng mặt. 6.2.3. Thiết kế mũi phun cho tiêu năng mặt. 1).Góc nghiêng α của mũi phun được xác định căn cứ vào điều kiện chiều dài dòng phun xa, đồng thời thể tích bê tông ở chân đập tương đối ít. Theo kinh nghiệm thì nên lấy α = 150 ÷ 300 là hợp lý (ở đây chọn α = 150). 2).Cao trình mũi phun Cao trình mũi phun phải cao hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu ít nhất là 1m để đảm bảo dòng phun vào không khí và tránh nước hạ lưu ngập mũi phun. Xác định theo đường tọa độ đập và bán kính nối tiếp. Ta chọn cao trình mũi phun ở cao độ 245m. 3).Bán kính cong R nối tiếp giữa mặt đập và mũi phun cần đảm bảo sao cho dòng chảy không tách khỏi mặt đập và mũi phun R > (8 ÷10)h, với h là độ sâu nước trên ngưỡng tràn, sơ bộ lấy bằng độ sâu co hẹp cuối dốc nước hc: Ta có: 3/2 3/2 0 36,63( ) 0,217 . 0,9.32,7C qF E τ φ= = = Trong đó: 32198 36,63( / . ) 60 xaQq m s m B = = = , +q: là lưu lượng đơn vị. + :ϕ là hệ số lưu tốc lấy bằng 0,9 Eo= MNLTK- ∇đáy hl= 264,7-232= 32,7m. là cột nước toàn phần so với đáy hạ lưu, Có trị số )( cF τ , dựa vào phụ lục 15.1 bảng tra thuỷ lực ta có 0,05Cτ = . 0. 32,7.0,05 1,635( )c ch E mτ= = = R = (6 ÷10) ch =(9,81 ÷16,35) ⇒ Vậy chọn bán kính nối tiếp mặt đập với mũi phun R bằng 15m 4). Chiều dài phóng xa Là khoảng cách theo phương ngang từ mũi phun đến trung tâm dòng nước tại đáy kênh hạ lưu, được xác định theo công thức: ( )       −+ ++= S ShSL ...2 12cos. sinsin.cos....2 2 22 δϕ δα αααδϕ = 2 2 2 2,07.cos15 2.32,7.(1 0,602)2.0,9 .0,602.32,7.cos15. sin15 sin 15 37,931 2.0,9 .0,602.32,7 L m  + − = + + =    Trong đó: + ϕ: hệ số kể đến tổn thất cột nước, phụ thuộc vào lưu lượng đơn vị và chiều dài tính từ đỉnh đập đến mũi phun, tra đồ thị quan hệ (hình 22- 64) trang 451 “ Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi, tập III, ta được ϕ = f(q,l) = 0,9. + α: góc nghiêng của mũi phun, α = 15o. + S S1 =δ = 19,7 0,602 32,7 = + S1: chiều cao từ mực nước thượng lưu đến đỉnh mũi phun. S1 = MNLTK - ∇Đỉnh mũi phun = 264,7 – 245 = 19,7m. + S: khoảng cách từ mực nước thượng lưu tới cao trình đáy sông S = MNLTK - ∇đáy sông = 264,7 -232 = 32,7m. + h: độ sâu mực nước trên mũi phun, h được xác định theo công thức sau: 2198 2,07 . 60.17,694 XM xm Qh m B v = = = Trong đó: + Qxm: Lưu lượng tràn xả mặt, Qxm= 2198 m3/s, Tổng chiều rộng tràn cuối dốc nước : B = 60m. Với Vxm là vận tốc dòng chảy cuối dốc nước sơ bộ tính theo công thức: 1. 2. . 0,9. 2.9,81.19,7 17,694( / )xmv g S m sφ= = = 5). Xác định chiều sâu hố xói: Được xác định theo công thức kinh nghiệm của M.S.Vozogô: Ox SqKAd ... 11= + A1: hệ số kể đến hàm khí, phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy và độ sâu mũi phun theo bảng 2.5 ta có: A1= 0,6. + K1 hệ số xói lở, với nền bê tông thì K1 = 1,34. (A1 và K1 được tra trong tài liệu: “Nối tiếp và tiêu năng hạ lưu công trình tháo nước, Nhà xuất bản Xây dựng, Trường đại học Thuỷ lợi”). + q: Lưu lượng đơn vị tràn xả mặt, q = 36,63 m3/s. S0: Cột nước chênh lệch thượng hạ lưu: So= Ztl-Zhl= 258-256,36 = 1,64 m Zhl: Mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng xả lũ, Zhl= 256,36 m. Thay số vào ta có: 1 1. . . 0,6.1,34. 36,63. 1,64 5,507x Od A K q S m= = = 6). Kích thước hố xói: Theo kiến nghị G.A.Yuđiki thì chiều dài của hố xói trên nền đá lấy bằng hai lần độ sâu phân giới, mái dốc trên lấy bằng 1:3, mái dốc phía dưới lấy bằng 1:1,5. 2 2 33 1.36,632. 2. 2. 10,304 9,81x k qL h m g α = = = = CHƯƠNG 7:THIẾT KẾ TUYẾN NĂNG LƯỢNG 7.1.Chọn phương thức cấp nước của đường dẫn nước áp lực - Đối với công trình Thủy điện Nậm Pông thì các công trình trên tuyến năng lượng bao gồm: cửa lấy nước, đường hầm áp lực, tháp điều áp, đường ống áp lực, kênh dẫn nước hạ lưu nhà máy. - Trạm thuỷ điện Nậm Pông là trạm thuỷ điện kiểu đường dẫn có chiều dài đường hầm dẫn nước tương đối lớn (5km), số tổ máy ít. Do đó chọn phương thức cấp nước theo nhóm, phương thức dẫn nước vuông góc với nhà máy cho trạm thuỷ điện Nậm Pông. 7.2. Công trình lấy nước: (cửa lấy nước) 7.2.1. Công dụng, phân loại cửa lấy nước - Cửa lấy nước (CLN) là công trình đầu tiên trong hệ thống công trình dẫn nước vào nhà máy thuỷ điện, nó trực tiếp lấy nước từ hồ chứa, từ dòng sông vào các công trình dẫn nước hoặc vào nhà máy thuỷ điện. Hình dạng và kết cấu CLN phụ thuộc vào sơ đồ và thành phần các công trình đầu mối, điều kiện địa hình địa chất khu vực xây dựng công trình. Cửa lấy nước được phân làm hai loại cơ bản là cửa lấy nước trên mặt và cửa lấy nước dưới sâu. - Cửa lấy nước trên mặt (CLN không áp). CLN không áp là CLN mà dòng chảy trong nó có mặt thoáng tự do. Loại này thường được ứng dụng trong trường hợp mực nước thượng lưu ít thay đổi. Vì vậy chúng thường được dùng ở các trạm thuỷ điện đường dẫn với các công trình đầu mối cột nước thấp (trạm thuỷ điện