4/4/2013
1
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPỒ CHÍ MINH
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC
Giảng viên: PGS. TS. NGUYỄN THỐNG
Email: nthong56@yahoo.fr or nguyenthong@hcmut.edu
Web: http://www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong/
Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
2
Chương 1 : Tổng quan.
Chương 2 : Tài nguyên nước và quy hoạch
khai thác
Chương 3 : Các phương pháp khai thác năng
lượng nước.
Chương 4 : Điều tiết hồ chứa thuỷ điện.
Chương 5 : Đập dâng & công trình tháo lũ.
Chương 6 : Công trình lấy nước và dẫn nước.
Chương 7 : Tháp (giếng) điều áp.
Chương 8 : Đường ống áp lực & hiện tượng
nước va.
Chương 9 : Nhà máy Thuỷ điện.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
3
ĐƯỜNG ÁP LỰC &
HIỆN TƯỢNG NƯỚC VA
1. Tổng quát.
2. Hiện tượng nước va trong
đường ống áp lực.
3. Biện pháp giảm áp lực nước va.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
4
TỔNG QUÁT
Đường ống áp lực là công trình nối giữa
cuối đường dẫn nước đến nhà máy.
Đường ống chịu áp lực nước bên trong
đường ống.
-CTLN Kênh dẫn Bể áp lực
Đường ống Nhà máy.
-CTLN Đường hầm có áp Giếng điều
áp (tháp điều áp) Đường ống Nhà
máy.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
5
PHÂN LOẠI
Theo vị trí xây dựng:
Đường ống áp lực kiểu hở.
Đường ống áp lực kiểu
ngầm.
Đường ống áp lực kiểu hổn
hợp (hở +ngầm).
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
6
D=3,5m, L=9065m
i=0,0061
Đường ống áp lực
(kiểu hở) NM
4/4/2013
2
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
7
LOAL = 1866m
Dống chính = 2,6m
Dống nhánh = 1,6m
NHÀ VAN
NHÀ MTĐ
GIẾNG
ĐIỀU ÁP
KÊNH XẢ
32
ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC NỬA NGẦM
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
8
Đường ống áp lực
Đập tràn
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
9
ĐƯỜNG
ỐNG
ÁP LỰC
HỞ
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
10
THI CÔNG
ĐƯỜNG ỐNG
ÁP LỰC
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
11
THI CÔNG
ĐƯỜNG ỐNG
ÁP LỰC
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
12
THI CÔNG
ĐƯỜNG ỐNG
ÁP LỰC e=12mm
35mm
4/4/2013
3
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
13
ĐƯỜNG
ỐNG BÊ
TÔNG NGẦM
BỌC
THÉP
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
14
Đường
ống
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
15
CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC
Khi NM vận hành bình thường
dòng chảy trong ĐÔAL là có áp
và ổn định.
Khi NM thay đổi trạng thái đột ngột
(tăng tải, cắt tải) dòng chảy
quá độ (transient).
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
16
CHẾ ĐỘ THUỶ LỰC
KHÔNG ỔN ĐỊNH DÒNG CHẢY
QUÁ ĐỘ
Xảy ra khi Đóng (mở) van
trên đường ống với tốc độ
nhanh thay đổi nhanh
chóng vận tốc (lưu lượng)
trong ống.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
17
GiẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG
Trong trường hợp đó mỗi đoạn
dòng chảy (vi phân) trong ống chịu
sự thay đổi áp suất và vận tốc khác
nhau theo từng thời điểm hiện
tượng truyền sóng áp lực được
gọi là « NƯỚC VA ».
Xem đồ thị minh hoạ ở sau:
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
18
SỰ TRUYỀN SÓNG ÁP LỰC
Đóng
van
Van mở t=0
4/4/2013
4
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
19
NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG TUYỆT ĐỐI CỨNG
HA
ΔHA
Mặt chuẩn
A
B
BỂ CHỨA
Kênh sau NM
HA: cột áp tỉnh (mH2O)
ΔHA: gia số áp suất tại A sinh ra do nước va dương
o o
α
Đường ống
G
X
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
20
THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH
NƯỚC VA
(Ống tuyệt đối cứng, NƯỚC
không NN được)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
21
Phương trình chuyển động theo phương X (lưu ý
chiều dương chọn), Newton 2:
: khối lượng nước trong đoạn AB.
F: tiết diện ống
: tổng ngoại lực theo phương X (trục ống).
x
x
d(mV ) F
dt
m FL
x
F
A A B
dV
LF gF H H H Lsin
dt
(1)
(1)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
22
: hình chiếu của trọng lượng
nước trong đường ống lên phương X.
Giả thiết không có ma sát giữa chất lỏng và
thành ống (xem là áp suất thủy tỉnh).
Thay vào p/t trên và thu gọn:
Với V=Q/F và dQ biến đổi lưu lượng trong
thời đoạn dt.
gLFsin

