Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-5957-0
KIỂM TOÁN ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
TRONG GIAI ĐOẠN VẬN HÀNH
Khúc Hồng Vân1, Nguyễn Văn Hiện2, Phạm Thị Ngọc Diệp2, Phạm Hải Đăng2
1
Trường Đại học Thủy lợi, email: diepptn73@wru.vn
2
Sinh viên Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi
1. ĐẶT VẤN ĐỀ suất trên mặt cắt dọc và mặt cắt ngang tại các
vị trí cho ở Hình 1 khi chịu các thành phần
Đường ống áp lực nhà máy thủy điện
lực vuông góc và song song với trục ống.
thường có quy mô lớn và vận hành trong điều
kiện chịu áp lực cao nên dễ xảy ra các sự cố
nghiêm trọng khi thép ống bị ăn mòn, mố đỡ
đường ống áp lực bị lún.
Nghiên cứu kiểm tra độ bền kết cấu thép
của đường ống áp lực phục vụ kiểm định an
toàn công trình bằng phương pháp phần tử
hữu hạn đóng một vai trò rất quan trọng, có
thể phân tích được chuyển vị và ứng suất
tổng thể của đường ống với các điều kiện làm 1. Thành ống giữa nhịp; 2. Thành ống giáp
đai gối; 3. Đai tăng cứng và thành ống;
việc thực tế từ đó đánh giá được mức độ an
4. Đai gối và thành ống
toàn của đường ống để có phương án xử lý
gia cường phù hợp. Thông qua một ví dụ cụ Hình 1. Vị trí kiểm tra ứng suất đường ống
thể, bài báo cung cấp giải pháp trong thực Công thức kiểm tra độ bền :
tiễn để kiểm toán an toàn đường ống áp lực
đang trong quá trình vận hành. 2 x2 x 3 2x R
R
2. PHƯƠNG PHÁP KIỂM TOÁN ĐƯỜNG
ỐNG ÁP LỰC x R
trong đó: - ứng suất trong ống thép;
2.1. Cường độ tính toán của vật liệu
- ứng suất hướng vòng; z - ứng suất
Cường độ tính toán của vật liệu R, (TCVN hướng dọc; x - ứng suất tiếp; R - cường độ
8636:2011) được xác định theo công thức tính toán.
dưới đây:
2.3. Kiểm toán ổn định khi chịu áp lực
R = σc.C.K.m.mv
từ bên ngoài
trong đó: σc - ứng suất chảy của vật liệu;
C - hệ số chuyển đổi từ cường độ chính sang Khi kiểm tra ổn định đường ống chịu áp
cường độ tiêu chuẩn; K - hệ số kể đến tính lực p từ bên ngoài như áp lực đất, áp lực
đồng chất của vật liệu; m - hệ số điều kiện làm khoan phụt… cần kiểm tra ổn định thành ống
việc; mv - hệ số phụ thuộc vào cấp công trình. giữa hai đai tăng cứng và ổn định bản thân
đai theo công thức:
2.2. Kiểm toán độ bền khi chịu áp lực từ p pcr
bên trong trong đó : pcr là cường độ tới hạn được xác
Khi kiểm tra độ bền đường ống chịu áp lực định theo công thức kinh nghiệm hoặc công
từ bên trong cần kiểm tra các thành phần ứng thức giải tích.
199
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-604-82-
3. XÂY DỰNG MO HINH PTHH
Việc xác định ứng suất trong đường ống
theo các công thức giải tích có trong tiêu
chuẩn gặp khá nhiều khó khăn đặc biệt khi
đường ống làm việc theo các điều kiện thực
tế như lún không đều của các mố, đường ống
chịu dao động của áp lực nước trong ống,
chiều dày ăn mòn không đều của đường ống
tại các vị trí các khau… Đường ống áp lực
được mô phỏng từ phần tử thanh (Frame) là
sườn gia cường bao quanh chu vi của ống
Hình 3. Biểu đồ lún đường ống phải
kéo dọc theo phương trục ống (Extrude)
thành phần tử tấm vỏ (Shell). Các chân mố
đỡ cũng được tạo ra từ vị trí của sườn gia
cường nên đảm bảo nguyên tắc nút trùng nút.
Từ mô hình số, trạng thái ứng suất biến dạng
của đường ống với các điều kiện thực tế khi
vận hành được phân tích bằng phương pháp
phần từ hữu hạn.
