Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Thủy năng - Thủy điện - Chương 8: Đường ống áp lực và hiện tượng nước va cung cấp cho người học các kiến thức tổng quát về đường ống áp lực và hiện tượng nước va, hiện tượng nước va trong đường ống áp lực, biện pháp giảm áp lực nước va.
1/12/2016 TRƯỜNGTHỦY ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống KỸ áp THUẬT lực & KHOA XÂYtượng DỰNGnước va BỘ MÔN KỸ THUẬT & QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC Giảng viên: PGS TS NGUYỄN THỐNG Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index PGS TS Nguyễn Thống Tél (08) 38 691 592 - 098 99 66 719 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Chương : Tổng quan Chương : Tài nguyên nước quy hoạch khai thác Chương : Các phương pháp khai thác lượng nước Chương : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện Chương : Đập dâng & cơng trình tháo lũ Chương : Cơng trình lấy nước dẫn nước Chương : Tháp (giếng) điều áp Chương : Đường ống áp lực & tượng nước va Chương : Nhà máy Thuỷ điện PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va ĐƯỜNG ÁP LỰC & HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA Tổng quát Hiện tượng nước va đường ống áp lực Biện pháp giảm áp lực nước va TỔNG QUÁT Đường ống áp lực cơng trình nối cuối đường dẫn nước đến nhà máy Đường ống chịu áp lực nước bên đường ống - CTLN Kênh dẫn Bể áp lực Đường ống Nhà máy - CTLN Đường hầm có áp Giếng điều áp (tháp điều áp) Đường ống Nhà máy PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va PHÂN LOẠI Theo vị trí xây dựng: Đường ống áp lực kiểu hở Đường ống áp lực kiểu ngầm Đường ống áp lực kiểu hổn hợp (hở +ngầm) i=0,0061 D=3,5m, L=9065m Đường ống áp lực (kiểu hở) PGS TS Nguyễn Thống NM PGS TS Nguyễn Thống 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va GIẾNG ĐIỀU ÁP NHÀ VAN NHÀ MTĐ Đập tràn LOAL = 1866m Dống = 2,6m Dống nhánh = 1,6m Đường ống áp lực KÊNH XẢ 32 ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC HỞ PGS TS Nguyễn Thống 10 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC THI CÔNG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC 11 PGS TS Nguyễn Thống e=12mm 35mm 12 PGS TS Nguyễn Thống 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va ĐƯỜNG ỐNG BÊ TÔNG NGẦM BỌC THÉP Đường ống 13 PGS TS Nguyễn Thống 14 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC Khi NM vận hành bình thường dòng chảy ĐƠAL có áp ổn định Khi NM thay đổi trạng thái đột ngột (tăng tải, cắt tải) dòng chảy độ (transient) CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC KHƠNG ỔN ĐỊNH DỊNG CHẢY Q ĐỘ Xảy Đóng (mở) van đường ống với tốc độ nhanh thay đổi nhanh chóng vận tốc (lưu lượng) ống 15 PGS TS Nguyễn Thống 16 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Van mở t=0 GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG Trong trường hợp đoạn dòng chảy (vi phân) ống chịu thay đổi áp suất vận tốc khác theo thời điểm tượng truyền sóng áp lực gọi « NƯỚC VA » Xem đồ thị minh hoạ sau: Đóng van 17 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống SỰ TRUYỀN SÓNG ÁP LỰC 18 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG TUYỆT ĐỐI CỨNG X ΔHA BỂ CHỨA B Đường ống HA o Mặt chuẩn G α A THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA (Ống tuyệt đối cứng, NƯỚC không NÉN được) o Kênh sau NM HA: cột áp tỉnh (mH2O) ΔHA: gia số áp suất A sinh nước va dương 19 