NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN KẾT CẤU BUỒNG XOẮN TURBIN TRỤC ĐỨNG CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

-1-

M CL C
M

U
CH

5
NG I: T NG QUAN V NHÀ MÁY TH Y I N

1.1.T NG QUAN V NHÀ MÁY TH Y I N
1.2.T NG QUAN V V N

NGHIÊN C U: TÍNH TOÁN K T

8
17

C U NHÀ MÁY TH Y I N
CH

NG II: C

S

LÝ THUY T VÀ C

S

D

LI U CHO

21

CÔNG TÁC NGHIÊN C U TÍNH TOÁN K T C U BU NG
XO N TURBIN TR C
2.1.CÁC PH
2.1.1. Ph

NG NHÀ MÁY TH Y I N

NG PHÁP TÍNH TOÁN

NG SU T BI N D NG

ng pháp gi i tích

21
21

2.1.1.1 Ph

ng pháp S c b n v t li u

21

2.1.1.2. Ph

ng pháp Lý thuy t đàn h i

22

2.1.2. Các ph

ng pháp s

23

2.1.2.1. Ph

ng pháp sai phân h u h n

23

2.1.2.2. Ph

ng pháp ph n t h u h n

24

2.2. PH

NG PHÁP PH N T

H U H N TRONG

26

TÍNH TOÁN K T C U.

2.2.1. N i dung c a ph

ng pháp ph n t h u h n

2.2.2. Tính k t c u theo mô hinh t
2.2.3. Gi i h ph

26

ng thích

30

ng trình c b n

2.2.3.1. Cách gi i h ph

37

ng trình c b n c a ph

ng pháp PTHH

2.2.3.2. X lý đi u ki n biên
2.3.PH N T

37

B C CAO TRONG PH
PH N T

37

NG PHÁP

38

H UH N

2.3.1. Khái ni m v ph n t b c cao

38

2.3.2. H t a đ t nhiên

39


-2-

2.3.2.1. Khái ni m v h t a đ t nhiên

39

2.3.2.2. To đ t nhiên c a ph n t ba chi u

40

2.3.3. Ph n t l c di n b c cao 20 đi m nút

40

2.3.4. M t s nét c b n v thu t toán và ch

ng trình tính ma tr n

43

đ c ng ph n t
2.4.PH N M M TÍNH TOÁN
CH

45

NG III: TÍNH TOÁN K T C U BU NG XO N

TURBIN TR C

49

NG CÔNG TRÌNH SÊ SAN 3A

3.1. GI I THI U CÔNG TRÌNH TH Y I N SÊ SAN 3A
3.2. TÍNH TOÁN B NG PH
3.3. TÍNH TOÁN B NG PH

NG PHÁP C

I N

NG PHÁP PTHH

49
54
64

3.3.1.M c đích tính toán

64

3.3.2.Thông s ban đ u

64

3.3.2.1.Tiêu chu n tính toán

64

3.3.2.2.H s an toàn

64

3.3.2.3.L c tác d ng

64

3.3.3.Mô hình tính toán

68

3.3.4.K t qu tính toán

69

K T LU N VÀ KI N NGH

83

TÀI LI U THAM KH O

85


-3-

DANH M C CÁC HÌNH, B NG BI U
Danh m c các hình v :
Hình 1.1. M t c t ngang nhà máy thu đi n lòng sông.
Hình 1.2. Nhà máy thu đi n lòng sông không k t h p x l qua đo n t máy.
Hình 1.3. Nhà máy thu đi n trong thân đ p tràn.
Hình 1.4. Nhà máy T sau đ p bê tông tr ng l c.
Hình 1.5. S đ b trí nhà máy đ

ng d n.

Hình 1.6. Gi ng máy phát và turbin
Hình 1.7. Ph m vi ng d ng c a các ki u bu ng turbin
Hình 1.8. S đ bu ng xo n
Hình 3.2.1. S đ tính toán k t c u bu ng xo n - m t c t c a vào bu ng xo n.
Hình 3.2.2. S đ tính chuy n t i tr ng b n thân.

Hình 3.2.3. S đ khung.
Hình 3.2.4. S đ t i tr ng tác d ng lên khung.
Hình 3.2.5. Ti t di n các thanh
Hình 3.2.6. Bi u đ mô men đ n v .
Hình 3.2.7. Bi u đ mô men Mp
Hình 3.3 S đ nhà máy
Hình 3.3.1 S đ hình h c ph n t bu ng xo n
Hình 3.3.2(TH1) Chuy n v U x , m
Hình 3.3.3(TH1) Chuy n v U y, m
Hình 3.3.4(TH1) Chuy n v U z , m
Hình 3.3.5(TH1) Chuy n v t ng U sum , m
Hình 3.3.6(TH1)

ng su t σ x , T/m2

Hình 3.3.7(TH1)

ng su t σ y, T/m2

Hình 3.3.8(TH1)

ng su t σ z , T/m2

Hình 3.3.9(TH1)

ng su t σ 1 , T/m2

Hình 3.3.10(TH1)

ng su t σ 3 , T/m2

Hình 3.3.11(TH2) Chuy n v U x , m


-4-

Hình 3.3.12(TH2) Chuy n v U y, m
Hình 3.3.13(TH2) Chuy n v U z , m
Hình 3.3.14(TH2) Chuy n v t ng U sum , m
Hình 3.3.15(TH2)

ng su t σ x , T/m2

Hình 3.3.16(TH2)

ng su t σ y, T/m2

Hình 3.3.17(TH2)

ng su t σ z , T/m2

Hình 3.3.18(TH2)

ng su t σ 1 , T/m2

Hình 3.3.19(TH2)

ng su t σ 3 , T/m2

Danh m c các b ng:

B ng 3.1 Các thông s và ch tiêu chính c a công trình Sê San 3A
B ng 3.2 Quy mô, kh i l ng các h ng m c công trình chính.


