Chương IV: ỐNG DẪN NƯỚC ÁP LỰC TRẠM THUỶ ĐIỆN - 123doc

1. Trang chủ >
2. Giáo án - Bài giảng >
3. Cao đẳng - Đại học >

Chương IV: ỐNG DẪN NƯỚC ÁP LỰC TRẠM THUỶ ĐIỆN

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.15 MB, 370 trang )

trạm thuỷ điện. Khi chọn tuyến đường ống cần phải xem xét đến bố trí mặt bằng tổngthể của trạm thuỷ điện. Nghiên cứu đề xuất một số phương án bố trí tuyến đường ống,tính toán thiết kế sau đó đem so sánh kỹ thuật kinh tế để lựa chọn.Khi chọn tuyến ống nên chú ý mấy điểm dưới đây:1- Chọn tuyến ngắn, thẳng: như thế không những hạ thấp giá thành, giảm tổn thấtcột nước và áp lực nước va, mà còn có lợi cho tổ máy vận hành ổn định.2- Độ dốc đặt đường ống không nên quá dốc, dốc quá sẽ tăng khó khăn cho thicông và ảnh hưởng đến ổn định của đường ống. Nói chung yêu cầu góc độ dốc khôngvượt quá 400. Với ống bê tông cốt thép, ống gỗ yêu cầu độ dốc đường ống nhỏ hơn sovới đường ống thép.3- Giảm bớt độ cong tuyến ống, nếu do điều kiện địa hình hạn chế tuyến ống phảichạy cong, yêu cầu bán kính cong của tuyến ống phải lớn hơn ba lần đường kính ốngvà lúc này tại chỗ cong phải xây mố ôm (mố néo) để cố định đường ống; yêu cầuđường đỉnh tuyến ống phải ở dưới đường áp lực thuỷ động nhỏ nhất (ứng với mựcnước thượng lưu là MNC và kể tới tổn thất cột nước) từ 2-3m.4- Đường ống dẫn nước áp lực phải đặt trên nền kiên cố, ổn định, phải tránhnhững nơi sạt lở, cố gắng bố trí theo dốc sườn núi, để việc tiêu nước dọc đường ống dễdàng. Tránh sự tác động do lũ núi hoặc lũ bùn cát từ trên núi đổ xuống. Không đượcđặt đường ống ở đường tụ thuỷ, phải có biện pháp dẫn nước và tiêu nước dọc theođường ống. Tất cả mố đỡ và mố ôm nên bố trí ở chỗ không sinh ra hiện tượng lún, cầnxây mố đỡ và mố ôm trên nền đá gốc.4.2.2. Phương thức cấp nước của đường dẫn nước áp lựcỐng dẫn nước áp lực dẫn nước vào tuốc bin theo mấy phương thức dưới đây:1. Phương thức cấp nước độc lập : tức là mỗi đường ống cấp nước cho một tổ máynhư biểu thị trên hình vẽ 4-1 (a),(b).2. Phương thức cấp nước theo nhóm: tức là một ống cấp nước cho một số tổ máy,như -hình vẽ 4-1 (c),(d) biểu thị.21299Hình 4-1. Sơ đồ bố trí phương thức cấp nước cho tua bin của đường ống dẫn nước áp lực.+: Cần thiết phải lắp đặt van nước; x: Có lúc có thể không cần đặt van nước; 1-Bể áplực; 2-Tháp điều áp3. Phương thức cấp nước liên hợp : tức là một đường ống chính cấp nước cho tấtcả các tổ máy của TTĐ, như hình 4-1 (e),(f) biểu thị.Khi ống dẫn nước áp lực tương đối ngắn, lưu lượng qua tuốc bin tương đối lớn, cóthể cấp nước theo phương thức độc lập. Loại này kết cấu giản đơn, vận hành ổn định,ở chỗ cửa vào nhà máy nói chung không cần đặt van nước. Nhưng có nhược điểm làtốn vật liệu làm võ ống, số lượng mố ôm và mố đỡ tăng nên giá thành công trình tăng.