BÀI tập lớn CÔNG TRÌNH THÁO nước đề số 10

Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

BÀI TẬP LỚN

TÍNH TOÁN KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC
ĐỀ SỐ 10

A. ĐỀ BÀI
I. Tài liệu ban đầu
- Dốc nước sau đập tràn có sơ đồ như hình 1

Hình 1: Sơ đồ bố trí dốc nước sau tràn
- Chiều dài từ ngưỡng tràn đến đầu dốc Lo = 30 m
- Chiều dài dốc L = 200 m (trên mặt bằng): 10 đoạn x 20 m
- Độ dốc: i = 0.290
- Vật liệu thân dốc: BTCT M200
- Độ nhám bề mặt: n = 0,017 (∆ = 0,5 mm)
- Gồ ghề cục bộ tại các khớp nối (dự kiến): Zm = 5 mm
- Cao độ đầu dốc: đ = 300,0 m; nhiệt độ nước T = 25o
- Mặt cắt ngang dốc: chữ nhật, B = 20 m
- Lưu lượng thiết kế: QTK =472 m3/s
- Độ sâu đầu dốc: hd =3.04 m
- Hình thức tiêu năng cuối dốc: mũi phun
II. Yêu cầu
- Kiểm tra khả năng khí hóa dòng chảy trên dốc tại các vị trí khớp nối
- Kiểm tra khả năng khí thực trên dốc
- Thiết kế bộ phận tiếp khí để phòng khí thực (nếu có)

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 1

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

B. TÍNH TOÁN
I. KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ HÓA DÒNG CHẢY TRÊN DỐC NƯỚC KHI
THÁO LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ
1.1. Vẽ đường mặt nước trên dốc nước
Dùng phương pháp sai phân, xuất phát từ mặt cắt đầu dốc, tính độ sâu nước tại
các mặt cắt tiếp theo bằng cách thử dần theo phương trình (giả thiết nhiều lần giá trị h,
theo các công thức ta xác định được trị số ∆L, nếu ∆L đúng với cách chọn ban đầu thì
lấy h vừa giả thiết làm giá trị đúng, nếu không thì phải giả thiết và tính lại từ đầu đến
khi ∆L đúng bằng giá trị chọn):
L 

E
i  J TB

Trong đó:
∆L

: Khoảng cách (theo phương ngang) giữa 2 mặt cắt tính toán

∆E

: Chênh lệch năng lượng giữa mặt cắt 1 và mặt cắt 2.
∆E = E2 – E1 ;
E1 h1 

V12
2g

: Năng lượng của mặt cắt 1

V22
2g

: Năng lượng của mặt cắt 2

E 2  h2 

h1 ; h2

: Độ sâu tương ứng tại mặt cắt 1 và mặt cắt 2.

V1 ; V2

: Lưu tốc bình quân tại mặt cắt 1 và mặt cắt 2.

i

: Độ dốc của đáy dốc.

JTB

: Độ dốc thủy lực trung bình giữa mặt cắt 1 và mặt cắt 2.
JTB = (J1 + J2)/2
J1 

V12
C12 R1

: Độ dốc thủy lực tại mặt cắt 1.

V22
C 22 R2

: Độ dốc thủy lực tại mặt cắt 2.

J2 

Kết quả tính toán và vẽ đường mực nước thể hiện ở bảng 1

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 2

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Bảng 1: Kết quả tính toán vẽ đường mực nước trên dốc
Mặt
h
2
V
cắt (m)
C2 g
R
0

hi
(m)

