www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 1 -
Chơng III
Công trình điều áp
Mục Lục
Mục Lục........................................................................................................................... 1
Chơng III....................................................................................................................... 2
Công trình điều áp ........................................................................................................ 2
3.1. Nớc va và các quá trình chuyển tiếp thuỷ lực trong công trình dẫn nớc của trạm thủy
điện ........................................................................................................................... 2
3.1.1. Nớc va và ảnh hởng của nó đến sự làm việc của trạm thuỷ điện ............ 2
3.1.2. Thành lập phơng trình cơ bản để tính toán nớc va.................................. 2
3.1.3. Giải hệ phơng trình nớc va bằng phơng pháp giải tích ......................... 5
3.1.4. Tính toán nớc va bằng đồ giải................................................................. 10
3.1.5. Nớc va pha thứ nhất và nớc va pha giới hạn ......................................... 12
3.1.6. Nớc va trực tiếp và nớc va gián tiếp...................................................... 15
3.1.7. Phân bố áp lực nớc va theo chiều dài ống............................................... 17
3.1.8. Tính toán nớc va trong đờng ống phức tạp ........................................... 18
3.1.9. Các biện pháp giảm áp lực nớc va .......................................................... 20
3.2. Tháp điều áp .................................................................................................... 24
3.2.1. Tác dụng, điều kiện ứng dụng và các loại tháp điều áp............................ 24
3.2.2. Phơng trình vi phân cơ bản của tháp điều áp .......................................... 27
3.2.3. Tính toán thuỷ lực tháp điều áp bằng giải tích.......................................... 29
3.2.4. Tính toán thuỷ lực tháp điều áp bằng phơng pháp tra biểu đồ.Error! Bookmark
not defined.
3.2.5. Tính toán thủy lực tháp điều áp bằng phơng pháp đồ giảiError! Bookmark not
defined.
3.2.6. Phơng pháp sai phân hữu hạn giải các bài toán chế độ không ổn định trong tháp
điêu áp..................................................................Error! Bookmark not defined.
3.2.7. Điều kiện việc ổn định của hệ thống dẫn nớc áp lực có tháp điều ápError!

Sự giảm thấp áp lực khi mở tuốc - bin, gọi là nớc va âm, gây ra giảm cột nớc làm việc đột
ngột, cản trở việc tăng công suất kịp thời theo yêu cầu phụ tải. Ngoài ra có trờng hợp cột nớc
áp lực trong ống hạ thấp hơn áp lực khí trời, từ đó trong ống xuất hiện chân không. Trong thiết kế
phải thay đổi tuyến ống khi tính toán nớc va âm thấy xuất hiện đoạn ống xảy ra chân không.
3.1.2. Thnh lập phơng trình cơ bản để tính toán nớc va
Để lập nên hệ phơng trình tính toán áp lực nớc va trong ống dẫn có áp. Dựa vào các quy
luật vật lý có thể lập hai phơng trình sau:
3.1.2.1. Phơng trình động lợng
Xuất phát từ định luật: Sự biến đổi động lợng của một vật thể thì bằng tổng ngoại lực tác
động lên vật thể đó:
Viết phơng trình này, chiếu trên trục x:

()
X
dt
mVd
x
=
(3-1)
Từ mặt cắt 1-1, sau thời gian dt sóng áp lực nớc va, gọi tắt là sóng va, di chuyển đợc một
đoạn đờng dx, tới mặt cắt 2-2 với vận tốc c= dx/dt. Khối lợng nớc giữa hai tiết diện là m =
Fd
x
. Các lực tác dụng lên khối nớc dx gồm có:
- áp lực nớc tác dụng lên mặt cắt 1-1 là:

Fp
(3-2)
- áp lực nớc tác dụng lên mặt cắt 2-2 là:


dt
dV
Fdx

0
sin)
)(
( +


+=
(3-6)
Trong đó:
p: áp lực nớc trên đơn vị diện tích tại mặt
cắt 1-1
F: Tiết diện ống
: Góc nghiêng của đờng ống so với mặt
phẳng nằm ngang.
D: Đờng kính trong của ống
: Khối lợng riêng của nớc
g: Gia tốc trọng trờng

