Tính toán cửa nhận nước nhà máy thủy điện cùng làm việc với nền bằng phương pháp phần tử hữu hạn

L IC M
V i s giúp đ c a phòng
tr

ng

ào t o

N

i h c và Sau

i h c, Khoa Công trình

i h c thu l i, b n bè, đ ng nghi p, đ n nay Lu n v n Th c s k thu t

chuyên ngành Xây d ng công trình th y v i đ tài: “Tính toán c a nh n n
nhà máy th y đi n cùng làm vi c v i n n b ng ph
đã đ

c

ng pháp ph n t h u h n”

c hoàn thành.

Tác gi xin t lòng bi t n chân thành đ n các c quan đ n v và các cá nhân đã
truy n đ t ki n th c, cho phép tác gi s d ng tài li u đã công b trong quá trình
h c t p, nghiên c u v a qua.
c bi t tác gi xin đ
ng

i đã tr c ti p h

c t lòng bi t n sâu s c đ n GS.TS Ph m Ng c Khánh,

ng d n, giúp đ t n tình cho tác gi trong quá trình th c hi n

lu n v n này.
V i th i gian và trình đ còn h n ch , lu n v n không th tránh kh i nh ng thi u
sót. Tác gi r t mong nh n đ

c s ch b o và đóng góp ý ki n c a các th y cô giáo,

c a các Quý v quan tâm và b n bè đ ng nghi p.
Lu n v n đ

c hoàn thành t i Khoa Công trình, Tr

ng

i h c Th y l i.

Hà N i, Tháng 05 n m 2012
Tác gi

Tr n Th Mai Ph

ng

L I CAM OAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi. Các s li u trích
d n là trung th c. Các k t qu nghiên c u trong lu n v n ch a t ng đ

c ng

i nào

công b trong b t k công trình nào khác./.

Tr n Th Mai Ph

ng


M CL C
M

U ....................................................................................................................1

T
1

T
1

CH

NG 1: T NG QUAN V NHÀ MÁY THU

T
1

I N ..................................2
T
1

VÀ CÁC CHI TI T .................................................................................................2
T
1

T
1

S phát tri n c a th y đi n Vi t Nam [2] ........................................................2

1.1
T
1

T
1

T
1

T
1

1.2 Phân lo i nhà máy th y đi n [2] .........................................................................4

T
1

T
1

1.2.2 Phân theo đi u ki n ch u áp l c n

c

T
1

th

ng l u ..........................................4
T
1

1.2.3 Phân lo i theo k t c u nhà máy ..........................................................................5
T
1

T
1

1.3 T ng quan v các h ng m c c a công trình th y đi n [2, 7, 8] ..........................6
T
1

T
1

1.3.1 Công trình đ u m i.............................................................................................6
T
1

T
1

1.3.2 Công trình trên tuy n n ng l

ng ......................................................................7

T
1

1.3.2.1 Công trình l y n

c .............................................................................7

T
1

1.3.2.2

ng h m đ

T
1

T
1

T
1

ng ng áp l c .............................................................7
T
1

1.3.2.3 Công trình đi u áp ................................................................................7
T
1

T
1

1.3.2.4 Nhà máy th y đi n ...............................................................................8
T
1

T
1

1.4 Tác d ng và yêu c u c a c a l y n

c [2] ..........................................................8

T

1

T
1

1.4.1 Tác d ng c a c a l y n

c.................................................................................8

1.4.2 Yêu c u c a c a l y n

c ..................................................................................8

T
1

T
1

T
1

T
1

T
1

1.5 Phân lo i c a l y n

c [1] ..................................................................................9

T
1

1.5.1 C a l y n

T
1

T
1

c có áp ...........................................................................................10

T
1

T
1

1.5.1.1 Thi t b đ t trong c a l y n
T
1

c ..........................................................10
T
1

1.5.1.2 Hình d ng và c u t o c a l y n

T
1

1.5.2 C a l y n

c có áp ..........................................13
T
1

c không áp ....................................................................................15

T
1

T
1

1.5.2.1 V trí và đi u ki n áp d ng .................................................................15
T
1

T
1

1.5.2.2 Phân lo i c a l y n
T
1

Ch
T

1

T
1

T
1

c không áp ....................................................16

ng 2: TÍNH TOÁN C A NH N N

T
1

C B NG PH

NG PHÁP HI N

HÀNH .......................................................................................................................19
T
1

2.1 Các ph
T
1

2.1.1 Ph
T
1

ng pháp tính toán ...............................................................................19
T
1

ng pháp gi i tích: .....................................................................................19
T
1


2.1.1.1 Ph

ng pháp S c b n v t li u ...........................................................19

2.1.1.2 Ph

ng pháp Lý thuy t đàn h i .........................................................20

T
1

T
1

2.1.2 Các ph
T
1

T
1

T
1

ng pháp s .........................................................................................20
T
1

2.1.2.1 Ph

ng pháp sai phân h u h n ..........................................................21

2.1.2.2 Ph

ng pháp ph n t h u h n ...........................................................22

2.2 L a ch n ph

ng pháp tính toán trong lu n v n ..............................................23

T
1

T
1

T
1

T

1

T
1

T
1

2.3 Trình bày các mô hình n n th
T
1

ng dùng và ch n mô hình tính toán trong lu n

v n [1] .......................................................................................................................23
T
1

