Luận văn Tóm tắt Nghiên cứu ứng dụng Matlab tính toán áp lực nước va trong đường ống áp lực của nhà máy thủy điện Ea Krông Rou

ống dẫn nước vào nhà máy thủy ñiện Ea Krông Rou 
ñược thiết kế do Công ty Tư vấn xây dựng sông Đà UKrin lập bao 
gồm các hạng mục sau: 
 a. Đập chính, b. Đập phụ , c. Đập tràn, d. Cửa nhận nước 
 e. Đường hầm dẫn nước, f. Tháp ñiều áp, g. Đường ống áp lực 
3.2. Tính toán ñường ống 
3.2.1. Số liệu ban ñầu 
3.2.2. Tính toán tổn thất thủy lực cho ñường ống dẫn 
3.2.3. Tính toán áp lực nước va va ñường ống theo phương pháp 
giải tích 
+ Vận tốc truyền sóng nước va: 
Thời gian truyền sóng nước va bằng thời gian truyền sóng 
thực tế của các ñoạn ống, tức là: 
 ∑
=
=+⋅⋅⋅++=
n
1i ic
iL
n
c
n
L
2c
2L
1c
1L
tbc
L ; 
∑
=
=
n
i ic
iL
L
tbC
1
- 18 - 
Bảng 3.1. Kết quả tính toán áp lực nước va 
Hình 3.1. Biểu ñồ áp lực nước va khi ñóng tuabin 
3.3. Nhận xét 
 Qua cách tính toán nước va trong ñường ống bằng phương 
pháp giải tích ñã cho ra kết quả giá trị trị số nước va dương ∆H+ và 
giá trị cột nước va tại các ñiểm tính toán so với kết quả tính toán giá 
- 19 - 
trị nước va do Công ty tư vấn xây dựng sông Đà - Ukrin ñưa ra 
(Bảng 3.3) tương ñối gần ñúng với nhau. 
Trong trường hợp ñóng tuabine, cột nước ở ñây cao (>300m) 
khả năng xảy ra nước va pha thứ nhất là rất lớn ngay cả trường hợp 
ñóng tuabine từ ñộ mở lớn nhất. 
Trong thực tế sự phân bố áp lực nước va dọc ống phụ thuộc 
vào ñặc tính ñường ống và ñộ mở ban ñầu của CCHD hay van kim, 
việc xem phân bố áp lực theo ñường thẳng chỉ là gần ñúng. Do vậy 
phương pháp giải tích còn có những hạn chế, cho phép ta dễ dàng ñi 
ñến các kết quả cuối cùng, nhưng ñộ chính xác bị giới hạn bởi các sơ 
ñồ tính toán ñược dùng là các sơ ñồ ñơn giản vì bỏ một số yếu tố ảnh 
hưởng ñến áp lực nước va. Vì vậy trong chương tiếp theo của luận 
văn sẽ dùng phương pháp số sai phân hữu hạn giải quyết một số 
nhược ñiểm ñó. 
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN ÁP LỰC NƯỚC VA TRONG 
ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN EA 
KRÔNG ROU THEO PHƯƠNG PHÁP SAI PHÂN. 
4.1. Phương pháp sai phân 
4.1.1. Phương trình cơ bản 
Phương trình cơ bản của chuyển ñộng không ổn ñịnh trong 
ống có áp, có thể ñược viết ở dạng ñơn giản như sau: 
Phương trình ñộng lực: 22
1
gF
QQ
D
f
x
H
t
Q
gF
+
∂
∂
+
∂
∂
= 0 (4.1) 
- 20 - 
Phương trình liên tục: 0
2
=
∂
∂
+
∂
∂
x
Q
gF
V
t
H
 (4.2) 
4.1.2. Sơ ñồ sai phân hữu hạn 
Sai phân các phương trình vi phân bằng sơ ñồ sai phân ẩn 4 
ñiểm của Preissmann dạng tổng quát là: 







 +
−+







 +
=
+
++
+
2
)1(
2
),( 1
11
1
n
i
n
i
n
j
n
j fffftxf θθ (4.3) 








∆
−
+
∆
−
=
∂
∂ ++++
t
ff
t
ff
2
1
t
)t,x(f nj1njn 1j1n 1j
 (4.4) 








