Kiến trúc xây dựng - Chương III: Các vấn đề thủy lực nhà máy thuỷ điện

CHƯƠNG III. CÁC VẤN ĐỀ THỦY LỰC NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆNI- Lòng dẫn.§3-1. C¸c bé phËn dÉn n­íc vµo nhµ m¸y thuû ®iÖnPhần thượng lưu nhà máy thuỷ điện trước cửa lấy nước nhằm bảo đảm dẫn nước vào nhà máy một cách thuận lợi, ngăn chặn bùn cát lắng đọng.Đối với trạm thuỷ điện kiểu lòng sông về nguyên tắc phải có phần lòng dẫn, hình dạng và kết cấu của nó phụ thuộc vào điều kiện địa hình, địa chất và sơ đồ bố trí tổng thể chung của toàn bộ công trình đầu mối, đặc biệt là vị trí nhà máy trong bố trí tổng thể đó (Ví dụ bố trí giữa dòng sông, bởi sông hoặc trong bờ).§3-1. C¸c bé phËn dÉn n­íc vµo nhµ m¸y thuû ®iÖnCao trình đáy lòng dẫn phụ thuộc vào cao trình cửa lấy nước, chiều dài lòng dẫn, độ sâu dòng chảy và các điều kiện địa hình, địa chất cũng như các biện pháp dẫn dòng thi công mà có thể bố trí khác nhau. Đáy lòng dẫn nằm ngang trên toàn bộ chiều dài của nó hoặc là có dốc ngược ở đoạn đầu sau đó là đoạn nằm ngang nối tiếp với cửa lấy nước. Cũng có nhiều trường hợp đoạn đầu nằm ngang, đoạn cuối có dốc thuận đến cửa lấy nước. Hệ số mái dốc của lòng dẫn ở các đoạn không nằm ngang thường lấy m >4Sự cần thiết phải gia cố lòng dẫn và bờ được quyết định bởi vận tốc dòng chảy trong nó. Khi vận tốc dòng chảy lớn hơn vận tốc xói lở tính toán, đặc biệt là đối với các trạm thuỷ điện kết hợp xả lũ thì việc gia cố lòng dẫn là cần thiết. Trong nhiều trường hợp việc gia cố lòng dẫn được quyết định bởi các giải pháp dẫn dòng thi công qua nóI- Lòng dẫn.§3-1. C¸c bé phËn dÉn n­íc vµo nhµ m¸y thuû ®iÖnSự cần thiết phải gia cố đoạn đầu lòng dẫn phải trên cơ sở tính toán độ sâu xói lở trước đoạn gia cố nằm ngang (sân phủ). Độ sâu xói lở trước đoạn gia cố có thể xác định sơ bộ theo công thức kinh nghiệm sau:Trong đó: kq = 1 - 1,5 - hệ số phân bố lưu lượng không đều theo chiều rộng của lòng dẫn; q - lưu lượng đơn vị, m2/s; d50 - đường kính trung bình của hạt đất trước phần gia cố, m.Thông thường gia cố phần đầu của lòng dẫn được làm bằng đá đổ với các hình thức sau: I- Lòng dẫn.§3-1. C¸c bé phËn dÉn n­íc vµo nhµ m¸y thuû ®iÖnII- Các tường hướng và phân dòng.Công dụng: Với mục đích tạo điều kiện thuận lợi về thuỷ lực khi dòng chảy chảy vào cửa lấy nước của trạm thuỷ điện, đảm bảo phân bố đều lưu lượng cho các tổ máy ở các trạm thuỷ điện kiểu lòng sông với đập đất hoặc bên bờ người ta bố trí các tường hướng dòngở các trạm thuỷ điện không kết hợp tràn xả lũ cùng với nhà náy thuỷ điện thì giữa tràn xả lũ và nhà máy thuỷ điện được bố trí một tường phân dòng để tạo điều kiện thuận lợi cho dòng chảy khi trạm thuỷ điện và tràn xả lũ làm việc riêng biệt cũng như khi cùng làm việc.§3-1. C¸c bé phËn dÉn n­íc vµo nhµ m¸y thuû ®iÖnII- Các tường hướng và phân dòng.2. Hình thức kết cấu: Hình dạng tối ưu của các tường hướng dòng trong các trường hợp cụ thể xác định trên cơ sở thí nghiệm mô hình. Khi thiết kế sơ bộ đối với các trạm thuỷ điện kiểu lòng sông nhà máy tiếp nối với đập đất bởi các tường hướng dòng thì chiều dài l của nó có thể lấy bằng phần mái dốc thượng lưu của đập đất. Khi nhà máy tiếp nối với bờ thì chiều dài đường hướng dòng có thể ngắn nhưng không thể ngắn hơn chiều dài sân phủ nếu như phía trước nhà máy có sân phủ.