0
: Sức kháng đơn vị ở thành ống
8

2
0
Vf


Fdx
dx
x
FV
FVFV


=








+
)()(


(3-8)
Sau các diễn tóan, phơng trình (3-8) viết thành:
0sin
2
=






A
pF+
(pF)
x
dx
pF

x
H-z
z
gFdx


Hình 3-1. Sơ đồ lực tác dụng lên
một phần tử chiều dài dx
của ống dẫn nớc có áp

FV
H - z
z
dx
x
(

FV)

FV+

Hình 3-2. Sơ đồ tính toán
phơng trình liên tục ống dẫn

L
t
f
2
=
(3-10)
L: Chiều dài ống dẫn (m)
Thời gian t
f
gọi là một pha nớc va.
Khi sóng va truyền trở về đến cửa van, lại bắt đầu quá trình tăng áp của chu trình thứ 2. cứ
nh vậy tạo nên một dao động đàn hồi, vì có ma sát với thành ống nên dao động tắt dần.
2). Vận tốc truyền sóng áp lực nớc va
Vận tốc truyền sóng, tức là vận tốc lan truyền áp lực nớc va:

dt
dx
c =
(3-11)
Qua các diễn toán, rút ra biểu thức:

Ee
D

k
c
k
1+
=
(3-12)

k
1
1425
+
=
(3-14)
Trong đó:
E: Mô đuyn đàn tính của vật liệu làm ống. Với những vật liệu thờng gặp nh sau:

Vật liệu

Thép

Gang

Bê tông

Gỗ

Cao su

Nớc

Mô đun đn hồi (N/cm
2
)

21,0.10
6
10,0.10

t
V
x
H
g


=


(3-15)
Phơng trình liên tục (3-9), nếu bỏ qua tổn thất cột nớc thì thành phần
sin=


x
H
khi
đó phơng trình (3-9) trở thành:

t
H
x
V
g
c


=


H
0
, V
0
: là cột nớc áp lực và vận tốc ban đầu ở mặt cắt x.
Hàm
)(
c
x
tF
và hàm
)(
c
x
tf +
là những hàm số thể hiện sự thay đổi của áp lực nớc va.
Hàm F đặc trng cho sóng va di chuyển trong ống dẫn với vận tốc truyền sóng c theo chiều từ
cửa van đi, hàm f đặc trng cho sóng di chuyển ngợc lại, đến cửa van với tốc độ c.
Dạng cụ thể của hàm F và f xác định theo điều kiện ban đầu và điều kiện biên.
3.1.3.2. Hệ phơng trình dây chuyền
ở trên đã có nghiệm tổng quát của hệ phơng trình nớc va (3-17)
Trong thực tế, có thể biến đổi nghiệm tổng quát cho cách giải cụ thể. Một trong những cách
này là biến đổi về hệ phơng trình dây chuyền nh sau:
Xét đoạn ống dẫn giữa hai mặt cắt A-A và B-B, có chiều dài là l (hình 3-4), với tiết diện và
vận tốc c không đổi.
ở thời điểm t, tại mặt cắt A-A, cột nớc là
A
t
H
và vận tốc là

B
c
l
t
H
+
và vận tốc
B
c
l
t
V
+
tại mặt cắt B-B
ở thời điểm
c
l
t
+)()(
)()(
0
0
c
l
tf
c
g

l
tF
AB
=+
(3-20)
Trừ hệ phơng trình (3-18) cho hệ (3-19) và chú ý đến (3-20) sẽ đợc:

)()(
)()(
c
l
tftfVV
g
c
c
l
tftfHH
BAB
c
l
t
A
t
BAB
c
l
t
A
t
+=

t
B
c
l
t
A
t
VV
g
c
HH
(3-22)
Xét đến trờng hợp khác: ở thời điểm t tại mặt cắt B-B có
B
t
H
và
B
t
V
(hình 3-4b), sóng va
truyền từ B về A, đến thời điểm
c
l
t +
tại mặt cắt A-A sẽ có
A
c
l
t

=
++
A
c
l
t
B
t
A
c
l
t
B
t
VV
g
c
HH
(3-23)
Hai phơng trình (3-47) và (3-48) là hai dạng của phơng trình dây chuyền, theo đó có thể
từ thời điểm ban đầu mà tính trạng thái nớc va ở thời điểm
c
l
t =