∆
−
−+








∆
−
=
∂
∂ +++
x
ff
x
ff
x
txf njnjnjnj 111 )1(),( θθ (4.5) 
Với các sơ ñồ ở trên, sai phân phương trình ñộng lực và liên 
tục trong các ñọan ống 
4.1.3. Sơ ñồ sai phân hữu hạn phương trình ñộng lực và liên tục 
Phương trình ñộng lực: j
n
jj
n
j
n
jj
n
j QHQH δγγ =+++− ++++++ 111111 
Phương trình liên tục: j
n
jj
n
j
n
jj
n
j QHQH βαα =++− ++++++ 111111 
4.1.4. Điều kiện biên 
- Valve cuối ñường ống 
- 21 - 
 - Tháp ñiều áp dạng ñơn giản 
4.1.5. Hệ phương trình vi phân 
4.1.6. Phương pháp sai phân 
+ Sơ ñồ sai phân ñược sử dụng theo sơ ñồ ẩn Preissmann 
ñược ñịnh nghĩa như sau: 
+ + + +
+ + + ∂ − − ∆ + ∆
= + = ∂ ∆ ∆ ∆ 
t 1 t t 1 t t 1 t 1
i 1 i 1 i i i 1 i
f 1 f f f f f f
t 2 t t 2 t
 (4.17) 
( )θ θ θ+ + + ++ + + +∂ − −  = + − = − + ∆ − ∆ ∂ ∆ ∆ ∆
t 1 t 1 t t
t t t 1 t 1i 1 i i 1 i
i 1 i i 1 i
f f f f f 1
(1 ) f f f f
x x x x
( ) ( )ψ ψ+ ++ +−= + + +t 1 t 1 t ti 1 i i 1 i1f f f f f
2 2
ψ + ++ + = + + ∆ + ∆ 
t t t 1 t 1
i 1 i i 1 i
0.5 f f ( f f ) (4.19) 
f - hàm số cần sai phân hóa. Với θ ψ≤ ≤2 / 3 , 1 
4.2. Giải thuật chương trình 
4.2.1. Giới hạn chương trình 
4.2.2. Sơ ñồ giải thuật chương trình 
4.2.3. Áp dụng tính toán nước va trong ñường ống áp lực của nhà 
máy thủy ñiện Ea Krông Rou 
Luận văn chỉ tính toán cho các trường hợp nguy hiểm nhất 
có khả năng xảy ra trong thực tế. 
- Trường hợp 1 : Cắt tải toàn bộ nhà máy ( từ Nmax ñến 0 ), 
mực nước trong hồ ứng với MNDBT (nước va Dương). 
- 22 - 
- Trường hợp 2 : Tăng phụ tải tính cho 1 tổ máy mực nước 
trong hồ ứng với MNC (nước va Âm). 
* Kết quả tính toán 
1. Trường hợp khi ñóng van tuabin 
T0=10s T0=15s T0=20s 
Vị trí 
Cột 
nước ñịa 
hình 
Ho (m) 
Áp lực 
nước va 
Hmax 
(m) 
Tỷ lệ 
tăng 
% 
Áp lực 
nước va 
Hmax 
(m) 
Tỷ lệ 
tăng 
% 
Áp lực 
nước va 
Hmax 
(m) 
Tỷ lệ 
tăng 
% 
MN5 181.57 190.329 4.82% 187.37 3.19% 185.91 2.39% 
MN6 259.99 275.752 6.06% 270.39 4.00% 267.76 2.99% 
MN12 541.11 720.136 33.08% 683.16 26.25% 650.53 20.22% 
TM 541.11 714.816 32.10% 693.86 28.23% 678.01 25.30% 
2. Trường hợp khi mở van tuabin 
T0=10s T0=15s T0=20s 
Vị trí 
Cột 
nước ñịa 
hình 
Ho (m) 
Áp lực 
nước va 
Hmin 
(m) 
Tỷ lệ 
giảm 
% 
Áp lực 
nước va 
Hmin (m) 
Tỷ lệ 
giảm 
% 
Áp lực 
nước va 
Hmin 
(m) 
Tỷ lệ 
giảm 
% 
MN5 181.57 153.57 15.42% 161.87 10.85% 166.39 8.36% 
MN6 259.99 223.44 14.06% 234.41 9.84% 240.33 7.56% 
MN12 541.11 469.54 13.23% 491.19 9.23% 502.81 7.08% 
V Đ 541.11 467.76 13.55% 489.88 9.47% 501.78 7.27% 
TM 541.11 467.67 13.57% 489.81 9.48% 501.72 7.28% 
+ Biểu ñồ dao ñộng các pha nước va tại vị trí trước tuabin 
T0=20s (Khi ñóng van tuabin) 
- 23 - 
4.2.4. Nhận xét 
Ứng với thời gian ñóng (mở) cánh hướng dòng khác nhau, từ 
các kết quả tính toán nêu trên có thể rút ra một số nhận xét sau: 
- Khi tăng thời gian ñóng (mở) tuabin làm giảm ñáng kể trị 
số áp lực nước va gián tiếp; 
- Kết quả tính cho thấy trường hợp khi ñóng cánh hướng 
dòng (nước va dương) sao cho tiết diện thoát nước qua cánh hướng 
- 24 - 
dòng thay ñổi tuyến tính theo thời gian sẽ cho giá trị nước va là nhỏ 
nhất. Trong trường hợp (T0= 20s) giá trị nước va dương lớn nhất là 
tăng 25,30 % so với cột nước tĩnh khi xảy ra nước va ; 
- Với trường hợp mở (nước va âm) Trong trường hợp này giá 
trị nước va âm là giảm 7,28 % so với cột nước ổn ñịnh sau khi xảy ra 
nước va. 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1. Kết luận 
+ Về kết quả tính toán: 
- Sự sai khác thiên nhỏ của phương pháp số so với phương 
pháp giải tích ở kết quả tính toán về giá trị áp lực nước va có thể giải 
thích do có kể ñến ảnh hưởng của ma sát lên dòng chảy trong lời giải 