-5-

M
I. Tính c p thi t c a

U

tài:

- Hi n nay, v i nhu c u dùng đi n ngày càng t ng trong các ngành công
nghi p đ t n c và trong sinh ho t đ i s ng Nhân dân, vi c phát tri n
th y đi n – ngu n n ng l ng s ch, r là m t trong nh ng chi n l c
hàng đ u c a Vi t Nam. Trong đó nhà máy thu đi n turbin tr c đ ng
đ c s d ng ch y u các công trình l n và r t nhi u các cônh trình
nh . Vi c nghiên c u k t c u kh i bê tông quanh bu ng xo n c a nhà
máy turbin tr c đ ng ch a đ c tho đáng trong các công trình này, tuy
r ng đây là k t c u ch u l c chính c a t máy và có đi u ki n làm vi c
ngo i l c r t ph c t p. S c c a bu ng xo n có th làm bi n d ng
đ ng d n n c vào, làm l ch tr c tua bin - máy phát d n đ n s phá
ho i c a t máy nói riêng và c nhà máy nói chung m c đ nghiêm
tr ng không l ng h t đ c;
- Vi c nghiên c u k t c u bu ng xo n nhà máy thu đi n tr c đây ch
ch y u d a vào mô hình thí nghi m hay áp d ng k t c u c a các công
trình t ng t nên còn nhi u h n ch v c s l p lu n.
tài lu n v n
này s s d ng các ch ng trình tính toán hi n đ i v i ph ng pháp

nghiên c u và phân tích khoa h c nh m đ a ra k t qu chính xác và rõ
ràng nh t v tr ng thái ng su t, bi n d ng bu ng xo n turbin tr c đ ng
c a nhà máy th y đi n nh m kh c ph c các t n t i trong vi c thi t k
các k t c u này;
- Có nhi u ph n m m tính toán b ng ph ng pháp ph n t h u h n nh
Sap 2000, Ansys V10…nh ng ph n m m Ansys V10 là công c m nh
v k t k u 3D nên vi c l p mô hình tính toán cho gi ng máy phát và
gi ng turbin là thích h p nh t. Công tác tính toán này đ ng th i có th
s d ng đ tham kh o áp d ng tính toán cho các công trình t

ng t .


-6-

II. M c đích c a

tài:

- Tính ch t khác nhau c n b n gi a k t qu tính toán tr ng thái ng su t
bi n d ng c ng nh ph ng pháp b trí c t thép c a ph ng pháp tính
toán c đi n và ph ng pháp PTHH v i s h tr các ch ng trình hi n
đ i c a máy tính đi n t .
-

ánh giá đ c tính đúng đ n k t qu tính toán c a m i ph ng pháp t
đó nói lên đ c tính u vi t và các h n ch c a m i ph ng pháp.
a
ra đ c các ch đ o và ph m vi ng d ng các ph ng pháp tính toán
trong các đi u ki n c th khác nhau v c u t o và ho t đ ng c a bu ng

xo n turbin tr c đ ng. Áp d ng cho công trình th y đi n Sê San 3A.
III.
1.

it
it

ng và ph m vi nghiên c u
ng nghiên c u :

- Nhà máy thu đi n có bu ng xo n turbin tr c đ ng (Sê San 3A).
2. Ph m vi nghiên c u :
- Nghiên c u tr ng thái ng su t bi n d ng không gian c a kh i bê tông
bao quanh bu ng xo n c a nhà máy thu đi n turbin tr c đ ng đã đ a
vào ho t đ ng (Sê San 3A).
IV.Cách ti p c n và Ph

ng pháp nghiên c u :

- Trên c s thu th p tài li u, tìm hi u v công trình nghiên c u;
- Tìm hi u tình hình làm vi c c a bu ng xo n turbin tr c đ ng trong các
công trình thu đi n;
- Tìm hi u v công d ng, nguyên lý làm vi c c a bu ng xo n, gi ng máy
phát, turbin;
- Các s đ l c không gian t nh và đ ng tác d ng lên các lo i bu ng xo n
turbin tr c đ ng khác nhau trong các đi u ki n làm vi c khác nhau ;
- Các ph ng pháp nghiên c u c đi n k t c u bu ng xo n turbin tr c
đ ng nhà máy th y đi n ;

-7-

- Dùng ph ng pháp ph n t h u h n (PTHH) v i s tr giúp các ch ng
trình tính toán hi n đ i c a máy tính đi n t (MT T) và các ph ng
pháp c đi n đ tính toán tr ng thái ng su t bi n d ng bu ng xo n
turbin tr c đ ng nhà máy th y đi n c a m t s công trình đã đ a vào
ho t đ ng;
- So sánh k t qu tính toán nói trên gi a hai ph

ng pháp c

đi n và hi n đ i.
V.K t qu d ki n đ t đ
-

c

L p mô hình tính toán theo thu t toán c a ph

ng pháp PTHH.

