B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
NG

I H C THU L I

NGUY N XUÂN QUANG

NGHIÊN C U TR NG THÁI

NG SU T VÀ BI N D NG GI NG

MÁY PHÁT VÀ GI NG TU C BIN D
QU NG CH U TÁC

NG C A
PH N T

NG

ÁN THU

T B NG PH

H UH N

LU N V N TH C S K THU T

Hà N i – 2010


T B NG PH

H UH N

Chuyên ngành: Xây d ng công trình thu
Mã s :

60-58-40

LU N V N TH C S K THU T

Ng

ih

ng d n khoa h c:

GS.TS.Ph m Ng c Khánh

Hà N i – 2010

I N HU I
NG PHÁP


-1-

M CL C
M

18

ng pháp gi i tích

2.1.1.1 Ph

ng pháp S c b n v t li u

18

2.1.1.2. Ph

ng pháp Lý thuy t đàn h i

19

2.1.2. Các ph

ng pháp s

20

2.1.2.1. Ph

ng pháp sai phân h u h n

20

2.1.2.2. Ph


34

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
B
0

34

B C CAO TRONG PH
PH N T
B
1

34

NG PHÁP

35

H UH N

2.3.1. Khái ni m v ph n t b c cao

35



NG 3 ÁP D NG TÍNH TOÁN CÔNG TRÌNH
THU

I N HU I QU NG

3.1.GI I THI U V CÔNG TRÌNH

45

3.1.1.C p công trình và tiêu chu n thi t k

45

3.1.2.Các thông s k thu t chính

46

3.1.3.C m công trình đ u m i và tuy n n ng l
3.2. TÍNH TOÁN TR NG THÁI
B
2

ng

46

NG SU T - BI N D NG GI NG

MÁY PHÁT VÀ GI NG TURBIN KHI CÓ K T I


48

3.2.3.Mô hình tính toán

51

3.2.4.K t qu tính toán

51

K T LU N VÀ KI N NGH

98

TÀI LI U THAM KH O

99

B
6

B
7

B
8

B
9


R

Hình 3.6(TH1) Chuy n v U z , m
R

R

Hình 3.7(TH1) Chuy n v t ng U sum , m
R

R

Hình 3.8(TH1)

ng su t σ x , T/m2, (chi u th

Hình 3.9(TH1)
th ng l u

ng su t σ y , T/m2, (ph

R

R

R

P


R

R

P

R

P

ng h l u) nhìn t phía h l u

ng vuông góc dòng ch y) nhìn t phía
ng đ ng) nhìn t phía th

ng l u

P

R

P

R

P

Hình 3.14(TH2) Chuy n v U x , m
R


R

R

P

P

P

P

ng h l u) nhìn t phía h l u

ng vuông góc dòng ch y) nhìn t phía


-4-

Hình 3.20(TH2)

ng su t σ z , T/m2, (ph

Hình 3.21(TH2)

ng su t σ 1 , T/m2

Hình 3.22(TH2)

ng su t σ 2 , T/m2


P

Hình 3.24V trí các m t c t th hi n đ th
Hình 3.25

th

ng su t SY_M t c t A-A

Hình 3.26

th

ng su t SY_M t c t B-B

Hình 3.27

th

ng su t SY_M t c t C-C

Hình 3.28

th

ng su t SY_M t c t D-D

Hình 3.29



-5-

M
I. Tính c p thi t c a

U

tài:

D án công trình tr m th y đi n ng m Hu i Qu ng (t i huy n Than Uyên,
t nh Lai Châu) là d a án có qui mô l n và ý ngh a quan tr ng đ i v i s phát tri n
kinh t - xã h i c a các t nh phía tây b c n

c ta. Công trình có công su t 520MW,

n m gi a tr m th y đi n B n Chát và S n La, t o thành h th ng b c thang quan
tr ng trên tuy n sông N m Mu – sông à.
Công trình th y đi n Hu i Qu ng bao g m: c m công trình đ u m i (đ p
bêtông tr ng l c cao 80m + c a l y n

c); 2 đ

đ

ng l u (đ t ng m); nhà máy th y đi n ng m

ng kính 6,5m); 2 tháp đi u áp th

ng h m d n n

trong vùng đ ng đ t l n c p VIII, nh công trình Hu i Qu ng thì l c đ ng đ t có
nh h

ng l n đ n công trình.
M tv nđ đ

h

c đ t ra là: trong quá trình v n hành, l c đ ng đ t l n

ng đ n s làm vi c bình th

nh

ng c a nhà máy. C n ph i tính toán xem khi nhà

máy ch u tác d ng c a t i tr ng d c bi t này thì ng su t và bi t d ng c a nhà máy
nh th nào.