2.920

W
(m2)
58.40

V
(m/s)
8.08

З
3.33

6.25

m


R

25.84

2.26 67.386 101.305

C

J

1.689

33.78

13.97

9.95

11.64

23.38

1.44 62.545

75.182

1.373

27.46

17.19

15.06

16.43

22.75

1.21 60.700

66.694

1.211

24.22

19.49

19.36

20.58

22.42

1.08 59.583

61.920

1.112

22.23

21.23

22.97

24.08

22.22

1.00 58.828

58.841

1.046

20.92

22.57

25.95

27.00

22.09

0.95 58.290

56.720

1.000

20.00

23.60

28.39

29.39

22.00

0.91 57.896

55.202

0.967

19.34

24.41

30.36

31.32

21.93

0.88 57.603

54.090

0.943

18.86

25.03

31.94

32.88

21.89

0.86 57.381

53.261

0.925

18.50

25.52

33.20

34.12

21.85

0.85 57.212

52.637

0.911

18.22

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

25.90

34.19

Trang 3

35.10

21.82

0.84 57.083

52.164

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2

0.0828 0.2072

4.145

20

0.1146 0.1754

3.507

20

0.1442 0.1458

2.915

20

0.1705 0.1195

2.389

20

0.1932 0.0968

1.937

20

0.2122 0.0778

1.555

20

0.2280 0.0620

1.240

20

0.2408 0.0492

0.984

20

0.2351

0.014
10

20

0.2209

0.018
9

4.790

0.2036

0.024
8

0.0505 0.2395

0.1828

0.033
7

20

0.1583

0.046
6

5.391

0.1302

0.066
5

0.0205 0.2695

0.0991

0.099

4

∆L
(m)

0.0664

0.162
3

∆З

0.0345

0.316
2

i - Jtb

0.0064

1.231
1

Jtb

0.2465

S∆L
(m)

0
0
20
0
40
0
60
0
80
0
100
0
120
0
140
0
160
0
180
0
200


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Ghi chú: công thức tính toán trong Bảng 1;
h : Độ sâu mực nước trong dốc (Giả thiết)
 : Chu vi ướt của mặt cắt tính toán ;  = B + 2h (mặt cắt hình chữ nhật)

 : Diện tích mặt cắt ướt ;  = B.h
R : Bán kính thủy lực ; R = /
1
C R  R1/ 6 R
n

V : Vận tốc dòng chày đoạn tính toán ; V = Q/
V2
J : Độ dốc thủy lực ; J  2
C R

Hình 2: Đường mặt nước trên tràn

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 4

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

1.2. Xác định hệ số khí hóa phân giới Kpg
Với chiều dài dốc nước L = 200m, ta chia dốc thành 10 đoạn, mỗi đoạn có chiều
dài ∆L = 20m. Giữa các đoạn phân ta bố trí các khớp nối.
Với giả thiết tại các khớp nối do lún không đều giữa các đoạn sẽ làm phát sinh bậc
lồi (hay bậc thụt) với chiều cao khống chế Zm = 5 mm, góc  = 90o.
Khi đó hệ số khí hóa phân giới (tính cho trường hợp bất lợi nhất là bậc lồi) sẽ là:

K pg 0,125. 0, 65 =2.33

1.3. Xác định hệ số khí hóa thực tế tại các mặt cắt tính toán
Hệ số khí hóa K được xác định theo công thức:
K

H ĐT  H pg
2
VĐT
2g

Trong đó:
HĐT

: Cột nước áp lực toàn phần đặc trưng của dòng chảy ;
HĐT = Ha + h.cos

h

: Độ sâu nước tại mặt cắt tính toán

Ha

: Cột nước áp lực khí trời, tương ứng với cao độ mặt nước tại mặt cắt tính.
Zmn = Zđáy + h



: Góc nghiệng của đáy lòng dẫn so với phương ngang

Hpg

: Cột nước áp lực phân giới.

Ứng với nhiệt độ T = 25o , tra Bảng 2.2 – Tiêu chuẩn Việt Nam – 14TCN
198:2006 được Hpg =0.32 m
VĐT : Lưu tốc đặc trưng khi vị trí có mấu gồ ghề thuộc các đoạn khác nhau trên
dòng chày được xác định theo công thức:
V ĐT V y 

VTB

VTB
1 . 2
V

: Lưu tốc trung bình mặt cắt tại các mặt cắt tính toán.