2.3.1 Khái ni m v mô hình n n ...............................................................................23
T
1

T
1

2.3.4 Mô hình l p không gian bi n d ng t ng th : ..................................................29
T
1

T

1

CH

NG 3 : TÍNH TOÁN C A NH N N

T
1

N N B NG PH
1.3
T
1

Thi t l p ph

NG PHÁP PH N T

C CÙNG LÀM VI C V I

H U H N ........................................30
T
1

ng trình c b n c a bài toán d a trên thu t toán c a ph

ng

pháp ph n t h u h n [6]. .........................................................................................30
T

1

3.1.1 N i dung c a ph

ng pháp ph n t h u h n ...................................................30

T
1

3.1.2 Ph
T
1

T
1

ng pháp tính .............................................................................................31
T
1

3.1.3 Thi t l p h th ng ph
T
1

ng trình c b n c a bài toán.......................................32
T
1

3.2 Áp d ng tính toán c a nh n n
T

1

c nhà máy th y đi n Lai Châu.......................34
T
1

3.2.1 Gi i thi u chung ...............................................................................................34
T
1

T
1

3.2.1.1 V trí công trình ..................................................................................34
T
1

T
1

3.2.1.2 Tóm t t thông s thi t k k thu t công trình ....................................34
T
1

T
1

3.2.1.3 H ng m c c a nh n n

c...................................................................38

T
1

3.2.2 Tính toán k t c u c a nh n n
T
1

T
1

c .....................................................................40
T
1

3.2.2.1 Qui trình, qui ph m s d ng trong tính toán......................................40
T
1

T
1

3.2.2.2 Thông s mô hình. .............................................................................41
T
1

T
1

3.2.2.3 T i tr ng tác d ng ..............................................................................43

T
1

T
1

3.2.2.4 T h p t i tr ng ..................................................................................47
T
1

T
1

3.2.2.5 Các nguyên t c trong tính toán b trí c t thép. ..................................48
T
1

T
1

3.2.2.6 K t qu phân tích ng su t bi n d ng ................................................48
T
1

T
1


3.2.2.7 K t qu tính toán c t thép các b n m ng ch u áp ..............................54
T

1

T
1

3.2.2.8 K t qu tính toán c t thép ph n bê tông kh i l n ..............................64
T
1

T
1

3.2.2.9 B trí c t thép .....................................................................................78
T
1

3.3
T
1

T
1

T
1

Các nh h
T
1

ng c a n n ..................................................................................79
T
1

3.3.1 Trong bài toán t nh ...........................................................................................79
T
1

T
1

3.3.2 Trong bài toán đ ng .........................................................................................82
T
1

T
1

3.3.3 K t lu n ............................................................................................................83
T
1

T
1

K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................84
T
1

T

1

TÀI LI U THAM KH O ......................................................................................85
T
1

T
1


DANH M C CÁC HÌNH V
Hình 1.1: Các công trình trên tuy n n ng l
Hình 1.2: S đ các ki u c a l y n

ng.

c

Hình 1.3: C a l y n

c có áp ki u bên b .

Hình 1.4: C a l y n

c trong thân đ p tr ng l c.

Hình 1.5: C a l y n

c bên b có gi ng c a van

Hình 1.6: C a l y n

c ki u tháp

Hình 1.7: C a l y n

c H a Na - Qu Phong - Ngh An

Hình 1.8: C a l y n

c th y đi n Tuyên Quang

Hình 1.9: C a l y n

c Th y đi n A V

ng

Hình 2.1 ÷ Hình 2.9
Hình 3.1
Hình 3.2: V trí công trình
Hình 3.3: M t c t ngang c a nh n n c
Hình 3.4 : Chính di n th

ng l u

Hình 3.5: Mô hình tính toán nhìn t th

ng l u

Hình 3.6: Mô hình tính toán nhìn t h l u
Hình 3.7: Ph n t shell mô hình thành m ng ch u áp
Hình 3.8: Áp l c n

c tác d ng lên c a nh n n

c

Hình 3.9: L c c u tr c chân dê tác d ng lên sàn c a nh n n
Hình 3.10: T i tr ng tác d ng lên sàn c a nh n n
Hình 3.11: T h p 1 - Chuy n v Ux
Hình 3.12: T h p 1 - Chuy n v Uy
Hình 3.13: T h p 1- Chuy n v Uz
Hình 3.14: T h p 1- ng su t Sz
Hình 3.15: T h p 1 - ng su t Sy
Hình 3.16: T h p 1 - ng su t Sx
Hình 3.17: T h p 2 - Chuy n v Ux

c

c


Hình 3.18: T h p 2 - Chuy n v Uy
Hình 3.19: T h p 2 - Chuy n v Uz
Hình 3.20: T h p 2 - ng su t Sx
Hình 3.21: T h p 2 - ng su t Sy
Hình 3.22: T h p 2 - ng su t Sz
Hình 3.23: Ký hi u các t m
Hình 3.24: Các v trí m t c t t m 1,2,3

Hình 3.25: Các v trí m t c t tr 1 và 2
Hình 3.26: T m 1 - M và N theo ph

ng X

Hình 3.27: T m 1 - M và N theo ph

ng Y

Hình 3.28: T m 2 - M và N theo ph

ng X

Hình 3.29: T m 2 - M và N theo ph

ng Y

Hình 3.30: Tr 1- Các thành ph n n i l c
Hình 3.31: Tr 2- Các thành ph n n i l c.
Hình 3.32: T m 3- Các thành ph n n i l c.
Hình 3.33: T m 1- Các thành ph n n i l c
Hình 3.34: T m P2- Các thành ph n n i l c
Hình 3.35: Các bi u đ đ
Hình 3.36: Bi u đ

ng đ ng ng su t

ng su t

Hình 3.37: Các m t c t tính toán c t thép

Hình 3.38: M t c t 1-1 :Các

ng đ ng ng su t

Hình 3.39: M t c t 2-2:

ng đ ng ng su t Sz và Sx

Hình 3.40: M t c t 2-2 :

ng đ ng ng su t Sy

Hình 3.41: M t c t 3-3 :

ng đ ng ng su t Sx và Sz

Hình 3.42: M t c t 3-3 :

ng đ ng ng su t Sy.