c bi t

b ph n gi ng máy phát và gi ng turbin ch u nh h

ng l n

nh t do hai b ph n này còn ch u tác đ ng c a l c li tâm do máy phát và turbin t o
ra.


-6-

Trên c s nghiên c u v ph

ng pháp PTHH, áp d ng đ tính toán tr ng

thái ng su t và bi n d ng gi ng máy phát và gi ng turbin tr m th y đi n có xét t i
nh h

ng c a đ ng đ t. Áp d ng cho công trình Hu i Qu ng.
III.Cách ti p c n và ph

ng pháp nghiên c u

Ph m vi nghiên c u :
Nghiên c u tính toán tr ng thái ng su t - bi n d ng c a gi ng máy phát và
gi ng turbin tr m th y đi n Hu i Qu ng ch u tác d ng c a đ ng đ t
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 nh h

ng c a l c đ ng đ t trong quá trình v n hành nhà máy

th y đi n.
- Tìm hi u v công d ng, nguyên lý làm vi c c a máy phát.
- K t h p lý thuy t v i ph

ng pháp tính toán hi n đ i – ph


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: đ
th y n ng ki u đ p có c t n
công trình dâng n

c xây d ng trong các s đ khai thác

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



ng ng d n n

c turbin đ

c turbin
c b trí


- 11 -

Hình 1.2. Nhà máy T sau đ p bê tông tr ng l c.
1-l

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

turbin, 2- Máy bi n th , 6- Thanh d n máy phát.

ng ng


- 12 -

- 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

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.
+ 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
đi u khi n trung tâm.

ng ki m tra và đi u khi n, thi t b


- 13 -

+ Các h th ng thi t b ph bao g m: H th ng d u, c p n
phòng h a, tháo n


lo i turbin ph n d
d

in

c có khác nhau.

in

n

c liên k t v i

c tr c ti p vào bu ng xo n. Tr m thu đi n sau đ p và đ

c ch y u là bu ng xo n và ng hút, n

ng áp l c đ t trong thân đ p ho c đ
đi n đ

i v i tr m thu đi n ngang đ p ph n

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

nhà máy, d n n
ph n d

in

ng d n


c chia thành các b ph n nh sau:

Bao g m các t

ng th

ng, h l u, các sàn, d m và

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 và gi ng turbin (xem hình v 1.7).


- 14 -

Z
X
Y

Hình 1.7 Gi ng máy phát và turbin


- 15 -

1.2.CÁC QUAN I M 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

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
gian hoá. V i ph
đ

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

cđ n

ng pháp này cho k t qu là sai khác r t nhi u, không đ m b o

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



Ngày nay, d

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
c v hình dáng kích th
đi u ki n biên đ

c ng

i thi t k l p gi ng công trình th c

c và v t li u s d ng cho k t c u. Các t h p t i tr ng và

c th c hi n t

ng t th c t thi công và v n hành c a nhà máy.

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

- 18 -

CH

NG II PH

NG PHÁP TÍNH TOÁN

HI N HÀNH
2.1.CÁC PH

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 .

ng pháp sau:

- Ngoài ra còn có các ph


ng pháp S c b n v t li u, ph

ng pháp Lý thuy t đàn h i).