không điều tiết hoặc điều tiết ngày). - Cửa lấy nước dưới sâu (CLN có áp). CLN có áp có phạm vi sử dụng không hạn chế, đặc biệt chúng được ứng dụng trong trường hợp mực nước thượng lưu thay đổi nhiều. Để dòng chảy qua công trình lấy nước là có áp thì CLN phải được bố trí dưới MNC nối tiếp với đường ống áp lực. Theo vị trí làm việc của cửa lấy nước ta có hai hình thức cửa lấy nước. - CLN kiểu bên bờ . - CLN kiểu đập. Từ cách phân loại, đặc điểm sơ bộ và điều kiện ứng dụng của từng loại CLN, chọn CLN cho trạm thuỷ điện Nậm Pông là kiểu có áp. Vì đây là trạm thuỷ điện có: Cột nước cao Hmax= 170,4m; cột nước Hmin= 161,87m và địa hình cũng tương đối dốc và hẹp. Nhà máy thuỷ điện đường dẫn có đập dâng là đập bê tông trọng lực vì vậy CLN rất vững chắc khi ở dưới sâu. 7.2.2. Yêu cầu chung ∗ CLN phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Cung cấp đủ lưu lượng nước cần thiết theo yêu cầu của trạm thuỷ điện và các yêu cầu dùng nước khác. - Có khả năng ngừng cung cấp nước hoàn toàn trong các trường hợp kiểm tra sửa chữa và sự cố đối với các công trình dẫn nước. Để đảm bảo điều kiện này đòi hỏi phải bố trí các cửa van sửa chữa và van sửa chữa - sự cố. - Bảo vệ các các bộ phận và thiết bị của các công trình dẫn nước khỏi bị hư hại do bùn cát, vật nổi và rác bẩn gây nên. Muốn vậy phải bố trí lưới chắn rác, tường ngực để chắn vật nổi, đường xả cát, bể lắng cát… - Đảm bảo dòng chảy vào thuận dòng để giảm tối đa tổn thất thuỷ lực và không gây nên phễu xoáy trước CLN. - Kết cấu chắc chắn, vận hành tiện lợi với chi phí nhỏ nhất. + Hình thức cửa vào: Các bộ phận của CLN phải có hình dạng và kích thước phù hợp với từng điều kiện cụ thể của kết cấu công trình. 7.2.3. Các thiết bị bố trí tại cửa lấy nước: -Các thiết bị bố trí trên CLN phải thỏa mãn các điều kiện trên +Các thiết bị này bao gồm: 1. Tường ngực 2. Lưới chắn rác 3. Van sửa chữa 4. Van công tác Cửa lấy nước cần bố trí các thiết bị sau 1/ Lưới chắn rác: - Lưới chắn rác thường được đặt trước van sửa chữa và van sự cố- sửa chữa (van công tác). Nó có nhiệm vụ giữ lại rác bẩn và các vật nổi tránh làm hư hại bản thân CLN, hệ thống đường dẫn và các thiết bị thuỷ lực của nhà máy thuỷ điện. Kết cấu của lưới chắn rác là một hệ thống khung dầm và các thanh ngang dọc có tiết diện hình tròn, hình chữ nhật hoặc hình lưu tuyến. Khoảng cách giữa các thanh phụ thuộc vào kích thước và loại turbin, số lượng và loại rác bẩn trong dòng chảy. Việc lựa chọn các kích thước này phải thông qua tính toán sao cho những vật trôi qua lưới chắn rác không làm hư hại các bộ phận turbin. Trong thiết kế sơ bộ, đối với turbin tâm trục khoảng cách giữa các thanh có thể lấy như sau Vì a = 3 10( )cm÷ . Nên chọn a = 4cm. 2/ Thiết bị vớt rác trên lưới: - Việc dọn rác bẩn trên lưới chắn rác nhờ các thiết bị chuyên dụng. Các thiết bị này được bố trí trên cầu trục sử dụng chung cho toàn bộ cửa lấy nước. 3/ Cửa van : - Van sửa chữa được đặt sau lưới chắn rác. Nó có nhiệm vụ đóng kín toàn bộ cửa lấy nước trong trường hợp sửa chữa, kiểm tra định kỳ các thiết bị thuỷ điện khi mà van công tác bị sự cố. Do đó chỉ cần bố trí một bộ van sửa chữa chung cho toàn bộ TTĐ. Van sửa chữa được thao tác bằng cầu trục bố trí trên cửa lấy nước. - Van công tác được đặt sau van sửa chữa. Van công tác làm việc trong điều kiện dòng nước đang chảy với vận tốc lớn nên đòi hỏi phải đủ sức nặng, lực đóng mở lớn và phải luôn sẵn sàng làm việc. Van sửa chữa và van công tác của TTĐ được chọn là loại van phẳng. Van công tác được thao tác bằng thiết bị đóng mở nhanh là hệ thống cơ khí thuỷ lực. 5/ Thiết bị nâng chuyển: - Để phục vụ cho việc đóng mở, thao tác tháo lắp các van và lưới chắn rác cũng như việc vớt rác bẩn trên lưới chắn rác ta dùng pa lăng để phục vụ cho các cửa lấy nước của TTĐ Nậm Pông 7.2.4. Tính toán cửa lấy nước: a). Xác định vận tốc dòng chảy trước CLN: - Vận tốc trước lưới chắn rác phụ thuộc vào độ ngập sâu của CLN so với MNDBT, độ bẩn của dòng chảy và phương thức vớt rác LCR. Nếu vận tốc càng lớn thì áp lực thuỷ động tác dụng lên lưới chắn rác càng lớn thì càng khó vớt rác do đó: Nếu độ ngập sâu ≤ 25m và thường xuyên vớt rác trong quá trình vận hành thì: v = 1÷1,2 m/s. Nếu độ ngập sâu > 25m, tiến hành vớt rác thường xuyên thì: v = 0,6÷ 0,8 m/s. Nếu độ ngập sâu quá lớn, và không thể tiến hành vớt rác thường xuyên thì: v= 0,3÷0,8 m/s. - Với TTĐ Nậm Pông độ ngập sâu của cửa lấy nước nhỏ và được vớt rác thường xuyên do đó chọn vận tốc trước lưới chắn rác là v = 1 m/s. b). Xác định kích thước cửa vào của CLN: - Diện tích cửa vào CLN có dạng hình chữ nhật và được xác định theo biểu thức: ( )221.87 21,871tm QF m V = = = Với F= 21,87 m2, chọn kích thước cửa vào CLN là: bx h= 4x 5,5m2. c). Xác định cao trình trần và ngưỡng CLN: Cao trình trần CLN ( CLNT∇ ) được xác định theo công thức sau: 1hMNC CLN T −=∇ Trong đó : + h1 là khoảng cách từ MNC tới trần CLN để tránh tạo nước xoáy và không khí lọt vào trong đường ống: h1= 1÷2 m; chọn h1 = 1,5 m. 256 1,5 254,5CLNT∇ = − = m. - Cao trình đỉnh CLN lấy bằng cao trình đỉnh đập 266CLNđinh m∇ = - Cao trình ngưỡng CLN ( CLNN∇ ) 5 254,5 5,5 249CLN CLNN T m∇ = ∇ − = − = Trong đó : + h chiều cao cửa vào CLN ; h = 5,5 m. Kiểm tra cao trình ngưỡng CLN theo điều kiện bùn cát: ta có ( bcCLNN Z−∇ )= (249-242) = 7m. Vậy bùn cát không lọt vào trong cửa lấy nước. - Cao trình đáy cửa lấy nước: 1,5 249 1,5 247,5CLN CLNĐ N m∇ = ∇ − = − = Vậy cửa lấy nước kiểu ngầm được thiết kế 1 ngăn bằng bê tông cốt thép có bố trí 2 lưới chắn rác có một trụ pin giữa, rãnh phai và cửa van phẳng trượt có bánh xe vận hành bằng tời điện. Cao trình ngưỡng cửa lấy nước là 249,0m; cao trình đáy 247,5m; cao trình trần cửa lấy nước là 254,5m. Để lắp đặt và vận hành cửa lấy nước có thiết kế đường vào vận hành ở cao độ 254,5m. - Miệng cửa lấy nước có dạng hình elíp, phương trình đường cong elíp cho trần và biên cửa lấy nước còn đáy thăng như sau: Đối với trần cửa lấy nước: 2 2 2 2 1.6,702 4.666 X Y + = Đối với biên cửa lấy nước: 2 2 2 2 1.5,608 1.119 X Y + = 7.3. Tính toán tổn thất thuỷ lực qua CLN: (Theo Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi- phần II: công trình trên tuyến năng lượng và thiết bị thuỷ điện- Tập 6- Chương 1) ∗ Tổn thất thủy lực qua lưới chắn rác - Tổn thất qua lưới chắn rác tính theo công thức: ∆hlcr = g V l 2 2 ξ 210,6. 0,03( ) 2.9,81lcr h m∆ = = ( ) 2 2 ' 2 2 2 1 1 1 1 1 1 . 1 . 1 . 1 . . 2lcr s ηξ ϕ η λ η ϕ ε ε η    −  = − + − + − +         ( ) 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 0,8 . 1 . 1 0,1. 1 0,8 0,6. . 0,6 0,8 0,977 0,8 0,8 2.1 0,8lcr ξ  −   = − + − + − + =           4 0,8 1 4 b s b η = = = + + ( ) ( )2 1 1 0,8 1 0,4. 1 0,81 . 1k ε η = = = + −+ − Trong đó: + K là hệ số lấy theo kinh nghiệm bằng 0,4. + V: Vận tốc dòng chảy qua lưới chắn rác: V= 0,854m/s +η : mức độ chiếm chỗ dòng chảy của các thanh lưới chắn rác. + 0,977ϕ = : là hệ số vận tốc lấy theo hệ số η bảng 1.1, trang 32, sách Công trình trạm thủy điện. +ε : Hệ số co hẹp dòng chảy. + 'ϕ = 0,1 hệ số va đập do hình dạng thanh quyết định. + λ : hệ số ma sát thủy lực + s: chiều dầy mỗi thanh lưới, lấy s = 1cm + b : khoảng cách giữa hai thanh lưới, b = 4 cm ∗ Tổn thất thủy lực qua cửa van ∆hv = g2 V2 vξ 20,8450, 2. 0,007( ) 2.9,81v h m∆ = = +V: Vận tốc tại mặt cắt cửa van, lấy bằng vận tốc trước LCR, V= 1m/s. + ξv : hệ số tổn thất cửa van, chọn cửa van phẳng → Vξ = 0,2 ∗ Tổn thất thủy lực ở các khe đặt cửa van ∆hk = g V e l g V k k k 2 027,0 2 22 =ξ 20, 4 0,8450,027. . 0,012( ) 0, 2 2.9,81khe h m∆ = = + Với k k k e l027,0=ξ + V:vận tốc dòng chảy ở mặt cắt trước khe van, lấy bằng vận tốc dòng chảy qua lưới chắn rác, V =0,854(m/s) + lk, ek: chiều rộng và chiều sâu khe cửa van Sơ bộ chọn lk = 0,4 (m); ek = 0,2 m ∗ Tổn thất thủy lực qua tường ngưc: 2 . 2.N N Vh g ξ∆ = 210,032. 0,002( ) 2.9,81N h m∆ = = ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 0,032 . 258 249 . 258 254,5N N TMNDBT MNDBT ξ = = = − ∇ − ∇ − − Trong đó: + V: Vận tốc tại các mặt cắt của tường ngực, lấy bằng vận tốc trước qua lưới chắn rác, V= 1m/s * Tổn thất đoạn tiết diện thay đổi: ∆htd = g V ch .2 . 2 ξ 22,0810, 2. 0,044( ) 2.9,81td h m∆ = = + ξch: Hệ số tổn thất tại đoạn có tiết diện thay đổi Chọn ξch= 0,2. + V: Vận tốc tại mặt cắt có tiết diện thay đổi. V= 2,081m/s . ⇒ Tổn thất cột nước qua CLN là: lnc lcr v khe N tdh h h h h h h∆ = ∆ = ∆ + ∆ + ∆ + ∆ + ∆∑ ln 0,03 0,007 0,012 0,002 0,044 0,095( )ch m∆ = + + + + = 7.4 Thiết kế đường hầm dẫn nước : 7.4.1 Tính toán các thông số của đường hầm: Do điều kiện có hạn nên đồ án không đi vào tính toán cụ thể mặt cắt kinh tế đường hầm theo tổng chi phí tính toán năm nhỏ nhất mà coi đường hầm dẫn nước có mặt cắt là hình tròn và có đường kính được xác định trên cơ sở giống với đường kính của đường ống áp lực: a). Xác định đường kính của đường hầm: 3 3 ax7 7 5, 2. 5,2.21,87 2,3( ) 162 m kt QD m H = = = + axmQ : là lưu lượng lớn nhất qua đường hầm 3ax 21,87( / )m tkQ Q m s= = +H là cột nước tính toán - Để đảm bảo an toàn chọn đường kính của đường hầm là D = 3,4 (m). b). Xác định các thông số khác của đường hầm: - Độ dốc của đường hầm được xác định theo công thức: 2 2 2 2 2 2 21,87 0,0012 . . 9,075 .74,867 .0,85 Qi C Rω = = = Trong đó: + ω : là diện tích mặt cắt ướt 2 2 2. 3,14.3,4 9,075( ) 4 4 D m pi ω = = = + C : là hệ số seri 1 1 6 61 1 . .0,85 74,867 0,013 C R n = = = + R : là bán kính thủy lực của đường hầm 3,4 0,85( ) 4 4 DR m= = = Vậy ta có kết quả sau: D = 3,4m. L = 5000m i = 0,0012 n = 0,013 7.4.2 Tính toán tổn thất trong đường hầm. - Tổn thất cột nước (dọc đường) trong đường hầm của phương án được chọn: . 