Hình 3.43: M t c t 4-4:

ng đ ng ng su t Sz

Hình 3.44: M t c t 4-4:

ng đ ng ng su t Sz

Hình 3.45: M t c t 5-5 :

ng đ ng ng su t Sx

Hình 3.46: M t c t 5-5 :

ng đ ng ng su t Sy và Sz


Hình 3.47: M t c t 1-1:
Hình 3.48: M t c t 2-2 :

ng đ ng tr c t thép theo ph
ng đ ng tr c t thép ph

Hình 3.49: M t c t 3-3:

ng đ ng tr c t thép ph

Hình 3.50: M t c t 4-4:

ng đ ng tr c t thép theo ph

Hình 3.51: M t c t 5-5:

ng đ ng tr c t thép ph

ng z
ng Z

ng Z
ng Z

ng Z.

Hình 3.52: B trí c t thép c a nh n n c
Hình 3.53: Tr

ng h p 1 - N n không đ

Hình 3.54: Tr

ng h p 2 - N n đ

c mô ph ng

c mô ph ng

Hình 3.55: K t qu chuy n v t i đ nh Ux theo 2 ph

ng án

Hình 3.56: K t qu chuy n v t i đ nh Uy theo 2 ph

ng án

Hình 3.57: K t qu chuy n v t i đ nh Uz theo 2 ph

ng án

Hình 3.58: Gia t c theo ph
MCE.

ng X c a nh n n

c trong tr

ng h p x y ra đ ng đ t


DANH M C CÁC B NG BI U
B ng 1.1: Ti m n ng kinh t - k thu t th y đi n Vi t Nam
B ng 3.1: Các thông s chính c a công trình th y đi n Lai Châu
B ng 3.2:

c tr ng v t li u

B ng 3.3: Ph gia t c v i đ ng đ t c c đ i tin c y, thành ph n n m ngang (MCE-H) và
ph gia t c v i đ ng đ t c s v n hành, thành ph n n m ngang OBE-H cho đ p chính
d án thu đi n Lai Châu, giai đo n thi t k k thu t
B ng 3.4
B ng 3.5: Thông s c a bê tông và c t thép trong tr ng thái gi i h n I
B ng 3.6: K t qu c t thép
B ng 3.7: T n s dao đ ng


1

M
1. Tính c p thi t c a

U

tài:

Ngày nay, công trình thu đi n đóng vai trò quan tr ng trong vi c cung c p n ng
l

ng khi mà nhu c u phát tri n kinh t t ng cao đòi h i nhi u n ng l

thu đi n là ngu n n ng l

ng đi n thì

ng r nh t c n khai thác tri t đ . Ngoài ra nó còn là

công trình l i d ng t ng h p và phòng ch ng thiên tai. Vì v y vi c xây d ng các
công trình thu đi n l i d ng t ng h p ch ng l và c p n

c cho h du s mang l i

hi u qu kinh t cao và là m c tiêu quan tr ng c a công cu c phát tri n đ t n
C a nh n n

c là công trình đ u tiên trong h th ng công trình d n n

nhà máy thu đi n, nó tr c ti p l y n
đ l

ng n

c vào

c t h ch a vào nhà máy đ m b o cung c p

c c n thi t theo yêu c u th y đi n và yêu c u dùng n

Vi c tính toán k t c u c a nh n n

c.

c khác.

c nhà máy thu đi n là vô cùng quan tr ng

t đó xác đ nh hình d ng k t c u công trình đ m b o an toàn n đ nh trong quá trình
v n hành là c n thi t và có tính ng d ng th c t cao.
2. M c đích c a

tài:

Nghiên c u các y u t

nh h

ng đ n s làm vi c c a c a nh n n

c c a nhà

máy th y đi n đ t đó có bi n pháp tính toán xác đ nh hình d ng k t c u công trình
đ m b o an toàn n đ nh trong quá trình v n hành.
3. 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 v nhà máy th y đi n và c a nh n n

-

Tìm hi u v các ph

-

Mô ph ng c a l y n

c nhà máy th y đi n

ng pháp tính toán k t c u c a nh n n

c

c làm vi c cùng v i n n trong ph n m m ansys. Tính toán

ng su t bi n d ng.
- Phân tích các nh h
4. K t qu d ki n đ t đ

-

ng c a n n đ n ng su t bi n d ng.
c:

Tính toán ng su t bi n d ng và b trí c t thép c a nh n n

- Xem xét nh h
đ ng đ t.

c.

ng c a n n trong tính toán trong bài toán t nh và bài toán k t i


2

CH

NG 1: T NG QUAN V NHÀ MÁY THU

I N

VÀ CÁC CHI TI T

1.1 S phát tri n c a th y đi n Vi t Nam [2]
tn

c Vi t Nam có trên 1000 con sông, su i đ

ph m vi c n
sông

c phân b đ u kh p trong

c, v i tr n ng kho ng 280 t KWh. Trên các tri n sông l n nh

à, sông Lô, sông Mã, sông C , sông C u Long… đ u có kh n ng xây d ng

các tr m th y đi n công su t l n ho c t

ng đ i l n.