- Tính ch t khác nhau c n b n gi a k t qu tính toán tr ng thái ng su t
bi n d ng c ng nh ph ng pháp b trí c t thép c a ph ng pháp tính
toán c đi n và ph ng pháp PTHH v i s h tr các ch ng trình hi n
đ i c a máy tính đi n t .
-

ánh giá đ c tính đúng đ n k t qu tính toán c a m i ph ng pháp t
đó nói lên đ c tính u vi t và các h n ch c a m i ph ng pháp.
a

ra đ c các ch đ o và ph m vi ng d ng các ph ng pháp tính toán
trong các đi u ki n c th khác nhau v c u t o và ho t đ ng c a bu ng
xo n turbin tr c đ ng.


-8-

CH

NG I: T NG QUAN V NHÀ MÁY TH Y I N
1.1.T NG QUAN V NHÀ MÁY TH Y I N

Nhà máy th y đi n là công trình th y công trong đó b trí các thi t b
đ ng l c (turbin, máy phát đi n..) và các h th ng thi t b ph ph c v cho s
làm vi c bình th

ng c a các thi t b chính nh m s n xu t đi n n ng cung c p

cho các h dùng đi n. Có th nói đây là m t x

ng s n xu t đi n n ng c a

công trình th y đi n. Lo i và k t c u nhà máy ph i đ m b o làm vi c an toàn
c a các thi t b và thu n l i trong v n hành.
Nhà máy th y đi n đ

c chia thành 3 lo i c b n:

Nhà máy th y đi n lòng sông:
Nhà máy th y đi n lòng sông đ

c xây d ng trong các s đ khai thác

th y n ng ki u đ p có c t n

c không quá 35 – 40m. B n thân nhà máy là

m t ph n công trình dâng n

c, nó thay th cho m t ph n đ p dâng. C a l y

n

c c ng là thành ph n trong c u t o c a b n thân nhà máy. V trí nhà máy

n m trong lòng sông.


-9-

Hình 1.1. M t c t ngang nhà máy thu đi n lòng sông

Hình 1.2 Nhà máy thu đi n lòng sông không k t h p x l qua đo n t máy


- 10 -

Hình 1.3. Nhà máy thu đi n trong thân đ p tràn
- Nhà máy th y đi n sau đ p:
Nhà máy th y đi n sau đ p đ

c b trí ngay sau đ p dâng. Khi c t n

c

cao h n 30 – 45m b n thân nhà máy vì lý do n đ nh công trình không th là
m t thành ph n c a công trình dâng n
máy công su t l n. N u đ p dâng n

c ngay c trong các tr

ng h p t

c là đ p bê tông tr ng l c thì CLN và


- 11 -

đ

ng ng d n n
ng d n n

c turbin đ

c turbin đ

c b trí trong thân đ p bê tông, đôi khi đ

c b trí trên phía h l u c a đ p.

Hình 1.4. Nhà máy T sau đ p bê tông tr ng l c.

ng


- 12 -

1-l

i ch n rác, 2- Van s a ch a, 3- Thi t b đóng m van công tac, 4-

ng

ng turbin, 2- Máy bi n th , 6- Thanh d n máy phát.
- Nhà máy th y đi n đ

ng d n:

Trong s đ th y n ng ki u đ

ng d n ho c k t h p, nhà máy th y đi n

đ ng riêng bi t tách kh i công trình đ u m i. CLN đ t cách xa nhà máy.
Trong tr

ng h p công trình d n n

ph n c a b áp l c; trong tr
trí

đ u công trình d n n

vào nhà máy th y đi n th

c là không áp thì CLN n m trong thành

ng h p công trình d n n

c là có áp thì CLN b

c và là m t công trình đ c l p.
ng là đ

Hình 1.5. S đ b trí nhà máy đ

ng d n n

c

ng ng áp l c…

ng d n.

Bên c nh đó có th phân ra nhà máy th y đi n trên m t đ t (nhà máy
thông th

ng), nhà máy th y đi n ng m đ

c b trí toàn b trong lòng đ t,

nhà máy th y đi n n a ng m v i ph n ch y u c a nhà máy b trí ng m trong
lòng đ t, ph n mái che có th b trí h trên m t đ t.
Các thi t b b trí trong nhà máy th y đi n đ

c chia thành các lo i:

Thi t b đ ng l c, thi t b c khí, thi t b ph , thi t b đi n.
+ Thi t b đ ng l c bao g m turbin th y l c và máy phát đi n.
- Turbin thu l c
+ Thi t b c khí bao g m các lo i c a van và các thi t b nâng chuy n ph c
v cho vi c đóng m và l p ráp s a ch a chúng.


- 13 -

+ Thi t b đi n bao g m: dây d n đi n t máy phát, máy bi n áp chính tr m
phân ph i đi n, h th ng đi n t dùng, h th ng đo l

ng ki m tra và đi u

khi n, thi t b đi u khi n trung tâm.
+ Các h th ng thi t b ph bao g m: H th ng d u, c p n
nén, phòng h a, tháo n

c s a ch a và rò r .

