Bài giảng Thủy năng - Thủy điện: Chương 8 - PGS.TS. Nguyễn Thống

1/12/2016

TRƯỜNGTHỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ
Ch.8: Đường ống KỸ THUẬT XÂY DỰNGnước va
KHOA áp lực & hiện tượng
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
1

PGS. TS. Nguyễn Thống

Tél. (08) 38 691 592 - 098 99 66 719

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

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

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

ĐƯỜNG ÁP LỰC &
HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA
1. Tổng quát.
2. Hiện tượng nước va trong
đường ống áp lực.
3. Biện pháp giảm áp lực nước va.

TỔNG QUÁT
Đường ống áp lực là công trình nối giữa
cuối đường dẫn nước đến nhà máy.
Đường ống chịu áp lực nước bên trong
đường ống.
- CTLN  Kênh dẫn  Bể áp lực 
Đường ống  Nhà máy.
- CTLN  Đường hầm có áp  Giếng điều
áp (tháp điều áp)  Đường ống  Nhà
máy.
4

3

PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

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

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện 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)

5

PGS. TS. Nguyễn Thống

NM

6

PGS. TS. Nguyễn Thống

1

1/12/2016

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

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

GIẾNG
ĐIỀU ÁP
NHÀ VAN
NHÀ MTĐ

Đập tràn
LOAL = 1866m
Dống chính = 2,6m
Dống nhánh = 1,6m

Đường ống áp lực

KÊNH XẢ

32

7
ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM

PGS. TS. Nguyễn Thống

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

8

PGS. TS. Nguyễn Thống

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

THI CÔNG
ĐƯỜNG ỐNG
ÁP LỰC

ĐƯỜNG
ỐNG
ÁP LỰC
HỞ

9

PGS. TS. Nguyễn Thống

10

PGS. TS. Nguyễn Thống

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

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện 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

2

1/12/2016

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

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

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

CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC
Khi NM vận hành bình thường 
dòng chảy trong ĐÔAL là có áp
và ổn định.
Khi NM thay đổi trạng thái đột ngột
(tăng tải, cắt tải)  dòng chảy
quá độ (transient).

CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC
KHÔNG ỔN ĐỊNH  DÒNG CHẢY
QUÁ ĐỘ

Xảy ra khi  Đóng (mở) van
trên đường ống với tốc độ
nhanh  thay đổi nhanh
chóng vận tốc (lưu lượng)
trong ống.

15

PGS. TS. Nguyễn Thống

16

PGS. TS. Nguyễn Thống

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

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

Van mở t=0

GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG
Trong trường hợp đó  mỗi đoạn
dòng chảy (vi phân) trong ống chịu
sự thay đổi áp suất và vận tốc khác
nhau theo từng thời điểm  hiện
tượng truyền sóng áp lực  được
gọi là « NƯỚC VA ».
 Xem đồ thị minh hoạ ở sau:

Đóng
van

17

PGS. TS. Nguyễn Thống

PGS. TS. Nguyễn Thống

SỰ TRUYỀN SÓNG ÁP LỰC

18

3

1/12/2016

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

THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện 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 tại A sinh ra do nước va dương

19

PGS. TS. Nguyễn Thống

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

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

Xét chuyển động khối nước trong 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 của trọng lượng
nước trong đường ống lên phương X.
Giả thiết không có ma sát giữa chất lỏng và
thành ống (xem là áp suất thủy tỉnh).

HA  HB  Lsin 

: khối lượng nước trong đoạn AB.
F: tiết diện ống
 Fx : tổng ngoại lực theo phương X (trục ống).

Thay vào p/t trên và thu gọn:
L dV
L dQ
dV

  LF
  gFH A
H A  


dV
  gF  H A  H A  H B  Lsin  
(1)    LF
dt

Với V=Q/F và dQ biến đổi lưu lượng trong
thời đoạn dt.
Thay đổi áp suất tại A

21

PGS. TS. Nguyễn Thống

gF dt

do nước va gây ra

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

L dV
L dQ

g dt
gF dt

CHÚ Ý:
- Nếu dQ/dt < 0  đóng van
 ΔHA > 0  nước va dương
- Nếu dQ/dt > 0  mở van
 ΔHA < 0  nước va âm
 Gia số áp lực do nước va tại A tỷ lệ tuyến
tính với chiều dài L từ B đến A.
 L=0  ΔH=0 (tại B).

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

Qd: lưu lượng trước khi đóng van;
Qc: l/l sau khi 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 & hiện tượng nước va

H A  

dt

24

PGS. TS. Nguyễn Thống

4

1/12/2016

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

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

Trường hợp kể đến sự đóng không «
tuyến tính »:
L Qd  Qc
H A  k
gF Ts
Với k = 1,25 1,5 xem như hệ an toàn.

Nếu đóng (mở) van tức thì (dQ/dt
>>> 1)  H A   !!!
 Kết quả không hợp lý này do từ các
“giả thiết” ban đầu của bài 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 tại 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 & hiện tượng nước va

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

Giả thiết D mỗi 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 là 10s
(tuyến tính k=1).
1. Tính gia số áp lực lớn nhất do nước va.
2. Tương tự nếu D=2.5m. So sánh với kết
quả câu 1, nhận xét.

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 & hiện tượng nước va

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

Bài giải:
1. D=2.25m

Bài tập: Lấy số liệu bài trước. Đường ống
bây giờ gồm 2 đoạn: L1=400m, D1=2.25m;
L2=600m, D2=2.0m.
Tính gia số áp lực do nước va trong 2 đoạn
ống.

H A  k
mzx

L Qd  Qc
1000*4
30  0
1
 76.91m
gF Ts
9.81*3.14159*2.252 10

2. D=2.5m
H A  k
mzx

L Qd  Qc
1000*4
30  0
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

5