n nay, chúng ta đã có tr m

th y đi n Thác Bà 120MW, S n La 2400MW, Tuyên Quang 342MW… và hi n
đang xây d ng các tr m th y đi n l n khác nh Lai Châu 1200MW, Hu i Qu ng
520MW…Ngoài ra, trên các sông su i nh c ng đã và đang đ

c xây d ng nhi u

tr m th y đi n v i công su t >1MW.
Ti m n ng lý thuy t v th y đi n trên t t c các h th ng sông c a Vi t Nam
kho ng 300 t Kwh/ n m, trong đó l u sông H ng là 122 t Kwh/ n m (chi m 41%
lý thuy t), sông

ng Nai 27.35 t 300 t Kwh/ n m (chi m 9%) và sông Sê San

16,46 t Kwh/ n m (chi m 6%). Trên toàn qu c, m t s l u v c sông có ti m n ng
th y đi n l n nh sông à, sông

ng Nai, Sê San, Srepok, sông Ba, sông V Gia-

Thu B n, sông Lô - Gâm, sông Mã và sông C . Trong đó l n nh t là sông
kho ng 7800MW, sông Sê San 4000 MW và sông

ng Nai kho ng 1900MW.

Ngoài ra trên các l u v c sông su i nh khác có th khai thác th y đi n nh v i tr
n ng kinh t có th đ t t i 16 t Kwh/ n m.
B ng 1.1. Ti m n ng kinh t - k thu t th y đi n Vi t Nam
Di n tích
km2

S công
trình

T ng công su t
(MW)

à
Lô- Gâm - Ch y
Mã - Chu
C

17200
52500
28400
27200

8
11
7
3

6800
1600
1087
470

2700
6000
2700
1800

H ng
V Gia- Thu B n
Sê San

2800
10500
11450

2
8
8

284
1502
2000

990
4500
9100

L u v c sông

P

à

i n l ng
(kWh)


3

Srêpok

12200

5

730

3300

Ba

13800

17600

6
17

669
3000

2400
12000

ng Nai
Th y đi n nh
T ng c ng

1000-3000
19000-21000

4000-12000
80000-84000

Tr n ng kinh t c a 10 l u v c sông chính chi m 85,9% tr n ng kinh t k
thu t khai thác trên toàn lãnh th . Qua s li u trên cho th y t ng tr l
k thu t c a các l u v c sông chính là h n 18000MW, đi n n ng t

ng kinh t

ng ng kho ng

70t Kwh/ n m, trong đó mi n B c kho ng 9490MW(52% t ng công su t trên các

l u v c chính) t

ng ng kho ng 36,43t Kwh, mi n trung 5655MW(31,2%) t

ng trên 22t kWh và mi n Nam 3000MW(16,5%) t

ng

ng ng 12t kWh.

Theo d th o quy ho ch phát tri n đi n l c qu c gia d báo nhu c u đi n toàn
qu c s t ng bình quân t 14% đ n 16% hàng n m trong giai đo n 2011-2015, t ng
kho ng trên 11,5%/n m giai đo n 2016-2020. Nhu c u đi n s n xu t d ki n n m
2015 là 194 - 211 t kWh; n m 2020 là 329 - 362 t kWh và n m 2030 là 695 - 834
t kWh. Tuy nhiên sau n m 2020 t tr ng th y đi n trong h th ng đi n có xu
h

ng gi m vì ph n l n tr n ng th y đi n đã đ

c khai thác mà nhu c u dùng đi n

t ng cao do đó c n ph i b sung các ngu n n ng l
đi n dùng khí đ t ho c d u. Các ngu n n ng l
l

ng gió, n ng l

ng khác và ch y u là nhi t

ng khác nh đi n nguyên t , n ng

ng m t tr i và th y tri u c ng s đ

c nghiên c u đ a vào s

d ng.
đ m b o cung c p đi n an toàn liên t c cho nhu c u xã h i, v i nhu c u đi n
nh trên, ch
v i ph

ng trình phát tri n h th ng đi n s có quy mô r t l n. Trong QH 7,

ng án c s

d

ki n t ng công su t ngu n đi n n m 2015 s kho ng

42.500MW, g p h n 2 l n n m 2010 v i t tr ng 33,6% thu đi n, 35,1% nhi t
đi n than, 24,9% nhi t đi n d u và khí, kho ng g n 4% ngu n n ng l

ng tái t o

(thu đi n nh , đi n gió, sinh kh i, m t tr i v.v..), còn l i kho ng 2,5% nh p kh u.
n n m 2020 t ng công su t ngu n đi n s kho ng 65.500MW v i t tr ng thu
đi n 26,6% (~17.400MW), nhi t đi n than t ng lên 44,7% (~29.200MW), nhi t


4

đi n d u-khí gi m xu ng 19,6% (~12.800MW), ngu n n ng l

ng tái t o chi m

4,8% (~3.100MW), nh p kh u chi m 2,8% (~1.800 MW) và s có t máy đ u tiên –
1000MW c a nhà máy đi n h t nhân Ninh Thu n. N m 2030 t ng công su t ngu n
đi n lên t i 137.600MW, trong đó thu đi n ch còn chi m 15,3%, nhi t đi n than
t ng lên chi m 56,1%, nhi t đi n d u - khí 12,7%, công su t các nhà máy đi n h t
nhân lên t i 10.700MW v i t tr ng 7,8%, còn đi n nh p kh u chi m kho ng 4,6%.
1.2 Phân lo i nhà máy th y đi n [2]
Nhà máy th y đi n có th làm vi c v i các lo i tuabin khác nhau, nh tuabin
gáo, tâm tr c, cánh quay, chong chóng… Ph m vi dao đ ng c a m c n
l

ng

các nhà máy th y đi n c ng th

máy th y đi n (NMT ), th

c và l u

ng r t l n. Có nhi u cách phân lo i nhà

ng phân ra ba lo i:

1.2.1 Phân theo tr s công su t l p máy (N lm )
R

Phân theo N lm , các n

R

R

c phân lo i không gi ng nhau, đi u đó ph thu c vào

R

m c đ phát tri n kinh t - k thu t c a t ng n
Nói chung th

c.

ng phân nh sau:

-

NMT nh

N lm < 5000 Kw

-

NMT trung bình

N lm = 5000-:-50000 Kw

-

NMT l n

N lm > 50000-:-1000000 Kw

R

R

R

R

R

R

Vi t Nam theo quy ph m QPVN 08-76 c c ng nh theo quy ph m TCVN
5060-90) đã phân ra các c p NMT nh sau:
- C p đ c bi t :

N lm >1000000Kw

- C pI

N lm > 300000 - 1000000Kw

- C p II

N lm > 50000 - 300000Kw

- C p III

N lm > 2000 - 50000Kw

- C p IV

N lm > 200 - 2000Kw

- C pV

N lm ≤ 200Kw

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

1.2.2 Phân theo đi u ki n ch u áp l c n
Có th phân thành hai nhóm sau:

c

th

ng l u


5

-

NMT

ch u áp l c n

c a công trình dâng n
lòng sông c t n

c t phía th

ng l u : Nhà máy này là m t thành ph n

c, nó ch u áp l c n

c t phía th

ng l u, đó là các NMT

c th p ( ho c nhà máy n m trên kênh d n) nh NMT

Thác Bà,

Tr An, Bàn Th ch..
-

NMT không ch u áp l c n

đ p ho c đ

ng d n, n

cđ

c t phía th

ng l u: ây là các NMT ki u sau

c d n vào tuabin theo nh ng đ

ng ng ch y có áp

đ t trong thân đ p ho c đ t h trên m t đ t. ó là các nhà máy th y đi n a Nhim,

C m S n, Su i Cun..
1.2.3 Phân lo i theo k t c u nhà máy
-

NMT không k t h p

-

NMT k t h p x l (nh

x l qua nhà máy ho c tràn mái c t n

c cao ho c

th p)
-

NMT k t h p v k t c u ( nh đ t nhà máy trong thân đ p, trong các m tr ,
trong tháp x n

c..)

-

NMT ki u h và n a h

-

NMT ng m và n a ng m

-

NMT tr n ng

-

NMT th y tri u
Tuy cách phân lo i trên là khá ch t ch d a trên đ c đi m v k t c u c ng nh

v trí c a các NMT trong h th ng công trình, nh ng th c t , th

ng phân lo i các

NMT m t cách đ n gi n:
-

Các lo i NMT ki u lòng sông, sau đ p và đ
+ NMT ki u lòng sông: đ

đ pv ic t n
trình dâng n

ng d n.

c xây d ng trong các s đ khai thác th y n ng ki u

c không quá 35÷40m. B n thân nhà máy là m t thành ph n công
c, nó thay th cho m t ph n đ p dâng. C a l y n

c c ng là thành

ph n c u t o c a b n thân nhà máy
+ NMT

sau đ p đ

c b trí ngay sau đ p dâng n

c. Khi c t n

c cao h n

30÷45m thì 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

c ngay c trong các tr

ng h p t máy công su t l n.


6

N u đ p dâng n

c là đ p bê tông tr ng l c thì c a l y n

n

c turbin đ

đ

c b trí trên phía h l u c a đ p.

+ NMT

đ

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

c và đ

ng ng d n

ng ng d n n

ng d n trong s đ khai thác th y n ng ki u đ

c turbin

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. C a l y n
đ t cách xa nhà máy. Trong tr

ng h p công trình d n n

n

c n m trong thành ph n c a b áp l c; trong tr

đ

ng h m có áp thì c a l y n

l p.

ng d n n

c b trí

c vào nhà máy th

h p tr m th y đi n đ

ng d n c t n

đ uđ

ng là đ

c

c là không áp thì c a l y

ng h p công trình d n n

c là

ng h m và là m t công trình đ c

ng ng áp l c nh ng trong tr

c th p v i đ

ng

ng d n là kênh d n thì có th

b trí nhà máy th y đi n ki u ngang đ p.
- Các lo i NMT ki u đ c bi t: Các lo i NMT ki u tr n ng, th y tri u, k t h p,
ng m…
1.3 T ng quan v các h ng m c c a công trình th y đi n [2, 7, 8]
Công trình th y đi n bao g m các h ng m c ch y u nh công trình đ u m i h
ch a (đ p dâng, tràn x l ..) và các công trình trên tuy n n ng l
đ

ng (c a l y n

c,

ng ng áp l c nhà máy, nhà máy, b x h l u nhà máy…)
Trong ph m vi c a lu n v n này tác gi xin gi i thi u s b các h ng m c chính

c a công trình th y đi n và ch y u đi sâu vào phân tích v h ng m c c a l y n

c

ph c v công tác nghiên c u lu n v n.
1.3.1 Công trình đ u m i
Công trình đ u m i bao g m : đ p ng n n

p ng n n

-

c, tràn x n

c, c ng l y n

c có tác d ng đi u ti t dòng ch y làm nhi m v gi n

ch a đ hình thành c t n

c ph c v m c đích t

c.
ct oh

i cho h l u và làm quay bánh xe

công tác cho nhà máy th y đi n.
p ng n n
+
+

cđ

c chia làm 2 lo i theo v t li u:

p bê tông tr ng l c: bê tông th
p v t li u đ a ph

ng CVC ho c bêtông đ m l n RCC.