K t c u nhà máy th y đi n th
trên n

c và k t c u ph n d
K t c u ph n d

Ph n d
đ

i n

ng bao g m 2 ph n chính là: K t c u ph n

in

in

c c a nhà máy th y đi n.

c c a nhà máy th y đi n:

c g m các công trình d n n

c (bu ng xo n, ng hút,

ng ng turbin) ho c kênh x đ i v i turbin xung kích. Tu thu c vào lo i

nhà máy và lo i turbin ph n d
ngang đ p ph n d
c al yn

in

in

c có khác nhau.

ng hút, n

i v i tr m thu đi n

c c a nhà máy ngoài bu ng xo n, ng hút còn có

c liên k t v i nhà máy, d n n

thu đi n sau đ p và đ
đ

c k thu t, khí

ng d n ph n d

c vào bu ng xo n qua đ

c tr c ti p vào bu ng xo n. Tr m
in

c ch y u là bu ng xo n và

ng ng áp l c đ t trong thân đ p ho c

ng ng áp l c đ t l thiên (nhà máy th y đi n đ

th y đi n l p turbin xung kích gáo thì ph n d

in

ng d n). Khi nhà máy
c c a nhà máy đ n gi n

vì không có bu ng xo n turbin và hình d ng ph c t p c a ng hút, nó ch là
kênh x d n n
Ph n d

c ra.
in

c c a nhà máy th y đi n, do đ c thù làm vi c c a nhà

máy c ng nh k t c u ph n d
+ V nhà máy th y đi n:
d m và các t

in

cđ

c chia thành các b ph n nh sau:

Bao g m các t

ng th

ng, h l u, các sàn,

ng ng n phòng trong nhà máy thu đi n .

+ Móng nhà máy th y đi n: Bao g m các ph n ti p xúc tr c ti p v i n n
đ a ch t nh b n đáy ng hút ho c c a ra ng hút .
+ Gi ng máy phát, bu ng xo n và gi ng turbin (xem hình v 1.6).


- 14 -

Z
X
Y

Hình 1.6 Gi ng máy phát và turbin
Phân lo i, tác d ng và c u t o c a bu ng turbin:
i. T¸c dông vµ ph©n lo¹i
Bu ng turbin làm nhi m v d n n c t đ ng ng áp l c vào bánh xe
công tác và hình thành đ c tính c a dòng ch y tr c mép vào cánh h ng
dòng. Yêu c u c a bu ng turbin ph i tho mãn các đi u ki n ch y u sau:
m b o phân b đ u dòng ch y theo chu vi tr c các mép vào cánh
h ng n c đ t o nên dòng ch y đ i x ng v i tr c turbin.
m b o t n th t trong bu ng turbin là nh , nh h ng ít đ n đ c tính
n ng l ng c a turbin.
- Ngoài ra trong tr m th y đi n thì bu ng turbin là b ph n có kích th c
ngang l n nh t vì v y bu ng ph i có kích th c ngang nh .
- Kinh nghi m cho th y kích th c và hình d ng (ch chi u r ng m t b ng
B, chi u cao ti t di n vào, góc bao ϕ c a bu ng) c a bu ng turbin có nh
h ng đ n t n th t n ng l ng trong bu ng và các ph n n c qua ti p theo

c a turbin (stato, b ph n h ng n c và bánh xe công tác). Nói chung bu ng
turbin có kích th c l n thì có hi u su t cao h n, m t khác kích th c bu ng
quy t đ nh kh i turbin và kích th c ph n d i n c c a nhà máy, do đó mà
nó có liên quan tr c ti p đ n giá thành xây d ng c a TT . Sau đây là các
ki u turbin và ph m vi s d ng chúng.


- 15 -

II. CÁC KI U BU NG TURBIN VÀ PH M VI S

D NG

D a vào s ph thu c vào c t n c và công su t c a TT mà bu ng turbin
g m các ki u: h , chính di n và bu ng xo n. Hình 1.7 bi u th ph m vi ng
d ng c a các ki u bu ng turbin.
Bu ng turbin ki u h dùng cho c t n c H < 5 ÷ 6m v i turbin c nh có
đ ng kính D 1 ≤ 1, 2m. V n t c n c V trong ki u bu ng này không đ c
v t quá 1m/s.
u đi m c a lo i bu ng này là dòng đ c d n đ u vào cánh h ng, t n th t
nh . Nh c đi m là kho ng cách gi a các t máy ph i đ l n, b r ng tr m
l n B ≥ 4D 1 , không dùng đ c cho các tr m có c t n c và kích th c turbin
l n.

Hình 1.7: Ph m vi ng d ng c a các ki u bu ng turbin (giáo trình turbin)