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

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

ng th ng, tr s t i biên đ

c ngàm ch t

ng su t pháp

R

y

R

c xác đ nh theo công

th c nén l ch tâm.
u đi m: Ph



c các giá tr

c ng su t chính và ph

ng

c s d ng đ tính toán trong giai đo n


- 19 -

Nh

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

n n, ch u u n và kéo nén đ ng th i; gi thi t v s phân b
m t ph ng n m ngang là đ

ng th ng, tr s t i biên đ

nén l ch tâm. M t khác, không th gi i quy t đ

c ngàm ch t vào



2.1.1.2 Ph

ng pháp Lý thuy t đàn h i

N i dung c a ph
tr c ti p t các ph

ng pháp: ph

ng pháp Lý thu t đàn h i chính là l i gi i

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

trung, ng su t t i l khoét, ng su t nhi t mà ph
gi i quy t đ
Nh
nh ng tr

c. Tính toán t
c đi m: Ph

c nh ng v n đ nh

ng, không tính đ

c trong

ng đ ng đ t…

K t lu n: Tính ng su t bi n d ng theo ph
k t qu chính xác cao h n so v i ph
gi n, k t qu ch p nh n đ
công trình c p III tr xu ng.

c. Th

ng pháp Lý thuy t đàn h i cho

ng pháp S c b n v t li u. Cách tính toán đ n
ng đ

c s d ng trong tính toán thi t k các


- 20 -

2.1.2. Các ph

ng pháp s

N i dung c a ph

ng pháp: Các ph

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

c xác đ nh b ng s h u h n s .

ng pháp sai phân h u h n

N i dung c a ph

ng pháp: Ph

ng pháp sai phân h u h n là m t ph

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 áp d ng r ng rãi. Ph

pháp r i r c hoá, song khác v i ph
ph

ng pháp này c ng là m t ph

ng pháp ph n t h u h n, ph



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


- 21 -

lý khác nhau, nên đ n nay nó ít đ

c dùng h n so v i ph

ng pháp ph n t h u



N i dung c a ph

ng pháp: Ph

ng pháp ph n t h u h n c ng thu c lo i

bài toán bi n phân, song nó khác v i ph

ng pháp bi n phân c đi n

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
thành ph
đ

ng trình vi phân chuy n


có l p xen k p, đ t g y và gi i đ

ng nh : lý thu t truy n nhi t,
ng. Ph

ng bi n d ng, tính d h

ng pháp này đã gi i

ng c a n n, xét đ n n n

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


- 22 -

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
quy t đ

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


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.
L a ch n ph

ng pháp tính cho lu n v 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. V i k t c u n ng và
hình d ng 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

i ta ch a th tính k t c u nhà máy thu đi n nh m t k t c u

th ng nh t b ng lí thuy t c k t c u ho c lí thuy t đàn h i. B i vì ph i xét đ n trình
t gia t i, c

ng đ t ng d n đ c ng c a nhà máy, quá trình lún đang ti p di n,

tính đàn h i c a bê tông c ng nh n n không đ ng nh t.
Qua phân tích u nh

c điêm trên cho th y PPPTHH là m t ph

ng pháp

thích h p đ phân tích các bài toán v k t c u (gi i các bài toán v bi n d ng và ng
su t c a v t th d ng kh i ho c đ ng l c h c k t c u) đ áp d ng vào vi c tính toán
k t c u nhà máy thu đi n.Do đó trong lu n v n đã ch n ph

thu c bài toán c n gi i có th s d ng các lo i ph n t d ng thanh, d ng ph ng ho c
ph n t kh i.
Trong ph m vi c a m i ph n t gi thi t m t d ng phân b xác đ nh nào đó
c a hàm c n tìm.

i v i bài toán k t c u thì hàm x p x có th là hàm chuy n v

ho c hàm ng su t ho c c hàm chuy n v và ng su t.
Th

ng gi thi t hàm x p x là nh ng đa th c nguyên mà h s c a nó đ

g i là các thông s . Trong ph

ng pháp ph n t h u h n, các thông s này đ

c
c

bi u di n qua các tr s c a hàm và có th là tr s c a đ o hàm c a nó t i các đi m
nút c a ph n t . D ng đa th c nguyên c a hàm x p x ph i đ

c ch n đ m b o đ

bài toán h i t . Ngh a là khi t ng s ph n t lên khá l n thì k t qu tính toán s ti m
c n đ n k t qu chính xác.
Ngoài ra hàm x p x còn ph i ch n sao cho đ m b o m t s yêu c u nh t
đ nh, tr

c tiên là ph i th a mãn các ph