Bài giảng - Thủy điện 2- chương 14 ppsx

194

Chương XIV. NƯỚC VA VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG
ỔN ĐỊNH CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN

XIV. 1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NƯỚC VA VÀ CÁC CHẾ ĐỘ
CHUYỂN TIẾP CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN
hoặc mở cửa van hoặc cơ cấu hướng dòng để điều chỉnh lưu lượng của
turbine người ta nhận thấy áp lực nước trong ống tăng giảm đột ngột, đường ống rung
động và phát ra tiếng động dữ dội. Hiện tượng này gọi là
hiện tượng nước va thuỷ lực.
Nguyên nhân vật lý của sự tăng hay giảm áp lực do nước va trong đường ống là
do quán tính của khối nước đang chảy trong đường ống. Trong môn học Thuỷ lực, hiện
tượng này đã được trình bày. Chương này chỉ đi sâu tính toán nước va trong đường ống
turbine nhằm mục đích tính toán độ bền và ổn định đường ống cũng như các bộ phận
qua nước của turbine, tính toán điều chỉnh turbine ở các ch
ế độ chuyển tiếp trong vận
hành tổ máy thuỷ lực.
Áp lực thuỷ động trong ống được xác định bởi vị trí đường đo áp. Ở chế độ làm
việc ổn định, lưu lượng dòng chảy phụ thuộc vào vị trí mực nước thượng lưu, vào vận
tốc dòng chảy V và tổn thất cột nước h
tt
trên đoạn từ cửa vào ống áp lực đến mặt cắt cần
tính toán. Vị trí giới hạn của đường đo áp ở chế độ ổn định được chỉ ra ở hình (14-1,a):
vị trí cao nhất ứng với MNDBT khi lưu lượng phát điện bằng 0, còn vị trí thấp nhất ứng
với mực nước MNC và lưu lượng qua turbine là cực đại.

XIV. 1. 1. Hiện tượng nước va trong đường ống áp lực của Trạm thuỷ điện
Khi đóng

Hình 14-1. Nước va thuỷ lực trong đường ống áp lực.
Trị số áp lực bên trong p
C
tại mặt cắt bất kỳ (C-C) của ống

được biểu thị qua
chiều cao áp lực


γ
p
mét ng cách từ trục ống đến
C là:

cột nước và được xác định bởi khoả
đường đo áp, phụ thuộc vào vị trí đường đo áp và cao trình mặt cắt. Cột nước tại C-
C
C
C
H
p
Z
=+
(14-1)
195
đo áp có thể thay đổi đáng kể so với vị trí dòng ổn định. Trong điều kiện này lực
uán tính tạo nên tăng hoặc giảm áp lực - đó là
áp lực nước va
không phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt ống. Khi biết
C

H
và hình dạng của ống , theo
(14-1) dễ dàng tìm ra áp lực thuỷ động bên trong
C
p
.
Ở chế độ không ổn định, khi thay đổi lưu lượng qua ống, vị trí tức thời của
đường
∆
H
q
. Hình (14-1,δ) biểu
ị vị trí giới hạn của đường đo áp ở các chế độ dòng không ổn định: đường trên là
ường hợp đóng turbine khi giảm lưu lượng; còn đường dưới là trường hợp mở turbine
ng lưu lượng. Khi đóng turbine, gây ra nước va tăng áp trong đường ống, cần tính toán
độ bền đường ống; còn khi mở turbine trong ống sẽ sinh nước va giảm áp, trong một số
điều kiện có thể
kéo theo chân không sâu trên một số đoạn riêng biệt. Ngoài ra nước va
thuỷ lực làm thay đổi cột nước tác dụng lên turbine khiến công suất phát ra giao động
trong quá trình quá độ điều chỉnh tổ máy thuỷ lực. Điều này cho thấy việc xác định trị
số áp lực nước va là giai đoạn rất quan trọng đối với việc thiết kế mọi đường ống áp lực.
Để làm rõ những yếu tố chính c
ủa áp lực nước va người ta nghiên cứu dạng đơn
giản với quy ước là
nước và thành ống không bị biến dạng (tuyệt đối cứng). Xét một
đường ống có chiều dài L, đường kính D, mặt cắt đầu là A-A nằm trước turbine hoặc
trước cửa van; mặt cắt cuối B-B ở cửa lấy nước (hình 14-1,δ). Rõ ràng là ở mặt cắt cuối
B-B là
ẽ được xác định chỉ ở cao trình mực nước thượng lưu, do vậy . Để
xác định

th
tr
tă

B
H
s
B
H∆
= 0
A
H∆
cần sử dụng phương trình động lượng viết cho một khối chất lỏng nằm
giữa hai mặt cắt A-A và B-B:

dmV
dt
X
x
()
=∑
(14-2)
và khối lượng chất lỏng m bằng:
m
g
FL=
γ
;
ở đây: F là diện tích mặt cắt Trục x được chọn trùng với trục đường ống; chiều trục x
lấy từ mặt cắt A-A hường về mặt cắt B-B (hình 14-1,

δ). Tổng hình chiếu các ngoại lực
tác dụng lên khối chất lỏng lên trục x là
∑
X
ới thàn
ng 0). N
bao gồm hình chiếu của áp lực thuỷ động
trong mặt cắt A-A và B-B và lực ma sát v h ống (áp lực nước trong ống thẳng góc
với thành ống nên chiếu lên trục x bằ ếu bỏ qua lực ma sát vì trong ống năng
lượng nó có giá trị nhỏ, thì:
F∑= − =−X
HH
FH
B
A
A
γγ()∆ , thay vào (14-2) và rút
ngắn sẽ được:

∆
L dV L dQ
A
H
g dt gF dt
=− =−
(14-3)
Công thức (14-3) rất quan trọng. Nó chỉ ra rằng trị số áp lực nước va sẽ tăng khi
tăng chiều dài đường ống và phụ thuộc vào gia tốc dòng nước:
- Khi mở turbine:
dV

dt
> 0,
∆
H
<
0
nước va âm;
- Khi đóng turbine:
dV
< 0,
∆
H > 0
nước va dương
dt
Tuân theo công thức (14-3) thì dạng biểu đồ
∆
A
H
t()
theo thời gian phụ thuộc vào sự
thay đổi của lưu lượng Q(t). Trên hình (14-1,b) chỉ ra hai trường hợp:



1) khi dQ/dt = const thì:

A
s
H
L

gF
Q
T
∆
=
, (
S
T
là thời gian đóng turbine) (14-4)
2) khi dQ/dt thay đổi thì áp lực nước va cực đậi sẽ lớn hơn trường hợp 1), ước
tính sơ bộ có thể nhận:
∆
∆
max
(, ,)
A
s
H
L
gF
Q
T
=÷12 14
(14-5)
Trong đó
∆Q
là độ thay đổi lưu lượng trong thời gian T
S
. Công thức trên cũng
cho thấy rằng có thể giảm trị số áp lực nước va trong ống khi tăng thời gian T

S
.
Để tính toán độ bền đường ống cần phải biết biểu đồ phân bố áp lực nước va dọc
theo chiều dài đường ống. Theo cách lập công tức (14-3) thì ta có thể xác định áp lực
nước va ở bất kỳ mặt cắt nào của đường ống, chỉ cần thay vào trong đó chiều dài tương
ứng
C
L
của đoan giữa C-C và B-B như sau:

C
C
H
L
gF
dQ
dt
∆
=−
; từ (14-5) cũng thấy rằng khi đường ống có mặt cắt không đổi
thì áp lực nước va
∆H thay đổi tuyến tính dọc chiều dài ống, như hình (14-1,δ).
Thường đường ống có tiết diện thay đổi nhỏ dần từ trên xuống (hình 14-1,c) ta
áp dụng xác định áp lực nước va tại mặt cắt thứ i nào đó, ta tính nước va từng đoạn rồi
cộng dồn từ trên xuống. Ví dụ áp lực nước va tại mặt cắt 2-2 như sau (hình 14-1,c):

()
()
2
32

3
3
2
2
∆
∆∆
H
HH
L
g
F
L
gF
dQ
dt
=+=− +

Viết khái quát, công thức tính áp lực nước va tại mặt cắt K-K bất kỳ sẽ bằng
tổng áp lực gia tăng trên từng đoạn kể từ đầu đường ống như hình (14-1,c) như sau:
196

∆H
g dt
F
i
i
dQ
l
k
i

k
()
=−
∑
=
1
(14-6)
ế
XIV. 1. 2. Các chế độ chuyển tiếp khi điều chỉnh tổ máy thuỷ lực

Khi thiết đường ống áp lực cần phải tính đến tất cả các dạng chuyển tiếp nảy
nh khi tổ máy làm việc. Các quá trình đó như sau:
1. Khởi động tổ máy: Đây là quá trình chuyển tiếp của tổ máy đang ở chế độ
ghỉ chuyển sang chế độ bắt đầu nhận tải. Turbine mở CCHD từ độ mở không tải a
X
lên
ộ mở khởi động a
m
lớn hơn a
X
một ít (hình 14-2,a) đủ để mômen động lưc M của dòng
ước th rong các ổ trục. Tổ máy bắt đầu quay nhanh dần và
va ở dạng
ây là quá trình dừng máy bình thường. Để dừng
X
1

Nghiên cứu thực nghiệm thấy rằng quan niệm thành ống và nước không biến
dạng chỉ dùng tính gần đúng cho TTĐ có cột nước không cao, chiều dài đường ống
tương đối ngắn và thời gian đóng mở turbine tương đối dài. Ở điều kiện thực tế tính

toán nước va người ta sử dụng quan niệm
nước va trong ống đàn hồi sẽ phù hợp thực t
tiếp sau. hơn, chúng ta sẽ xét ở phần XIV. 2.
si

n
đ
n ắng mômen cản do ma sát t
đến khi gần đạt đến vòng quay định mức n
0
thì đóng CCHD về lại độ mở không tải a
X
,
tại đây mômen M cân bằng với mômen cản của ma sát và vòng quay đạt vòng quay định
mức n
0
, tần số máy phát bằng tần số lưới điện, máy phát hoà đồng bộ và đóng mạch. Sự
thay đổi áp lực thuỷ động trong quá trình khởi động không lớn, áp lực nước
nước va âm (xem hình 14-2,a, quan hệ H ~ t).
2. Dừng máy: (hình 14-2,b). Đ
máy, CCHD bắt đầu đóng dần độ mở, (lúc này lưu lượng giảm dần và trong đường ống
xuất hiện nước va dương ∆H, cột nước tăng làm chậm quá trình giảm mômen, tổ máy
vẫn đang quay với vòng quay định mức), đến khi giảm đến độ mở không tải a
thì máy
phát được cắt khỏi lưới và tiếp theo độ mở CCHD đóng hoàn toàn, lưu lượng giảm đến
không, mômen M lúc này có giá tri âm. Vòng quay BXCT sẽ giảm dần do sức cản của
nước, cho đến khi còn lại 35 - 40% vòng quay định mức thì hệ thống hãm máy phát sẽ
tác động và nhanh chóng dừng tổ máy.