V
: Hệ số biểu thị quan hệ giữa lưu tốc trung bình và lưu tốc lớn nhất
trong dòng chảy khi chiều dày lớp biên và dạng mặt cắt ngang của dòng chảy đã cho. Với
dòng không áp mặt cắt ngang hình chữ nhật có bề rộng B và độ sâu nước h, V được xác
định theo công thức:

1 
 2  B  2h  


 V    h    B  2  
 ln  2   2 ln 



Bh 
  


ln  3 



∆


 
5 



: Chiều cao nhám tương đương trên bề mặt. Với n = 0.017; ∆ =0.5 mm

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 5

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Sử dụng biểu đồ Hình 2.6 – Tiêu chuẩn Việt Nam – 14TCN 198:2006 xác định
được 1 ; 2 ; . Kết quả tính toán được ghi trong bảng 2.

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 6

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Bảng 2 : Kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa tại các mặt cắt tính toán
L*
(m)

Mặt
cắt

h
(m)

L(m)

0

2.92

0

0

30.00

1

1.689

20

50.82

2

1.37
3

40

3

1.211

60

4

1.112

80

5

1.04
6

100

6

1.000

120

7
8
9
10

0.96
7
0.94
3
0.92
5
0.911

140

160
180
200

Zmn
(m)
302.9
2
295.8
9

Ha
(m)

HĐT
(m)

VTB
(m/s)

y/

L*/

/

11.00

60,000

800.0

9.98

12.78

8.42

9.98

11.61

14.55

11.00 101,648

71.65 289.77

9.99

11.31

17.90

11.00

92.47 283.81

10.00

11.16

20.30

11.00

10.00

11.07

22.10

11.00

10.01

11.02

23.49

11.00 268,240

10.02

10.98

24.57

11.00 309,888

10.02

10.95

25.41

11.00

10.03

10.94

26.06

11.00

10.04

10.92

26.57

11.00

10.04

10.92

26.97

11.00

113.30

277.9
1
272.0
5

134.1
2
154.9
266.20
4
175.7 260.3
7
7
196.5 254.5
9
4
217.4
248.72
2
238.2 242.9
4
1

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 7

143,29
6
184,94
4
226,59
2

351,53
6
393,18
4
434,83
2
476,48
0

1,370.
6
1,849.
4
2,374.
2
2,865.
9
3,282.
4
3,679.
1
4,018.

4
4,518.
2
5,091.
8
5,480.
5

1

2

3
(10 ) (m)

v

VĐT
(m/s)

K

Khả năng
khí hóa

195.0

1.20

0.40

0

0.970

4.19

13.9
0

Không có

195.0

1.11 0.685

0.925

7.30

4.15

Không có

195.0

1.05

0.92
5

0.883

9.17

2.57

Không có

195.0

0.99 1.187

0.837

10.68

1.87

Bắt đầu

195.0

0.97

0.792

12.11

1.44

Mạnh

195.0

0.95

0.754

13.41

1.17

Mạnh

195.0

0.93 1.840

0.718

14.61

0.98

Mạnh

195.0

0.92

0.687

15.68

0.85

Mạnh

195.0

0.90

0.647

16.88

0.73

Mạnh

195.0

0.87

0.604

18.15

0.63

Mạnh

195.0

0.86

0.574

19.24

0.56

Mạnh

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2

1.43
3
1.64
1
2.00
9
2.25
9
2.54
6
2.74
0

Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

II. KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC
Khi khí hóa duy trì trong thời gian đủ dài và dòng chảy có lưu tốc cục bộ tại đỉnh
mấu gồ ghề VĐT > Vng thì thành dốc nước có khả năng bị xâm thực.
Trị số lưu tốc ngưỡng xâm thực Vng của vật liệu bê tông phụ thuộc vào độ bền nén
của vật liệu (Rb)và hệ số hàm khí trong nước S. Ứng với bê tông bề mặt lòng dẫn có R b =
20 Mpa; độ hàm khí trong nước S = 0, tra đồ thị Hình 1.1 – Tiêu chuẩn Việt Nam –
14TCN 198:2006 được Vng =9.55 m/s
Bảng 3 : Kết quả tính toán kiểm tra khả năng xâm thực tại các mặt cắt tính toán
Mặt VTB
Vy
cắt (m/s) (m/s)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