AB
H H Lsin

A
dV
LF gF H
dt

Thay đổi áp suất tại A
do nước va gây ra
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
23
CHÚ Ý:
-Nếu dQ/dt < 0 đóng van
ΔHA > 0 nước va dương
-Nếu dQ/dt > 0 mở van
ΔHA < 0 nước va âm
Gia số áp lực do nước va tại A tỷ lệ tuyến
tính với chiều dài L từ B đến A.
L=0 ΔH=0 (tại B).
AL dV L dQ
Hg dt gF dt
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
24
-Gia số áp lực do nước va tại A tỷ lệ tuyến
tính với (dQ/dt).
Trong trường hợp
dQ const
dt
s
cd
A
T
QQ
gF
L
H
Qd: lưu lượng trước khi đóng van;
Qc: l/l sau khi đóng van
Ts: thời gian đóng van từ Qd Qc
4/4/2013
5
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
25
Trường hợp kể đến sự đóng không «
tuyến tính »:
Với k = 1,25 1,5 xem như hệ an toàn.
Nếu đóng (mở) van tức thì (dQ/dt
>>> 1)
Kết quả không hợp lý này do từ các
“giả thiết” ban đầu của bài toán !
s
cd
A
T
QQ
gF
L
kH
!!!HA
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
26
NƯỚC VA ĐƯỜNG ỐNG CỨNG TUYỆT ĐỐI
D THAY ĐỔI
HA
ΔHA
Mặt chuẩn
A
B
Réservoir
Kênh sau NM
HA: cột nước tỉnh
ΔHA: gia số áp lực nước va tại A
o o
α
L1,F1
L2,F2
L3,F3
ΔH(1) ΔH(2)
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
27
Giả thiết D mỗi đoạn không đổi:
Gia số áp lực cho đoạn 1:
Gia số áp lực cho đoạn 2:
Gia số áp lực cho đoạn 3:
2
2
1
1
s
cd
s
cd
2
2
)1()2(
F
L
F
L
gT
QQ
T
QQ
gF
L
HH
3
3
2
2
1
1
s
cd
)3(
F
L
F
L
F
L
gT
QQ
H
1
1
s
cd
)1(
F
L
.
gT
QQ
H
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
28
Bài tập: Một đường ống áp lực có D=2,25m,
chiều dài L=1000m, dẫn lưu lượng
Q=30m3/s. Thời gian đóng van là 10s
(tuyến tính k=1).
1. Tính gia số áp lực lớn nhất do nước va.
2. Tương tự nếu D=2.5m. So sánh với kết
quả câu 1, nhận xét.
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
29
Bài giải:
1. D=2.25m
2. D=2.5m
Nhận xét: V giảm Giá trị nước va giảm
Adc
mzx 2
s
QQ
L 1000* 4 30 0
H k 1 76.91m
gF T 9.81*3.14159*2.25 10
Adc
mzx 2
s
QQ
L 1000* 4 30 0
H k 1 62.3m
gF T 9.81*3.14159* 2.5 10
PGS. TS. Nguyễn Thống
THỦY NĂNG & THỦY ĐIỆN
Ch.8: Đường ống áp lực & hiện tượng nước va
30
Bài tập: Lấy số liệu bài trước. Đường ống
bây giờ gồm 2 đoạn: L1=400m, D1=2.25m;
L2=600m, D2=2.0m.
Tính gia số áp lực do nước va trong 2 đoạn
ống.