0,0012.5000 6( )ddh i L m∆ = = = - Tổn thất cột nước(cục bộ tai vị trí nối tiếp với CLN) trong đường hầm của phương án được chọn: 2 22, 41 . 0,24. 0,071( ) 2. 2.9,81 h cb cb Vh m g ξ∆ = = = + Hệ số tổn thất: ξcb = 0,24 21,87 2, 41( / ) 9,075h QV m s ω = = = Vậy tổn thất cột nước trong hầm là: 6 0,071 6,071( )dh dd cbh h h m∆ = ∆ = ∆ = + = Kể cả tới tổn thất tại cửa lấy nước thì tổn thất cột nước trước tháp điều áp là: 6,071 0,095 6,166( )dh CLNh h h m∆ = ∆ + ∆ = + = 7.5. Tính toán tháp điều áp: - Do đồ án có hạn nên không tính toán cụ thể tháp. Sơ bộ chọn kích thước như sau: + Tháp điều áp là tháp điều áp kiểu viên trụ có họng cản và sơ bộ chọn đường kính họng cản gần bằng đường kính của đường hầm áp lực dẫn nước từ cửa lấy nước vào tới tháp và bằng 3m. + Đoạn trên tháp có đường kính là 6m. - Tính toán dao động trong tháp sẽ được trình bày kỹ trong phần chuyên đề. 7.6. Tính toán đường ống áp lực. 7.6.1. Tác dụng của đường ống áp lực - Đường ống áp lực của trạm thuỷ điện là đường ống dẫn nước có áp từ hồ chứa (đối với trạm thuỷ điện kiểu đập) hoặc từ bể áp lực hay tháp điều áp (đối với trạm thuỷ điện kiểu đường dẫn) đến turbin nước. Nó có công dụng tạo thành toàn bộ hoặc phần lớn cột nước cho trạm thuỷ điện. Vì vậy nó có đặc điểm là có độ dốc lớn, bố trí gần nhà máy, chịu áp lực nước bên trong lớn nhất của trạm thuỷ điện bao gồm cả áp lực nước va. 7.6.2. Chọn tuyến đường ống: - Việc chọn tuyến đường ống cần căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất mà tuyến đường ống đi qua và phương thức khai thác thuỷ năng đồng thời đảm bảo tốt mấy điểm sau: - Tuyến đường ống ngắn, thẳng để hạ thấp giá thành, giảm tổn thất thuỷ lực, giảm áp lực nước va, từ đó làm cho tổ máy vận hành ổn định. Tuyến ống không nên quá dốc, quá cong. - Đường ống áp lực phải đặt trên nền kiên cố, ổn định; tránh những nơi sạt lở và bố trí theo dốc sườn núi. 7.6.3. Xác định các kích thước cơ bản của đường ống: 1). Chọn loại đường ống và tính đường kính ống: a). Chọn loại đường ống: Trạm thuỷ điện Nậm Pông có cột nước Htt = 162 m, tuyến đường ống được đặt ngoài trời nên chọn loại đường ống là thép có nhiều ưu điểm như bền, rẻ tiền, tiết kiệm được thép làm vỏ ống, lắp ráp đơn giản, tiện lợi. b). Xác định đường kính ống (DKT): Việc xác định đường kính ống căn cứ vào luận chứng kinh tế, kỹ thuật. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, do tài liệu chưa đầy đủ nên chỉ xác định đường kính kinh tế theo lưu tốc kinh tế trong đường ống. Vốn đầu tư xây dựng cơ bản và chi phí vận hành hàng năm của đường ống áp lực tăng theo chiều tăng của đường kính ống, song tổn thất cột nước và áp lực nước va trong đường ống lại tỷ lệ nghịch. Do vậy việc xác định đường kính kinh tế DKT của đường ống áp lực phải thông qua tính toán kinh tế và kỹ thuật để lựa chọn. Tính DKT theo lưu tốc kinh tế: DKT = 3 ax7 5,2. mQ H 3 7 5, 2.21,87 2, 2( ) 227, 2kt D m= = Chọn đường kính của ống là: 2,5(m). + Qmax: Lưu lượng lớn nhất qua đường ống: 3 ax 21,87( / )mQ m s= + H - cột nước lớn nhất khi có kể đến áp lực nước va: H = Hmax + ∆H H = 170,4 +56,8 = 227,2 (m). + ∆H - cột nước do áp lực nước va dương tạo nên sơ bộ có thể lấy. ∆H = max 170, 4 56,8( ) 3 3 H m= = . 2). Xác định chiều dày thành ống (δ): - Tính toán bề dày đường ống: Với ống thép: Sơ bộ tính chiều dày thành ống theo tải trọng tác dụng vào ống, chủ yếu là áp lực nước bên trong. δ = [ ]σϕϕ ...2 ..γ 21 ktDH δ = 3 10.227,2.2,5 0,014( ) 14( ) 2.0,75.0,9.310.10 m mm= = Trong đó : + γ - trọng lượng riêng của nước, lấy γ = 10 (kN/ m3). + Dkt - đường kính đường ống: Dkt = 2,5(m) + [σ] - ứng suất cho phép của thép, (kN/m2), với thép lấy có CT3 ta có: [σ]=3100(kg/cm2) = 310.103 (kN/m2). + ϕ1 - hệ số hạ thấp ứng suất cho phép, thường lấy ϕ1 = 0,75 + ϕ2 – hệ số đường hàn, ϕ2 = 0,9 ÷ 0,95, căn cứ vào kỹ thuật hàn và phương pháp kiểm nghiệm để quyết định. - Khoảng cách trung bình giữa các mố néo: 2,7. ' 15kL r Rq δ≤ ≤ 14( )kL m= 3). Chiều dài đường ống áp lực. Chiều dài đường ống áp lực được đo vẽ trên bình đồ địa hình và xác định được chiều dài đường ống đoạn ống chính tính từ nhà van là 324,5 m. và có độ dốc trung bình là 025 . Phải bố trí các mố ôm và mố đỡ để đường ống được ổn định, trong đó, khoảng các giữa các mố néo là từ 66,97m tới 105 m. Khoảng cách giữa các mố đỡ là 14 m. 7.7. Nước va trong đường ống áp lực 7.7.1. Nước va và ảnh hưởng của nó đối với chế độ làm việc của TTĐ Khi đóng hay mở cửa van thì trong đường ống áp lực, lưu lượng và lưu tốc sẽ thay đổi gây nên sự thay đổi áp lực. Nếu thay đổi lưu tốc một cách đột ngột thì áp lực trong ống cũng thay đổi đột ngột. Sự thay đổi áp lực lúc tăng, lúc giảm xảy ra liên tục tác dụng lên thành ống và gây nên sự rung động thân ống, có khi phát ra những tiếng động dữ dội. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng nước va. Nguyên nhân vật lý của sự tăng giảm áp lực nước va là do lực quán tính của khối nước đang chảy trong thân ống. Khi đóng cánh hướng nước, chuyển động của dòng chảy trong ống là chuyển động chậm dần. Lúc này, hướng của gia tốc dòng chảy sẽ ngược với hướng của gia tốc, do đó hướng của lực quán tính sẽ trùng với hướng của của vận tốc làm tăng thêm áp lực nước trong đường ống gọi là nước va dương. Ngược lại, khi mở cánh hướng nước, chuyển động của dòng nước trong đường ống là chuyển động nhanh dần đều, lực quán tính sẽ đổi hướng ngược lại với chiều dòng chảy, vì vậy trong đường ống có hiện tượng giảm áp lực gọi là nước va âm. Nước va ảnh hưởng lớn đến tình hình làm việc của nhà máy thuỷ điện. Khi xảy ra hiện tượng nước va, áp lực nước trong đường ống thay đổi do đó làm thay đổi cột nước của tua bin. Sự thay đổi áp lực và cột nước do nước va gây nên mặc dù mang tính chất nhất thời nhưng gây khó khăn cho việc điều chỉnh turbin, bởi vì cột nước dao động sẽ gây ra sự dao động công suất và tốc độ quay của turbin. Sự dao động áp lực do nước va gây ra làm tăng ứng suất trong thành buồng turbin và đặc biệt trong thành buồng ống dẫn. Đối với trạm thuỷ điện có chiều dài đường ống áp lực lớn, trị số áp lực nước va dương có thể đạt tới giá trị gấp vài lần cột nước của trạm thuỷ điện. Vì vậy phải xây dựng các công trình làm giảm áp lực nước va (tháp điều áp, van xả không tải, thay đổi kích thước đường ống áp lực) ở mức độ cho phép (dưới 30 ÷ 40% cột nước tính toán của trạm thuỷ điện). Từ đó làm tăng vốn đầu tư và chi phí quản lý vận hành nhà máy. Nước va âm làm áp lực nước trong đường ống áp lực giảm xuống một cách đột ngột, cản trở việc tăng kịp thời công suất của turbin theo yêu cầu của phụ tải. Ngoài ra, để tránh hiện tượng bẹp ống do áp lực trong ống hạ thấp hơn áp lực khí trời (trong ống xuất hiện áp suất chân không) cần phải bố trí đường ống dẫn ở dưới đường áp lực thấp nhất, do đó có khi phải đặt ống sâu dưới đất ở một vài đoạn trên tuyến ống. Vì vậy khối lượng công việc xây dựng sẽ tăng lên và giá thành công trình sẽ đắt hơn. 7.7.2. Tính toán áp lực nước va 1). Tốc độ truyền sóng áp lực nước va (C) Tốc độ truyền sóng áp lực nước va (C) phụ thuộc vào tính đàn hồi, tính đồng chất của vật liệu làm ống và của bản thân chất lỏng. Tốc độ truyền sóng được xác định theo công thức tổng quát của I.E.Jucốpki: oCC ε1 . E D δ = + ⇒ 4 6 1435C 859,773 2,1.10 2,51 . 2,1.10 0,012 = = + m/s. Trong đó: + Co: Tốc độ truyền sóng âm thanh trong chất lỏng, nó phụ thuộc vào đặc tính của chất lỏng. Với nước sạch: Co = 1435 m/s. + ε: Môđun đàn hồi của chất lỏng, đối với nước: ε = 2,1.104 kg/cm2. + E: Môđun đàn hồi của vật liệu làm ống, với ống thép: E = 2,1.106 kg/cm2. + D: Đường kính trong của ống, D = 2,5 m. + δ: Chiều dầy thành ống, δ = 0,014. Vì đoạn ống nhánh ngắn lên tốc độ truyền sóng nước va trên toàn đường ống cũng chính bằng tốc độ trên đường ống chính và bằng 859,773 (m/s) Chiều dài của toàn đường ống L= ínhch nhanhL L+ =324,5 + 1,2 = 325,7 m, 2). Pha nước va (Tf) Khoảng thời gian sóng áp lực nước va xuất hiện truyền tới hồ chứa và phản hồi lại cơ cấu điều chỉnh gọi là pha nước va (Tf). 2. 2.325,7 0,758 859,773f L t C = = = (s) Mặt khác, thời gian đóng mở bộ phận hướng nước của turbin: Ts = 3 ÷ 10s. Ta lấy: Ts = 6 s. Ta thấy: Ts=6 s >tf =0,758s. Như vậy trong đường ống xảy ra nước va gián tiếp. 3). Tính toán nước va gián tiếp khi đóng mở cánh hướng nước a). Trường hợp nước va dương * Nguyên lý tính toán: - Coi đường ống áp lực là đường ống đơn giản (đường kính ống không đổi) - Để tăng độ an toàn và đơn giản trong tính toán ta bỏ qua tổn thất thuỷ lực trong đường ống. - Tính toán áp lực nước va bằng phương pháp giải tích ứng với hai trường hợp H=Hmax= 170,4m và trường hợp H = Htt = 162 m. * Trường hợp H = Htt = 162 m. - Xác định chỉ số đặc trưng thứ nhất của đường ống: oHg VC ..2 . max =µ max. 859,773.2,229 0,603 2. . 2.9,81.162o C V g H µ = = = Trong đó: + Ho: Cột nước ở chế độ áp lực ổn định, Ho = Htt = 162m. +Vmax: Lưu tốc lớn nhất trong đường ống ứng với trường hợp tính toán (trường hợp Htt = 162 m thì Qmax = Qtm = 21,87 10,9352 tkQ n = = (m3/s). max 2 2 4. 4.10,935V 2,229 . 3,14.2,5 tm KT Q Dpi = = = m/s. ⇒ µ.τo =0,603.1 =0,603 < 1. Vậy đây là nước va pha thứ nhất (trị số áp lực nước va lớn nhất xuất hiện ở pha đầu tiên). - Xác định chỉ số đặc trưng thứ hai của đường ống max 0 . 325,7.2,229 0,076 . . 9,81.162.6s LV g H T σ = = = - Xác định trị số áp lực nước va tương đối pha đầu tiên: ( ) ( ) ( ) −−+−+= 212 22 1 2 11 ....2 τττµττµτµξ ooo ( ) ( ) ( )22 2 2 21 2.0,603. 1 0,603.0,897 1 0,603.0,897 1 0,897 0,15ξ  = + − + − − =   Trong đó: + 1τ : Được xác định theo chế độ điều chỉnh tối ưu: 0 1 2. . 