Ở trạm thuỷ điện kiểu đập và có đường ống dẫn nước ngắn thường dùng phương thứccấp nước độc lập. Khi ống dẫn nước áp lực tương đối dài, lưu lượng qua tuốc bintương đối lớn và số tổ máy nhiều thích hợp dùng phương thức cấp nước phân nhóm.Cấp nước theo phương thức này cấu tạo phức tạp, nhiều ống nhánh, cột nước tổn thấttương đối lớn và vận hành không được linh hoạt, bảo đảm như phương thức cấp nướcđộc lập. Nhưng tiết kiệm được vật liệu làm ống, giảm bớt khối lượng công trình đất đá,hạ giá thành.Khi ống dẫn nước rất dài, lưu lượng qua tuốc bin tương đối nhỏ, cột nước cao, sốlượng tổ máy tương đối nhiều, nên dùng phương thức cấp nước liên hợp. Cấp nướctheo phương thức này có ưu khuyết điểm tương tự như cấp nước theo phương thứcphân nhóm nhưng ở mức độ cao hơn, nhưng khi đường ống chính bị sự cố hoặc sữachữa thì toàn bộ nhà máy ngừng hoạt động, nhưng tiết kiệm nhiều vật liệu làm võ ốngvà giảm giá thành chế tạo đường ống.Khi cấp nước theo phương thức phân nhóm hay phương thức liên hợp trước mỗituốc bin cần lắp cửa van sự cố để bảo đảm khi bất kỳ một tổ máy nào đó phát sinh sựcố hoặc khi kiểm tra hay sữa chữa tổ máy không ảnh hưởng đến việc vận hành bìnhthường của TTĐ.4.2.3. Hướng ống dẫn nước áp lực đi vào nhà máyỐng dẫn nước áp lực dẫn nước đi vào nhà máy có thể theo ba loại hướng sau đây :1) Hướng ống dẫn nước áp lực thẳng góc với trục nhà máy chính như hình 4-1(a),(c),(e) biểu thị. Trong trường hợp này tuyến đường ống thường được bố trí gần nhưthẳng góc với đường đồng mức , nhà máy nằm song song với đường đồng mức. Do đóưu điểm của cách bố trí này là đường ống sẽ ngắn nhất, tổn thất thuỷ lực nhỏ nhất vàkhối lượng đào đắp ít hơn hai cách kia. Nhưng khuyết điểm của nó là khi đường ống bịvỡ do sự cố thì nước sẽ chảy thẳng vào nhà máy gây tổn thấy nặng nề cho nhà máy vàuy hiếp đến tính mạng nhân viên vận hành. Để đề phòng sự cố có thể xãy ra thường ởcuối đường ống và ngay sát trước nhà máy người ta xây tường ngăn vững chắc hướngdòng chảy ra bên ngoài nhà máy theo kênh tháo nước riêng. Loại này thường dùng vớitrạm thuỷ điện có cột nước thấp và trung bình.2) Hướng ống dẫn nước áp lực song song với trục nhà máy chính như hình 4-1(d) ,(f) biểu thị. Loại bố trí này tránh được những khuyết điểm trên. Nhưng tăng tổnthất cột nước và tăng khối lượng đào móng nhà máy vì trong trường hợp này nhà máy100thường bố trí thẳng góc với đường đồng mức mái dốc như hình 4-1(f) biểu thị. Loạinày thích hợp trong TTĐ có cột nước tương đối cao.3) Hướng ống dẫn nước áp lực tạo với trục nhà máy một góc nào đó. Cách bố trínày đường ống dẫn nước vào nhà máy có hướng xiên. Do đó chiếm diện tích mặt bằngnhà máy lớn, gây trở ngại việc bố trí các trụ cầu trục cũng như các thiết bị trong nhàmáy, nói chung ít dùng..Tóm lại việc lựa chọn phương thức cấp nước và hướng ống dẩn nước áp lực đivào nhà máy, nên tuân thủ ba nguyên tắc sau:1) Kết hợp chặt chẽ với việc bố trí tổng thể công trình và lưu ý đặc biệt tới ba hạngmục sau: bể áp lực, đường ống dẫn nước áp lực và nhà máy trong TTĐ kiểu kênh dẫn.2) Cố gắng giảm chiều dài đường ống để hạ giá thành và bảo đảm các mố ôm vàmố đỡ đường ống không phát sinh lún.3) Bảo đảm nhà máy vận hành linh hoạt và an toàn.Sau khi phân tích tổng hợp, qua so sánh các phương án để chọn được phương ántốt nhất.4.2.4. Xác định đường kính ống dẫn nước áp lựcVốn đầu tư xây dựng cơ bản và chi phí vận hành năm của đường ống dẫn nước áplực tăng theo độ tăng đường kính ống, song tổn thất