- 16 -

Bu ng chính di n (hình ng) ho c

bu ng kim lo i d n n c theo h ng
chính di n đ c s d ng v i c t n c
5,5 ÷ 25m trong các turbin tr c ngang
(tâm tr c) v i đ ng kính D 1 = 0,1 ÷ 1,
0m. Các kích th c c b n c a hai ki u
bu ng nói trên gi i thi u ph n cu i
c a ch ng nay.
Bu ng xo n là ki u bu ng turbin
đ c dùng ph bi n nh t hi n nay.
Ki u bu ng này b o đ m d n n c vào
turbin v i kích th c m t b ng c a Hình 1.8: S đ bu ng xo n (giáo trình
turbin)
turbin nh nh t. Ph thu c vào c t
n c, bu ng xo n có th làm
b ng bê tông ho c kim lo i.
Bu ng xo n bê tông: thông th ng lo i này có ti t di n hình thang, góc ôm
nh dùng cho các tr m có c t n c trung bình và nh (H = 3 ÷40m) v i các
thông s ch y u sau B = (2,5 ÷ 3,5)D 1 , ϕ = 1800 ÷ 2250.
Bu ng xo n kim lo i có ti t di n tròn ho c elíp dùng cho tr m có c t n c
trung bình và cao H >45m, B = (2,5 ÷ 4)D 1 , ϕ = 3450 ÷ 3600.
M t s nhà máy th y đi n turbin tr c đ ng t i Vi t Nam:
+ Công trình th y đi n Sê San 3A:
Công trình th y đi n Sê San 3A n m trên sông Sê San gi a th y đi n Sê
San 3 và Sê San 4. Tuy n công trình cách th y đi n Ialy v phía h l u 40km,
cách th xã PleiKu kho ng 70km. Công trình đ c b trí xây d ng trên đ a bàn
xã M Rai, huy n Sa Th y, t nh Kon Tum và xã Yakrai, huy n Iagrai, t nh Gia
Lai. H ch a thu c 3 huy n : Huy n Sa Th y t nh Kon Tum, huy n Iagrai và
huy n Ch P h t nh Gia Lai.
Công trình thu đi n Sê San 3A có công su t l p máy 96 MW, đi n l ng
trung bình hàng n m 475.0 tri u kWh. Nhi m v chính c a công trình là cung

c p đi n n ng cho khu v c mi n Trung, mi n Nam qua h th ng đi n Qu c gia
và kh c ph c s thi u h t đi n n ng vào nh ng n m t i. Ngoài ra công trình còn
t o đi u ki n cho vi c nuôi tr ng th y s n, c i t o môi tr ng và phát tri n d ch
v du l ch.


- 17 -

+ Công trình th y đi n Daksrong:
Th y đi n aksrông v i công su t 18MW xây d ng trên dòng chính
sông Ba. Công trình thu c đ a ph n th tr n Kông Chro, huy n Kông Chro,
t nh Gia Lai, cách th xã An Khê g n 40km theo đ ng b . Th y đi n
aksrông n i v i l i đi n qu c gia b ng đi n áp 110kV, đ u đ n tr m 110
An Khê. i n l ng trung bình hàng n m 67.62 tri u kWh.
+ Công trình th y đi n Tà C :
Thu đi n Tà C d ki n Xây d ng trên Su i N m Công (ph l u c p 1
c a Sông Mã). a đi m xây d ng Công trình n m trên đ a bàn B n Tà C ,
Xã S p C p, huy n S p C p, t nh S n La. Cách th tr n Sông Mã kho ng
25Km v phía Tây B c.
M c tiêu và nhi m v c a d án Thu đi n Tà C là kinh doanh bán đi n
cho EVN, ph c v nhu c u đi n s n xu t và sinh ho t tr c ti p cho các huy n
S p C p, Sông Mã và vùng ph c n v i Công su t l p máy 30MW.
i n n ng đ c hòa vào l
n m là 113,89 Tri u KWh.

i đi n Qu c Gia v i đi n l

ng trung bình

Là tr m Thu đi n đi u ti t ngày đêm, trong đi u ki n yêu c u ph đ nh.

Tr m thu đi n Tà C có th đ m b o phát đi n h t công su t. Ngoài ra thu
đi n Tà C còn t ng thêm đ an toàn l i đi n c a khu v c.
Ngoài ra, còn có r t nhi u công trình khác đang v n hành và thi công
Vi t Nam có s d ng turbin tr c đ ng.
1.2.T NG QUAN V V N

NGHIÊN C U: TÍNH TOÁN K T C U

NHÀ MÁY TH Y I N
Nhà máy thu đi n là m t k t c u không gian g m nhi u c u ki n có
hình d ng ph c t p, đ c ng khác nhau n i li n thành m t kh i ch u các t
h p t i tr ng ph c t p và ph i đ m b o tuy t đ i an toàn. V i k t c u n ng và
hình dáng ph c t p, thêm vào đó s đ t i tr ng tác đ ng lên nhà máy c ng
r t ph c t p nên hi n nay ng
c u th ng nh t.

i ta ch a th tính đ b n nhà máy nh m t k t


- 18 -

Cho đ n nay, có nhi u ph

ng pháp và s đ tính toán k t c u nhà máy

khác nhau ph n ánh tính đa d ng c a nhà máy thu đi n.
Quá trình thi t k các công trình thu đi n c a Vi t Nam là không lâu
so v i th gi i, nh t là vi c tính toán k t c u nhà máy thu đi n. Th i gian
đ u th c hi n xây d ng các công trình thu đi n t i Vi t Nam, ph n nhà máy
v i trang thi t b mua c a n

c ngoài thì ngoài vi c cung c p thi t b , ph n

thi t k và tính toán k t c u toàn b nhà máy thu đi n đ u do chuyên gia
n

c ngoài tính toán cung c p. Ví d : nh ng nhà máy th y đi n đ u tiên đ

c

xây d ng t i Vi t Nam là Su i Vàng, Ancroet, ti p đ n nhà máy th y đi n
Thác Bà, Hòa Bình, IALY và hi n t i là nhà máy l n nh t Vi t Nam nhà máy
thuy đi n S n La đ u do chuyên gia n

c ngoài cung c p, thi t k và tính

toán k t c u ph n nhà máy th y đi n.
Ti p theo đó là ph

ng pháp tính toán k t c u nhà máy m t cách đ n

gi n hóa s đ tính toán b i trong tính toán đã chia kh i nhà máy thành các h
c u ki n đ n gi n và xem t
đã đ

ng t nh là các k t c u có s n v i các t i tr ng

c đ n gi n hoá. V i ph

không đ m b o đ

ng pháp này cho k t qu là sai khác r t nhi u,

c yêu c u v kinh t - k thu t.