197

Hình 14-2. Các quá trình chuyển tiếp của tổ máy thuỷ lực.


a
X
và tổ máy không cắt khỏi lưới điện.
4. Cắt tải: Đây là ng hợp tổ máy xảy ra sự cố, các máy cắt lập tức tự động
cắt tổ máy khỏi lưới điện. Lúc này mômen trên trục turbine lớn hơn mômen cản nhiều
và vòng quay tổ máy tăng nhanh (hình 14-2,d). Máy điều tốc lập tức đóng CCHD, lưu
lượng turbine giảm gây nước va dương làm tăng cột nước và làm chậm quá trình giảm
M. Quá trình đóng bớt độ mở CCHD vẫn tiếp tục và vòng quay t
ổ máy vẫn tiếp tục tăng
cho đến khi đạt cực đại, cho đến khi M trên trục turbine giảm tới 0 ở độ mở a
m
> a
X
và
sau đó đổi dấu âm do sức cản của nước thì số vòng quay giảm dần. Quá trình đóng vẫn
tiếp tục và số vòng quay giảm cho tới khi độ mở CCHD dóng hoàn toàn (a
0
= 0) nhưng
vòng quay vẫn lớn hơn vòng quay định mức n
0
. Cho đến khi vòng quay xấp xỉ vòng
quay định mức thì máy điều tốc sẽ mở CCHD về độ mở không tải và duy trì độ mở này
để chờ quá trình đóng lại tổ máy vào lưới sau này. Điều quan trọng của quá trình cắt tải
là nước va lớn nhất và số vòng quay lớn nhất không được vượt giá trị cho phép.

3. Điều chỉnh công suất: Khi tổ máy làm việc theo yêu cầu thay đổi phụ tải sẽ
tăng hoặc giảm công suất từ N
max
dến N
min
xảy ra đủ chậm và vòng quay tổ máy luôn
duy trì ở vòng quay định mức n
0
. Vùng thay đổi công suất của của turbine tâm trục
thường từ (100 - 50)%, còn turbine cánh quay từ (100 - 25)% công suất định mức. Hình
(14-2,c) biểu thị quá trình tăng công suất. Việc tăng công suất tương ứng với độ mở ban
đầu khi phụ tải bằng 0, độ mở a
0
= a
X
đến độ mở cuối cùng a
c
khi t = T
S
, lúc này lưu
lượng tăng nên gây nước va âm làm giảm cột nuớc, làm chậm quá trình tăng công suất
(tương ứng M), do vậy phải đến t
P
turbine mới đạt công suất yêu cầu. Quá trình giảm tải
tương tự như quá trình dừng máy (hình 14-2,b), chỉ khác là quá trình giảm tải thì độ mở
CCHD là a

0
giảm xuống độ mở
trườ
198
XIV. 2. TÍNH TOÁN NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ĐÀN HỒI
Có hai khái niệm về nước va được đưa ra trong tính toán là: nước va trong
đường ống tuyệt đối cứng
(như đã trình bày ở trên) và nước va trong ống đàn hồiđàn.
XIV. 2. 1. Cơ sở lý thuyết của nước va trong ống đàn hồi
Tính trị số áp lực nước va theo quan niệm thành ống và nước trong ống không
biến dạng theo phương trình (14-4) và (14-5) thì áp lực nước va phụ thuộc vào thời gian
đóng mở turbine T
S
, nếu thời gian T
S
giảm đến vô cùng bé thì ∆H tiến đến vô cùng lớn.
Trong thực tế điều này không xảy ra, chúng chỉ đạt đến một trị số giới hạn nhất định, có
nghĩa là sự biến dạng đàn hồi của vật liệu làm ống và nước trong ống có tác dụng làm
giảm trị số của áp lực nước va.
Chúng ta nghiên cứu hiện tượng nước diễn biến thế nào trong ống có biến dạng
đàn h
ồi với sơ đồ đơn giản nhất (hình 14-3). Giả sử lúc đầu vận tốc dòng chảy trong ống
là V
đóng đột ngột turbine, tốc độ dòng nước giảm một lượng
0
,
∆
V , gây nên lực quán

Hình 14-3. Ảnh hưởng đàn hồi đối với nước va.

tính tăng áp với áp lực nước va dương
∆
H . Tuy nhiên khi áp lực tăng do có tính biến
dạng đàn hồi nên chất lỏng bị nén lại, còn thành ống thì bị giản ra tạo ra một thể tích
phụ để chứa chất lỏng phía trước chảy đến. Lượng nước này chảy vào đoạn ống bị giản
nở thì vận tốc giảm nhỏ và áp lực của nó tăng lên và làm cho đoạn ống tiếp giáp nó
cũng giản ra. Như vậy s
ự thay đổi vận tốc và áp lực ở các tiết diện kế tiếp tiết diện A chỉ
có thể xuất hiện sau một thời gian nhất định, tạo nên sự lan truyền sóng áp lực từ A-A
ngược lên thượng lưu với vận tốc truyền sóng c hưũ hạn . Như vậy khác với ống và
nước không biến dạng (ống tuyệt đối cứng) , ở ống đàn hồi khi v
ận tốc cuối ống thay
đổi thì vận tốc và áp lực nước trong toàn bộ đường ống không đồng thời thay đổi tức thì
mà có sự biến đổi dây chuyền, dưới dạng truyền sóng dọc ống.

1. Phương trình cơ bản của nước va trong ống đàn hồi
Xác định trị số áp lực nước va trong ống đàn hồi khi thay đổi tức thời vận tốc
dòng chảy trong ống một lượng
∆V tt, hai mặt cắt B-B và C-C cách nhau một đoạn dx
(hình 14-3). Đầu thời đoạn sóng nước va
∆
H ở B-B, qua thời gian dt giây truyền đến
mặt cắt C-C với quảng đường dx = c.dt, khối chất lỏng m = (
γ/g)Fdx, hình chiếu của
ngoại lực trên trục x là
Σ∆XHF=γ
. Dùng phương trình động lượng (14-2) ta có:

γ
γ
g
Fcdt
V
dt
HF
tt
∆
∆=
, rút gọn ta có:

∆H
g
=
(14-7)
∆cV
tt

ấy dấu (+) khi giảm vận tốc, dấu (-) khi tăng vận tốc.
∆
tt
l
199
Phương trình (14-7) là phương trình cơ bản tính toán nước va cho ống đàn hồi
khi thay đổi vận tốc tức thời, cho trị số có khả năng và giới hạn của áp lực nước va, do
nhà bác học Nga N.E. Jucôpski tìm ra, còn gọi là phương nước va trực tiếp. Trong đó
không có mặt chiều dài ống. Tốc độ truyền sóng đàn hồi của nước va c có vai trò lớn và
được xác định theo công thức lý thuyết sau:
c

E
K
nuoc
F
=
+
1425
1
(14-8)
Ở đây: 1245 là tốc độ truyền âm trong nước, m/s;
Enuoc là mô duyn đàn hồi của nước, bằng 2.10
4
kG/cm
2
;
K
F
là hệ số biến dạng của diện tích mặt cắt ống khi áp lực bên trong p
thay đổi, kG/cm
2
Đối với ống thép đường kinh D, dày δ thì : →
F
t
K
E
D
=
δ
t thép không n
(mô dyun

đàn hồi của thép là: Et = 2. 10
6
kG/cm
2
). Đối với ống bêtông cố ứt có thể
tính gần đúng:
F
bt
K
E
D
=
+δ
β
(,195
2
)
(môdyun đàn hồi của bêtông lấy trung bình Ebt
= 2.10
5
kG/cm , δ là chiều dày ống, β là hệ số đặt cốt thép vòng, bằng 0,015 - 0,05).
Kinh nghiệm cho thấy: đối với thép c = 750 - 1200 m/s; đối với ống bêtông cốt
/s; ống gỗ c = 70 - 700 m/s.
2. Nước va khi v
ời
mà tr
xem
với
thời gian T
S

ta đóng mở dần dần turbine theo từng nấc, mỗi khoảng thời gian ∆t tương
ứng với lượng vận tốc
∆V. Trong từng thời gian ∆t có thể xem thay đổi ∆V là tức thời,
liên kết toàn bộ quá trình đóng mở ta có kết quả gần đúng của quá trình đóng mở. Hình
(14-4) biểu diễn quá trình diễn biến nước va trên đường ống khi V = V(t).

thép c = 900 - 1100 m
ận tốc trong ống áp lực thay đổi từ từ
điều chỉnh turbine không thể thay đổi vận tTrong thực tế ốc một cách tức th
ong thời gian nhất định, thời gian đóng mở hoàn toàn ký hiệu là T
S
.Ta hãy xét


Hình 14-4. Sơ đồ truyền sóng nước va khi đóng từ từ turbine.