Nh vậy theo các điều kiện biên cụ thể sẽ tính đợc trị số cột nớc và vận tốc trong nớc va
ở mặt cắt bất kỳ của ống dẫn.
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam


A
H

Hình 3-4. Sơ đồ tính toán phơng trình dây chuyền giữa hai mặt cắt
a- A Từ A về B, b- Từ B về A

Để thuận tiện cho tính toán có thể đa hệ phơng trình về các đại lợng không thứ nguyên:
Chia hai vế của phơng trình (3-22) và (3-23) cho trị số cột nớc ban đầu H
0
, còn trị số V
thay bằng
F
Q
, từ (3-22):













=
++
maxmax0






=
++
B
c
l
t
A
t
B
c
l
t
A
t
qqhh

2
(3-24)
Cùng làm nh vậy từ (3-23):








3.1.3.3. Tính toán nớc va bằng phơng pháp giải tích
Từ hệ nghiệm (3-24) và (3-25) có thể đợc các trị số áp lực và lu lợng tại thời điểm và
mặt cắt bất kỳ khi có hiện tợng nớc va, với điều kiện cụ thể.
I). Điều kiện biên
Cột nớc ở thời điểm ban đầu.
Trên sơ đồ ống dẫn (hình 3-5). ở thời điểm t = 0, lúc bắt đầu đóng turbin, cột nớc tại A
bằng H
A
= H
0
,
1
0
==
H
H
h
A
,
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 8 -
Tại mặt cắt B, có mặt thoáng (hồ chứa hoặc bể áp lực), cột nớc không đổi:
BB
t
HH
0
=

gHFQ
2

=

Trong đó:


: Hệ số lu lợng của vòi turbin

00
0
2
2
gHF
gHF
Q
Q
q
tt
t
t


==

Trong đó:

t
t

. Vậy tính từ thời điểm t = 0, khi sóng va
chuyền từ A đến B sẽ ứng với thời điểm

.
2


m
1

m
s
T
t
f
t

Hình 3-6. Luật đóng mở cánh hớng
nớc theo thời gian

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 9 -
Thay các trị số và ký hiệu trên vào phơng trình (3-50) để tính
A
h

hh


=
(3-27)
Giải phơng trình này sẽ đợc
A
h


Tiếp tục nh vậy với các pha sau, sẽ giải lần lợt đợc cột nớc ở tiết diện A, tại thời điểm
bất kỳ

2). Với turbin phản kích
Lu lợng vào turbin và số vòng quay của turbin xác định theo công thức turbin:

2
' DHQQ =
(3-28)

D
Hn
n
'
=
(3-29)
Trong đó:
Q, n: lu lợng và số vòng quay quy dẫn của turbin.
Quan hệ gữa Q và n với độ mở a
0

qqhh


=

Hay
)(21
0
AAA
qqh


=


2
1
0

=
A
AA
h
qq

Trên biểu đồ hình (3-7b), xuất phát từ điều
kiện ban đầu

mt
A
(b)
(a)
2
a
3
a
4
a

Hình 3-7. Đờng đặc tính tổng hợp
của Tur bin và các đờng cong phụ
thuộc q và h của Tur bin phản kích
a- Đờng đặc tính tổng hợp
b- Các đờng cong q~h của Turbin
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 10 -
dụ độ mở ban đầu là a
0max
thì q
0
= q
0max
. Từ giao điểm q
0
với trục hoành (
1

t
h
và
A
t
q
bất kỳ.

3.1.4. Tính toán nớc va bằng đồ giải
3.1.4.1. Điều kiện biên
Cũng xuất phát từ giả thiết bỏ qua tổn thất thuỷ lực do ma sát, dùng đồ giải để xác định h
và q theo hệ nghiệm (3-24) và (3-25) cùng với các điều kiện biên:
Tại thời điểm bắt đầu đóng (mở) turbin t = 0

AA
HH
0
=
,
BB
HH
0
=
, vậy
1
00
==
BA
hh


trên hình 3-8b giao điểm của đờng q
0
với trục hoành (h=1)
sẽ có điểm B

. Từ đây sóng va truyền từ A đến B theo phơng trình (3-25)

)(2
22
ABAB
qqhh


=
Với
1=
B
h

,
ABB
qqq
00
==
AA
A
qq

A
h

2
và
A
q

2
. Đó là điểm
A
2

. Từ điểm A
2

viết phơng trình sóng va (3-24) tơng ứng với sóng truyền đi A đến B:

)(2
3232
BABA
qqhh


=

Với
1
3
=

Đờng này cắt trục hoành (h=1) tại điểm tơng ứng với
B
q

3
.
Tiếp tục làm nh vậy sẽ đợc các các điểm

4
A
,

6
A
, Cho đến khi turbin đóng hoàn
toàn, tơng ứng với a
0
= 0, đó chính là trục tung, dao động sau đó có giá trị h <1, tức là cột nớc
tại A nhỏ hơn H
0
. vì không có thành phần tổn thất cột nớc do ma sát, nên dao động có thể duy
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 11 -
trì không tắt nh hình 3-8b. Trong trờng hợp giảm tải đến độ mở cuối cùng a
0
> 0, sẽ có dao
động nh hình 3-8e.
Trờng hợp tính toán với ba mặt cắt A,B,C sẽ theo sơ đồ 3-8d

A
q
A
q
q
0,5
;B
2

2
1
(b)
B
B
A
A
C
C
L
l
8,6
Z
(a)A
(m+1)

0
1

A
3
A
2,75
C
2,25
C
1,75
C
1,25
C
0,75
C
3
B
2,5
B
B
1,5
2
B
B

A
0
B
4
B
3,5
3,75



h
q

A
9
B
7
B
B
8
1
(c)
(e)

Hình 3-8. Tính nớc va bằng đồ giải trờng hợp giảm tải
a- Sơ đồ ống dẫn với các mặt cắt tính toán A, B, C
b- Đồ giải tính nớc va tại A và B
c-Đờng thẳng biểu thị hàm F sóng truyền từ A đến B (1) và hàm f, sóng truyền từ B đến A (2)
d- Đồ giải tính trị số h, q tại mặt cắt A, B và C
e- Khi độ mở cuối cùng khác không

3.1.4.3. Tính toán nớc va khi tăng tải
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 12 -
Nừu từ độ mở ban đầu a
0

và góc

ghq
A
i
A
i
cot2=

Trong đó:

2
cot


=g

Viết biểu thức lu lợng ở mặt cắt A tại thời điểm cuối pha thứ n



=
1
1
0
5,0
n

qq

(3-31)
Từ công thức 3-51 ta có

A
tt
A
t
hq

=

hay
1
0
0
+=
+
=
A
tt
A
AA
t
t
A
t
h
H

A
AA
h
qh

=+

Bình phơng hai vế rồi giải phơg trình này, sẽ đợc:

()( ) ( )






++=
2
0
2
1
2
2
10
2
101
2
AAAA
qqqh


1
'
'
max
0

Trong đó:
Q
t
, Q
max
: Lu lợng quy dẫn tai thời điểm t và lu lợng quy dẫn lớn nhất lấy theo
đờng đặc tính hình 3-7b với turbin đã chọn cho trạm thuỷ điện.

t

h
A
A

h
1
m
A

h
f
tmt
ff
2t00mt




=
2
1
1
01
1
2
m
A
i
A
m
AA
m
h
h
qq


www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 14 -





m
A
m
hh
qq

+

=



Khi đạt đến giới hạn
A
m
A
m
hh =

1
với
1+=
A
tt
A
t
hq


Phơng trình trên thành:


+

= 4
2
2
mm
m
A
m
h



Nếu đóng, mở turbin theo luật bậc nhất, tức là qua mỗi pha chênh lệch độ mở bằng nhau và
bằng:

s
T
c
L2
=


Khi đó đặt:

ss
m
TgH
LV

Trong đó:


: Hệ số phụ thuộc đờng ống, T
S
, vận tốc và cột nớc ban đầu. Dấu cộng tơng ứng với
trờng hợp đóng turbin, Dấu trừ tơng ứng với trờng hợp mở turbin,
3.1.5.3. Điều kiện phát sinh nớc va pha thứ nhất và nớc va pha giới hạn
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 15 -

0
0.2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0.4
0.6
0.8
1.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
+


x ++

Từ đó có thể giải các phơng trình trên với nghiệm gần đúng:



+
=
0
1
1
2
A
h
(3-32*)