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Xét chuyển động khối nước đoạn ống AB Phương trình chuyển động theo phương X (lưu ý chiều dương chọn), Newton 2: d(mVx ) Fx dt m FL 20 PGS TS Nguyễn Thống (1) gLFsin : hình chiếu trọng lượng nước đường ống lên phương X Giả thiết khơng có ma sát chất lỏng thành ống (xem áp suất thủy tỉnh) HA HB Lsin : khối lượng nước đoạn AB F: tiết diện ống Fx : tổng ngoại lực theo phương X (trục ống) Thay vào p/t thu gọn: L dV L dQ dV LF gFH A H A dV gF H A H A H B Lsin (1) LF dt Với V=Q/F dQ biến đổi lưu lượng thời đoạn dt Thay đổi áp suất A 21 PGS TS Nguyễn Thống gF dt nước va gây THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va L dV L dQ g dt gF dt CHÚ Ý: - Nếu dQ/dt < đóng van ΔHA > nước va dương - Nếu dQ/dt > mở van ΔHA < nước va âm Gia số áp lực nước va A tỷ lệ tuyến tính với chiều dài L từ B đến A L=0 ΔH=0 (tại B) - Gia số áp lực nước va A tỷ lệ tuyến tính với (dQ/dt) Trong trường hợp Qd: lưu lượng trước đóng van; Qc: l/l sau đóng van Ts: thời gian đóng van từ Qd Qc 23 PGS TS Nguyễn Thống g dt 22 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va H A dt 24 PGS TS Nguyễn Thống 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Trường hợp kể đến đóng khơng « tuyến tính »: L Qd Qc H A k gF Ts Với k = 1,25 1,5 xem hệ an tồn Nếu đóng (mở) van tức (dQ/dt >>> 1) H A !!! Kết không hợp lý từ “giả thiết” ban đầu toán ! NƯỚC VA ĐƯỜNG ỐNG CỨNG TUYỆT ĐỐI D THAY ĐỔI ΔHA (1) (2) B ΔH ΔH Réservoir L1,F1 L2,F2 o Mặt chuẩn HA: cột nước tỉnh ΔHA: gia số áp lực nước va A α L3,F3 A HA o Kênh sau NM 25 PGS TS Nguyễn Thống 26 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Giả thiết D đoạn không đổi: Gia số áp lực cho đoạn 1: (1) Bài tập: Một đường ống áp lực có D=2,25m, chiều dài L=1000m, dẫn lưu lượng Q=30m3/s Thời gian đóng van 10s (tuyến tính k=1) Tính gia số áp lực lớn nước va Tương tự D=2.5m So sánh với kết câu 1, nhận xét H Q Qc L1 d gTs F1 Gia số áp lực cho đoạn 2: H ( 2) H (1) L2 Qd Qc Qd Qc L1 L2 gF2 Ts gTs F1 F2 Gia số áp lực cho đoạn 3: H ( 3) Qd Qc L1 L2 L3 gTs F1 F2 F3 27 PGS TS Nguyễn Thống 28 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Bài giải: D=2.25m Bài tập: Lấy số liệu trước Đường ống gồm đoạn: L1=400m, D1=2.25m; L2=600m, D2=2.0m Tính gia số áp lực nước va đoạn ống H Amzx k L Qd Qc 1000*4 30 1 76.91m gF Ts 9.81*3.14159*2.252 10 D=2.5m H Amzx k L Qd Qc 1000*4 30 1 62.3m gF Ts 9.81*3.14159*2.52 10 Nhận xét: V giảm Giá trị nước va giảm 29 PGS TS Nguyễn Thống 30 PGS TS Nguyễn Thống 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Bài giải: Đoạn 1: Bài tập 1: Lấy số liệu trước, đường ống gồm đoạn AB, BC: L1=500m, D1=3.5m; L2=250m, D2=3.0m Lưu lượng 40m3/s Tính gia số áp lực nước va đoạn (B,C) Bài tập 2: Giả thiết AC (AB+BC) lấy đường kính trung bình (tính theo trọng số chiều dài) Tính gia số áp lực nước va cuối ống (C) So sánh với Bài tập H (1) L1 Qd Qc * 400 30 30.76m gF1 Ts 9.81* * 2.252 10 Đoạn 2: H ( 2) H (1) L Qd Qc * 600 30 30.76 89.16m gF2 Ts 9.81* * 22 10 31 PGS TS Nguyễn Thống 32 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ĐÀN HỒI & NƯỚC NÉN ĐƯỢC - ĐĨNG (MỞ) VAN TỨC THÌ Trong thực tế đường ống thép bê tông cốt thép biến dạng áp suất thay đổi (mặc dù bé) Đường ống đàn hồi Xét trường hợp nước NÉN ( thay đổi theo áp suất) Tiết diện đường ống thay đổi theo áp suất bên 33 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Khảo sát