2.0,603.1 0,081 0,897 2. . 1 2.0,603. 1 0,081 c c µ τ ξ τ µ ξ − − = = = + + 02. . 2.0,603.1 0,081 2. 1 2.7,916 1c m µ τξ = = = − − m = 6 7,916 0,758 s f T t = = - Xác định cột nước áp lực nước va dương lớn nhất: ∆H = Ho.ξ1 = 162.0,15 = 24,3 m Cột nước lớn nhất tại cuối đường ống trong trường hợp này là: H = Htt+∆H = 162 + 24,3 = 186,3(m). * Trường hợp H = Hmax = 170,4 m - Xác định chỉ số đặc trưng thứ nhất của đường ống: o max H.g.2 V.C =µ max. 859,773.2,111 0,543 2. . 2.9,81.170,4o C V g H µ = = = Trong đó: + Ho: Cột nước ở chế độ áp lực ổn định, Ho = Hmax = 170,4 m + Vmax: Lưu tốc lớn nhất trong đường ống ứng với trường hợp tính toán (Hmax = 170,4 m) Với: max max 15000( ) 10,356 . 8,5.170,4 tm N NQ Q H K H = = = = m 3/s ⇒ maxmax 2 2 4. ( ) 4.10,356V 2,111 . 3,14.2,5KT Q H Dpi = = = m/s. - Xác định độ mở tương đối ban đầu của cánh hướng nước max max ( ) 10,356 0,947 10,935o Q H Qτ = = = . ⇒ µ.τo = 0,543.0,947 = 0,514<1. Xảy ra nước va pha thứ nhất. - Xác định chỉ số đặc trưng thứ hai của đường ống. max. 325,7.2,111 0,068 . . 9,81.170,4.6o s LV g H T σ = = = - Xác định trị số áp lực nước va tương đối pha thứ nhất: ( ) ( ) ( ) −−+−+= 212 22 1 2 11 ....2 τττµττµτµξ ooo ( ) ( ) ( )22 2 2 21 2.0,543. 0,947 0,543.0,854 0,947 0,543.0,854 0,947 0,854 0,102ξ  = + − + − − =   Trong đó: + 1τ được xác định theo chế độ điều chỉnh tối ưu: 0 1 2. . 2.0,543.0,947 0,069 0,854 2. . 1 2.0,543. 1 0,069 c c µ τ ξ τ µ ξ − − = = = + + 02. . 2.0,543.0,947 0,069 2. 1 2.7,916 1c m µ τξ = = = − − - Xác định cột nước áp lực nước va dương lớn nhất: ∆H = Ho.ξ1= 170,4.0,102 = 17,381 m. Cột nước lớn nhất tại cuối đường ống trong trường hợp này là: H = Hmax+∆H = 170,4 +17,381 = 187,781 (m). Vậy cột nước lớn nhất do áp lực nước va dương gây ra H = 187,781 ứng với cột nước tính toán ax 170,4( )mH m= Kiểm tra lại chiều dài thành ống δ = [ ]σϕϕ ...2 ..γ 21 DH = 3 10.187,781.2,5 2.0,75.0,9.310.10 = 0,012 m =12mm < Ongδ =14mm. Vậy đường ống thiết kế làm việc an toàn khi xảy ra nước va gián tiếp c, Phân bố áp lực nước va dương: Với mục đích đơn giản trong tính toán và tăng thêm an toàn đối với đường ống người ta coi phân bố áp lực nước va dương theo quy luật đường thẳng và bỏ qua mọi tổn thất thuỷ lực. b). Trường hợp nước va âm (khi mở cánh hướng nước): - Mực nước trong tháp điều áp là mực nước ổn định khi Ztl = MNC. Cột nước tác dụng H = 162 m. - Nhà máy đang phát công suất bằng công suất lớn nhất của một tổ máy ở MNC(Ntmmax), tăng tải nhà máy từ N= Ntmmax đến N = 2.Ntmmax. Q = 10,935m3/s đến Q = 21,87m3/s tương đương với τd = 0,5; τc = 1. - Độ mở tương đối ban đầu của cánh hướng nước: τđ = 0,5. - Nếu ta coi quá trình mở cánh hướng nước là đường thẳng, thì thời gian để mở hoàn toàn cánh hướng nước từ độ mở tương đối ban đầu dτ = 0,5 đến cτ = 1 là Ts’ = (τc - τđ ).Ts = 3 (s). * Nguyên lý tính toán: - Coi đường ống áp lực là đường ống đơn giản (đường kính ống không đổi) - Để tăng mức độ an toàn ta kể đến tổn thất thuỷ lực trong đường ống. - Xác định đặc trưng của đường ống: min min ..2 . Hg VC H =µ min min . 859,773.4, 458 1, 208 2. . 2.9,81.161,78 HC V g H µ = = = Trong đó + VHmin: Lưu tốc lớn nhất trong đường ống. + Lưu lượng qua đường ống trong trường hợp này là Qmax=21,87 (m3/s). Lưu tốc lớn nhất trong đường ống lúc này: max min 2 2 4. 4.21,87 4,458( / ) . 3,14.2,5H QV m s Dpi = = = ⇒ µ.τo =0,5.1,208 = 0,604 <1. Xảy ra nước va pha thứ nhất. - Xác định trị số áp lực nước va tương đối pha thứ nhất: ( ) ( ) ( ) −−+−+= 212 22 1 2 11 ....2 τττµττµτµξ ooo ( ) ( ) ( )22 2 2 21 2.1,208. 0,5 1,208.0,606 0,5 1,208.0,606 0,5 0,606 0,145ξ  = + − + − − = −   Giả thiết quá trình đóng mở turbin theo quy luật tuyến tính, độ mở tương đối pha thứ nhất của cánh hướng nước là: Trong đó: + 1τ được xác định theo chế độ điều chỉnh tối ưu: ' 0 1 2. . 2.1, 208.0,5 0,175 0,394 2. . 1 2.1,208. 1 0,175 c c µ τ ξ τ µ ξ − − = = = + + Nhưng đây là quá trình mở tuarbin từ độ mở dτ = 0,5 tới 1cτ = lên 1τ phải > 0,5. ' 1 11 1 0,394 0,606τ τ= − = − = Vậy 1 0,606τ = Trong đó: 02. . 2.1, 208.0,5 0,175 2. 1 2.3,958 1c m µ τξ = = = − − ' 3 3,958 0,758 s f T m t = = = - Xác định cột nước áp lực nước va âm lớn nhất (chưa kể đến tổn thất thuỷ lực): ∆H = Ho.ξ1 = 161,78.(-0,145) = - 23,53(m). 4). Tính toán tổn thất thuỷ lực: - Tổn thất thuỷ lực bao gồm tổn thất cột nước và tổn thất lưu lượng. Tuy nhiên, tổn thất lưu lượng hầu như không đáng kể do ta sử dụng đường ống áp lực. Vì vậy ta chỉ xét tổn thất cột nước bao gồm tổn thất dọc đường, tổn thất cục bộ tại các vị trí thay đổi hình dạng hoặc đổi hướng, tổn thất qua lưới chắn rác: htt = Σhdđ + Σhcb a). Xác định tổn thất dọc đường (Σhdđ): Σhdđ = 1,9 1,9 1,1 1,1 4,458 . . . 0,00124.1,16. .325,7 2,926( ) 2,5 V a m L m D = = . + D: Đường kính ống, D = 2,5 m. + V: Lưu tốc trong đường ống, 2 21,87.4 4, 458 3,14.2,5 QV F = = = (m/s). + a = 0,00124 là hệ số phụ thuộc vào cách nối của tấm thép làm ống. + m = 1,16 là hệ số xét tới thời hạn sử dụng ống. Công thức trên lấy trong quyển Trạm thủy điện nhỏ và vừa, tập 1, Nhà xuất bản Hà Nội_1987 do thầy Nguyễn Duy Hạnh và thầy Nguyễn Duy Thiện làm chủ biên. b). Xác định tổn thất cục bộ (Σhcb): - Tổn thất tại vị trí nối tiếp với đường ống nhà van có tiết diện ống thay đổi từ 3,4(m) thay đổi còn 2,5(m). 22 4.458 . 0,06. 0,06 2. 2.9,81thcb Vh g ξ= = =∑ Vậy tổng tổn thất thuỷ lực là: htt = Σhdđ + Σhcb = 2,926 + 0,06 = 2,986(m). 5). Biểu đồ phân bố áp lực nước va: Từ các số liệu trên, ta vẽ sơ đồ phân bố áp lực nước va (coi đường phân bố áp lực nước va là đường thẳng). Nước va dương bỏ qua tổn thất thuỷ lực với trị số áp lực nước va lớn nhất ∆H = 24,3m. Nước va âm vẽ từ mực nước thượng lưu là MNC với trị số áp lực nước va lớn nhất ∆H = 2,986 + 23,53 = 26,516 m. Từ đường đo áp thấp nhất ta thấy tuyến đường ống đảm bảo không xuất hiện áp suất chân không. Kết luận: Các trị số áp lực nước va nhỏ, nằm trong phạm vi cho phép (∆H < 30 ÷ 40% cột nước tính toán của trạm thuỷ điện). PHẦN V: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN CHƯƠNG 1: CHỌN SỐ TỔ MÁY Qua phần tính toán thuỷ năng ta đã chọn được các thông số sau. + Công suất lắp máy : NLm =30 MW. + Cột nước tính toán : Htt = 162 m. + Cột nước lớn nhất : Hmax= 170,4 m. + Cột nước nhỏ nhất : Hmin = 161,78 m. + Lưu lượng lớn nhất qua TTĐ : Qmax = 21,87 m3/s. - Thực chất của việc lựa chọn số tổ máy chính là việc tính toán kinh tế chọn công suất lắp máy (Nlm) cho nên cần xem xét các yếu tố sau: 1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy của TTĐ : 1.1.1 Về mặt kỹ thuật: Trong quá trình làm việc của TTĐ các tổ máy có thể bị sự cố. Để đảm bảo an toàn cung cấp điện thì trong hệ thống đã có một phần công suất gọi là công suất dự trữ sự cố của hệ thống. Do đó ta phải chọn số tổ máy tối thiểu của TTĐ sao cho công suất của một tổ máy (Ntm) phải nhỏ hơn hoặc bằng công suất dự trữ sự cố của hệ thống. Có như vậy khi tổ máy này hỏng thì hệ thống vẫn an toàn cung cấp điện. 1.1.2 Về mặt năng lượng: Turbin phù hợp với các thông số của TTĐ Nậm Pông là turbin tâm trục. Với turbin tâm trục thì có ηmax cao, nhưng vùng có hiệu suất cao lại hẹp. Cho nên muốn hiệu suất bình quân của TTĐ cao thì nên chọn nhiều tổ máy. Hơn nữa khi chọn số tổ máy nhiều thì phạm vi điều chỉnh công suất (Nmin÷Nmax) sẽ rộng hơn. 1.1.3 Về mặt quản lý vận hành. Khi số tổ máy nhỏ thì việc quản lý vận hành thuận lợi hơn so với phương án số tổ máy nhiều. 1.1.4 Vốn đầu tư vào thiết bị và xây dựng công trình: Nếu chọn số tổ máy Z lớn thì vốn đầu tư vào thiết bị và công trình sẽ tăng vì: - Turbin và máy phát có công suất nhỏ thì giá thành đơn vị của nó lớn hơn . - Các thiết bị phụ kèm theo (điều tốc, đường ống áp lực, cửa van, cửa nước vào) và các thiết bị cơ điện nhiều lên => vốn đầu tư tăng lên. - Do Z lớn nên kích thước nhà máy lớn lên. - Khối lượng công tác lắp ráp và sửa chữa đại tu tăng lên. 1.1.5 Về vận chuyển, lắp ráp: Nếu chọn Z nhỏ thì kích thước và trọng lượng của turbin và máy phát lớn, thêm vào đó bánh xe công tác của turbin tâm trục thường vận chuyển liền khối, cho nên việc vận chuyển đến công trường gặp rất nhiều khó khăn. Hơn nữa các TTĐ thường nằm ở vùng sâu, vùng xa điều kiện giao thông rất khó khăn. Nên việc chọn thiết bị phải phù hợp với tình hình thực tế: phương tiện giao thông, đường xá, cầu cống,.... Với tình hình thực tế nước ta thường chưa có điều kiện sản xuất thiết bị trong nước mà phải nhập thiết bị từ nước ngoài vậy nên cố gắng chọn Z sao cho các thiết bị đã có sẵn trong catalog, trong trường hợp đặc biệt không chọn được thì ta phải thiết kế và đặt chế tạo riêng như vậy sẽ rất tốn kém và làm tăng thêm vốn đầu tư cho công trình. 1.2 Chọn số tổ máy cho TTĐ Nậm Pông : Việc chọn số tổ máy phải thông qua so sánh kinh tế, kỹ thuật của các phương án, so sánh độ tăng của chi phí xây dựng, lắp ráp, trang thiết bị... với độ tăng thêm của điện năng. Việc so sánh này đòi hỏi nhiều thời gian và nhiều tài liệu về giá cả thị trường. Trong giới hạn về thời gian và tài liệu của đồ án tốt nghiệp, em chưa làm được điều này. Với những kết quả thu được từ phần tính thủy năng, sơ bộ tiến hành chọn thiết bị. Kết quả thấy rằng, với phương án Nlm = 30 MW, số tổ máy z = 2 thì các thiết bị chính như: bánh xe công tác, máy phát, máy làm mát là những thiết bị chính đều có sẵn trên thị trường, chính vì vậy ta chọn phương án Z = 2 là phương án cuối cùng. CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TUABIN VÀ MÁY PHÁT 2.1 Xác định các thông số cơ bản của turbin: Công suất định mức cho mỗi tổ máy và công suất