- Đóng turbine thay đổi vận tốc một lượng
∆V
1
tương ứng tăng áp lực nước ∆H
1

200
theo công thức (14-7):
∆
∆
H
cV
g
1

1
=
; trong khoảng thời gian
1
t
sóng ∆H
1
sẽ truyền
ngược lên phía hồ, (sơ đồ áp lực nước va biểu thị giai đoạn
1
t
bằng vòng tròn có ghi ký
hiệu 1). Cuối thời đoạn
sóng ∆H
1
đi được quảng đường
1
t
∆
1
x
= c.
1
t
;
- Đóng tiếp để thay đổi vận tốc ở đầu thời đoạn
2
t
một lượng ∆V
2

, tương ứng
phát sinh sóng
∆
∆
H
cV
g
2
2
=
∆H
1
vẫn truyền ti
và bắt đầu truyền từ A-A về phía hồ, đồng thời ở thời
đoạn này sóng
ếp về phía hô, và cuối
2
t
sóng ∆H đi được một quãng
2
2
x
= c.( - ), còn sóng ∆H
1
đi được quãng đường c.
2
t
1
t
2

t
(trên sơ đồ hình 14-4, ta
ểu thị giai đoạn
ằng vòng tròn ghi ký hiệu 2 bên trong);
- Cuố
(tức đầu thời đoạn
∆
2
t
b
bi
i
2
t
3
t
) lại đóng tiếp lượng ∆V
3
, tương ứng ph sinh
nước va
∆
∆
H
cV
g
3
3
=
n về gần hồ
ị giai đoạn

3
t
b
. Sóng ∆H
3
truyền từ A-A về phía hồ, đồng thời sóng ∆H
2
tiếp
tục truyề , còn sóng ∆H
1
đã đến hồ và từ hồ phản xạ về phía A-A (trên sơ đồ
ta biểu th
ằng vòng tròn ghi ký hiệu 3 bên trong);
Và quá trình truyền sóng (từ A về B) và phản sóng (từ B về A) cứ tiếp diễn cho
đến khi turbine đóng hoàn toàn tại thời điểm hợp T
S.
Tại thời điểm này tại các mặt cắt
có áp lực nước va như sau:
Trường hợp 1 ( thời gian đóng mở ngắn hơn một pha: T
S
≤
2L
c
t
f
=
) :
Tại A-A:
∆∆∆∆H
c

g
V
VV
c
g
V
A
o
max
max
( )=+++=
1
23
(*)
So sánh (*) với (14-7) ta thấy : mặc dù vận tốc tại A-A không thay đổi tức thì từ vận tốc
ban đầu bằng V
0max
đến vận tốc cuối bằng 0, nhưng nếu thời gian đóng mở T
S
nhỏ hơn
hoặc bằng thời gian một pha nước va thì trị số áp lực nước va tại đó sẽ giống như trường
ợp thay đổi vận tốc tức thời (tính theo 14-7), tức là
nước va trực tiếp.
Trường hợp 2
h
( thời gian đóng mở lâu hơn một pha: T
S
>
2
c

L
t
f
=
) :
Trường hợp này là turbine đã đóng hoàn toàn nhưng đã có ít nhất một sóng phản
xạ đầu tiên về đến A-A và xoá bớt áp lực nước va ở đó, lúc nầy tại A-A có:
∆∆∆∆∆H
c
g
V
VVV
c
g
V
A
o
max
max
( )=++−−<
1
231
(**)
có nghĩa là áp lực nước va lớn nhất nhỏ hơn áp lực nước va trực tiếp, trị số của nó
không chỉ phụ thuộc tốc độ truyền sóng c , vận tốc ban đầu (khi t =0), vận tốc cuối (khi t
= T
S
) mà còn phụ thuộc vào thời gian và quy luật đóng mở turbine. Đó là nước va gián
tiếp
Nước va gián tiếp rất phức tạp, tuy nhiên trị số áp lực nước va nhỏ hơn nước va

trực tiếp, do vậy trong thực tế chỉ cho phép xảy ra nước va gián tiếp , mà ta sẽ nghiên
cứu sau đây.
3. Phương trình sóng nước va gián tiếp (phương trình mắc xích)
a. Phương trình sóng nước va gián tiếp, trị số tuyệt đối
Ta đã biết sóng nước va gián tiếp là kết quả trác dọng tổng cộng của sóng di
chuyển từ điểm gây sóng dọc theo trục x (sóng thuận) và sóng di chuyển ngược chiều
trục x về lại điểm gây sóng (sóng nghịch). Do vậy ta xét hai trường hợp sóng này.

* Xét trường hợp sóng nghịch từ B đến A (hình 14-5,a):



Hình 14-5. Sơ đồ thành lập phương trình dây chuyền sóng nước va.

Mặt cắt A-A nằm về phía turbine, mặt cắt B-B nằm về phía hồ, cách nhau một
đoạn l. Áp lực nước va đầu thời đoạn là đường (1) cao hơn áp lực nước va cuối thời
đoạn - đường (2) vì đây là trường hợp sóng nghịch, trị số áp lực nước va giảm đi. Đầu
thời đoạn v
201
ận tốc và trị số áp lực nước va tại A-A là
t
A
t
A
V
H, ∆
, tại B-B có
t
B
t

B
V
H, ∆
.
uối thC ời đoạn vận tốc và áp lực nước va tại A-A là
tlc
A
tlc
A
V
H
+
+
/
/
, ∆
, tại B-B là sẽ là:
tlc
B
tlc
B
V
H
+
+
/
/
, ∆
. Như vậy tại mỗi mặt cắt có sự thay đổi trị số áp lực nước va như sau:
Tại A-A:

∆∆HH
c
g
V
V
tlc
A
t
A
t
A
tlc
A
+
+
−=− −
/
/
()
(*)
∆∆HH
c
Tại B-B:
g
V
V
tlc
B
t
B

t
B
tlc
B
+
+
−=− −
/
/
()
(**)
Trong hai công thức trên đầu vế phải có dấu trừ ví đây là sóng nghịch. Nếu bỏ
qua tổn thất ma sát thì nước va truyền đi không bị biến dạng nên:
t
B
tlc
A
H
H
∆
∆=
+
/
và
t
B
tlc
A
VV
=

+ /
. Biến đổi và cộng hai công thức (*) và (**) với nhau và sắp lại ta có:
∆∆HH
c
g
V
V
t
A
tlc
B
t
A
tlc
B
−=−
+/
()

+/
(14-9)
ề A-A.
*
. Xét trường hợp sóng thuận từ A đến B (hình 14-5,b):
ng nước va
Tại A-A:
Phương trình (14-9) là phương trình truyền sóng nghịch từ B-B v

Hình (14-5,b) là sơ đồ để xác định phương trình dây chuyền só
uận. th Trên sơ đồ này đường (1) nằm thấp hơn dường (2) vì đây là sóng thuận tăng áp.

Các ký hiệu và diễn giải để thành lập công thức tương tự trường hợp sóng nghịch, chỉ
khác ngược chiều. Cũng có sự thay đổi áp lực nước va tại mỗi mặt cắt A và B như sau:
∆∆HH
c
V
A A
A
A
()
g
V
tlc t
t
tlc
+
+
−= −
/
/
(*')

Tại B-B:
∆∆HH
g
V
V
tlc t
t
B
tlc

B
+
+
−= −
/
/
()
(**')
Trong hai công thức trên đầu vế phải có dấu cộng ví đây là sóng thuận. Cũng bỏ
qua tổn thất ma sát thì nước va truyền đi không bị biến dạng nên:
t
c
B B
A
tlc
B
H
H
∆
∆=
+
/
và
t
A
tlc
B
VV
=
+ /

phương trình truy
. Biến đổi và cộng hai công thức (*') và (**') với nhau và sắp lại ta có
ền sóng thuận (14-10) từ A-A về B-B như sau:
∆∆HH
c
g
V
V
t
B
tlc
A
t
B
tlc
A
−=−−
++//
()
(14-10)
b. Phương trình sóng nước va gián tiếp, trị số tương đối
Để tiện tính toán người ta đưa trị số nước va tuyệt đối (14-9) và (14-10) về trị số
nước va tương đối (không thứ nguyên) bằng cách sau đây:
Đặt
ξ=
∆H
H
0
gọi là trị số áp lực nước va tương đối; ột nước tỉnh chưaứinh nước va;
0

H
c
202

v
V
Q
q
===
max
ma
V Q
x
là vận tốc và lưu lượng tương đối;

µ= =
c
Q
g
H
F
c
V
g
H
max
max
22
00
là hệ số quán tính đường ống.

Chia hai vế của các phươ ế phải nhân với
tỷ số
ng trình (14-9) và (14-10) cho
0
và v
H

max
V
max
V
, cuối cùng theo cách đặt các đại lượng không thứ nguyên trên ta có phương
trình truyền sóng nước va gián tiếp trị số tương đối cho hai trường hợp sóng trên sau:
- Phương trình truyền sóng nghịch từ B về A:

ξξ µ
t
A
tlc
B
t
A
tlc
B
vv
−= −
+
+
/
/

()2
(14-11)
- Phương trình truyền sóng thuận từ A về B:

ξξ µ
t
B
tlc
A
t
B
tlc
A
vv
−=− −
+
+
/
/
()2
(14-12)
Áp dụng tổng quát cho quá trình truyền sóng dây chuyền trên đường ống, ký
hiệu nửa pha nước va là
= l/c. Vậy ta có hệ phương trình truyền sóng dây chuyền
nước va gián tiếp, sau đ ết cho t = n
θ
ây vi
θ
bất kỳ ( với n = 0, 1, 2, , ):
Truyền sóng nghịch:

ξξ µ
θθ
θθ
n
A
n
B
n
A
n
B
vv
−= −
+
+
()
()
()
1
1
2
(14-13)
:
B
Truyền sóng thuận
θθ
θθ
n n

ξξ µ

A
n n
B
A
vv
=−
+
+
()
()
1
1
(14-14)
Các phương trình (14-13) và (14-14) gọi là phương trình truyền sóng, hoặc
phương trình mắc xích vì dựa vào đó ch ta có thể xác được trị số áp lực nước va ở các
nửa pha kế tiếp nhau khi biết các điều kiện biên và điều kiện ban đầu.

XIV. 2. 2. Tính toán nước va bằng phương pháp giải tích
− −
()2

Có thể dùng phương trình truyền sóng nước va tuyệt đối hoặc tương đối kết hợp
với các điều kiện biên hoặc điều kiện ban đầu để tính áp lực nước va. Ở đây trình bày
cách sử dụng các hệ phương trình truyền sóng tương đối (14-13) và (14-14) để tính với
hai phương pháp: giải tích và đồ giải. Tiết này ta dùng phương pháp giải tích để giải.