bài toán bằng phương pháp số; 
- Mặt khác, do ñường kính ống áp lực và chiều dày ống thay 
ñổi liên tục nên hệ số ñặc trưng tiết diện, hệ số ñường ống có sự biến 
ñổi. Trong khi ñó phương pháp giải tích các hệ số tính toán như tốc ñộ 
truyền sóng nước va C, vận tốc V ñều tính trung bình ( các hệ số tương 
ñương) nên dẫn tới giá trị áp lực nước va cũng có sự sai khác nữa 
+ Về phương pháp sai phân: 
- Phương pháp sai phân ñã khắc phục những hạn chế ñã 
gây ra sai số kể trên. Phương pháp ñã tính toán chính xác tốc ñộ 
truyền sóng của từng ñoạn ống, từ ñó giá trị áp lực nước va ñược 
chính xác hơn; 
- 25 - 
- Phuơng pháp sai phân ñã xét ñến quá trình giao ñộng áp 
lực nước va tại từng pha nước va và tính toán ñến từng mặt cắt cần 
xác ñịnh giá trị áp lực; 
- Từ biểu ñồ áp lực nước va tại các pha tính toán cho thấy 
giá trị áp lực nước va tăng ở pha thứ ba và giảm dần ở các pha cuối. 
Điều ñó chứng tỏ do ñường ống dài, thời gian ñóng van tuabin ( xung 
kích) lớn T = 20s nên có sự lệch pha so với khi ñóng van tuabin nhỏ 
( phản kích) Ts = 5- 7 s ( Xảy ra hiện tượng nước va pha ñầu hoặc 
pha cuối ); 
- Giá trị áp lực nước va tại các mặt cắt tính toán của từng 
pha nước va tính toán cho thấy ban ñầu thì giá trị áp lực nước va tăng 
nhanh và càng gần cuối thì áp lực tăng không biến ñổi lớn; 
- Đường ống tương ñối dài, do ñó hiện tượng nước va tắt 
dần trong ñường ống xảy ra tương ñối chậm. Đây là hiện tượng gây 
bất lợi cho thiết bị trong vận hành; 
- Chuơng trình tính toán nước va ñã ñược xây dựng và thiết 
lập một giao diện trực quan và tiện sử dụng ñến cho người sử dụng 
rất thích hợp cho công việc học tập và nghiên cứu thiết kế thủy ñiện; 
- Chương trình tính toán ñã kể ñến các ñặc trưng vật liệu : 
Như hiệu suất máy phát, hiệu suất tuabin nên kết quả tính toán tương 
ñối chính xác; 
- Luận văn ñã tính toán các phương án ñóng mở bất lợi và 
ảnh hưởng của quy luật ñóng mở tuabin ñến; 
- Chương trình tính toán áp lực nước va mà luận văn trình 
bày, có thể tính toán cho bất kỳ ñường ống áp lực nào và mạng 
- 26 - 
ñường ống có rẽ nhánh. Tuy chưa mô phỏng ñầy ñủ mô hình tính 
toán nước va trong thực tế, nhưng luận văn cơ bản ñã giải quyết ñược 
bài toán nước va bằng phương pháp sai phân hữu hạn. 
2. Kiến nghị 
- Đường ống áp lực có cột nước tĩnh khá cao (541m) vì vậy 
nên chọn thời gian ñóng tuabin thích hợp ñể áp lực nước va không 
vượt quá 25% cột nước tĩnh ; 
- Để ñảm bảo cho tổ máy làm việc ổn ñịnh với bất kỳ 
phương án số tổ máy nào thì khi lựa chọn thiết bị phải tính toán ñảm 
bảo ñiều chỉnh tổ máy ñể lựa chọn tổ hợp các thông số có liên quan 
cho phù hợp, ñó là : Thời gian ñóng tuabin , hệ số vượt tốc, mômen 
ñà của máy phát ; 
- Trong thuyết minh luận văn ñã trình bày van xả không tài, cho 
phép kéo dài thời gian ñóng van tuabin ( giảm thiểu áp lực nước va). 
Trong thực tế, các thiết bị ñi kèm ứng với tuabin gáo, Kaplan thì thường 
có các thiết bị xả không tải này, áp dụng trong khi vận hành sự cố. Tuy 
nhiên trong chương trình nước va này chưa xét ñến yếu tố này ; 
 - Do khối lượng công việc lớn vì phải tìm hiểu chương trình 
cũng như thiết lập tính toán nhiều trường hợp, thời gian thực hiện 
luận văn có hạn, luận văn chỉ tập trung tính toán nước va trong 
ñường ống áp lực với các trường hợp nguy hiểm nhất có khả năng 
xảy ra trong thực tế ; 
- Trong chương trình tính toán chỉ xét ñến trường hợp tuabin 
phản kích, chưa thiết lập chương trình tính cho tuabin xung kích ( tra 
ñặc tính tổng hợp của tuabin). Nên chương trình còn một số hạn chế.