định mức của turbin theo công thức sau. - Công suất định mức cho 1 tổ máy: lmN = lm N Z => lmN = 30 2 = 15MW - Công suất định mức cho 1 turbin: Ntb= mf lm z N η. => tbN = 30 2.0,95 = 15,789 MW. Trong đó: + ηmf - hiệu suất của máy phát, với máy phát nhỏ sơ bộ chọn ηmf = 0,95 + Nlm - công suất lắp máy của TTĐ Nậm Pông, Nlm = 30 MW. + Z- số tổ máy của TTĐ (Z = 2) - Căn cứ vào công suất turbin tbN = 15,789 MW của từng phương án và với dao động cột nước: Hmin =161,78 (m) đến Hmax = 170,4 (m) tra tài liệu chọn tuabin nhỏ của Trung Quốc ta được loại tuabin HL160-D46. Hình 2.1: Đường đặc tính tổng hợp của turbin HL160-D46 2.1.1 Xác định đường kính bánh xe công tác (D1): - Đối với turbin tâm trục, D1 là đường kính lớn nhất cửa vào của bánh xe công tác được tính theo công thức: tttttt1tt tb tt1 H.H'Q..81,9 N D η = = 15789 9,81.0,89.0,635.162. 162 ⇒ 1ttD = 1,18 (m) Vậy chọn đường kính tiêc chuẩn 1tcD = 1,2 (m) Trong đó: + Ntb- công suất định mức của một turbin ( tbN = 15789 kW). + ηtt- hiệu suất của turbin thực tại điểm tính toán. (sơ bộ chọn ηtt = ηM). + Q1tt’- lưu lượng dẫn suất của turbin thực tại điểm tính toán. (sơ bộ chọn Q1tt’= Q1M’). + Q’1M, ηM- lần lượt là lưu lượng dẫn suất, hiệu suất của turbin mẫu tại điểm tính toán, nó chính là giao điểm giữa đường n’1Mtt (số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm tính toán) với đường hạn chế công suất 5%. + Htt- cột nước tính toán của TTĐ, Htt = 162 (m). - Tìm số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm tính toán (n’1Mtt). n’1Mtt= n’10 +( 2÷5) + n’10 – số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm có hiệu suất lớn nhất: n’10 = 67,5 (v/ph) . + n’1Mtt = n’10 +3 = 70,5 (v/ph). - Dựa vào đường đặc tính tổng hợp chính của turbin HLA 253 ta tìm được điểm tính toán của turbin mẫu thuộc đường hạn chế công suất 5% là: Q’1M = 0,635 (m3/s), ηM = 89 (%) 2.1.2 Xác định số vòng quay đồng bộ (n): - Số vòng quay đồng bộ của turbin được tính theo công thức: ntt = tc1 bq ' tu1 D Hn 68,124. 164,78 1,2tt n = =728,73(vòng/phút) ⇒ Vậy chọn số vòng quay đồng bộ là: 750(vòng/phút) Trong đó: + Hbq- cột nước bình quân gia quyền, Hbq = 164,78 (m ). + D1tc - đường kính tiêu chuẩn của bánh xe công tác. D1tc = 1,2(m) + '1tun - số vòng quay quy dẫn tối ưu của turbin thực được tính theo. ∆n’1 = n’10.        −1 maxM maxT η η ∆n1’ = 67,5. 0,933 1 0,916   −     => ∆n1’= 0,623 n’1tư = n’10 + ∆ n’1 ' 1tun = 67,5 + 0,623 = 68,124 Trong đó: + ∆n’1- chênh lệch giữa số vòng quay dẫn suất của turbin thực và mẫu. + ηT max, ηM max- hiệu suất lớn nhất của turbin thực và turbin mẫu, tra trên đường ĐTTHC của turbin mẫu ta được ηM max = 0,916. - Với cột nước tính toán Htt = 162 m > 150 m thì ηT max được tính như sau: Với cột nước tính toán Htt = 162 m > 150 m thì ηT max được tính theo công thức (3-34) trang 68 SGTTBTL như sau: 15 20 max max) 1 1 (1 . M MT M T T D H D H η η= − − 205 max 0, 4 1601 (1 0,916). 1,2 162T η = − − maxTη = 0,933 Trong đó: + D1M, D1T- đường kính BXCT của turbin mẫu và turbin thực. + D1M = 0,4 (m), 1 1 1, 2t tcD D= = (m) + MH = 160(m) Cột nước tính toán với tuabin mẫu + TH = 162(m) Cột nước tính toán 2.1.3 Xác định số vòng quay lồng của turbin (nl): - Là số vòng quay đột biến của bánh xe công tác, xảy ra khi mômen lực chuyển động của rôto tổ máy (Mđ) lớn hơn mômen cản chuyển động rôto máy phát (Mc). Trong quá trình vận hành TTĐ, vì một lý do nào đó cần phải đóng cánh hướng nước mà bộ phận hướng nước chưa kịp đóng thì số vòng quay của turbin tăng lên đột ngột trong thời gian ngắn, nó sẽ đạt tới trị số cực đại nào đó gọi là số vòng quay lồng tốc (nl). tc1 max.l1 l D H'n n = 122,3. 170,4 1, 2t n = = 1330,393(v/ph) Trong đó: n’1l- số vòng quay lồng quy dẫn turbin HL160-D46, tra trong quyển Tuabin Trung quốc với tuabin tương tự ta được n’1l = 122,3 (v/ph). 2.1.4 Kiểm tra lại các thông số của turbin: 2.1.4.1 Xác định lại điểm tính toán. - Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin thực: ' 1 1 .tc tc tt tt n D n H = ' 1ttn = 750.1,2 162 = 70,71(v/ph) - Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin mẫu: ' 1 ' tt1 ' Mtt1 nnn ∆−= ' 1 70,71 0,623 70,087Mttn = − = (v/ph). - Lưu lượng dẫn suất tại điểm tính toán của turbin mẫu: tttt 2 tc1tt tb Mtt1 H.H.D..81,9 N 'Q η = ' 1 2 15789 0,609 9,81.0,89.1,2 .162. 162Mtt Q = = (m3/s) Đưa '1Mttn và Q’1M tt lên đường ĐTTHC xem điểm tính toán có nằm trong phạm vi cho phép, kết quả tính toán cho thấy, điểm tính toán trước và sau khi chọn D1tc lệch nhau 4,09% (phía trong so với đường hạn chế 95%). 2.1.4.2 Kiểm tra lại vùng làm việc của turbin: - Khi cột nước làm việc của turbin dao động từ (Hmax÷ Hmin) thì vùng làm việc của turbin sẽ được giới hạn bởi hai đường nằm ngang n’1MHmin và n’1MHmax trên đường ĐTTHC. a) Xác định số vòng quay quy dẫ