Bài giảng Thủy năng - Thủy điện: Chương 7 - PGS.TS. Nguyễn Thống

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
KHOA KỸ Công trình điều
Chương 7:THUẬT XÂY DỰNG áp

Chương 7: Công trình điều áp

BỘ MÔN KỸ THUẬT & QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN NƯỚC

PGS. TS. NGUYỄN THỐNG
Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu.vn

Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/index
Tél. (08)
PGS. TS. Nguyễn Thống

38 691 592 - 098 99 66 719

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

1

Chương 1 : Tổng quan.
Chương 2 : Tài nguyên nước và quy hoạch
khai thác
Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng
lượng nước.
Chương 4 : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện.
Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ.
Chương 6 : Công trình lấy nước và dẫn nước.
Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp.
Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng
nước va.
Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện.
2
PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

CÔNG TRÌNH ĐIỀU ÁP
1. Tổng quát.
2. Hiện tượng & lý thuyết xác định
dao động mực nước trong công
trình điều áp (CTĐA).
3. Cấu tạo CTĐA (tính toán các
thông số cơ bản của CTĐA).
3

PGS. TS. Nguyễn Thống

GIỚI THIỆU
Công trình điều áp có nhiệm
vụ giảm (hạn chế) bất lợi
(tăng, giảm áp suất lớn)
gây ra do hiện tượng nước
va trong đường ống áp lực
của các dự án thủy điện!
4

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

GIỚI THIỆU
Có 2 loại công trình điều áp:
 Giếng (tháp) điều áp.
 Bể điều áp (áp lực).

GIỚI THIỆU
Giếng điều áp được sử dụng khi đường
dẫn nước loại có áp (đường hầm
chảy không có mặt thoáng tự do).
Bể điều áp được sử dụng khi đường dẫn
nước loại không áp (kênh chảy hở).
Công trình được bố trí ở vị trí cuối
đường dẫn nước (đầu đường ống áp
lực).

5

PGS. TS. Nguyễn Thống

6

PGS. TS. Nguyễn Thống

1

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

Đường hầm

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

Kênh

Giếng điều áp

BỂ ÁP LỰC

Đường ống AL

GIẾNG ĐIỀU ÁP

Nhà máy
7

PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

Đường ống áp lực

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

8

Chương 7: Công trình điều áp

Mục đích:
- Giảm áp lực nước va sinh ra
trong đường ống áp lực.
- Loại bỏ áp lực nước va trong
đường hầm.
 Cung cấp hay tạm trử nước tạm
thời khi NM mở hay đóng van
« đột ngột » tạo ra hiện tượng
nước va.

CÁC LOẠI GIẾNG ĐIỀU ÁP
Dung tích phục vụ
nước va dương

Q

Đường
hầm

Dung tích phục vụ
nước va âm

Giếng
điều áp

Đường ống
áp lực

9

PGS. TS. Nguyễn Thống

10

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

Giếng điều
áp hình trụ

Cổ giếng

Đường
ống áp
lực

Đường
hầm
11

PGS. TS. Nguyễn Thống

12

PGS. TS. Nguyễn Thống

2

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

Giếng
điều áp

NỘI DUNG TÍNH TOÁN
Xác định đường kính giếng:
 Đường kính phía trên giếng 
tính từ nước va dương.
 Đường kính phía dưới giếng
tính từ nước va âm.

Đường
ống áp lực

13

PGS. TS. Nguyễn Thống

14

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

NỘI DUNG TÍNH TOÁN
Xác định cao trình miệng giếng
 Mực nước cao nhất khi xảy
ra nước va dương (xảy ra khi
NM đang vận hành và cắt tải
 đóng van nhanh).

NỘI DUNG TÍNH TOÁN
Xác định cao trình đáy giếng
 Xảy ra khi nước va âm, NM
đang nghĩ hoặc chạy với lưu
lượng nhỏ và tăng tải đột
ngột (không khí bị hút vào
đường ống áp lực  CẤM).