8.42
14.55
17.90

20.30
22.10
23.49
24.57
25.41
26.06
26.57
26.97

1

4.19
7.30
9.17
10.68
12.11
13.41
14.61
15.68
16.88
18.15
19.24

195
195
195
195
195
195
195

195
195
195
195

ξ2
(10-3)
1.20
1.11
1.05
0.99
0.97
0.95
0.93
0.92
0.90
0.87
0.86

Vng
(m/s)

v
0.970
0.925
0.883
0.837
0.792
0.754
0.718

0.687
0.647
0.604
0.574

9.55
9.55
9.55
9.55
9.55
9.55
9.55
9.55
9.55
9.55
9.55

Xét theo lưu
tốc ngưỡng
xâm thực

Xét theo lưu
tốc cho phép
xâm thực

19.15 Không xâm thực
19.02 Không xâm thực
18.64 Không xâm thực
18.15
Có xâm thực

17.42
Có xâm thực
16.72
Có xâm thực
16.05
Có xâm thực
15.47
Có xâm thực
14.74
Có xâm thực
13.98
Có xâm thực
13.38
Có xâm thực

Không xâm thực
Không xâm thực
Không xâm thực
Có xâm thực
Có xâm thực
Có xâm thực
Có xâm thực
Có xâm thực
Có xâm thực
Có xâm thực
Có xâm thực

Vcp
(m/s)

Từ các giá trị VĐT ở Bảng 3 cho thấy
- Từ mặt cắt 0 đến mặt cắt 2 có VĐT < Vng  không bị xâm thực
- Từ mặt cắt 3 đến cuối dốc có VĐT > Vng  có khả năng xâm thực
Bằng nội suy từ biểu đồ lưu tốc V ĐT dọc theo dòng chảy (bảng 2), xác định được
mặt cắt có VĐT = Vng = 9.55 m/s là mặt cắt B (nằm giữa mặt cắt 2 và 3) cách đầu dốc một
khoảng LB = 45.04 m (theo phương ngang của dốc).
Đoạn từ mặt cắt B đến cuối dốc cần có biện pháp bảo vệ chống khí thực. Có nhiều
biện pháp công trình để chống khí thực, căn cứ vào điều kiện kinh tế, kỹ thuật để lựa
chọn các phương án. Đối với bài này, chọn phương án xây dựng bộ phận tiếp khí.
III. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TIẾP KHÍ (BPTK) ĐỂ PHÒNG KHÍ THỰC
3.1. Bố trí các BPTK trên dốc nước
Theo tính toán ở mục trên thì đoạn dốc nước từ sau mặt cắt B (cách đầu dốc 72,4
m) cần được bảo vệ chống khí thực. Để đảm bảo an toàn cho thân dốc, bố trí các bộ phận
tiếp khí như sau:
- BPTK1 đặt tại mặt cắt M1, cách đầu dốc 50 m (theo phương ngang).
- BPTK2 đặt tại mặt cắt M2, cách đầu dốc 100 m (theo phương ngang).
GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 8

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

- BPTK3 đặt tại mặt cắt M3, cách đầu dốc 155 m (theo phương ngang).
Theo cách bố trí này, chiều dài bảo vệ L p của BPTK1 và BPTK2 (theo phương
ngang) là 55 m.