G n đây, vi c xây d ng các công trình thu đi n phát tri n m nh, r t
nhi u đ n v t v n tham gia vào công tác thi t k . Công vi c tính toán k t
c u nhà máy v n là m t v n đ ch a th gi i quy t tri t đ .
Quan đi m tính toán t i th i đi m này theo TCVN và Liên bang Nga,
các đ n v t v n trong n

c tính toán thi t k k t c u nhà máy thu đi n

truy n th ng d a trên gi i pháp t t đ nh.

thu n ti n cho vi c mô hình hóa

và tính toán s , th t c phân tích ph n t h u h n đ
hình kh i nhà máy thi t k đ

c s d ng, theo đó mô

c chia thành các c u ki n đ n gi n đ tính

toán, các đi u ki n biên là gi đ nh g n đúng v i các t h p t i tr ng t

ng

ng và vi c tính toán đã áp d ng các ng d ng c a khoa h c công ngh . V i

- 19 -

cách tính toán này đã có s phát tri n rõ r t có r t nhi u u đi m là có th s
d ng r ng rãi không c n đòi h i trình đ tính toán cao và có th nhi u đ n v
hay nhi u ng

i tính cùng tính m t lúc, song còn nhi u t n t i, các b ph n

c a kh i nhà máy là không th ng nh t, các k t qu ch a đ chính xác, không
đúng v i b n ch t làm vi c c a c u ki n là k t c u nhà máy th y đi n, đ c
bi t là không đúng v i th c t t i các đi m cân b ng nút là khác nhau v n i
l c, không t i u kinh t cho công trình. Theo quan đi m này vi c tính toán là
còn r t đ n gi n, d n đ n nhi u sai sót không ki m soát đ
ph n k t c u quá an toàn và ng
Ngày nay, d

c, có r t nhi u

c l i.

i s phát tri n không ng ng c a khoa h c công ngh , do

kh n ng ng d ng m nh m c a các ph n m m phân tích k t c u, v c b n,
s đ tính toán k t c u nhà máy thu đi n có th đ
gi ng công trình th c c v hình dáng kích th
c u. Các t h p t i tr ng và đi u ki n biên đ
công và v n hành c a nhà máy.

c ng

i thi t k l p

c và v t li u s d ng cho k t
c th c hi n t

ng t th c t thi

ph n ánh đúng tác đ ng c a các y u t

ng u nhiên và ph n ánh đúng b n ch t làm vi c ph c t p c a k t c u nhà máy
th y đi n, xu th ti n b trong tính toán k t c u công trình hi n nay là mô
hình hóa không gian. Theo quan đi m tính toán này, tr

c h t đòi h i ng

i

k s thi t k ph i hi u r t rõ v nhà máy c ng nh thi t b b trí trong nhà
máy, đ ng th i ph i có t duy và ki n th c r ng thì m i đ t đ

c k t qu nh

ý mu n, k t qu tính toán m i sát v i th c t nh t, ph n ánh đúng kh n ng
làm vi c c a k t c u nhà máy và cho k t qu tính toán đ t đ tin c y v ch
tiêu kinh t - k thu t c a công trình.
T các k t qu tính toán so sánh gi a các quan đi m tính toán trên cho
th y, vi c tính toán k t c u nhà máy th y đi n theo s đ mô hình không gian
cho k t qu là th c t nh t, tính toán đ

c các s đ ph c t p, ph n ánh đúng

b n ch t làm vi c toàn kh i c a k t c u nhà máy trong c quá trình thi công


- 20 -

và v n hành, d

i s tr giúp c a các công c ph n m m trên c s thu t toán

c a ph n t h u h n có th tính toán r t nhanh, r t an toàn và ti t ki m đa
m c tiêu.
Nh m đ m b o an toàn cho nhà máy thu đi n d

i tác d ng c a m i

t h p t i tr ng t nh và t i tr ng đ ng trong các giai đo n xây d ng, v n hành,
s a ch a, đ ng th i đ m b o v kinh t - k thu t c a công trình, vi c tính
toán k t c u nhà máy th y đi n theo mô hình không gian là c n thi t.


- 21 -

CH

NG II: C

S

LÝ THUY T VÀ C

S

D

LI U PH C V

CÔNG TÁC NGHIÊN C U TÍNH TOÁN K T C U BU NG XO N
TURBIN TR C
2.1.CÁC PH

NG NHÀ MÁY TH Y I N

NG PHÁP TÍNH TOÁN

Hi n nay, có r t nhi u ph

ng pháp đ xác đ nh ng su t và bi n d ng trong

công trình. Có th k ra m t s ph
- Ph

ng pháp gi i tích.

- Ph

ng pháp s .