ết ta xác định các
điều kiện biên và điều kiện ban đầu ở hai mặt cắt A-A và B-B của đường ống.
- Tại mặt cắt B-B , nơi tiếp xúc với bể áp lực hoặc hồ chứa có kích thước lớn tại
đây giao động mặt nước gần như không đổi do vậy coi như không có áp lực nước va

nghĩa là:
;
1. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
Để giải bài toán nước va bằng phương pháp giải tích trước h
ξ
θn
B
= 0
203
- Tại mặt cắt A-A ở trước turbine: muốn tìm chính xác điều kiện biên tại đây cần
nghiên cứu chế độ đóng mở cơ cấu hướng dòng hay van kim theo thời gian:
*
Đối với turbine xung kích, quy luật đóng mở theo quan hệ
Qg
AA
=ϕω 2 H
, vậy vận tốc tương đối tại A-A ở cuối pha thứ nhất sẽ là:
2
2
θ
θ
A
A
v
Q
Q
=
ma
x
=

+
=+=+
2
0
2
0
2
2
1
1
2
2
11
θ
θ
θ
θ
ω
ω
τ
ξ
τ
ξ
g
H
H
g
H
A
AA

()
max
∆

Và tương tự ta có điều kiện biên ở A-A ở cuối pha thứ n bất kỳ sẽ là:
2n
2n
θ
θ
A
A
v
Q
Q
=
max
=+=+τ
ξ
τ
ξ
θ
θ
2n
2n
11
A
n
n
A
, hay:

n
A
n
n
A
v
=+
τ
ξ
1
(14-15)
Trong đó:
n
A
v
- vận tốc tương đối tại A-A ở cuối pha thứ n;

n
A
ξ
- áp lực nước va tương đối tại A-A ở cuối pha thứ n.

n
τ
- độ mở tương đối của van kim cuối pha thứ n.
*
Đối với turbine phản kích: quy luật đóng mở ở cuối pha n sẽ là:
2n
1
1

2
0
θ
v
Q
Q
DH
==
max
max
'
, lưu lượng qu
2n
12n
1
2
0
2n
θ
θ
θ
A
A
A
Q
Q
DH H
+
'
∆

a turbine trong quá trình
ười Ý

chuyển tiếp rất phức tạp, phải dựa vào đường đặc tính của turbine để xác định các lưu
lượng dẫn xuất
1
'
Q
tương ứng với các độ mở CCHD
o
a
ứng với các cột nước cụ thể
(hay
1
'
n
cụ thể). Để giải bằng giải tích một cách rất gần đúng, nhà khoa học ng
Lêvi đưa ra giả thiết rằng: sự thay đổi lưu lượng quy dẫn
1
'
Q
tỷ lệ với độ mở cánh
hướng dòng
o
a
, nghĩa là:
12n
02n
2n
θ

θ
ττ
'
Q
Q
a
n
≈==
(*); trong đó
n
τ
là độ mở tương
0
θ
'
max
a
ối cơ
max
đ cấu hướng dòng ở cuối pha thứ n. Vậy công thức (*) có thể ở dạng sau đây của
điều kiện biên tại A-A cuối pha thứ n trở về công thức (14-15) ở trên:

n
n
n
(14-15)
- Điều kiện ban đầu: tại thời điểm t = 0 chưa xảy ra nước va, do vậy các đặc
trưng H, Q tại các tiết diện óng đều ở chế độ ổn định, nếu bỏ qua
A
v

=+
τ
1
A
ξ
tổn thất thuỷ lực thì
đường đo áp nằm ngang, có nghĩa là
∆
H = 0 nên
00
A
B
ξξ
=
và
00
A
B
vv
=
. Mặt khác khi
sóng truyền đến sát B-B với thời gian rất gần t = L/c thì coi như
t
B
v
chưa kịp thay đổi,
do vậy có thể coi như
00
A
B

t
B
vvv
==
.
2. Phương pháp giải tích cho đường ống đơn giản
Đường ống đơn giản là đường ống có đường kính, bề dày và vật liệu làm ống
hông
điều kiện biên (14-15) để giải lần
t A-A cuối đường ống ở cuối các pha:
k đổi suốt chiều dài đường ống và không rẽ nhánh. Ta dùng các hệ phương trình
mắc xích (14-3) và (14-4) và các điều kiện ban đầu và
lượt xác định áp lực nước va tương đối tại mặt cắ
12
ξξ
θ
=
A
,
24
ξξ
θ
=
A
,
36
ξξ
θ
=
A

, ,
n
A
ξξ
θ
=
2n
khi biết chế độ đóng mở cửa van kim
hoặc độ mở cánh hướng dòng
ω ()t
0
a
t
()
(hình 14-6).

Hình 14-6. Chế độ đóng mở tương đối cánh hướng nước.

a. Xác định áp lực nước va tương đối cuối pha thứ nhất
(n = 1)
12
ξξ
θ
=
A
:
Viết phương trình truyền sóng thuận từ A đến B (phương trình 14-3):

ξξ
µ

B
θθ
θθ
A
B
A
vv
−=− −2( )
2
2
(*)
Dựa vào điều kiện biên tại B-B ta có
và điều kiện biên tại A-A ta có
θ
ξ
B
= 0
2
2
2
1
θ
τ
ξ
A
A
v
=+
; dưạ điều kiện ban đầu tại B ta có
θ

τ
ξ
BA
vv
== +
0
0
1
τ
A
=
0
0
,
θ
θ
2
0
2
2
21
θ
θ
θ
ξ
µ
τ
τ
ξ
AA

=−+()
và dùng ký hiệu theo cu
vậy thay chúng vào (*) ta có:
ối
pha rút ra phương trình xác định nghiệm áp lực nước va tương đối cuối pha thứ nhất:

1
1
0
1
1
2
τ
ξ
τ
ξ
µ
+=−
(14-16)

- Tìm
b. Xác định áp lực nước va tương đối cuối pha thứ n
áp lực nước va cuối pha thứ hai (n = 2)
24
ξξ
θ
=
A
: ta viết phương trình
sóng thuận từ A đến B ta có:

34
34
2
θθ
θθ
ξξ
µ
B
A
B
A
vv
−=− −(), dựa điều kiện biên tại B
à A ta có:
và
v
3
0
θ
ξ
B
=
4
4
4
1
θ
θ
θ
τ

ξ
A
A
v
=+
. Cần tìm viết phương trình
truyền sóng ngược từ B đến ta có:
thêm
3θ
B
v
→
A
23
23
2
θθ
θθ
ξξ
µ
A
B
A
B
vv
−= −(). Với và
điều kiện biên tại A có:
3
0
θ

ξ
B
=
2
2
2
1
θ
θ
θ
τ
ξ
A
A
v
=+
, thay vào và rút ra ta có nghiệm:

3θ
B
v
→
2
2
0
21
1
2
τ
ξ

τ
ξ
µ
ξ
µ
+=− −
(14-17)

- Một cách tương tựa tién hành xác định nghiệm cho các pha thừ 3, 4, Ta có
công thức nghiệm tổng quát cho cuối pha thứ n (
204
n
A
ξξ
θ2n

= ) bất kỳ:
n
n
n
i
n
τ
ξ
τ
ξ
ξ
1
1
0

1
+=−−
i
µµ2
1
∑
=
(14-18)
c. Nước va pha thứ nhất và pha giới hạn
Trong tính toán và lắp đặt đường ống áp lực vấn đề người ta quan tâm là xác
định được trị số áp lực nước va dương lớn nhất để tính toán độ bền đường ống và trị số
−

205
áp lực nước va âm nhỏ nhất để kiểm tra vị trí đặt ống tránh xuất hiện chân không trong
ống.Vì vậy ở đây chúng ta xem xét vấn đề thiết thực này.
Qua thực tế tính toán và vận hành đường ống áp lực của TTĐ người ta thấy áp
ờng hợp: rơi vào cuối pha thứ nhất,
tức là
ặc rơi vào pha cuối cùng, gọi là pha giới hạn, tức
(hình 14-7,b). Sau đây chúng ta đi xác định các trị số nước va hai pha này.
Nước va pha thứ nhất
Khi đóng mở van hay cánh hướng dòng, áp lực nước va đạt trị số lớn nhất ngay
cuối pha thứ nhất, các pha tiếp theo có trị số nhỏ hơn. Do vậy ta chỉ cần tính toán trị số
nước va cuối pha này. Từ phương trình nghiệm cuối pha thứ nhất (14-16) bình phương
2

vế và giải ra ta có nghiệm:
lực nước va lớn nhất
max

ξ
rơi vào một trong hai trư
max
ξξ
=
1
(hình 14-7,a) ho
max
ξξ
=
m
max
ξξ
=
1


1
0
1
2
0
1
2
2
0
2
1
2
2

ξ
µ
τ
µ
ττ
µ
τττ
=+±+−−
⎡
⎣
⎢
⎤
⎦
⎥
()()() (*)
Cần chọn dấu của nghiệm của (*). Nếu chọn nghiệm có dấu (+) trong (*) thì nếu
đóng turbine từ độ mở tương đối ban đầu
0
1
τ
=
(đầy tải) đến đóng toàn bộ ( ) thì
1
0
τ
=
1
0
00
22

ξ
µ
τ
µ
ξ
>== = =
c
V
g
H
H
H
max
max
max
∆
điều này vô lý. Do vậy nghiệm sẽ là:
1
0
1
2
0
1
2
2
0
2
1
2
2

ξ
µ
τ
µ
ττ
µ
τττ
=+−+−−
⎡
⎣
⎢
⎤
⎦
⎥
()()(

)
(14-19)
Nước va pha thứ nhất thường xảy ra ở TTĐ có cột nước cao (thường H ≥ 150 - 250 m).


Hình 14-7. Sơ đồ nước va pha thứ nhất và pha giới hạn.