Với phương án bố trí đã nêu, nội suy từ đường mặt nước (Bảng 1) ta có các thông
số thủy lực tại các mặt cắt có bố trí BPTK như sau:
Bảng 4 : Thông số tính toán các bộ phận tiếp khí
Tên
BPTK1
BPTK2
BPTK3

L (m)
50
100
150

Lp (m)
50
50
50

h (m)
1.29
1.05
0.95

V (m/s)
18.34
23.08
24.72

Fr
26.54

51.93
65.23

Fr
5.15
7.21
8.08

3.2. Tính toán bộ phận tiếp khí 1 (BPTK1)

Hình 3 : Bố trí mũi hắt tại BPTK1
1) Xác định chiều cao mũi hắt Zm
Được xác định theo công thức: Z m 

L p . cos 2





25 Fr  1

= 0.41 m

Trong đó:
Lp = 50 (m) : Chiều dài bảo vệ (phương ngang) của BPTK1.
 =16.17 do : Góc hợp bởi bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang.
Fr

: Số Froud ; Fr 

v 2
 26.54 (mặt cắt hình chữ nhật)
gh

2) Chọn độ nghiêng mũi hắt
Sơ đồ bố trí mũi như trên Hình 3
Giả thiết chiều dài mũi Lm =2.3 m; Ta thấy
chiều dài mũi hợp lý:
Ta có :

Zm
 0.177 đảm bảo điều kiện chọn
Lm

Zm 1 1
 
Lm 6 5

tg 

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Z1
 Z 1  Lm .tg = 2.3 x 0.290 = 0.67 m
Lm
Trang 9

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2

Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

 Z 2 Z m  Z1

Z2

 tg  L
m


Mặt khác:

  = 00

3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt
Được xác định theo công thức:
Lb 

h
cos

 Zm
2Z
cos(   ) 
 Fr
Fr sin   Fr. sin 2   m cos



cos 
h
 h


  = 5.81 m



4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp
Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 3.52 m3/s.m
Trong đó:
V = 18.34(m/s)
: Lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên buồng khí, có thể
lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên mũi hắt.
5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp
Được xác định theo công thức: Qa = qa.B = 3.52.20 = 70.38 m3/s
6) Tính diện tích tổng cộng của mặt cắt ngang các ống dẫn khí
Được xác định theo công thức:  a 

Qa
=1.41 m2
Va

Trong đó:
: Lưu tốc khí khống chế trong ống; chọn Va  60 m/s

Va = 50m/s

Vì a = 1,41 m2 nhỏ nên chỉ cần bố trí 2 ống thông khí ở 2 tường bên (n = 2), Khí
đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:
 a1 

a
= 0.7 m2
n

7) Xác định kích thước ống dẫn khí
Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta
Trong đó:
Chọn Ba =1.20 m

: Độ dài cạnh theo phương dòng chảy.

Chọn ta = 0.70 m

: Độ dài cạnh theo chiều dày tường.

Với kích thước đã chọn, vận tốc khí trong ống dẫn khí:
Va 

Qa
= 41.89 m/s
n.Ba .t a

8) Xác định độ chân không ở trong buồng khí
Độ chân không (tính theo mét cột nước) ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí
vào buồng xác định theo công thức:

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 10

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

hck 

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Va2 a
= 0.33 m
2 g. a2 

Trong đó:
Va = 41.89 m/s

: Lưu tốc khí trong ống.

a : Hệ số lưu lượng của ống dẫn khí;  a 

1
1   i

0.592

i : Tổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất tại cửa vào, các

đoạn uốn cong và tổn thất dọc đường
Tổn thất tại cửa vào: cv = 0.50 (cửa vào không thuận)
Tổn thất tại vị trí uốn cong gấp 90o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang nằm
ngang ở đáy dốc): u = 1.10
Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La  H t 
Với