- Ngoài ra còn có các ph

ng pháp sau:

ng pháp th c nghi m c ng giúp ta tìm đ

ng su t và bi n d ng khi d a vào mô hình t
M i ph

NG SU T BI N D NG

ng pháp đ u có tính u-nh

c

ng thích.
c đi m. Vi c áp d ng là d a vào

yêu c u, tính ch t, m c đ c a bài toán đ t ra.
2.1.1.Ph

ng pháp gi i tích:

N i dung c a ph
ph

ng pháp: tìm nghi m gi i tích th a mãn các

ng trình vi phân t i m i đi m trên công trình và th a mãn các đi u

ki n biên trên b m t (nh ph

ng pháp S c b n v t li u, ph

ng pháp Lý

thuy t đàn h i).
2.1.1.1. Ph

ng pháp S c b n v t li u

N i dung c a ph

ng pháp: coi công trình nh m t thanh đ

c ngàm

ch t vào n n, ch u u n và kéo nén đ ng th i; gi thi t v s phân b

ng su t

pháp

y

trên m t ph ng n m ngang là đ

ng th ng, tr s t i biên đ

c xác

đ nh theo công th c nén l ch tâm.
u đi m: Ph

ng pháp S c b n v t li u đ

c coi là ph

ng pháp tính

toán c b n, giúp ta tính toán ng su t bi n d ng đ n gi n, d dàng. Tính


- 22 -

đ

c các giá tr

chính và ph
Nh

x,

y,

xy

t i các đi m đang xét, t đó xác đ nh đ

c ng su t

ng chính t i m i đi m khác nhau.
c đi m: K t qu tính toán có sai s khá l n, không ph n ánh đúng

tr ng thái ng su t bi n d ng c a công trình. Nguyên nhân là do khi tính toán
theo ph

ng pháp S c b n v t li u, ta coi công trình nh m t thanh đ

c

ngàm ch t vào n n, ch u u n và kéo nén đ ng th i; gi thi t v s phân b
ng su t pháp

y

trên m t ph ng n m ngang là đ

ng th ng, tr s t i biên

đ

c xác đ nh theo công th c nén l ch tâm. M t khác, không th gi i quy t

đ

c các bài toán ph c t p nh có bi n d ng n n, ng su t t p trung, ng su t

t i l khoét, ng su t nhi t, tính d h

ng, không xét đ

c trong giai đo n thi

công.
2.1.1.2 Ph

ng pháp Lý thuy t đàn h i

N i dung c a ph

ng pháp: ph

l i gi i tr c ti p t các ph

ng pháp Lý thu t đàn h i chính là

ng trình vi phân, các ph

ng trình này v a th a

mãn đi u ki n liên t c c a bi n d ng v a th a mãn đi u ki n biên.
u đi m: Ph

ng pháp này gi i quy t đ

c nh ng v n đ nh

su t t p trung, ng su t t i l khoét, ng su t nhi t mà ph
v t li u không gi i quy t đ

dàng, đ chính xác cao.
khó th c hi n đ

c. Tính toán t
Nh

c v i nh ng tr

ng

ng pháp S c b n

ng đ i đ n gi n, áp d ng d

c đi m: Ph

ng pháp Lý thuy t đàn h i r t

ng h p t i tr ng ph c t p, nh áp l c th m

và đ y n i, áp l c bùn cát, đ ng đ t, nh h

ng c a n n, n n d h

ng… K t

qu tính toán ch a sát v i th c t làm vi c c a v t li u là không đ ng ch t, d
h

ng. Không xét đ

gãy, n n có tính d h
h

c nh h

ng bi n d ng c a n n, các l p xen k p, đ t

ng, không tính đ

c trong giai đo n thi công, nh

ng đ ng đ t…
K t lu n: Tính ng su t bi n d ng theo ph

cho k t qu chính xác cao h n so v i ph

ng pháp Lý thuy t đàn h i

ng pháp S c b n v t li u. Cách


- 23 -

tính toán đ n gi n, k t qu ch p nh n đ

c. Th

ng đ

c s d ng trong tính

toán thi t k các công trình c p III tr xu ng.
2.1.2. Các ph

ng pháp s

N i dung c a ph

ng pháp: Các ph

ng pháp s hay ph

hóa có th phân thành 2 nhóm chính: Các ph
mà đ i di n là ph

ng pháp r i r c ki u toán h c

ng pháp sai phân h u h n và ph

lý mà đ i di n là ph

ng pháp r i r c ki u v t

ng pháp ph n t h u h n. Các ph

toán bi n phân, n u nh trong ph

ng pháp r i r c

ng pháp s

là bài

ng pháp sai phân h u h n ta ch thay các

vi phân b ng các sai phân thì trong ph

ng pháp ph n t h u h n (PTHH) ta

thay th h th c (h liên t c) b ng m t mô hình v t lý g n đúng (b ng m t s
h u h n các ph n t ) mà l i gi i c a nó đ

2.1.2.1. Ph

ng pháp sai phân h u h n

N i dung c a ph
ph

c xác đ nh b ng s h u h n s .