Nước va pha giới hạn
Trong quá trình đóng mở turbine , áp lực nước va tăng dần và đạt gía trị lớn nhất
vào pha cuối
(hình 14-7,b), tức là , gọi là nước va pha giới hạn. Để
thành lập công thức tính áp lực nước va pha giới hạn ta dùng nghiệm (14-18) viết cho
pha thứ (m -1) và pha m như sau:

max
ξξ
=
m

max
ξ
max
ξξ
=
m
m
m
m
i
i
m
−
−
−
=
−
+=−−
∑
1
1
0
1
1

2
1
2
1
τ
ξ
τ
ξ
µµ
ξ
(*)
m
m
m
i
i
m
τ
ξ
τ
ξ
µµ
ξ
1
2
1
0
1
1
+=−−

∑
=
−
(**)
Từ hình (14-7,b) ta thấy có thể coi và lấy hai vế tương ứng của (*) và (**)
trừ cho nhau ta có:
mm−
≈
1
ξξ
()
mm
m
ττ
ξ
µ
ξ
−+=−
−1
1
1
.
ộ chênh độ mở tương đối
m
Coi quá trình đóng mở theo quy
luật tuyến tính thì đ
∆τ
ττ
=−==
−mm

f
ss
t
T
L
c
T
1
2
từ đây suy
ra
∆τµ
ξξ
1 +=
mm
=
σ
ξξ
1 +=
mm
(***).
Ở đây
στµ== =∆ .
max
max
2
2
00
L
c

T
c
Q
gF
H
L
V
g
HT
ss
là hệ số đặc trưng quán tính đường
ống. Giải phương trình (***) ta được áp lực nước va giới hạn:
m
ξ
σ
σ
σ
=±+4
2
()


2
(14-20)
ức trên, dấu (+) tương ứng với đóng, dấu (-) tương ứng với mở turbine.
N ớc va pha giới hạn th

Phán đ
Để xá ) và (14-20)
nh ra, sau đó l ối lượng tính

á ta có thể thành lập công thức gần đúng cho hai pha trên rồi so sánh chúng để tìm ra
tiêu chuẩn phán đoán nước va rơi vào pha nào rồi dùng công thức thích hợp để tính.

Trong công th
ư ường xảy ra ở TTĐ có cột nuớc thấp.
a nước va oán ph
c 9 định áp lực nước va lớn nhất ta dùng hai công thức (14-1
ấy trị số lớn hơn trong hai công thức. Tuy nhiên để giảm khtí
to n
Khi tính toán gần đúng coi
11
2
+≈+ξ
ξ
theo khai triển gần đúng Taylo, vậy
công thức nghiệm nước va cuối pha thứ nhất (14-16) là:

206
1
1
0
1
1
2
τ
ξ
τ
ξ
µ
+=−

→

1
1
0
1
1
22
τ
ξ
τ
ξ
µ
()+=−

→+=−=
1
101
2
1
ξ
τ
µ
ττ
() ∆τ


→=
+
=

−+
=
+−
1
10 0
2
1
2
1
2
1
ξ
τ
µ
µ
τ
σ
µ
τ
τ
σ
µ
τ
σ
∆
∆
.
()
(14-21)
Cũng tương tự gần đúng cho nước va pha giới hạn ta có:

m
ξ
σ
σ
=
−
2
2
(14-22)
- Điều kiện xảy ra nước va là pha thứ nhất khi: > hay ;
- Điều kiện xảy ra nước va là pha giới hạn khi:
< hay
1
ξ
m
ξ
µ
τ
0
1<
1
ξ
m
ξ
µ
τ
0
1>
.

Như vậy để xác định áp lực nước va lớn nhất, trước tiên ta dùng các công thức
trên để phán đoán pha, nếu rơi vào pha thứ nhất thì dùng công thức (14-19) để tính còn
nếu rơi vào pha giới hạn thì dùng công thức (14-20) để tính.
Chú ý rằng: các công thức tính ở trên phù hợp với turbine xung kích, tuy nhiên
đối với turbine phản kích, quy luật đóng mở phức tạp giữa độ mở và lưu lượng không
theo quy luật tuyến tính. Do vậy tính toán trên chỉ là gần đúng,
để tính đúng xin xem
phần tính theo phương pháp đồ giải. Trong phương pháp giải tích, nhà khoa học người
v o cá công số ệu chỉnh để
đề cập đến quy luật đóng mở của turbine phản kích như sau:
Nga G.I. Kriptrenko đưa thêm à c thức (14-21) và (14-22) hệ hi
1
0
2
12
ξ
σ
µ
τ
σ
=
+−
b( )
(14-21')

m
b
ξ
σ
σ

=
−
2
2
(14-22')
Trong đó, hệ số hiệu chỉnh b lấy như sau:
.Trường hơp đóng turbine: b = 0,7 - ( n
S
/1000);
+ 1,1 - (n
S
/600).
h n nước va trong ống phức tạ
ê úng ta đã xét phương pháp tính toán áp l a trong đường ống
đơn giản, trong đó các đặc trưng của nước va là c,
.Trường hợp mở turbine: b
3. Tín toá p
Phầ tr n ch ực nước v
µ
σ
,
không thay đổi theo chiều dài
ống và ống không có rẻ nhánh, trong thực tế thuỷ điện khi chiều dài đường ống dài, cột
nước cao cần phải thay đổi đường kính, chiều dày thành ống, thậm chí vật liệu làm ống
và cuối đường ống lại phân nhánh vào các tổ máy với mục đích về kinh tế. Đường
ống phức tạp là ống có các đặc trưng nước va và kích thước thay đổi theo từng đoạn
ống. Trong th
ực tế thường có hai dạng ống phức tạp hay gặp sau:
- Đường ống có đường kính giảm dần từ trên xuống, không rẽ nhánh;
- Đường ống có đường kính giảm dần từ trên xuống và córẽ nhánh.

Việc tính toán chính xác loại đường ống này rất phức tạp, phương pháp giải tích
thường ta đưa về đường ống đơn giản tương đương có các đặc trưng trung bình
cV,,,µσ, và vẫn dựa vào các công thức ống đơn để tính gần đúng.



Hình 14-8. Sơ đồ tính nước va ống phức tạp và vẽ biểu đồ áp lực nước va dọc ống.

* Trường hợp 1: đường ống có chiều dày
δ
, đường kính D và vật liệu làm ống
thay đổi theo chiều dài ống, không rẽ nhánh (hình 14-8,a) có n đoạn ống như hình. Ta
đưa về ống đơn giản tương đương có các đặc trưng sau:
207

max
max
.
V
VL
L
ii
i
n
i
i
n
=
∑
∑

=
=
1
1
;
c
L
L
c
i
i
n
i
i
i
n
=
∑
∑
=
=
1
1
; µ=
c
V
g
H
max
2

0
;
σ=
∑
=
i
i
n
s
L
V
g
HT
.
max
1
0
;
f
i
i
n
t
L
c
=
∑
=
2
1

Có các đặc trưng trung bình trên thay vào các công thức của ống đơn ta sẽ tính
ra áp lực nước va của đường ống phức tạp cần tìm.
* Trường hợp 2:ống có rẽ nhánh (hình 14-8,a'):
Để tính áp lực nước va trong ống có rẽ nhánh về ống không rẽ nhánh có đặc tính
thay đổi, giữ nguyên các đoạn ống chính và cắt bỏ đoạn ống nhánh cụt, các nhánh song
song thay bằng một đoạn ống duy nhất. Ghép các đoạn ố
ng nhánh lại trên cơ sởbảo toàn
chiều dài và tổng diện tích ống nhánh, bảo toàn tốc độ truyền sóng c trên các nhánh. Ví
dụ trên (hình 14-8,a') cần xác định áp lực nước va khi thay đổi độ mở turbine số 1 và 2
khi turbine số 3 đóng hoàn toàn ( ống nhánh số 3 là nhánh cụt) thì sơ đồ tính toán
chuyển thành trường hợ đương có chiều dài L
1

và diện tích 2F
1
, tốc độ truyền sóng c = c
1
(với hai ống nhánh như nhau). Sau đó ta tính
như đã trình bày ở trường hợp 1.
4. Vẽ biểu đồ áp lực nước va dọc theo tuyến ống
ống. Do vậy mực
l không trừ tổn thất cột nước (hình 14-
8,b).
Mục đích vẽ biểu đồ áp lực n
ước va âm là kiểm tra xem biểu đồ này có chỗ nào
chạm vào ống (tức chỗ ấy có chân không trong ống). Nếu chạm thì tốt nhất là hạ chiều
cao ống xuống dưới biểu đồ hoặc xử lý bằng đai cứng để bảo đảm ổn định thành ống.
c m g bể áp lực lấy MNC và có trừ tổn thất cột
Để
vẽ biểu đồ áp lực nước va dọc ống ta trải đường ống theo chiều dài. Tại mặt

cắt cuối ống (A-A) ta tính trị số nước va dương
p 1, nhưng ở đây đoạn ống nhánh tương
Mục đích của việc vẽ biểu đồ áp lực nước va (+) lớn nhất là để xác định áp lực
nước (bao gồm cột nước tĩnh cộng với áp lực nước va) tại các mặt cắt
nước ở hồ hoặc bể áp ực phải lấy MNDBT và
Do vậy mực nước hồ hoặ ực nước tron
nước (hình 14-8,b).
+
∆
H
A
và nước va âm −∆H
A
, còn tại
. Coi như áp lực nước va dọc ống phân bố theo quy luật
hân bố áp lực nước va trải dọc theo ống.
C, A-A, B-B ta được biểu đồ áp lực nước
dọc ình 14-8,b). Trường hợp có buồng điều m tương tự và thể
hiện biểu đồ áp lực nướ
c va như (hình 14-8,∂).
thực tế sự phân bố áp uộc vào đặc tính
ường à ở ban đầu của CCHD h oi phân bố áp lực
theo đường thẳng là gần đúng. Thực tế, nếu trạng thái nước va là pha thứ nhất thì quy
luật phân bố áp lực nước va dọc ống là đường cong lõm, còn trạng thái pha giới hạn thì
lại gần đường thẳng, nh
ư đường cong nét đứt trên (hình 14-8,δ).