Ht =2.60 m

B
2

=5.93 m

: Chiều cao thành lòng dẫn

B1 = 6.67 m : Bề rộng của mỗi khoang (1 khoang)
Hệ số tổn thất dọc đường :  d 

2 gLa
=0.25
C2R

a : Trọng lượng riêng của không khí (KN/m³)
 : Trọng lượng riêng của nước (KN/m³)
Trong điều kiện bình thường, lấy

a
1


 780

Để đảm bảo ổn định của đường tháo, trị số hck không được vượt quá 0,5m. Ta thấy
hck = 0.33 m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định.
9) Tính toán kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt:

Hình 4 : Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí
Bề mộng máng : Bmk = Ba =1.20 m
Chiều sâu: tmk = ta – Zm =0.70 – 0.41 = 0.29 m

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 11

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

10) Tính toán chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK
Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 3.64 (m)
Trong đó:
hb : Chiều cao lớn nhất của buồng khí
hb Z m 

V2
cos 2  .(tg  tg ) 2 =1.85 m
2g

h : Chiều dày lớp nước phía trên buồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước trên
mũi hắt)
∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp công trình, chọn ∆H = 0,5 m
Kết quả tính toán các BPTK ghi trên Bảng 5
3.3. Tính toán bộ phận tiếp khí 2 (BPTK2)

Hình 5 : Bố trí mũi hắt tại BPTK2
1) Xác định chiều cao mũi hắt Zm
Được xác định theo công thức: Z m 

L p . cos 2



 = 0.28 m

25 Fr  1

Trong đó:
Lp = 50 m

: Chiều dài bảo vệ của BPTK2,

 =16.17 do : Góc hợp bởi bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang
Fr

: Số Froud ; Fr 

v 2

 49.63 (mặt cắt hình chữ nhật)
gh

2) Chọn độ nghiêng mũi hắt
Sơ đồ bố trí mũi như trên Hình 5
Giả thiết chiều dài mũi Lm =1.50 m; Ta thấy
chiều dài mũi hợp lý:
Ta có :

Zm
0.186 đảm bảo điều kiện chọn
Lm

Zm 1 1
 
Lm 6 5

tg 

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Z1
 Z 1  Lm .tg =0.44 m
Lm

Trang 12

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2

Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

 Z 2 Z m  Z1

Z2
  = 00

tg



Lm


Mặt khác:

3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt
Được xác định theo công thức:
Lb 

h
cos

 Zm
2Z
cos(   ) 
 Fr
Fr sin   Fr. sin 2   m cos



cos 
h
 h


  =5.79 m



4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp
Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 4.31 (m3/s.m)
Trong đó:
V = 22,57 (m/s)
: Lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên buồng khí, có thể
lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên mũi hắt.
5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp
Được xác định theo công thức: Qa = qa.B =86.20 m3/s
6) Tính diện tích tổng cộng của mặt cắt ngang các ống dẫn khí
Được xác định theo công thức:  a 

Qa
= =1.72 m2
Va

Trong đó:
Va =50.00 m/s

: Lưu tốc khí khống chế trong ống; chọn Va  60 m/s

Vì a =1.72 m2
nhỏ nên chỉ cần bố trí 2 ống thông khí ở 2 tường bên (n = 2),
Khí đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:
Như vậy, tổng cộng có 2 ống thông khí (1 ống ở tường bên, 1 ống ở trụ). Khí đó diện tích
tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:
 a1 

a
1.72/2=0.86 m2
n

7) Xác định kích thước ống dẫn khí
Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta
Trong đó:
Chọn Ba =1.20 m

: Độ dài cạnh theo phương dòng chảy.

Chọn ta =0.70 m

: Độ dài cạnh theo chiều dày tường.