đoạn ống cuối đường ống dài Δl (bé): - Có van A (chọn làm gốc toạ độ) - Đầu vào đường ống giả thiết hồ chứa - V0 vận tốc trung bình ống - Thực đóng van tức (Tv=0) n X V0 n PGS TS Nguyễn Thống 34 PGS TS Nguyễn Thống m p0 m t=dt Δl a t=0 A V0=0 O a p0+Δp 35 Giải thích tượng: Sau Δt (s), có đoạn chất lỏng giới hạn (a-a);(m-m) dừng Gia tăng áp suất Δp Trong nước bên trái (m-m) chảy “bình thường” Phương trình chuyển động khối chất lỏng giới hạn (a-a) (m-m) theo trục ống: l V0 p0 ( p0 p) t 360 PGS TS Nguyễn Thống 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va l p V0 Từ đó: (1) t Bước thời gian kế, đoạn chất lỏng giới hạn (m-m) (n-n) dừng tượng tiếp diễn truyền sóng áp lực với tốc độ a: Trong trường hợp van đóng phần: a a lim l t p aV0 Do (1) p a(V0 Vc ) H Note: Δp=g ΔH (N/m2) Tính a (tốc độ truyền sóng áp lực): Xét áp suất nước gia tăng giá trị Δp: Khi nước bị nén: Tiết diện ống gia tăng: (2) (V0 Vc ) g 37 PGS TS Nguyễn Thống 38 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Khối lượng nước đoạn a-a;m-m gia tăng: m l l m l at Trong thời gian đó, khối lượng nước qua tiết diện m-m để vào [a-a;m-m] là: m0 V0 t Luật bảo toàn khối lượng: m0 m at V0 t Ta có: Từ đó: a V0 p a p a 1 Note: Đã sử dụng kết trước: p aV0 39 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Chú ý khối lượng nước khơng đổi (dù có bị nén) : W c te Quy luật thể tích chất lỏng thay đổi theo áp suất (GT.Cơ học chất lỏng): dp dW dp dW W Vi phân toàn phần: dW Wd 40 PGS TS Nguyễn Thống dW d W W K :Module đàn hồi nước, hệ số co giãn thể tích theo áp suất p K K 41 PGS TS Nguyễn Thống K PGS TS Nguyễn Thống 42 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Dùng định luật Hooke: L Tính: Lực kéo T sinh áp suất p chu vi hình tròn b/kính r: dF (dF vi phân lực tác dụng lên vi phân chu vi dl) T F .L L dl AE E dF cos x pdl Lực tác dụng Module đàn hồi vật liệu Tiết diện PGS TS Nguyễn Thống 43 p pr cos d /2 T 2T dFx pr cos d 2pr PGS TS Nguyễn Thống / THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Bài tập: Xét ống tròn, sử dụng định luật Hooke (1D), chứng minh quan hệ: Xét ống tròn: r r Ta có: 2 r r 2 r rp r eE r r Với r biến dạng tương đối bán kính r r: bán kính ống tròn, p áp suất bên ống, e chiều dày thành ống, E module đàn hồi ống, gia số tác dụng gia áp suất p Luật Hooke: r r p d p d p r eE 2eE eE Với e chiều dày thành, E hệ số đàn hồi ống d đường kính ống 45 PGS TS Nguyễn Thống 46 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Thay kết vào phương trình xác định a: Thay vào ta có: a0 a a (m/s) Tốc độ K d 1 truyền sóng áp lực E e Chú ý: Tính giá trị nước va đường ống đàn hồi: K a K d 1 * E e d đường kính e chiều dày thành ống thép Note: ống KHÔNG đàn hồi ( E ) Ta có: K K module đàn hồi nước a0 H Đây vận tốc truyền sóng âm nước 47 PGS TS Nguyễn Thống 44 a (V0 Vc ) g 48 PGS TS Nguyễn Thống 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Với đường ống bê tông cốt thép: Với K nước nhiệt độ bình thường: K 2.03*10 N / m Ta có: a0 =1425 m/s Một số vật liệu ống phổ biến: Vật liệu Sắt Gang E/K 100 37 K a 1 Gang đúc li tâm 41 Chì K d E e(1 9.5) f hệ số cốt thép vòng f diện tích cốt e thép 1m chu vi ống Thông thường =0.015 0.05 49 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va HỆ SỐ ĐÀN HỒI Vật liệu Thép Gang Bêtông Gỗ E(kG/cm2) 2.1E+06 1.0E+06 2.1E+05 1.0E+05 50 PGS TS Nguyễn Thống Vật liệu Cao su Nước Dầu E(kG/cm2) 20-60 2.1E+04 1.35E+04 Bài tập: Lưu lượng 25m3/s chảy đường ống áp lực có đường kính 2,5m, dài 1km Giả thiết ống tuyệt đối cứng, tính giá trị nước va max cuối ống đóng van 10’’ (nước không nén được) Giả thiết ống đàn hồi thép dày 32mm Nước nén Hệ số đàn hồi nước K=2.109 N/m2 Tính nước va cuối ống đóng van tức thời 51 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Lấy giá trị nước va câu Khả chịu lực thép [σ]=75kN/cm Lấy hệ số an tồn Lấy chiều dày dự phòng 2mm Tính lực dọc chu vi ống sinh gia số áp lực nước va kiểm tra khả chịu lực ống ? 53 PGS TS Nguyễn Thống 52 PGS TS Nguyễn Thống PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA TỔNG QUÁT Đường ống đàn hồi Nước nén Van đóng Mất đường dài (ma sát dòng chảy đường dẫn) Mất cục 54 PGS TS Nguyễn Thống 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va SƠ ĐỒ TÍNH Áp dụng phương trình lực khối nước (1-1) (2-2) theo phương X: d(mV) x Fx (1) dt m=Fdx, Fx: ngoại lực V dV dt t Lực tác dụng lên khối nước: X B Hồ ΔHA H1 dx HA A α Mặt chuẩn o HA: cột áp tỉnh ΔHA: gia số áp lực A nước va gF o Kênh sau NM Lực thân phương X: gFdx sin 55 PGS TS Nguyễn Thống h dx x PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Thay vào p/trình (1): Từ đó: Fdx Fdx V h dt gF ( dx dx sin ) t x V H g t x Kết trước: (h z x sin ) V dt gF dx t x z0 : cao độ van so mặt chuẩn z : cao độ mặt cắt khảo sát so mặt chuẩn h+z0+xsin =H 57 PGS TS Nguyễn Thống (2) a H (V0 Vc ) g a dx dt Xét thay đổi áp suất dt: H H dt t Sự thay đổi vận tốc: V V dx x 58 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Thay tất vào: H a V H a V dx dt dx t g x t g x dt V g H x a t H a V t g x LỜI GiẢI HÊ PT PHI TUYẾN (2) VÀ (3) PHƯƠNG PHÁP ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG: Với V=V(x,t) H=H(x,t) ta có: dV V dx V dt x dt t (3) Hệ phương trình (2) (3) biểu diễn tượng truyền sóng nước va ống đàn hồi với ẩn số H V dH H dx H dt x dt t Hệ p/t (2) (3) trở thành: (2) 59 PGS TS Nguyễn Thống 56 dV V dx H g dt x dt t (4) 60 PGS TS Nguyễn Thống 10 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Giả thiết giải pt [6] điều kiện: Từ (3) V g dH H dx (5) x a dt x dt Hệ (4) & (5) cho: dV dx H g dx dH g 1 dt a dt x a dt dt (6) 1 Phương trình [6] trở thành: Phương pháp đường đặc trưng biến (6) thành p/t bậc cách xem t/hợp: dx dx 1 a a dt dt (7) PGS TS Nguyễn Thống 61 dx 0 a dt dV g dH dt a dt Đây phương trình vi phân bậc 1, tách biến giải dễ dàng kết hợp với điều kiện biên V H hai đầu đường ống 62 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va (7) Cho phép xác định đường đặc trưng Trên đường đặc trưng, p/trình (6) trở thành: a a (7) T X=-at+k2 Tích phân p/t theo đường đặc trưng x =at+k1 với giới hạn t A t+ B: a (8) A B A B t+2 H t H t X=at+k1 t+ t A dH dV dQ g gF gF Q t Qt thời gian để sóng nước va từ đầu ống sang đầu ống (A B) X B L HỆ ĐƯỜNG ĐẶC TRƯNG 63 PGS TS Nguyễn Thống 64 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Tích phân p/t (7) dọc theo đường x =-at+k1 g/hạn t B t+ A: a (9) B A B A Dùng đ/kiện biên ban đầu, ta giải hệ p/trình để xác định giá trị nước va A Exemple: Giả thiết hồ chứa lớn (mực nước khơng đổi có nước va) HtB=H0= số B Giả thiết lưu lượng qua A biết theo thời gian Giá trị nước va A thường có dạng tổng quát sau: H t H t gF Q t Qt Tương tự cho tất thời đoạn khác: t+ t+2; t+2 t+3; …ta có: a A B A B H n H (n 1) gF Q n Q(n 1) a H B H A QBn Q(nA 651) n (n 1) gF PGS TS