4. VI DỤ THỰC TẾ
4.1. Số liệu tính toán
Nghiên cứu được thực hiện trên một công Hình 4. Biểu đồ lún đường ống trái
trình có đường ống dẫn nước lộ thiên như
hình vẽ:
Hình 5. Sơ đồ gán lún tại các gối
Chiều dày mỗi đoạn ống làm việc trong
điều kiện lún và bị ăn mòn được thể hiện
Hình 2. Đường ống áp lực nhà máy thủy điện trong Bảng 1.
Thông số cơ bản của ống: 2 đường ống Bảng 1. Chiều dày đoạn ống bị ăn mòn
4700×20 mm; tổng chiều dài đường ống là Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn
195 m chia làm 13 nhịp được đỡ bằng 11 mố Vị trí
1 2 3 4 5 6
trung gian và 2 mố néo ở 2 đầu, trong mỗi Chiều
nhịp có 2 vành tăng cứng. dày 19,65 19,78 19,39 19,58 19,55 19,63
- TH1: Ống làm việc trong điều kiện thiết (mm)
kế, chiều dày ống không đổi 20 mm. Vị trí
Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn Đoạn
- TH2: Ống làm việc trong điều kiện lún 7 8 9 10 11 12
(Hình 3, 4) và ống bị ăn mòn (Bảng 1). Chiều
Ta có kết quả biểu đồ lún đo tại hiện dày 19,38 19,6 19,58 19,48 19,66 19,38
trường theo các chu kỳ. (mm)
200
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021. ISBN: 978-5957-0
4.2. Kết quả tính toán đường ống nằm trong phạm vi độ võng tương
(1) Ứng suất f 1 1
đối cho phép .
L 12000 1000
5. KẾT LUẬN VA KIẾN NGHỊ
Qua phân tích ảnh hưởng của độ lún và ăn
mòn đến khả năng làm việc của đường ống
áp lực trong nhà máy thủy điện trong giai
đoạn vận hành cho kết quả đảm bảo yêu cầu
về độ bền theo thiết kế. Tại các vị trí MP325
và MT314 cần gia cố xử lý nền khẩn cấp
hoặc điều chỉnh cột nước áp lực khi vận hành
Hình 6. Ứng suất lớn nhất tại mỗi đoạn đường ống vì ứng suất lớn nhất theo phương
theo phương vuông góc trục (S11) dọc trục ống đã đạt gần đến giới hạn
cho phép.
Phương pháp phân tích kiểm toán đường
ống áp lực bằng phương pháp phần tử hữu
hạn là giải pháp tính toán đơn giản, trực quan
giúp cho kết quả một cách nhanh chóng tiện
lợi. Phương pháp này có thể giúp cho các đơn
vị quản lý vận hành kiểm định chất lượng
đường ống áp lực hàng năm nhằm đưa ra
quyết định hợp lý duy tu bảo dưỡng công
trình để đảm bảo quá trình vận hành diễn ra
thuận lợi, hạn chế được các rủi ro xảy ra đối
với công trình trong quá trình vận hành.
Hình 7. Ứng suất lớn nhất tại
mỗi đoạn ống theo phương dọc trục (S22) 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Từ kết quả Hình 6 và 7: Khi bị lún ứng [1] TCVN 8636:2011, Công trình thủy lợi -
suất xảy ra lớn nhất tại các gối và tăng dần Đường ống áp lực bằng thép - Yêu cầu kỹ
theo các chu kỳ. Ứng suất tại S11 và S22 đều thuật trong thiết kế, chế tạo và lắp đặt.
tăng lên khoảng 1,7 lần so với trường hợp [2] ADINA 9.6 (April2020), “Problem 18: Fluid
ống làm việc điều kiện bình thường (TH1). flow over a flexible structure in a channel:
Tại S11 ứng suất nhỏ và lớn nhất là 79,25 ADINA Prime”, ADINA R & D,Inc.
MPa; tại S22 ứng suất lớn nhất lên tới 159,3 [3] TCVN, “6. Tính toán độ bền và ổn định
MPa gần đến giới hạn cho phép theo TCVN đường ống áp lực: Hydraulic structures-
Steel penstock- Technical requirements for
là 177 MPa.
designing, manufacturing and installation”,
(2) Chuyển vị TCVN 8636:2011.
Khi đường ống làm việc trong điều kiện
bất lợi chuyển vị tăng dần theo các chu kỳ.
Tại CK24 ống chuyển vị lớn nhất tại vị trí
MP325 và MT314. Độ võng lớn nhất của
201
nguon tai.lieu . vn