IV. 2 Tín n nước va bằng phươn
Như trên đã thấy phương pháp giải tích chỉ phù hợp với turbine xung kích mà
không thích hợp đầy đủ đối với turbine phản kích, bởi lẻ ở turbine phản kích lưu lượng

qua turbine trong quá trình chuyển tiếp rất phức tạp, nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như
đặc tính độ mở
của cánh hướng dòng, phụ thuộc vào vòng quay, vào góc xoay trong
turbine cánh quay v.v Những yếu tố này không thể hiện được bằng toán học mà bằng
đường đặc tính tổng hợp chính - xây dựng trên cơ sở thí nghiệm. Ngoài ra, dùng phương
B
= 0
mặt cắt B-B sát hồ
∆H
đường thẳng, ta nối hai đầu ta được biểu đồ p
Có trị số áp lực tại các vị trí đặt lên mặt cắt C-
va ống (h áp ta cũng là
Chú ý rằng lực nứơc va dọc ống phụ th
đ ống v độ m ay van kim, do vậy thực tế c
X . 3. h toá g pháp đồ giải


0
a
208
209
pháp đồ giải không những xác định được trị số áp lực nước va lớn nhất mà còn có thể vẽ
được sơ đồ áp lực nước va ở bất cứ tiết diện nào trên đường ống đơn lẫn ống phức tạp.

Nhờ khả năng đa năng của nó nên phương pháp đồ giải được sử dụng phổ biến.
Sau đây trình bày nội dung tính toán của phương này. Để tính toán đồ giải ta vẫn sử
dụng các hệ phương trình nước va mắc xích tương đối (14-13) và (14-14), vẫn sử dụng
điều kiện ban đầu
, cần xây dựng lại điều kiện biên tại A-A cho phù hợp với
turbine phản kích.

1. Chọn toạ độ trường và biểu diễn các nhóm phương trình mắc xích
Căn cứ vào nhóm phương trình truyền sóng nghịch (14-13) và thuận (14-14):
θ
θθ
n
B
θ
ξ
=
0
ξξ
θn
µ
n
B
n
A
n
B
vv
= −
+
+
()
()
()
1
1
2

θ
A
−
(14-13)
ξξ µ
θθ
θ
n
B
n
A
n
B
n
A
vv
−=− −
+
+
()
()
()
1
1
2
(14-14)
biểu thị quan hệ giữa
và v , do vậy ta chọn hệ trục toạ độ trường như hình (14-9):
ξ

Hình 14-9. Biểu diễn phương trình mắc xích trên hệ trục ~ v.
i n là đường thẳng đi qua hai điểm có toạ
ξ

Nhận thấy mỗ hóm phương trình đều
độ
A
v
A
A
(,)
ξ
và óm phương trình sóng nghịchB
v
B
B
(,
ξ
.) Nh (14-13) là đường thẳng
à m
α m phương trình sóng thuận (14-14) là
T
là trục ho nh ột góc
(có tgα = 2µ); nhó
m với
đường thẳng làm với trục hoành một góc có tg
α = - 2µ. Do vậy khi giải, nếu biết một
điểm trên đường có thể dựa vào điều kiện ban đầu hay biên nữa là có thể xác định được
điểm kia. rước hết ta cần biểu diễn điều kiên biên tại A-A là độ mở tương đối

τξ=
f
v(,)
trên hệ toạ đô, trong đó
τ=
a
(tbin phản kích) hay
a
max
τ=
F
(tb. gáo)
F
ma
x

2. Biểu diễn các đường đồng độ mở
τ
ξ
=
f
v(,)
trên hệ trục
a. Đường đồng độ mở vẽ cho turbine xung kích
:
v =τ1 +ξ. Để vẽ các
Theo điều kiện biên tại A: công thức (14-15):
đường
ng
τξ=

f
v(,)
đồ , ta định trư ịớc các giá tr
τ
= 0 - 0,2 - 0,4 - 0,6 - 0,8 -1. Mỗi độ mở
τ

giả thiết các giá trị
và dùng công thứ h ra tương ứng các v. Như vậy
với

ta
c (14-15) tín

ξ
210
c m
ξ
=
f
v(,)
(hình 14-9,b). Chú ý rằng các đường
τ
mỗi độ mở
τ
ta vẽ đượ ột đường
τ
đều đi qua điểm có to (0, -1) vì vớạ độ i các
τ
nhưng khi

ξ
= -1 thì v = 0. Còn vớ = 1
b. Đ
i
τ
khi v = 1 thì
ξ
= 0 nên đường
τ
= 1 đi qua điểm có toạ độ (1, 0).



ường đồng độ mở vẽ cho turbine phản kích:
Để vẽ các đường đồng độ mở
τ
ξ
=
f
v(,)
cho turbine phản kích ta sử dụng
đường đặc tính tông hợp chính của turbine. Đổi trục
1
'
n
sang trục
ξ
v ục
1
'

Q
sang v
qua lập bảng 14-1 sau đây:
à tr
Bảng 14-1. Tính toán để vẽ các đường đồng
τ
ξ
=
f
v(,)

τ=a
a
/
ma
x

1
. . .
0,2
a
a
=⋅τ
ma
x

. . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
'
n

10
'
n

10
'
n

1
'
n


ξ=
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟
−
10
1
2
1
'
'
n
n

1
'
Q


10
'
Q

10
'
Q

10
'
Q

v
Q
Q
=+
1
10
1
'
'
ξ

Tính chuyển đổi từ sang
1
'
n
ξ
: từ công thức
1
1
'
n
n
D
H
=
=
n
D
H
1
0
1()+ξ
(*); khi
chưa có nước va thì
10
1
0
'
n

n
D
H
=
(**) . Khai triển (*) và (**) để hai vế của chúng đều
ằng
câ()n
D
1
2
,
b
n bằng hai công thức và rút ra công thức chuyển đổi:
ξ=
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟
−
10
1
2
1
'
'
n
n
;

Tính chuyển uy dẫn của turbine đổi từ
1
'
Q
sang v: Từ công thức q
Q
Q
D
H=
1
1
2
'
=
1
1
2
0
1
'
()H+ξ
Q
D
; lưu lượng lớn nhất nhưng chưa có nước va
Q
Q
D
H
max

'
=
10
1
2
0
. Lập tỷ số
v
Q
Q
=
max
, rút ra công thức chuyển:
v
Q
Q
=
1
10
1
'
'
ξ

+
Từ hai công thức chuyển đổi
ξ=
⎛
⎝
⎜

⎞
⎠
⎟
−
10
1
2
1
'
'
n
n
và
v
Q
Q
=+
1
10
1
'
'
ξ
ta tiến hành tính
toán bảng (14-1) như sau theo các bước sau:
- Dòng 1: định các độ mở tương đối:
τ
= 1 - 0,8 - 0,6 - 0,4 - 0,2 -
- Có độ mở cánh hướng dòng lớn nhất
trên đường đặc tính turbine, tính ra

độ mở a theo công thức ghi trong bảng (dòng 2);
max
a
211
- Định các trị số (dòng 3) và tra được các ương ứng (hình 14-10,a), ghi
vào dòng 5; tính ra các tương ứng (ghi vào dòng 4); tương ứng tính ra các v (dòng
6).

1
'
n
1
'
Q
t
ξ



Hình 14-10. Tra đường đặc tính tổng hợp chính của turbine.

Từ kết quả tính ở bảng (14-1) các cặp v,
ξ
ứng với từng độ mở a. Vẽ được các
đường đồng độ mở
τ
ξ=
f
v(,)
trên hệ trục đối với turbine phản kích (hình 14-10,b).

3. Đồ giải đối với ống đơn giản
a. Đồ giải trường hợp giảm tải
Trước tiên ta lấy trường hợp giảm tải từ đầy tải đến đóng toàn bộ turbine để xét
(từ
0
1
τ
=
đến
c
τ
=
0)



Hình 14-11. Đồ giải khi từ đầy tải đến đóng toàn bộ.


212
- Trước tiên định ra quy luật đóng turbine
τ
=
f
t
()
, từ quy luật này tiến hành vẽ
các đường đồng độ mở
τξ=
f

v(,)
với các
0
1
τ
=
,
2t
τ
,
4
t
τ
,
60t =
τ
như hình (14-11).
- Tính tgα = và vẽ tam giác cân có hai góc
± 2µ
±
α
lên bên cạnh hệ trục toạ độ
ξ
~
v
(hình 14-11).
- Dựa vào điều kiện biên và ban đầu để xác định các điểm: tại thời điểm ở A
có toạ độ điểm
i
t

sẽ
ii
i
A
v
(,)
ξ
, tại B cũng có toạ độ điểm , như vậy từng thời
điểm ta biết được trị số áp lực nước va tương đối
ứng với . Xác định các điều
kiện biên, điều kiện ban đầu trước khi đồ giải. Tại đầu thời đoạn t = 0, lúc này chưa xảy
ra nước va nên
ii
i
Bv
(,)
ξ
i
ξ

i
v
00
1
A
B
vv
==
vậy hai điểm
00

10 10
A
B
(, ) (, )
≡
, sau nửa pha t = l/c
sóng truyền từ A đến B và vì cuối thời điểm i gần B nên vận tốc tại
B chưa đổi nên
t= l/c nước va mới tớ
t
B
A
vv
==
0
1 . Do vậy ba điểm
00
10 10
A
B
(, ) (, )
≡

≡
t
B
(,)10
. Vậy ta
xác định được ba điểm trên hệ trục
ξ

~ v. Áp dụng các phương trình truyền sóng mắc
xích (14-13) và (14-14) cùng với các điều kiện biên cụ thể để giải như sau:
+ Để xác định áp lực nước va cuối pha thứ nhất tại A (
2t
A
ξ
) tức là tìm điểm
2t
2t
2t
Av
A
A
(,
ξ
)ta viết phương trình truyền sóng thuận từ A đến B sau:

t
B
A
t
B
A
vv
ξξ
µ−=− −
2t
2t
2( ).
Phương trình này là đường thẳng đi qua điểm

)
ã biết và làm với trục hoành
ột gó
t
t
B
t
B
Bv
(,
ξ
đ
m c
−α
và điểm
2t
2t
2t
Av
A
A
(,)
ξ
cần tìm
2t
A
l. Điểm ại thuộc điều kiện biên tại A là
. Vậy điểm
2t
τ