ng: là các d ng đ p đá đ , đ p đ t, ho c đ p đ t đá h n h p…


7

- Tràn x n

c: x l

ng n

c th a khi m c n

c trong h v

t quá kh n ng tích

tr cho phép.
- C ng l y n

c: có hay không tùy thu c yêu c u và nhi m v c a công trình đ u

m i dùng đ cung c p n

c cho h du công trình khi có yêu c u v n

c, đ

cb

trí ngay trong thân đ p ho c ki u tháp.
1.3.2 Công trình trên tuy n n ng l
Các h ng m c tuy n n ng l

ng

ng

Hình 1.1: Các công trình trên tuy n n ng l
1- Tháp đi u áp th

ng

ng l u

2- Tháp đi u áp h l u
3- Nhà máy th y đi n
4-

ng h m d n n

c

5-

ng ng d n n

c áp l c turbine

1.3.2.1 Công trình l y n

c

H ng m c công trình l y n
ch a có nhi m v l y n
1.3.2.2

ng h m đ
ng h m đ

đ an

c th

ng đ t

g n công trình đ u m i h

ng h

c tr c ti p t h ch a cung c p cho nhà máy phát đi n.
ng ng áp l c

ng ng d n n

c áp l c có nhi m v d n n

c t h ch a đ

c vào tubin c a tr m th y đi n.

1.3.2.3 Công trình đi u áp
ng ng d n n

c vào turbin c a th y đi n ngoài áp l c thông th

ph i ch u thêm áp l c n

ng còn

c va khi đóng m turbin. N u có th t o ra m t m t


8

thoáng

m t v trí nào đó trên đ

và t i v trí này tr lên th

ng ng thì

ng l u đ

đó áp l c n

c va đ

ng ng s không ch u áp l c n

c gi i phóng
c va n a

Tháp đi u áp chính là m t b ph n t o ra m t thoáng nói trên. Nó có tác d ng
gi cho đ

ng h m d n n

còn làm gi m nh áp l c

c phía tr
ph n đ

c tháp kh i b áp l c n

ng ng d n n

c va. Ngoài ra nó

c t tháp van vào turbin.

N u h m x h l u c a nhà máy dài có th ph i b trí thêm tháp đi u áp h l u
t

ng t nh phía th

ng l u.

1.3.2.4 Nhà máy th y đi n
Nhà máy th y đi n là công trình ch y u c a tr m th y đi n, trong đó b trí các
thi t b đ ng l c: turbine, máy phát và các h th ng thi t b ph tr 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 ngành công nghi p, nông nghi p c ng nh sinh ho t cho nhân dân.
1.4 Tác d ng và yêu c u c a c a l y n
1.4.1 Tác d ng c a c a l y n
C al yn
trình d n n

c [2]

c

c là công trình tr c ti p l y n

c t h ch a ho c t sông vào công

c ho c tr c ti p vào nhà máy th y đi n.

Hình d ng và k t c u c a c a l y n
m i, đi u ki n đ a hình, đ a ch t, đ

c ph thu c vào s đ b trí công trình đ u

ng d n n

c sau c a l y n

c, hàm l

ng cát

c a dòng ch y và các đi u ki n kinh t .
1.4.2 Yêu c u c a c a l y n
-

c

Ph i đ m b o cung c p n

c cho đ

ng d n n

cđ l ul

bi u đ ph t i c a tr m th y đi n và các yêu c u dùng n
-

Có th đóng h n đ ng ng c p n

tra s a ch a đ
n

ng h m d n n

ng c n thi t theo

c khác n u có.

c hoàn toàn trong tr

ng h p h h ng, ki m

c, các b ph n công trình và thi t b sau c a l y

c.

-

Gi cho bùn cát rác b n không vào đ

-

C al yn

ng h m làm h h i công trình và thi t b

c ph i có hinh d ng v trí sao cho n

th t th y l c là nh nh t. N u dòng ch y sau c a l y n
không khí không cu n theo dòng ch y vào đ

ng d n.

c ch y vào thu n dòng t n
c là có áp thì ph i gi cho


9

m b o n đ nh b n v ng, v n hành ti n l i. Giá thành xây d ng và chi phí v n

-

hành là th p nh t.

Hình 1.2: S đ các ki u c a l y n
a, C a l y n

c có áp

1- L

i ch n rác

2- T

ng ch n v t n i

b, C a l y n

c
c không áp

3- Khe van s a ch a
4- Khe van s a ch a – s c
5- T

ng gi a

6- Máy đóng m c a van
7-

ng thông khí

8-

ng cân b ng áp l c

9- C u tr c
10-

ng x cát

1.5 Phân lo i c a l y n

c [1]

Theo tr ng thái dòng ch y trong c a l y n
-

Ki u l y n

c có áp

-

Ki u l y n

c không áp

c phân ra thành 2 lo i


10

Tùy theo v trí t

ng đ i c a c a l y n

k t c u và hình th c l y n

c, còn đ

c phân ra thành c a l y n

đ p, ki u bên b , ki u tháp, c a l y n
1.5.1 C a l y n

c trong công trình đ u m i, đ c đi m

c m t, c a l y n

cd

c có áp

1.5.1.1 Thi t b đ t trong c a l y n

c

Hình 1.3: C a l y n
1- T

ng ch n v t n i

2- L

i ch n rác

3- Khe chung l

c có áp ki u bên b

i ch n rác và phai s a ch a

4- Khe c p v t rác
5- Van công tác
6- Máy đóng m th y l c
7-

ng thông khí

8-

ng cân b ng áp l c

c đ t trong thân

i sâu...