15

PGS. TS. Nguyễn Thống

16

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

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

ĐƯỜNG CỘT NƯỚC ĐO ÁP H
Đường cột nươc đo áp

Đỉnh giếng

R’

R

H p/γ

Q

Mặt chuẩn o- o

Hồ chứa

Đáy
giếng

z

Q
Q

p: áp suất nước tại vị trí xét
PGS. TS. Nguyễn Thống

Mực nước
tỉnh
z
L V(m/s)
G0 W(m/s) G1

Đường hầm s (m2)
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
17

Zmax

Giếng
S (m2)

Q
VAN

NM

t

Dao
động
mực
nước
giếng
theo t
18

PGS. TS. Nguyễn Thống

3

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

Chú ý :
• s : tiết diện hầm.
• S : tiết diện giếng điều áp.
• L : chiều dài hầm.
• z : mực nước giếng tại thời điểm t. Quy
ước chiều dương hướng lên, gốc tại mực
nước tỉnh (A1B1).
• w, v : vận tốc TB của nước trong đường
hầm và trong giếng tại thời điểm t.
19

MỤC ĐÍCH TÍNH
1. Xác định kích thước giếng (S).
2. Xác định mực nước cao nhất trong
giếng khi có nước va dương 
dùng trong xác định cao trình miệng
giếng.
3. Xác định mực nước thấp nhất trong
giếng khi có nước va âm  dùng
trong xác định cao trình đáy giếng.
20

PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

TÍNH GIẾNG ĐIỀU ÁP
VỚI SƠ ĐỒ
LÝ TƯỞNG
(chuyển động nước
không mất
năng lượng)

•
•
•
•

Giả thiết:
S hằng số (giếng điều áp hình trụ).
Thể tích hồ TL là rất lớn (MN hồ
không đổi khi có nước va).
Bỏ qua tổn thất năng lượng trong
đường hầm và giếng.
Lưu lượng Q0 (chảy qua đường ống
áp lực tại thời điểm ban đầu t=0)
giảm về 0 (nước va dương) là tức thì.

21

PGS. TS. Nguyễn Thống

22

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

HIỆN TƯỢNG ĐƯỢC MÔ TẢ BỞI 2
PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN

SƠ ĐỒ LÝ TƯỞNG

Phương trình LỰC:
- Luật Newton 2: F=ma
 Khảo sát khối chất lỏng giới
hạn bởi G0 và G1(trong đường
hầm).

Phương trình liên tục:
- Luật bảo toàn khối lượng vật
chất.
 Khảo sát tính liên tục tại vị trí
nối Đ/HẦM GIẾNG
Đ/ỐNG ÁP LỰC.

23

PGS. TS. Nguyễn Thống

24

PGS. TS. Nguyễn Thống

4

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

XÁC ĐỊNH TỔNG NGOẠI LỰC TÁC DỤNG LÊN G0G1
z
Mực nước
tỉnh

R’

R

z
L (H-z)

Hồ chứa

H Q

G0

G1

Zmax

t

T
Giếng
S (m2)

Q

KHỐI CHẤT LỎNG XEM XÉT
TÍNH TỔNG NGOẠI LỰC F
(Newton 2)

VỊ TRÍ XÉT
P/T LIÊN
TỤC

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

25

PGS. TS. Nguyễn Thống

26

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

Phương trình Newton (theo trục đ/hầm) :
 dw
L dw
(1)

F

 zs  sL
g
dt



g dt

Từ (1) & (2):

z 0

m

Phương trình liên tục :
(2)

Với:

dz
sw  SV  S
dt

(w và z là 2 ẩn số)

L S d 2z
d 2z
 z  0  2  2 z  0
2
g s dt
dt
gs

LS

27

PGS. TS. Nguyễn Thống

(3)

28

PGS. TS. Nguyễn Thống

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN

Chương 7: Công trình điều áp

Chương 7: Công trình điều áp

Lời giải của phương trình vi phân
trên có dạng:

z = Zmsin(t+)

(4)

Đây là chuyển động điều hoà có biên
độ không đổi Zm và tần số .
Chu kỳ :
PGS. TS. Nguyễn Thống

T

2
LS
 2

gs

XÁC ĐỊNH BIÊN ĐỘ
CHUYỂN ĐỘNG Zm
Dựa vào nguyên lý:
Thế năng khối chất lỏng (trong
giếng) so với mặt chuẩn bằng
động năng của khối chất lỏng
trong đường hầm.

29

30

PGS. TS. Nguyễn Thống

5