Nguyễn Thống 66 PGS TS Nguyễn Thống 11 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va H (m) Ví dụ: Dạng tổng quát giá trị nước va A 900 800 700 600 500 400 300 200 Cột nước cuối ống áp lực có kể nước va Hmax (m) 10 12 14 16 18 20 T (s) Tf THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH NƯỚC VA TỔNG QUÁT 68 67 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va PHƯƠNG PHÁP SỐ (TỔNG QUÁT): Ta sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình đạo hàm riêng bậc cao phi tuyến biểu thị tượng bước va: Phương trình chuyển động: 2 fV V V p g sin 0 t x 2D (10) 69 PGS TS Nguyễn Thống 70 PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Phương trình liên tục: p V a 0 t x t, x biến độc lập a tốc độ truyền sóng nước va V vận tốc trung bình p áp suất tâm mặt cắt D đường kính ống 71 PGS TS Nguyễn Thống (11) a2 K/ K D 1 E e 72 PGS TS Nguyễn Thống 12 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Hệ phương trình (10) (11) cho phép xác định ẩn số V p theo thời gian Sử dụng pp Sai phân hửu hạn Sử dụng pp Phần tử hửu hạn Sử dụng pp Đường đặc trưng Ví dụ: Đường ống dài 1850m, đường kính thay đổi từ 2,5m3,0m Chiều dày 40mm20mm Lưu lượng max 39m3/s, có tuabin Ma sat nước thành có f=0,025 Thời gian đóng van 8’’ Lời giải phương pháp sai phân tham khảo sau: 73 74 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va 600 800 Cuối ống p (mH 2O) T 500 Cuối ống 500 600 p (mH2O) 700 t 400 Giữa ống 300 400 300 200 Giữa ống 200 10 12 T (s) 14 16 18 20 22 NƯỚC VA DƯƠNG 10 12 14 T (s) 16 18 20 22 24 NƯỚC VA ÂM 75 76 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va DỰ ÁN THƯỢNG KONTUM 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 Cột nước áp suất tỉnh p(mH2 O) NƯỚC VA DƯƠNGT (s) 77 PGS TS Nguyễn Thống 24 10 20 30 40 50 60 78 PGS TS Nguyễn Thống 13 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va 1000 p(mH 2O) THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Cột nước áp suất tỉnh 950 900 850 800 NƯỚC VA ÂM 750 T (s) 700 10 15 20 25 30 35 40 45 50 TÍNH TỐN NƯỚC VA THEO QUY PHẠM VIỆT NAM 55 60 80 79 PGS TS Nguyễn Thống PGS TS Nguyễn Thống THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Định nghĩa: • T tf : nước va gián tiếp T thời gian đóng (mở) van (4’’-12’’) tf=2L/a: thời gian truyền sóng nước va đoạn đường 2L L: chiều dài ống áp lực a: tốc độ truyền sóng nước va 81 PGS TS Nguyễn Thống a: vận tốc truyền sóng NƯỚC VA TRỰC TIẾP Giá trị nước va max: a 1425 K d 1 * E e H Hv H0 a(V0 Vc ) / g Định nghĩa hệ số: H a(V0 Vc ) H0 gH0 PGS TS Nguyễn Thống 82 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va V0: vận tốc TB dòng chảy trước đóng van Vc: vận tốc TB dòng chảy sau đóng van HV: áp lực max (mH2O) nước va + cột áp tỉnh H0: cột áp tỉnh NƯỚC VA DƯƠNG GIÁN TIẾP Gọi t thời điểm nước va dương max xảy ra: Nếu t tf: nước va pha cuối 83 PGS TS Nguyễn Thống 84 PGS TS Nguyễn Thống 14 1/12/2016 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Gọi hệ số Allievi: 800 Giá trị max 700 p (mH 2O) 600 T 500 t 400 Gọi hệ số liên quan đóng van: Đặt: 300 200 10 12 T (s) 14 16 18 20 22 24 NƯỚC VA DƯƠNG 86 THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN Ch.8: Đường ống áp lực & tượng nước va Có trường hợp: - T/h 1: < 1nước va gián tiếp pha đầu 2 ( 1) - T/h 2: > 1 nước va gián tiếp pha cuối * Nếu ζ>=50% theo Allievi: 2 4 * Nếu ζ>=50% theo Calame-Gaden: H * H0 H V H0 H 1.1 * Nếu ζ