=
2
2
A
m
h
(3-33*)
Từ hai biểu thức trên có thể thấy khi
A
m
A

nhất. Còn ở trờng hợp H < 70
ữ
150 m thờng xẩy
ra nớc va giới hạn.
Cũng có thể xác định vùng xẩy ra tình trạng
khác nhau trên biểu đồ hình 3-11.
3.1.6. Nớc va trực tiếp v nớc va gián tiếp
3.1.6.1. Nớc va trực tiếp
Trong tính toán áp lực nớc va ở trên, nếu ở
cuối pha thứ nhất turbin đã đóng xong hoàn toàn,
tức là:
h
1
q
q
A
q
A
0
0

2
A
q
3
A

A
A
0

s
2


Khi đó có thể tính đợc áp lực nớc va ở cuối pha thứ nhất bằng công thức (3-32) với

1
=
0, sẽ đợc:

AA
qh
01
2

=

hay là:
g
cV
Q
Q
FgH
cQ
H
H
A
A
0
max

Với phơng pháp tính nớc va bằng dồ giải cũng có thể thấy trong tình trạng nớc va trực
tiếp, ngay cuối pha thứ nhất độ mở

1
= 0, đờng đặc tính trùng với trục tung và trị số
A
h
1
rất lớn
(hình 3-12)
3.1.6.2. Nớc va gián tiếp
Trờng hợp thời gian đóng, mở turbin
c
L
T
s
2
>
, áp lực nớc va từ cuối pha thứ nhất sẽ gồm
hai thành phần: thành phần thứ nhất là áp lực sóng thuận, phát sinh do đóng turbin gây ra

()
1
0
1
t
A
t
VV
g

L
t
t
A
t
VVVV
g
c
h
00

Cứ nh vậy mà tính đợc áp lực nớc va gián tiếp và vì vậy trị số của nó không lớn do có
sóng phản xạ.
3.1.6.3. Nớc va trực tiếp xẩy ra ở độ mở nhỏ
Khi đóng turbin theo luật bậc nhất từ độ mở
ban đầu:
s
f
T
t

*
0

, khi đó thời gian để sóng phản
xạ đầu tiên truyền về tới cửa van lớn hơn thời gian
đóng hoàn toàn từ độ mở
*
0


- 17 -
*
0
V
: Vận tốc ứng với độ mở
*
0


Khi này phải so sánh với áp lực nớc va đã tính khi đóng turbin từ độ mở lớn nhất đến độ
mở bằng không. Nếu thấy lớn hơn thì phải thay đỏi luật đóng mở để kéo dài thời gian đóng ở giai
đoạn cuối cùng này.
Có thể tính toán nh sau:
Điều kiện giới hạn nớc va trực tiếp trong trờng hợp này là:


==
ss
f
TgH
LV
T
t
0
max
0
(3-35)
Độ mở ban đầu để xuất hiện nớc va trực tiếp



=

C
t
A
c
x
t
C
t
A
c
x
t
QQ
gF
c
hh







=


Từ đó nếu công hai phơng trình trên, sẽ đợc:









=



A
c
x
t
B
c
xL
t
C
t
QQ
gF
c
h
2




++=






3.1.7.2. Sơ đồ phân bố áp lực nớc va
Từ các trị số áp lực nớc va tại các mặt cắt của đờng ống, có thể dựng lên sơ đồ phân bố
áp lực nớc va theo chiều dài ống với các dạng sau:
1). Phân bố áp lực nớc va dơng.
Trong thiết kế thờng không tính toán trị số nớc va ở tất cả mọi tiết diện của ống dẫn, mà
chỉ tính một số trị số mặt cắt đặc biệt và từ đó vẽ sơ đồ phân bố áp lực. Thực tế tính toán và
nghiên cứu thấy rằng:
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 18 -
Nếu nớc va thuộc dạng pha thứ nhất thì quy luật phân bố theo đờng cong lõm. Nếu ở
dạng nớc va giới hạn thi quy luật phân bố gần nh đờng thẳng.
Trong tính toán phân bố nớc va dơng, ngời ta bỏ qua tổn thất thuỷ lực trong ống dẫn.
2). Phân bố áp lực nớc va âm cũng với cách tính nói trên có thể tính đợc trị số nớc va
âm. Trong trờng hợp này phải tính đến tổn thất cột nớc do ma sát. Tính trị số nớc va âm để
kiểm tra sự xuất hiện chân không trong ống dẫn khi suất hiện nớc va âm. Nếu ở một vị trí nào
đó đờng đo áp thấp hơn vị trí đặt ống, khi đó có nghĩa là áp suất trong ống tại đó thấp hơn áp
suất khí quyển, có thể xảy ra hiện tợng ống bị bẹp, nếu độ cứng không đảm bảo. Do đó khi thiết
kế cần tránh xảy ra trờng hợp này.
Nớc va âm thông thờng xảy ra ở trờng hợp nớc va pha thứ nhất, do đó biểu đồ phân bố