cột nước thì ngược lại. Cho nênviệc xác định đường kính kinh tế ( Dkt) của ống dẫn nước áp lực phải thông qua tínhtoán kinh tế kỹ thuật để lựa chọn.1. Tính gần đúng đường kính kinh tế ( DKT ) ống dẫn nước áp lựcTrong giai đoạn thiết kế sơ bộ có thể dựa vào lưu tốc kinh tế để ước tính.D KT =Q max0,785VKT(m)(4-1a)Trong đó:Qmax: lưu lượng thiết kế lớn nhất chảy qua đường ống áp lực (m3/s)VKT : lưu tốc kinh tế của ống dẩn nước áp lực (m/s)Căn cứ kinh nghiệm, lưu tốc kinh tế của ống thép VKT= 3 - 6m/s, của ống bê tôngcốt thép VKT = 2 - 4m/s.Ngoài ra đường kính kinh tế ống dẩn nước áp lực có thể xác định theo công thứckinh nghiệm của Bundsu ( Đức ) :DKT =DKT =70,052Q max75,2Q maxH3( m ) khi H < 100 m(4-1b)3khi H > 100 m(4-1c)trong đó : Q max- lưu lượng lớn nhất qua đường ống ( m3/ s )H - cột nước tác dụng kể cả áp lực nước va dương(m).2. Xác định đường kính kinh tế đường ống dẫn nước áp lực101Việc tính toán DKT của ống thép phải dựa vào nguyên lý cơ bản của tính toán kinhtế năng lượng và thường dùng là phương pháp hoàn vốn chênh lệch.Đường kính của ống thép càng lớn thì giá thành càng cao; ngược lại đường kínhống càng nhỏ thì lưu tốc càng lớn gây tổn thất điện năng quá lớn. Tính toán kinh tếđường ống là phải tìm ra giải pháp tối ưu giải quyết mâu thuẩn giữa vốn đầu tư xâydựng cơ bản và tổn thất điện năng trong đường ống thể hiện qua chi phí tính toán vậnhành năm. Phương án đường kính có lợi nhất ( kinh tế ) của đường ống phải là phươngán có tổng chi phí tính toán năm nhỏ nhất .Chi phí tính toán năm (Ctt) của ống thép bao gồm :a) Chi phí vận hành hàng năm: Chi phí hao mòn ( khấu hao) và sửa chữa lớn hàngnăm thường tính bằng tỷ lệ % (pkhấu hao ) của vốn xây dựng cơ bản (K); pkhấu hao thườnglấy 5%. Chi phí quản lý vận hành hàng năm thường cũng được tính bằng tỷ lệ % (pvậnhành ) của vốn xây dựng cơ bản (K); pvận hành trung bình thường lấy 2%.b) Chi phí hoàn vốn là một phần trong chi phí giá thành được bù lại trong thời gianbù vốn chênh lệch To có giá trị là K /Toc) Chi phí bồi thường cho tổn thất điện năng thay thế được ký hiệu bằng s. Δ E.Trong đó s là giá thành một đơn vị điện năng thay thế, Δ E là tổn thất điện năng trongnămChi phí tính toán năm có thể tính theo công thức:Ctt= (pkhấu hao + pvận hành+ phoàn vốn)%K + s Δ EhoặcCtt= p%.K + s Δ E(4-2a)(4-2b)trong đó :p = pkhấu hao + pvận hành +phoàn vốnphoàn vốn = 100/ToTo - thời gian bù vốn chênh lệchĐể tiện cho việc tính toán ta lấy 1m dài đoạn ống để xét.Trọng lượng 1m dài đường ống thép được tính theo công thức:G = 7,85 Π D( δ /100).kT/mtrong công thức :+ 7,85 - tỷ trọng của thép T/m3+ D - đường kính ống thép (m)+ δ - chiều dày thành ống thép (cm)+ k - hệ số tăng thêm trọng lượng đường ống do khi chế tạo ống, thực tế phảicó thêm mặt bích, vành đai cứng v.v... .và k = 1,1 - 1,2Nếu giá mỗi tấn thép là b (đồng /T) kể cả công lắp ráp, công sơn.v.v... do đó giátiền mỗi mét dài ống thép( xem như vốn xây dưng cơ bản K) sẽ là:K = G.b = 7,85 Π D δ kb.10-2 (đồng)(4-3)102Như vậy chi phí tính toán năm kể cả chi phí bồi thường tổn thất điện năng Δ E củamỗi mét dài ống sẽ là :Ctt = p.K .10-2 + s. Δ E = 7,85 Π D δ kp.10-4 + s. Δ E(4-4)Tổn thất điện năng được tính từ tổn thất cột nước . Tổn thất cột nước của mỗi métdài đường ống chính là độ dốc thuỷ lực J . Theo công thức Maning ta có :J = n2v2/R1,33trong đó :Lưu tốc trong ống v = 4Q/ Π D2 ;- Bán kính thuỷ lực R= D/4- Hệ số nhám trong ống thép n = 0,0135Như vậy tổn thất đầu nước trên một mét dài ống là :Δ H = J =1,883 (Q2/D5,33).10-3(4-5)Trong công thức Q tính bằng m3/s và D tính bằng m.Biết Δ H ta tính được tổnthất công suất trong ống :Δ N = 9,81 η Q Δ H = 9,81 η QJ=18,5 η (Q3/D5,33).10-3(4-6)Tổn thất điện năng năm trong đường ống :ΔE =∫87600-3Δ Ndt = (18,5 η .10 /D5,33)∫87600Q 3 dt(4-7)Trong công thức trên ta giả thiết η và D là hằng số nên dưa ra ngoài dấu tích phâncòn Q là hàm số của t. Thời gian t lấy đơn vị là giờ , một năm có 8760 giờ. Nếu lấy Δ t= 1 giờ ta có thể viết :8760∫8760()33Q 3dt = ∑ Q3Δt = Q1 + Q 3 + Q 3 + ... + Q8760 × 123giờ00ta đặt[Q ]tb= (Q13+Q23+Q33+ .......+Q38760)/8760 = ∫ Q dt /8760(4-8)trong đó [Q ]tb là trị số bình quân của lưu lượng lập phương và thay vào công87603303thức trên (4-7) ta tính được :[ ]tb/D5,33Δ E = 162 η Q 3đặt Q30 = [Q3]tb và thay vào ta có :Δ E = 162 η Q03/D5,33(4-9)Đây là trị số tổn thất điện năng trong một năm . Phần tổn tổn thất điện năng nàyphải được bù lại (thay thế) bằng điện năng các trạm phát điện thay thế khác. Nếu chiphí tính toán của một đơn vị điện năng thay thế là S (tính bằng xu), do đó chi phí hàngnăm để bù vào tổn thất điện năng năm là:103Δ E.S = 1,62 η SQ03/D5,33( đồng )(4-10)Như vậy chi phí tính toán năm :Ctt = 7,85 Π D δ kbp.10-4 + 1,62 η SQ03/D5,33(4-11)Để tìm được đường kính kinh tế của đường ống ta phải vi phân phương trình chiphí tính toán năm trên đối với đường kính D và cho bằng không.Có hai trường hợp:Trường hợp thứ nhất : khi cột nước tác dụng trong ống nhỏ, ta có thể lấy độ dàythành ống δ bằng trị số cho phép nhỏ nhất ( δ = const), do đó δ không phụ thuộc vàođường kính D và xem δ là hằng số . Như vậy sau khi vi phân đối với D và rút gọn tacó :D=6 , 333500 S η Qpk δ p30(4-12)Trường hợp thứ hai : khi cột nước tác dụng trong ống lớn, độ dày thành ống dotính toán cường độ quyết định. Lúc này δ có thể xác định theo lực tác dụng của áp lựcnước bên trong ống và lực này là nhân tố chủ yếu quyết định chiều dày thành ống:δ ≥γHD2ϕ[σ](4-13)trong công thức :- γ là trọng lượng riêng của nước.- H là cột nước tác dụng ( kể cả áp lực nước va )- [σ ] là ứng suất cho phép của vật liệu làm vỏ ống .- ϕ là hệ số xét đến chất lượng hàn ống thép và thường ϕ ≤ 1.Ơ đây lấy ϕ =1 , đường kính ống D tính bằng mét và δ tính bằng cm ta tính được :δ=0,1H.100D2[σ]thay giá trị δ vào công thức (4-11) , vi phân đối với D và rút gọn ta có :D=7 , 33352 η S σ Q 30pkbH(4- 14)Hai công thức (4-12) và (4-13) tính đường kính kinh tế D của ống đều có khaiphương bậc cao 7,33 và 6,33; do đó nếu trong công thức có một số liệu không chínhxác lắm, sau khi khai phương bậc cao 7,33 và 6,33 thì sai số sẽ giảm nhỏ đi nhiều.Trong đó chỉ có Q0 là có ảnh hưởng lớn nhất, bởi vì trong công thức nó được lậpphương lên. Vì vậy chúng ta có thể lấy : η =0,85; [σ ] =840 kg/cm2 và p=pvận hành+pkhấuhao+phoàn vốn= (7 +100/T0)% ;104Trường hợp thứ nhất lấy k = 1,1 ; trường hợp thứ hai lấy k = 1,2, thay các trị sốtrên vào các công thức tính đường kính kinh tế (4-12) , (4-13) và sau khi rút gọn tađược :- Trường hợp thứ nhất :D=α- Trường hợp thứ hai :D = β7,336 , 33SQ 30bδ(4-15a)SQ 30bH(4-15b)trong đó α và β là hệ số nó phụ thuộc trị số T0 và giá trị của nó thay đổi như sau:T0 (năm) =α =β =52,073,39102,223,61152,303,72202,353,78252,383,83Tính toán đường kính kinh tế ống thép theo công thức (4-14) rất tiện lợi , chỉ cótính Q0 là hơi phức tạp . Dưới đây sẽ trình bày cách tính Q0.Trước tiên dựa vào kết quả tính toán thuỷ năng ta vẽ đường duy trì lưu lượngchảy qua đường ống thép của trạm thuỷ điện, như đường I trong hình (4-2). Sau đóđem tung độ cuả các điểm biểu thị trên đường I lập phương lên ta có đường biểu diểnQ3 như đường II trong hình (4-2) biểu thị. Tìm diện tích nằm dưới đường II (tức đườngcong Q3) và giới hạn bởi trục tung , trục hoành. Đem diện tích này chia cho 8760 giờta có Qtb và từ đó tìm được Q0.Trong ví dụ nêu ở hình (4-2) , tỷ số giữa lưu lượng Q0 và lưu lượng trung bình Qtblà 1,07.Khi tính toán sơ bộ , chưa biết đượcđường duy trì lưu lượng chảy qua ống thép tacó thể lấy gần đúng Q0 = (1,1 - 1,2)Qtb để tínhtoán sau đó hiệu chỉnh lại.Cuối cùng chọn đường kính kinh tế đườngống thép còn cần phải tiến hành phân tíchkinh tế kỷ thuật . Nội dung của việc phân tíchIIcó thể dựa vào các điểm sau :1) áp lực nước va tăng lên trong ống cóhợp lý không.I2) Chi phí vật liệu làm ống thép có thíchđáng không.3) Việc thi công đường ống có khả thi không.4) Nếu giảm nhỏ hơn nữa đường kính ốngthép sẽ có ưu khuyết điểm gì về kinh tế kỷ thuật.Hình 4-2. Đường duy trì lưulượng TTĐ105Bảng 4-1 liệt kê đường kính kinh tế ống dẫn nước áp lực bằng thép trong phạm viQmax = 0,2 - 16 m3/s, cột nước H 1000m2, độ dày của thành ống thép vượtquá độ dày thực tế có thể chế tạo được hoặc lớn hơn giới hạn kinh tế cho phép v.v..,người ta có thể dùng loại ống thép hàn có đai hoặc ống thép hàn hình sóng có đai khicột nước của TTĐ lớn hơn như hình (4-8) biểu thị. Vành đai của các ống thép hànthường được chế tạo từ thép có độ bền cao nên nó có thể chịu được phần lớn áp lựcnước (khoảng từ 60 - 70%). Vì vậy nên độ dày vỏ ống thép hàn có đai nhỏ hơn nhiềuso với độ dày vỏ ống thành nhẵn và trọng lượng giảm được từ 30 - 35%. Công nghệché tạo loại ống thép hàn hình sóng có đai khá phức tạp, nên chỉ thích dùng cho TTĐ109

Xem Thêm

Tài liệu liên quan

• Giáo trình công trình trạm thuỷ điện
  • 370
  • 6,490
  • 28
• tiết 87
  • 4
  • 373
  • 0
• Toán 8
  • 0
  • 5
  • 0
• Đây thôn Vĩ Dạ
  • 3
  • 1
  • 37
• Tự tình
  • 5
  • 394
  • 0
• Vào phủ chúa Trịnh
  • 4
  • 8
  • 93
• TEMPLATE 1
  • 5
  • 269
  • 0
• GIAO ANH SINH 9 HK2
  • 0
  • 5
  • 0
• TEMPLATE 1
  • 5
  • 70
  • 0
• chương trình bồi dưỡng buổi chiều
  • 5
  • 618
  • 2
• Cau nghi van
  • 13
  • 2
  • 8

Tải bản đầy đủ (.pdf) (370 trang)

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

(7.15 MB) - Giáo trình công trình trạm thuỷ điện-370 (trang) Tải bản đầy đủ ngay ×