11

a, L
-

i ch n rác:

Tác d ng: ng n gi không cho rác b n vào c a, gây h h i cho các b ph n c a

công trình và turbine
-

Yêu c u ng n gi rác b n hi u qu cao nh t, t o t n th t th y l c nh nh t, k t

c ul
-

i b n v ng, thu n l i cho vi c l p đ t, tháo d và thu d n rác

V trí: l

i ch n rác th

ng đ

c đ t tr

c c a van có tr

và phai s a ch a đ t chung m t khe (trong tr
ph i rút l

ng h p l

i ch n rác

ng h p đó, khi đóng phai s a ch a

i ch n rác lên)

b, Thi t b thu d n rác:
Th

ng dùng m y lo i sau: thi t b cào rác thi t b c t rác, thi t b c p rác. C ng

có th dùng nhi u lo i thi t b ph i h p v i nhau đ v t rác
c, C a van s a ch a
Th

ng đ t ngay sau l

trình c a l y n

i ch n rác. C a van này ch đóng khi c n s a ch a công

c và ph n đ u đ

Van s a ch a th

ng đ

ng h m.

c làm d ng c a van ph ng, khi chi u cao c a l n thì

làm c a van ph ng nhi u t ng. Trong tr

ng h p đ sâu c a van không l n, van s a

ch a làm theo các phai đ c l p.
C a van s a ch a không nh t thi t ph i làm đ cho các khoang c a, mà ch c n
1-3 b dùng chung cho h ng m c. Khi c n đóng đ s a ch a khoang nào thì c n
tr c ch y s đ a c a ho c phai đ n đóng khoang đó.
d, C a van công tác:
N uđ

ng ng d n n

c áp l c đ t l thiên (h trên m t đ t) ho c ng b trí

m t h l u đ p bê tông tr ng l c không có l p bê tông c t thép b o v thì van công

tác th

ng là van đóng nhanh đ b o v an toàn cho công trình và thi t b

phía

sau. Lúc này này van công tác còn g i là van s c .
C a van công tác ch u áp l c r t l n, có tr

ng h p c t n

c tr

cc ađ n

100m. Khi đóng, c a h xu ng dòng ch y có v n t c l n. Nh v y c a van ph i
tính toán ch u đ
n

c áp l c cao nh t, l i ph i đ tr ng l

c ch y khi đóng.

ng th ng l c đ y ngang c a


12

L c đóng m ph i đ l n, n u là c a van s c thì h th ng t đ ng đóng m
ph i nhanh, nh y, luôn

v trí s n sàng làm vi c.

C a van có th làm theo d ng ph ng, van c u, van cung, van đ a.
C a van ph ng bao g m: b n m t cùng v i h khung d m đ , các mép ngoài g n
các gio ng cao su đ gi kín n

c. Bàn tr

t con l n ho c bánh xe l n đ cho c a

van luôn n m đúng v trí trong khe c a và gi m nh ma sát khi đóng m .
Các lo i c a van đ a, van c u, van bán c u th

ng ph i đ t ch t o

các nhà

máy chuyên s n xu t.
e,Thi t b nâng chuy n
ây là thi t b dùng đ ph c v đóng m , tháo l p v n chuy n các c a van, l
ch n rác và v t rác trên l

i

i.

C a van s a ch a và l

i ch n rác có th dùng m t b ph n thi t b đ luân

chuy n dùng cho khoang c a, ch y trên đ

ng ray c đ nh.

V i c a van công tác ho c ho c c a van s c thì ph i có thi t b đóng m riêng
cho t ng c a. Nh ng đ v n chuy n tháo l p, s a ch a v n có th dùng c u tr c
ch y chung. Thông th

ng đ đóng m c a hi n nay dùng máy nâng th y l c, t c

đ 0.2-2 m/ph. N u là c a van s c thì có yêu c u đóng nhanh, sau 2-3 phút ph i
đóng xong hoàn toàn.
f, ng thông khí
Phía sau c a van công tác

đ

ng d n dòng có áp, ph i đ t ng thông khí, đ

khi đóng m dòng ch y rút đi s có không khí qua ng thông khí vào đ
tránh hi n t

ng chân không phát sinh. Và ng

không khí có đ

c l i, khi m c a n

ng d n,

c vào đ y ng,

ng thoát ra.

g, ng cân b ng áp l c
V ic al yn

c có áp, nh t là v i tr

ng h p đ sâu l n khi c a đóng s có

chênh l ch áp l c hai m t c a r t l n, do đó l c m c a ph i l n.
nâng này, c n b trí ng cân b ng áp l c. Tr
dòng ch y vào đ y đ
công tác.