x
T
s

=+
22
s
cT
Lx =

3.1.8. Tính toán nớc va trong đờng ống phức tạp
3.1.8.1. Đờng ống gồm nhiều đoạn có chiều dầy khác nhau
Trong trờng hợp đờng ống dài cột nớc làm việc lớn, ngời ta có thể làm ống gồm nhiều
đoạn có chiều dầy khác nhau để tiết kiệm vật liệu. Khi đó vận tốc truyền sóng va ở mỗi đoạn
khác nhau. Trong tính toán hệ phơng trình dây chuyền có thể làm nh sau:
1). Tính với mỗi đoạn ống theo hệ số đặc trng

khác nhau

0
max
2gH
Vc
i
i
=


1
1
2
22
2
c
l
c
l
c
l
c
L
t
f
++==

Nh vậy ống tơng đơng sẽ có vận tốc truyền sóng:


=
=
n
i
i
i
c
l
L
c


C
t
A
c
l
t
C
t
A
c
l
t
qqhh
1
1
1
1
2


Theo nhánh 2:














=

C
t
A
c
l
t
C
t
A
c
l
t
qqhh
3
3
3
3
2


Cộng với phơng trình liên tục tại mặt cắt C:

=

nớc va.
3.1.9.1. Thay đổi kích thớc đờng ống dẫn
Tăng tiết diện ống dẫn sẽ giảm đợc vận tốc dòng chảy trong ống V, từ đó sẽ giảm đợc áp
lực nớc va, đồng thời giảm đợc tổn thất cột nớc . Nhng nh vậy sẽ tăng chi phí đầu t vào
đờng ống. ậ chơng đờng ống dẫn nớc cho trạm thuỷ điện đã tính toán kinh tế để chọn ra
đờng kính hợp lý. Nếu chọn đờng kính qúa trị số trên cần phải tính toán cụ thể để có luận
chứng so sánh.
3.1.9.2. Giảm chiều dài đờng ống dẫn
Giảm chiều dài đờng ống dẫn sẽ giảm đợc thời gian một pha nớc va t
f
, từ đó giảm đợc
áp lực nớc va. Nhng điều này còn phụ thuộc điều kiện địa hình, địa chất. Giảm chiều dài ống
thờng phải tăng độ nghiêng tuyến ống, nh vậy dẫn đến khối lợng đào lớn hoặc tăng khối
lợng các mố ôm giữ ống. Do đó cũng phải tính toán kinh tế để chọn tuyến ống hợp lý nhất
3.1.9.3. Xây dựng tháp điều áp
www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 21 -

Min
Max
c
a
b
8
6
2
4
3

n
=

tăng lên,
max
n
:
số vòng quay lớn nhất
của tur bin khi có nớc va;
0
n
: số vòng quay định mức của tur bin. Hình 3-17
biểu thị sự quan hệ giữa
S
T
,
max

và
max

.
Trong điều kiện thờng phải giới hạn
65,150,1
max
ữ

, để tránh cho lực ly tâm lớn có thể phá
hỏng các bộ phận quay.


Hình 3-17. Quan hệ giữa
S
T
,
max

và
max

.

www.vncold.vn
www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 22 -
Từ đó:
12
2
1
10
1
+

=
A
AA
h
hq




Giữa pha m-1 và m, ở trên đã tính đợc:



A
m
A
m
h
h

=+
1

Từ đó, muốn có
A
m
h

luân bằng
A
c
h

thì phải có:

A
c
A

sao cho
S
T
không vợt quá giới hạn.
thông thờng
S
T
không vợt quá 10 sec.