Với kích thước đã chọn, vận tốc khí trong ống dẫn khí:
Va 

Qa
= 51.31 m/s
n.Ba .t a

8) Xác định độ chân không ở trong buồng khí

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 13

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Độ chân không (tính theo mét cột nước) ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí
vào buồng xác định theo công thức:
hck 

Va2 a
= 0.49 m
2 g. a2 

Trong đó:
Va = 51.31 (m/s)

: Lưu tốc khí trong ống.

a : Hệ số lưu lượng của ống dẫn khí;  a 

1
1   i

0.592

i : Tổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất tại cửa vào, các
đoạn uốn cong và tổn thất dọc đường
Tổn thất tại cửa vào: cv = 0.50 (cửa vào không thuận)
Tổn thất tại vị trí uốn cong gấp 90 o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang
nằm ngang ở đáy dốc): u = 1.10
Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La  H t 
Với

Ht =2.60 m

B
2

=5.93 m

: Chiều cao thành lòng dẫn.

B =20.00 m : Bề rộng của mỗi khoang (1 khoang)
Hệ số tổn thất dọc đường :  d 

2 gLa
= 0.25
C2R

a : Trọng lượng riêng của không khí (KN/m³)
 : Trọng lượng riêng của nước (KN/m³)
Trong điều kiện bình thường, lấy

a
1

 780

Để đảm bảo ổn định của đường tháo, trị số hck không được vượt quá 0,5m. Ta thấy
hck = 0.49 m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định.
9) Tính toán kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt:

Hình 6 : Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí
Bề mộng máng : Bmk = Ba =1.20 m
GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 14

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 0.70 – 0.28= 0.42 (m)
10) Tính toán chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK
Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 3.75 (m)
Trong đó:
hb : Chiều cao lớn nhất của buồng khí
V2
hb Z m 

cos 2  .(tg  tg ) 2 =1.72 m
2g

h : Chiều dày lớp nước phía trên buồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước trên
mũi hắt)
∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp công trình, chọn ∆H = 0,5 m
Kết quả tính toán các BPTK ghi trên Bảng 5
3.4. Tính toán bộ phận tiếp khí 3 (BPTK3)

Hình 7 : Bố trí mũi hắt tại BPTK3
1) Xác định chiều cao mũi hắt Zm
Được xác định theo công thức: Z m 

L p . cos 2



 = 0.19 m

25 Fr  1

Trong đó:
Lp = 50 m

: Chiều dài bảo vệ của BPTK2,

 =16.17 do : Góc hợp bởi bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang
Fr

: Số Froud ; Fr 

v 2
 64.00 (mặt cắt hình chữ nhật)
gh

2) Chọn độ nghiêng mũi hắt
Sơ đồ bố trí mũi như trên Hình 7
Giả thiết chiều dài mũi Lm =1.00 m; Ta thấy
chiều dài mũi hợp lý:

Zm
0.193 đảm bảo điều kiện chọn
Lm

Zm 1 1
 
Lm 6 5

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 15

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

tg 

Ta có :

Z1
 Z 1  Lm .tg =0.29 m
Lm

 Z 2 Z m  Z1

Z2
  = 00

tg



Lm


Mặt khác:

3) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt
Được xác định theo công thức:
Lb 

h
cos

 Zm
2Z

cos(   ) 
 Fr
Fr sin   Fr. sin 2   m cos


cos 
h
 h


  =5.17 m



4) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp
Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 4.19 (m3/s.m)
Trong đó:
V = 24.56 (m/s)
: Lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên buồng khí, có thể
lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên mũi hắt.
5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp
Được xác định theo công thức: Qa = qa.B =83.88 m3/s
6) Tính diện tích tổng cộng của mặt cắt ngang các ống dẫn khí
Được xác định theo công thức:  a 

Qa
=1.68 m2
Va

Trong đó:

Va =50.00 m/s

: Lưu tốc khí khống chế trong ống; chọn Va  60 m/s

Vì a =1.68 m2
nhỏ nên chỉ cần bố trí 2 ống thông khí ở 2 tường bên (n = 2),
Khí đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:
Như vậy, tổng cộng có 2 ống thông khí (1 ống ở tường bên, 1 ống ở trụ). Khí đó diện tích
tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:
 a1 

a
1.68/2=0.84 m2
n

7) Xác định kích thước ống dẫn khí
Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta
Trong đó:
Chọn Ba =1.20 m

: Độ dài cạnh theo phương dòng chảy.