§3-1. C¸c bé phËn dÉn n­íc vµo nhµ m¸y thuû ®iÖnIII- Hình dạng đường viền ven bờ.Khi nhà máy được bố trí bên bờ hoặc một phần đặt vào bờ thì đường viền lòng dẫn phía bờ có ý nghĩa lớn đối với tổn thất thuỷ lực khi trạm thuỷ điện làm việc. Đường viền này dưới dạng là một tường chắn đất hoặc mái dốc nghiêng nhưng chúng phải bảo đảm sự phân bố đều lưu lượng cho các tổ máy thuỷ điện cùng hoạt động. Nói chung chiều dài đoạn chuyển tiếp l càng lớn thì lưu lượng phân bố giữa các tổ máy càng thuận lợi, tổn thất cột nước ítCÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TỔNG THỂ Kiểu bên bờKiểu bãi sông.Kiểu lòng sôngKiểu kết hợpSƠ ĐỒ CẤU TẠO PHẦN GIA CỐ ĐẦU LÒNG DẪNHÌNH DẠNG CÁC TƯỜNG HƯỚNG VÀ PHÂN DÒNGHÌNH DẠNG ĐƯỜNG VIỀN VEN BỜ.I- Các thành phần công trình.§3-2. C¸c bé phËn dÉn dßng sau nhµ m¸y thuû ®iÖnSau khi nước ra khỏi turbin dòng chảy vẫn còn một phần năng lượng tương đối lớn được tàng trữ dưới dạng động năng, với năng lượng này dòng chảy có thể làm hư hỏng các thành phần công trình phía hạ lưu nhà máy, gây xói lở hạ lưu. Để làm giảm sự phá huỷ hạ lưu của dòng chảy cần có các biện pháp làm tiêu hao năng lượng thừa này hoặc các bộ phận công trình phía hạ lưu phải được gia cố bảo vệ để chống xói lở. Các bộ phận phần gia cố hạ lưu nhà máy thuỷ điện bao gồm: Sân tiêu năng, sân sau tiêu năng, gia cố bảo vệ dưới dạng hố xói hoặc tường răng.Hạ lưu nhà máy thuỷ điện cũng có thể bố trí tường phân cách giữa tràn xả lũ và nhà máy thuỷ điện nhằm bảo đảm cho chế độ thuỷ lực của hai công trình độc lập nhau, tránh hiện tượng giao thoa của dòng chảy có thể tăng khả năng xói lở của nó và sự biến đổi của mực nước. Ngoài ra, để bảo vệ bờ hạ lưu hoặc đập đất người ta bố trí thêm các tường cánh nối tiếp vào các tường chắn hai đầu nhà máy tương tự như ở phần lòng dẫn phía thượng lưu.§3-2. C¸c bé phËn dÉn dßng sau nhµ m¸y thuû ®iÖnII- Tính toán xác định độ sâu phục hồi, cao trình đáy và chiều dài gia cố hạ lưu.Mục đích: Việc tính toán thuỷ lực hạ lưu nhà máy thuỷ điện bao gồm xác định độ sâu phục hồi của dòng chảy, cao độ và chiều dài phần gia cố hạ lưu, độ sâu hố xói để có biện pháp bảo vệ sau tiêu năng, đường kính trung bình của lớp đá lát bảo vệ hố xói. Đối với trạm thuỷ điện kết hợp ngoài những việc kể trên cần phải tính toán chế độ dòng chảy hạ lưu cần thiết để thiết kế các thành phần gia cố và xác định hiệu quả của hiện tượng phun xiết sau nhà máy thuỷ điện.§3-2. C¸c bé phËn dÉn dßng sau nhµ m¸y thuû ®iÖnII- Tính toán xác định độ sâu phục hồi, cao trình đáy và chiều dài gia cố hạ lưu.2. Sơ đồ tính toán độ sâu phục hồi: Phương trình biến thiên động lượng của khối nước đang xét khi xuất hiện cột nước h0 phục hồi có thể viết dưới dạng: §3-2. C¸c bé phËn dÉn dßng sau nhµ m¸y thuû ®iÖnII- Tính toán xác định độ sâu phục hồi, cao trình đáy và chiều dài gia cố hạ lưu.2. Sơ đồ tính toán: h0 = Bỏ qua thành phần vô cùng bé h02 từ (3 - 5) có thể xác định độ sâu phục hồi Độ sâu ngập h0 = Trong các công thức (3-6), (3-7) các đại lượng: Rx = 0,1 A0 = §3-2. C¸c bé phËn dÉn dßng sau nhµ m¸y thuû ®iÖnIII. Vấn đề nối tiếp các bộ phận công trinh phía hạ lưu trạm thuỷ điện a - c nhà máy nối tiếp với đập đất, d - nhà máy nối tiếp với đập bê tông, e - nhà máy nối tiếp với đập tràn, f - nhà máy nối tiếp với bờ, 1 - tổ máy thuỷ điện, 2 - đỉnh đập, 3 - 4 - sân tiêu năng và sân thứ hai của nhà máy thuỷ điện, 5 - 6 - sân tiêu năng và sân thứ hai của đập, 7 - đê hướng dòng, 8 - hố xói, 9 - tường hướng dòng, 10 - tường phân dòng, 11 - bờ, 12 - tường nối tiếp.CÁC THÀNH PHẦN GIA CỐ SAU NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆNSân sau được kết thúc bằng hố tiêu năng;Sân sau được kết thúc bởi tường răngSƠ ĐỒ TÍNH TOÁN ĐỘ SÂU PHỤC HỒI