(a)
C
C
B
Z
8,6
B
A
A
T
s

max

h

0
1
t
1


www.vncold.vn Hi p ln Vit Nam

- 23 -
bằng
xS
TTT
+=
. Nhng sẽ có một phần lu lợng
x
Q
phải tháo ra hạ lu. Đờng lu lợng
tháo ra hạ lu theo hình 3-19c.
(c)
T
s
0
T
x
x
S
a
T
Q
Q
x
+Q
T
Q
Q
x

Hình 3-20. Đờng đặc tính lu lợng van xả không tải

Đờng kính van xả không tải tính theo công thức:

)1(
0
'
1
max
A
x
x
x
hHQ
Q
D
+
=
(3-37)
Trong đó:

maxx
Q
: Lu lợng yêu cầu xả lớn nhất qua van xả không tải, có thể lấy bằng lu lợng
lớn nhất của turbin.

'
1x
Q
: Lu lợng quy dẫn của van xả không tải (lu lợng của van tính với

thông thờng, còn phải chịu thêm áp lực nớc va khi đóng mở turbin.
Nếu tạo ra một mặt thoáng ở một vị trí nào đó trên đờng ống, thì ở đó áp lực nớc va đợc
giải phóng và từ vị trí này trở lên thợng lu đờng ống sẽ không chịu áp lực nớc va nữa.
Tháp điều áp (TĐA) chính là một bộ phận tạo ra mặt thoáng (hình 3-21) nói trên. Do đó nó
có tác dụng giữ cho đờng hầm dẫn nớc phía trớc tháp khỏi bị áp lực nớc va. Ngoài ra nó còn
làm giảm nhỏ áp lực ở phần đờng ống dẫn nớc từ tháp vào turbin. Hình 3-21. Sơ đồ đặt tháp điều áp
1-tháp điều áp phía thợng lu; 2- tháp điều áp phía hạ lu; 3- nhà máy thuỷ điện; 4-
đờng hầm dẫn nớc; 5- đờng ống áp lực dẫn nớc vào turbin

3.2.1.1. Điều kiện và vị trí đặt tháp
ở trên đã nói về tác dụng của tháp điều áp. Tuy nhiên có xây dựng tháp điều áp hay không
phải căn cứ vào hiệu quả kinh tế; nếu thấy chi phí để xây tháp nhỏ hơn chi phí giảm bớt do đờng
hầm dẫn nớc không phải chịu áp lực nớc va, thì xây dựng tháp điều áp là hợp lý; trờng hợp
ngợc lại, chi phí để xây tháp lớn hơn chi phí giảm bớt của đờng hầm dẫn nớc do hiệu quả của
tháp đem lại, thì không nên xây dựng tháp điều áp.
Tiêu chuẩn gần đúng cần thiết phải xây dựng tháp điều áp có thể căn cứ vào hằng số quán
tính của đờng ống:


ữ>=
s
F
l
gH
Q
T
i

3.2.1.3.1. Trờng hợp giảm tải

Hình 3-22. Sơ đồ dao động mực nớc trong tháp điều áp

Khi giảm tải đột ngột turbin từ Q
0
xuống Q
1
. Do quán tính của dòng chảy, lu lợng vào
đờng hầm dẫn nớc vẫn là Q
0
, nh vậy sẽ có một trị số lu lợng

Q = Q
0
- Q
1
chảy vào tháp,
làm cho mực nớc trong tháp dâng lên dần, từ đó độ chênh lệch mực nớc giữa thợng lu (trong
hồ chứa) và trong tháp giảm dần, dẫn đến vận tốc dòng chảy giảm dần, do đó lu lợng trong
đờng hầm giảm dần. Nhng cũng do quán tính của dòng chảy, mực nớc trong tháp không dừng
ở mực nớc tơng ứng với lu lợng Q
1
trong đờng hầm mà vẫn tiếp tục dâng lên thậm chí cao
hơn cả mực nớc thợng lu. Sau đó, để cân bằng thuỷ lực nớc phải chảy ngợc trở lại về
thợng lu, mực nớc trong tháp hạ xuống. Nhng cũng do lực quán tính nó lại hạ xuống quá
mức nớc cân bằng và dòng chảy lại chảy vào tháp. Cứ nh vậy, mực nớc trong tháp dao động
theo chu kỳ và tắt dần do ma sát. Cuối cùng mực nớc trong tháp dừng ở mực nớc ổn định mới
ứng với lu lợng Q
1