2t
A
là giao diểm của đường thẳng đi qua
)
và đường .
+ Xác định điểm
), viết phương trình sóng nghịch từ B đến A:

t
t
B
t
B
Bv
(,
ξ
2t
τ
3t
3t
3t
Bv
B
B
(,
ξ
2t 3t
2t 3t
2
A

B
A
B
vv
ξξ
µ−= −
()
Điểm
nằm trên đường thẳng đi qua điểm
3t
B
2t
A
và làm với trục hoành một góc α và
nằm trên trục hoành (vì
). Vậy từ
B
ξ
= 0

2t
A
kẻ đường thẳng trên và cắt trục hoành ta
được điểm ần xác định.
+ Cũng bằng cách này ta tiếp tục xác định được các điểm
3t
B
c
45t67tt
t

A
B
A
B
,, ,,
Nếu không kể tổn thất thì các điểm cứ giao động , tuy nhiên do
có tổn thất nên chúng sẽ tắt dần quanh gốc toạ độ. Nối các điểm A tại ta được đường
biểu diễn áp lực nước va dương tại mặt cắt A-A.
Nhận xét chung:
* Từ biểu đồ ta thấy Sau khi đóng kín turbine trong ống có phát sinh nước va
âm, có khả năng sinh chân không làm bẹp đường ống.
* Phương pháp đồ giải còn có khả năng xác định áp lực nước va tại một mặt cắt
bất kỳ của đường ống. Ta hãy lấy ví dụ xác định áp lực nước va ở mặt cắt D-D nằm ở
giữa đường ống. Vì D-D ở giữa ống nên thời gian truyền sóng từ A
đến D và từ D đến B
đều là 0,5t. Ta tiến hành đồ giải đê xác định áp lực nước va tại D như sau:
Đầu thời đoạn ta cũng có điểm
; thời điểm 0,5t cũng có
Vậy các điểm
0
10
D
(,)
05t
10
,
(,)
D
.
05t

0
00
,
D
D
B
A
B
t
≡
≡≡≡
ta đặt chúng lên hệ trục (hình 14-11). Tiến
hành đồ giải như sau:
213
+ Tìm điểm
t
A
, nó là giao điểm của của phương trình sau:
05t
05t
2
,
,
()
D
t
A
D
t
A

vv
ξξ
µ−=− −


và điều kiện biên . Từ ẻ đường thằng này (nét đứt) gặp được
t
τ

05t,
D
k
t
τ
t
A
.
+ Tìm điểm
, nó là giao điểm của hai đường :

15t,
D
t
A
D
t
A
D
vv
ξξ

µ−= −
15t
15t
2
,
,
()


được điểm
t
BD
t
BD
vv
ξξ
µ−=− −
1,5t
1,5t
2( )
,
15t,
D
≡
t
A

+ Tìm điểm
, nó là giao điểm của dường:

và trục hoành.
+ Tìm điểm
, nó là giao điểm của hai đường sau:

2t
B
1,5t 2t
1,5t 2t
2
DB
DB
vv
ξξ
µ−= −
()
2,5t
D
2t 2,5t
2t 2,5t
2
A
D
A
D
vv
ξξ
µ−= −()

+ Tìm điểm
2t 2,5t
2t 2,5t
2
BD
BD
vv
ξξ
µ−=− −()

3t
A
, nó là giao điểm của đường:

2,5t 3t
2,5t 3t
2
D
A
D
A
vv
ξξ
µ−=− −
()
và điều kiện biên
3t
τ
.
+ Tiếp tục như trên ta tìm được các điểm

3,5t 4 4 5t 5t
DBD
A
t
,, ,
,
ng biểu diễn áp lực nướ
ự truyền sóng nướ
, Nối các
điểm D lại với nhau (đường nét đứt) ta được đườ c va dương tại
mặt cắt D-D. Tìm các điểm ở trên theo trình t c va sau:
0 0 5t 1,5t 2t 2,5t 3t 3,5t
DD
A
DBD
A
D
t
→→→→→→→
,

* Chú ý ở trên ta vừa xét cách đồ giải cho trường hợp đóng từ đầy tải đến đóng
toàn bộ, từ đó suy ra các trường hợp đóng sua đây:
- Đóng từ đầy tải (
) đến độ mở cuối nào đó (
0
1
τ
=
c

τ
> 0)
(hình 14-12,a) ;
- Đóng từ chưa đầy tải (
0
1
τ
<
) đến đóng hoàn toàn (
c
τ
=
0)
(hình 14-12,b);
- Đóng từ chưa đầy tải (
0
1
τ
<
) đến độ mở nào đó (
c
τ
> 0)
(hình 14-12,c) .



Hình 14-12. Một số trường hợp đồ giải và cách đồ giải.

214

iệc tiến ành giả đối vớ ặt c ương tự chỉ có khác là chọn
điều ki
b. Đồ giải trường hợp tăng tải
Tiến hành đồ giải trường hợp tăng tải cũng tién hành tương tự, chỉ khác là thao
tác từ trái sang phải và bên dưới trục hoành. Sau đây trình bày cách đồ giải cho trường
hợp tăng tải từ độ mở ban đầu (
) đến độ mở cuối (
V h đồ i i m ắt A-A cũng t
ện ban đầu từ và điều kiện biên thích hợp với từng trường hợp.

0
0
τ
>
c
τ
<
1)
, quy luật mở tương
đối như hình vẽ (14-13). Dựa vào quy luật mở
τ
=
f
t
()
ta vẽ các diều kiện biên tại A-A
như hình vẽ. Vẽ tam giác cân có góc
±
α
. Xác định các điểm theo điều kiện ban đầu tại

A và B ta có
0
0
0
0
00
Av Bv
A
B
(,) (,) ≡
≡
t
t
B
Bv
(,0

)
vì
00
A
B
t
B
vvv
==
.

Hình 14-13. Đồ giải trường hợp tăng tải.

+ Tìm áp lực nước va cuối pha thứ nhất, điểm

2t
2t
2t
Av
A
A
(,)
ξ
là giao điểm của:
phương trình :
t
B
A
t
B
A
vv
ξξ
µ−=− −
2t
2t
2( ) và
2t
τ
. Ta xác định được
2t

A
.
+ Tìm điểm
, nó là giao điểm của phương trình đường:

3t
3t
3t
Bv
B
B
(,)
ξ
2t 3t
2t 3t
2
A
B
A
B
vv
ξξ
µ−= −
()và trục hoành (vì
+ Và cứ tiếp tục cách như vậy ta sẽ lần lượt xác định các điểm
B
ξ
= 0)
.
45t6t

t
A
B
A
,,

giao động xung quanh có toạ độ ( . Nối các điểm A lại ta có đường biểu diễn trị
số áp lực nước va âm tương đối tại điểm mặt cắt A-A.
Nhận xét: Qua đồ thị ta thấy trường hợp tăng tải sóng nước va yếu dần. Hình
thức yếu dần này theo hai khả năng: + Mang tính chu kỳ lúc (-) lúc (+) (xem hình vẽ);
+ Tắt dần không chu kỳ (không sinh nước va (+)
4. Đồ giải đối với ống có đặc tính thay đổi dọc ống
Lấy ví dụ dồ giải cho đường ống (hình 14-14,a) có hai đoạn DB và DA, tương
c
v
,)0
ứng có kích thước như hình vẽ và các thông số
ma
x
ma
x
,,
DB
v
,
DA DB DA
vcc
, đoạn
DB có
DB

µ
nên có
tg
DB
α
µ
=
±
2
, còn đoạn DA có
t
g
DA
β
µ
=
±
2
tương ứng
ta vẽ hai tam giác ngược với các góc
±
α
cho đoạn BD và góc
±
β
cho đoạn DA xem
hình vẽ (14-14,b). Quy luật đóng
τ
=
f

t
()
cho ở hình (14-14,a). Thời gian truyền sóng
A
D
t
s= 02,,
thời gian truyền sóng
DB
t
s
=
04,
, thời gian đóng hết turbine
s
T
s= 16,
.


Hình 14-14. Đồ giải áp lực nước va ống có đặc tính thay đổi dọc ống.


Xác định các điều kiện ban đầu là: tại B-B luôn có
nên các điểm B đều
nằm trên trục hoành. Các điểm
6
B
ξ
= 0

00002020
A
BDD B B
≡
≡
≡
≡
≡
,,,
và có toạ độ (1, 0).
Điều kiện biên tại A-A là
τ
ξ
=
f
v(,)
đã vẽ trên hình (14-14,a). Tiến hành đồ giải:
+ Tìm điểm
04
04
04
,
,
,
(,)
Av
A
A
ξ

, nó là giao điểm của phương trình đường thẳng:

02 04
02 04
2
,,
,,
()
D
A
DA
D
A
vv
ξξ
µ−=− −
và biên
04 075,,=
τ
→ điểm
04,
A

+ Tìm điểm
, nó là giao điẻm của hai đường thẳng sau:
06
06
06
,
,

,
(,)
Dv
D
D
ξ

04 06
04 06
2
,,
,,
()
A
D
DA
A
D
vv
ξξ
µ−= −


+ Tìm điểm
02 06
02 06
2
,,
,,
()

BD
DB
BD
vv
ξξ
µ−=− −
→ được điểm
06,
D
.
+ Tìm điểm
1
1
1
Bv
B
B
(,)
ξ
, nó là giao điểm của trục hoành và đường thẳng;

06 1
06 1
2
,
,
()
DB
DB
DB

vv
ξξ
µ−= −
được điểm
1
B
.
08
08
08
,
,
,
(,)
Av
A
A
ξ
nó là giao điểm của phương trình đường thẳng:
215

06 08
06 08
2
,,
,,
()
D
A
DA

D
A
vv
ξξ
µ−=− −
và biên
08 05,,=
τ
→ được điểm
08,
A
.