ng pháp: Ph

ng pháp sai phân h u h n là m t

ng pháp s c đi n ra đ i t r t lâu, nh ng ch t khi máy tính đi n t

phát tri n thì ph

ng pháp này m i đ

c ng là m t ph

ng pháp r i r c hoá, song khác v i ph

h u h n, ph

ng pháp này là ph

c áp d ng r ng rãi. Ph

ng pháp ph n t

ng pháp r i r c ki u toán h c, nó không

thay đ i gì mi n tính toán mà ch ph lên mi n tính toán m t l
l

ng pháp này

i (có th là

i hình vuông, ch nh t, tam giác, t giác cong…) và nó thay th m t hàm

xác đ nh trong m t mi n liên t c b ng m t hàm l
h n các đi m,

đó đ o hàm này đ

toán biên c a ph
s tuy n tính.

ig mt ph pr ir ch u

c thay th b ng các t sai phân, do đó bài

ng trình vi phân đ

c thay th b i m t h ph

ng trình đ i


- 24 -

u đi m: Ph

ng pháp này v n thu n l i đ i v i m t s bài toán nh

bài toán tính toán thu l c hay khi k t h p v i ph

ng pháp ph n t h u h n

trong vi c gi i các bài toán không d ng (bài toán ph thu c th i gian).
Nh

c đi m: Ph

ng pháp này t

ng đ i đ n gi n nh ng không thu n l i

trong vi c l p trình do khi gi i trên máy tính thì vi c đ a s li u vào khá c ng
k nh (so v i ph

ng pháp ph n t h u h n), và đ c bi t r t khó kh n khi tính

toán nh ng bài toán mà mi n tính toán không thu n nh t có nhi u mi n con
v i nh ng tính ch t c lý khác nhau, nên đ n nay nó ít đ
ph

c dùng h n so v i

ng pháp ph n t h u h n.
Ph

Ph

ng pháp này ch a ph n ánh đ

c s làm vi c c a n n và v t li u.

ng pháp sai phân h u h n không gi i đ

ph c t p.
kích th

chính xác c a ph
c m t l

phân tích đ

i, m t l

c bài toán d h

2.1.2.2. Ph

c các bài toán có đi u ki n biên

ng pháp còn ph thu c vào hình d ng và

i càng dày thì đ chính xác càng cao. Không
ng và trong giai đo n thi công công trình.

ng pháp ph n t h u h n

N i dung c a ph

ng pháp: Ph

ng pháp ph n t

thu c lo i bài toán bi n phân, song nó khác v i ph
đi n

h u h n c ng

ng pháp bi n phân c

ch nó không tìm d ng hàm x p x c a các hàm c n tìm trong toàn

mi n xác đ nh mà ch trong t ng mi n con trong mi n xác đ nh c a nó.

i u

này r t thu n l i khi gi i bài toán mà mi n xác đ nh g m nhi u mi n con có
nh ng đ c tính khác nhau.
Ph

ng pháp ph n t h u h n là ph

ng pháp r i r c ki u v t lý, chia

mi n
tính toán thành các mi n con g i là ph n t . T các ph
chuy n thành ph

ng trình vi phân

ng trình đ i s mà n là chuy n v nút. Gi i h ph

ng


- 25 -

trình vi phân tính đ

c chuy n v nút, t đó tính đ

Hàm n xác đ nh cho mi n con nên gi i đ

c các đ i l

ng khác.

c nhi u lo i v t li u khác nhau.

u đi m:
Ph

ng pháp Ph n t h u h n là m t ph

ng pháp t ng quát và h u hi u

cho l i gi i s nhi u l p bài toán k thu t khác nhau, đ c bi t có hi u qu đ
tìm d ng g n đúng c a m t hàm ch a bi t trong mi n xác đ nh c a nó. T
vi c phân tích tr ng thái ng su t bi n d ng trong các k t c u công trình th y
l i, xây d ng dân d ng, giao thông… cho đ n các bài toán c a lý thuy t
tr

ng nh : lý thu t truy n nhi t, c h c ch t l ng, th y đàn h i, khí đàn h i,

đi n t tr

ng. Ph

ng pháp này đã gi i đ

bi n d ng, tính d h
đ

c bài toán có xét đ n nh h

ng

ng c a n n, xét đ n n n có l p xen k p, đ t g y và gi i

c bài toán có đi u ki n biên ph c t p. Ph n ánh đúng th c t s làm vi c

c a v t li u là không đ ng nh t, không đ ng h

ng. Phân tích đ

c tr ng thái

ng su t bi n d ng quanh v trí l khoét, ng su t t p trung, ng su t nhi t…
mà các ph
đ

ng pháp S c b n v t li u, sai phân h u h n… không gi i quy t

c. C s c a ph

ng pháp này là thay k t c u, môi tr

ng liên t c b ng

m t mô hình bao g m m t s h u h n ph n t riêng l liên k t v i nhau ch
m t s h u h n đi m nút, t i các đi m nút t n t i các l c ho c các đ i l
đ c tr ng khác tùy theo bài toán. Các đ i l
đ

ng

ng tính toán bên trong ph n t

c bi u di n thông qua các tr s t i các đi m nút c a ph n t .
Hi n nay, cùng v i s phát tri n khoa h c công ngh , vi c gi i quy t

bài toán có kh i l

ng l n, k t c u ph c t p đ

c gi i quy t và cho k t qu có

đ chính xác cao.
Nh

c đi m: Kh i l

ng tính toán l n, ph c t p không th th c hi n

b ng th công, m t khác ph i phân tích k t c u th c t đ a v k t c u có tính
toán sao cho h p lý và cho k t qu đúng, sát v i th c t nh t.