c khi m c a, m

gi m b t l c
ng cân b ng đ

ng ng áp l c, t o ra cân b ng áp. Sau đó m i m cánh c a


13

1.5.1.2 Hình d ng và c u t o c a l y n
C al yn

c có áp đ

a, C a l y n

c có áp

c chia làm m y lo i chính:

c ki u đ p

Hình 1.4 : C a l y n

c trong thân đ p tr ng l c

a, C a l y n

c v il

i ch n rác tháo l p đ

b, C a l y n

cv il

i ch n rác đ t c đ nh d n rác bình th

1- T

c
ng

ng ch n v t n i

2- Van s a ch a
3- Van s c s a ch a
4- L

i ch n rác

5- ng thông khí
6- ng cân b ng áp l c
7- Máy đóng m th y l c
8- ng d n n
- C al yn
ng d n n

c turbin
c đ t trong thân đ p: th

ng đ

c dùng đ l y vào trong đ

c cho các tr m th y đi n đ t trong đ p bê tông.

ng


14

-

C al yn

c c a nhà máy th y đi n ngang đ p : l y n

c tr c ti p t th

ng

l u, d n vào nhà máy, yêu c u v c u t o và các thi t b c ng theo các nguyên t c
nêu trên. C a l y n

c có chung b n đáy bê tông và là m t ph n c a nhà máy, cùng

v i nhà máy chi m m t đo n v trí c a đ p ng n sông. Vì v y nó cùng v i nhà máy
ch u áp l c n

c th

ng l u. C a l y n

nên đ gi m kích th

c ki u này th

ng có ti t di n r ng cho

c c a c a van, có th đ t thêm tr pin trung gian. Chi u dày

các tr pin t 1,5 ÷ 2,6m. Khi có đ t khe lún gi a tr pin, chi u dày tr có th t ng
lên g p đôi. L

i ch n rác có th đ t nghiêng (khi đ sâu nh ) ho c đ t đ ng.

b, C a l y n

c ki u bên b

Hình 1.5: C a l y n

c bên b có gi ng c a van

a, Ki u gi ng khô
b, Ki u gi ng
Th

ng đ

bên b , phía th

t

c dùng cho các tr m th y đi n đ

m t

ng l u và g n v i đ p ng n sông.

V i đ a hình thu n l i, n n đá, c a l y n

vào b , đ t các thi t b thông th
Tr

ng d n có áp. C a l y đ t

c c u t o nh m t kh i bê tông g n

ng nh đã mô t .

ng h p đ a hình không thu n l i nh b quá d c ho c quá tho i có th đ t

gi ng các c a van lùi sâu vào trong, n i v i mi ng c a b ng m t đo n h m d n có áp.


15

L

i ch n rác th

ng đ t nghiêng phía đ u h m d n. Gi ng đ t c a van s a ch a

và van công tác. C a van có th ph ng ho c van cung, khi đó n
bình th

ng nên đ

khi đó n

c g i là gi ng

c ra vào gi ng

t. C ng có th đ t các c a van đ a ho c c u,

c không vào gi ng, g i là gi ng khô.

c,C a l y n

c ki u tháp.

Hình 1.6: C a l y n

c ki u tháp

K t c u ph c t p h n các ki u trên, nh ng có th l y n
theo chi u cao. Các c a l y n

c b ng nhi u dãy l

c có th b trí m t t ng ho c hai t ng. C a l y n

c

có th đ t xung quanh tháp ho c m t phía.
L
th đ t

i ch n rác và c a van s a ch a th
tháp ho c trên đ

1.5.2 C a l y n

ng d n,

ng đ t

tháp, còn c a van công tác có

ngoài ph m vi c a.

c không áp

1.5.2.1 V trí và đi u ki n áp d ng
C al y n
n

c không áp th

ng đ

c không áp, nh ng c ng có khi

b n đ áp d ng c a l y n
C al yn

cđ t
đ

các tr m th y đi n có đ

ng d n n

c không áp là m c n

c không áp th

ng đ

ch y có đ hàm cát l n trong mùa l .

cđ t

c th

ng d n

c có áp. Nh ng đi u ki n c
ng l u thay đ i r t ít.

sông có đ d c và v n t c l n, dòng


16

Chú ý là sau khi xây d ng công trình đ u m i, dòng ch y t nhiên c a sông b
thay đ i, phía th

ng l u đ p b t đ u b i l p. Cùng th i gian, đáy th

lên, v n t c dòng ch y trong mùa l t ng, đem theo cát vào c a l y n
b t dòng ch y mang theo cát vào đ
lý c a c a l y n

ng l u c a công trình đ u m i, n u là đo n cong

ng v phía lõm, còn nh ng đ

ng cong trên m t không mang

ng dòng đáy mang theo cát h

v b l i. Do đó b lõm b xói, b l i b b i. Ch n v trí c a l y n

ng h

c v trí thu n l i, ho c l

phía b lõm

ng hàm cát l n, có th ph i đ t các

ng dòng.

1.5.2.2 Phân lo i c a l y n
Có m t s ki u l y n
-

c

Ki u bên b l y n

c không áp

c không áp sau:
c m t: có m t s d ng nh c a vó ng

ng ng n cát, c a có

ng n l ng cát, c a có h t p trung cát.
-

Ki u bên b có công trình dòng ch y cu n tr

c ng

ng.

- C a bên b có hành lang tháo cát.
-

ng

c đ sâu t nhiên và gi m b t dòng ch y mang cát.

N u không có đ
t

tránh

ng d n và t o thu n dòng ph i ch n v trí h p

thì d ng ch y có d ng cu n (hình 1-9b) nh ng đ

s có đ

c.

c.

Trên đo n sông ngay phía th
theo cát đáy h

ng l u dâng

Ki u chính di n l y n

c m t.

M t s hình nh công trình c a l y n

c c a tr m th y đi n

Vi t Nam