a hai phương trình đường thẳng:
+ Tìm điểm
1
1
1
Dv
D
D
(,)
ξ
, nó là giao điểm củ

06 1
06 1
2
,
,

()
BD
DB
BD
vv
ξξ
µ−=− −


2 ()
08 1
08 1
,
,
A
D
DA
A
D
vv
ξξ
µ−= −
→ được điểm
1
D
.
+ Tìm điểm
1,2
1,2
1,2

Av
A
A
(,)
ξ
, nó là giao điểm của phương trình đường thẳng:

2
D
216
11,2
11,2
A
D
A
AD
vv
µ−=− −
và
1,2 0 25= ,
ξξ
()
1,2
A
. → được điểm
τ
+ Tìm điểm
1,4
Dv
D

D
(,)
ξ
, nó là giao điểm giữa hai đường thẳng:
1,4
1,4

11,4
11,4
2
BD
DB
BD
vv
ξξ
µ−=− −
()


2
1,2 1,4
1,2 1,4
A
D
A
D
vv
DA
ξξ
µ−= −()

→ được điểm
1,4
D
.
+ Tìm điểm
1,6
1,6
1,6
Av
A
A
(,
ξ
)
, nó là giao điểm giũa phương trình:
1,4 1,6
1,4 1,6
2
D
A
DA
D
A
vv
ξξ
µ−=− −
()
và biên
1,6
A

. → được điểm

c = 0
τ
+ Và cứ thế ta lần lượt xác định các điểm tiếp theo. Nối các điểm A ta được
ường biểu diễn áp lực nước va tại A-A, nối các điểm D lại ta có đường biểu biễn áp lực
ước va tại D-D.
Chú ý: Khi viết phương trình truyền sóng giữa A và D phải thời đoạn là 0,2 s,
hi viết phương trình truyền sóng giữa B và D phải lấy thời đoạn là 0,4 s.
5. Đồ giải đối với ống phân nhánh
Ta xét ống phân nhánh (hình 14-15,a) gồm hai nhánh AD' và CD''', với trường
ợp mặt cắt C đóng từ đầu và trong suốt quá trình không mở, đầu ống A đóng mở theo
uy luật á
= f(t) (hình vẽ) và dựa vào quy luật này vẽ được điều kiện biên tại A là các
. Các điều kiện khác gồm có:
ξ
==00
D luôn có điều kiện :
qq
''
=
Lập ba hệ toạ độ
đ
n

k


h
q c

τ
τ

B
C
v
,
, tại
DDD
DDD
q
vvv
''''
'' ' '''
+ ⇒ =+

ξ
τ
~
~
v
cho riêng ba đoạn ống : AD', CD''', D''B với các
thông số
A
DCD DB''' ''
và các góc
'
,,
µ µµ
±

α
tương ứng (xem hìmh 14
i như sau:
-15,b). Sau đó
tiến hành đồ giả

Trên đoạn AD': Trước khi đóng (mở) thì điểm
0
0
0
Av
A
A
(,)
ξ
trùng với điểm D'
ở thời đoạn 1 s là
1
1
1
Dv
D
D
'
(,)
'
'
ξ
tại v = 1, nghĩa là:
001

10
ADD
≡≡
'
(, )
.
+ Sau 2 s (tức 1 pha) ta có điểm
2
2
2
Av
A
A
(,)
ξ
là giao của phương trình đường:
12
12
2
D
A
AD
D
A
vv
'
'
'
()
ξξ

µ
−=− −
và điều kiện biên
2
τ
, → được điểm
2
A
.
+ Tìm điểm
)
sau thời gian 3s , nó nằm trên đường đi qua
3
3
3
D
v
D
D
'
(,
'
'
ξ
2
A
:
23
23
2

A
D
AD
A
D
vv
ξξ
µ
−= −
'
'
'
()

và một đường nữa chưa biết, cần phải phải xét thêm đoạn ống khác nữa để xác định.
Trên đoạn CD''': Ở trạng thái ban đầu (tức là sau 2sec) khi ở A thay đổi thì ở C
chưa thay đổi, nên
2
0
C
ξ
=
còn
2
0
C
v
=
(vì van C đóng) vậy điểm
2

00
C
(,)
.
217
CD
vv
ξ
µ
−= −
'''
()
đi qua điểm Nhưng chưa xác định.
Trên đoạn BD'': Các điểm có cùng toạ độ (1, 0):
3
Điểm
3
3
3
D
v
D
D
'''
(,)
'''
'''
ξ
sau 3sec là giao điểm của phương trình đường thẳng:
CD

CD
'''
'''
2
C
.
3
D'''
23
23
2
ξ
01 2
BBBB
≡
≡
≡
.
Sau 3sec điểm
nằm trên đường thẳng đi qua điểm sau:
Điểm ũng chưa được xác định.
3
3
3
D
v
D
D
''
(,)

''
''
ξ
1
B
13
13
2
BD
BD
BD
vv
ξξ
µ
−=− −
''
''
''
()
.
3
D''
c

Hình 14-15. Đồ giải nước va ống rẽ nhánh.

Cần tìm ba điểm trên:
3
D'
,

3
D''
và
3
D'''
. Ta đã có ba phương trình chứa ba
Ở đây ta dựa vào điều
để giải
nếu số a thoả mãn điều kiện
thì giả thiết đúng.
Vậy các điểm
, được xác định và ta đồ giải tiếp.
+ Tìm điểm
điểm trên, cần tìm thêm một điều kiên nữa để xác định chúng.
iện tạ
DD D''''''
ξ ξ
=
và
k i điểm giao D của ba ống:
3
ξ
=
3 3
333
DDD
vvv
'' ' '''
=+
theo các bước sau: - Giả thiết

33 3
DD D''''''
ξξ ξ
==
= a ( là một giá trị nào đó);
- Thay số a vào các phương trình trên để tìm ra các
DD D
vv v
''''''
,, ,
33 3
333
DDD
vvv
'' ' '''
=+
3
D'
3
D''
,
3
D'''
Trên đoạn AD':
4
4
4
Av
A
A

(,)
ξ
, nó là giao điểm của phương trình sau:
34
34
2
D
A
AD
D
A
vv
'
'
'
()
ξξ
µ
−=− −
và biên
4
τ
.
218
+ Tìm điểm
)
nó là giao điểm của phương trình sau:
5
5
5

D
v
D
D
'
(,
'
'
ξ
45
45
2
A
D
AD
A
D
vv
ξξ
µ
−= −
'
'
'
()
đi qua điểm
4
A
và cần một điều kiện nữa mới
m đượ

'''
(vì ).
,)
'''
ξ
, nó nằm trên đường thẳng đi qua điểm và
còn một điều kiện nữa sẽ xét sau.
Trên đoạn BD'':
''
(, )
''
''
ξ
t điều kiện nữa đẻ tìm điểm
. Ta đã có ba phương trình chứa ba
chúng. Ở đây ta dựa vào điều
i
trình trên để tìm ra các
''
,
điều kiện
thì giả thiết đúng.
được xác định và ta đồ giải tiếp.
Và cách tiến hành tương tự như trên ta lần lượt xác định các điểm tiếp theo như
ình (14-15,b). Nối các điểm A với nhau, nối các điểm D lại ta được các đường biểu
Qua các công thức tính toán nước va chúng ta có thể nhận thấy những yếu tố có
ảnh hưởng đến trị số của áp lực nước va sau đây:
- Áp lực nước tăng khi vận tốc dòng chảy trong đường ống tăng;
- Chiều dài đường ống càng lớn thì áp lực nước va càng lớn;
- Đường kính ống càng nhỏ thì vận tốc càng lớn và áp lực nước va sẽ lớn;

- Thời gian đóng mở turbine
càng ngắn thì áp lực nước va càng lớn;
- Áp lực nướcva phụ thuộc vào quy trình đóng mở turbine;
- Vận tốc truyền sóng nước va có ảnh hưởng lớn đến trị số nước va.
Dựa vào những yếu tố trên ta sẽ tìm biện pháp làm giảm áp lực nước đường ống.

XIV. 3. 2. Các biện pháp giảm áp lực nước va đường ống
Đối với lĩnh vực thiêt kế công trình thuỷ điện ta chú trọng giảm áp lực nước va
theo hướng phương hướng: giảm chiều dài đường ống, tăng thời gian đóng mở turbine
, tăng đường kính ống. Còn quy trình điều chỉnh turbine do nhà chế tạo máy thuỷ lực
đảm nhận. Ta đề cập đến phương hướng công trình sau:

tì c điểm
D'
, ta phải xét đoạn ống sau.
5
Trên đoạn CD''':
C
C
+ Tìm điểm
4
4
4
Cv
(,)
ξ
, nó là giao giữa phương trình đi qua điểm
3
D'''
:

34
34
CD '''
()
−
với trục tung
D'''
2
DC'''
ξξ
µ
−=−
DC
vv
C
v
= 0
+ Tìm điểm
D
v
D
5
5
'''
(
5
4
C
+ Tìm diểm
5

5
5
, nó nằm trên đường thẳng đi qua điểm
3
B
sau:
35
35
2
BD
BD
BD
vv
ξξ
µ
−=− −
''
''
''
()
. Còn mộ
D
v
D
D
5
D''

Cần tìm ba điểm trên:
5

D'
,
5
D''
và
5
D'''
điểm trên, cần tìm thêm một điều kiên nữa để xác định
kiện tại điểm giao D của ba ống:
DD D''''''
ξξ ξ
==
và
DDD
vvv
'' ' '''
=+ để giả
55 5
555
theo các bước sau: - Giả thiết
55 5
DD D''''''
ξξ ξ
==
= b ( là một giá trị nào đó);
phương
55 5
DD D
vv v
''''

,,
- Thay số b vào các
555
DDD
vvv
'' ' '''
=+
nếu số b thoả mãn
Vậy các điểm
5
D'
,
5
D''
,
5
D'''
h
diễn quá trình áp lực nước va tương đôi của các mặt cắt.


XIV. 3. BIỆN PHÁP GIẢM ÁP LỰC NƯỚC VA TRONG ỐNG
XIV. 3. 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số áp lực nước va trong đường ống

s
T
s
T