Chọn ta =0.70 m

: Độ dài cạnh theo chiều dày tường.

Với kích thước đã chọn, vận tốc khí trong ống dẫn khí:
Va 

Qa

= 49.93 m
n.Ba .t a

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 16

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

8) Xác định độ chân không ở trong buồng khí
Độ chân không (tính theo mét cột nước) ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí
vào buồng xác định theo công thức:
Va2 a
hck 
= 0.46 m
2 g. a2 

Trong đó:
Va = 49.93 (m/s)

: Lưu tốc khí trong ống.

a : Hệ số lưu lượng của ống dẫn khí;  a 

1

1   i

0.592

i : Tổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất tại cửa vào, các
đoạn uốn cong và tổn thất dọc đường
Tổn thất tại cửa vào: cv = 0.50 (cửa vào không thuận)
Tổn thất tại vị trí uốn cong gấp 90 o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang
nằm ngang ở đáy dốc): u = 1.10
Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La  H t 
Với

Ht =2.60 m

B
2

=5.93 m

: Chiều cao thành lòng dẫn.

B =20.00 m : Bề rộng của mỗi khoang (1 khoang)
Hệ số tổn thất dọc đường :  d 

2 gLa
=0.25
C2R

a : Trọng lượng riêng của không khí (KN/m³)
 : Trọng lượng riêng của nước (KN/m³)

Trong điều kiện bình thường, lấy

a
1

 780

Để đảm bảo ổn định của đường tháo, trị số hck không được vượt quá 0,5m. Ta thấy
hck = 0.46 m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định.
9) Tính toán kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt:

Hình 8 : Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí
GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 17

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2


Trường Đại học Thuỷ lợi

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Bề mộng máng : Bmk = Ba=1.20 m
Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 0.70– 0.19= 0.51 (m)
10) Tính toán chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK
Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 3.10 m
Trong đó:
hb : Chiều cao lớn nhất của buồng khí
hb Z m 

V2
cos 2  .(tg  tg ) 2 =1.63 m
2g

h : Chiều dày lớp nước phía trên buồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước trên
mũi hắt)
∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp công trình, chọn ∆H = 0,5 m
Kết quả tính toán các BPTK ghi trên Bảng 5
Bảng 5 : Thông số tính toán BPTK
Thông số
Vị trí đặt

Ký hiệu Đơn vị
L
m

BPTK1
50.00

BPTK2
95.00

BPTK2
145.00

Chiều cao mũi hắt

Zm

m

0.41

0.28

0.19

Chiều dài mũi hắt
Góc nghiêng mũi hắt

Lm


m
Độ

2.30
0.00

1.50
0.00

1.00
0.00

Chiều dài buồng khí sau mũi hắt

Lb

m

5.81

5.79

5.17

Lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp

Qa
n
a1

m³/s

70.38
2

86.20
2.00

83.88
2.00

m²
m

0.86
1,20 x

0,70

0.84

Ba x t a

0.70
1,20 x
0,70

1,20 x 0,70

Độ chân không ở trong buồng khí

hck

m

0.33

0.49

0.46

Bề rộng máng khí

Bmk

m

1.20

1.20

1.20

Chiều sâu máng khí

tmk

m

0.29

0.42

0.51

Chiều cao buồng khí

hb

m

1.85

1.72

1.63

Số ống dẫn khí
Diện tích MCN của 1 ống khí
Kích thước 1 ống dẫn khí

GVHD: GS-TS Nguyễn Chiến

Trang 18

HV: Nguyễn Thị Phượng – CH21C-CS2