Tuabin thủy lực

giảm chiều dày ống từ (30 - 35)% so với ống trơn, tuy nhiên loại ống này khó chế tạo và tổn thất cột nước lớn. Do vậy chúng được dùng ở TTĐ cột nước cao và lưu lượng nhỏ.

2. Cấu tạo phần ống rẽ nhánh

Hình 13-5. Các hình thức rẽ đường ống.

Chỗ rẽ nhánh có kết cấu phức tạp, gây tổn thất cột nước lớn và giảm yếu khả năng chịu lực của ống, do vậy cần có gia cố thêm. Hình (13-5) trình bày một số sơ đồ rẽ nhánh đường ống, các hình thức kết cấu rẽ nhành phụ thuộc vào số lượng ống rẽ, áp lực nước trong ống và cách bố trí đối xứng hay lệch. Có những hình thức rẽ nhánh sau:

- Ông rẽ bên không đối xứng (hình13-5,a): ở chỗ cắt để nối ống rẽ từ ống chính sẽ có lực không cân bằng và người ta lắp thên bản thép gia cố để chịu lực này. Chiều rộng bản thép gia cố có thể lấy không nhỏ hơn (0,12 - 0,18) đường k ống chính, bề dày thành ống chỗ nối cũng lấy từ (1,15 - 1,5) chiều dày tính toán của ống. Hình thức rẽ nhánh này thường áp dụng cho TTĐ cột nước thấp hoặc đường kính tương đối nhỏ;

- Ống rẽ nhánh kiểu rẽ đôi, rẽ ba đối xứng (hình 13-5,,b): ở đây người ta dùng các dầm 1 chữ U và dầm lưng 2 để gia cố, trong đó dầm chữ U gánh vác lực không cân bằng lớn, còn dầm lưng chịu lực nhỏ hơn;

- Ống rẽ nhánh kiểu hình cầu (hình 13-5, sơ đồ I): kiểu này dùng khi cột nước cao. Khi ống có đường kính không lớn, ngời ta đúc liền vỏ cầu bao quanh phần rẽ ống, ống bên trong có tác dụng hướng dòng để giảm tổn thất cột nước, giữa ống và cầu đúc lỗ thông nhau mục đích giảm chênh áp lực giữa bên trong và bên ngoài ống làm cho bề dày ống mỏng hơn. Đây là kiểu nối rẽ phức tạp.

Để đảm bảo độ bền và ổn định chỗ rẽ ống ta có thể đúc nó trong khối bê tông của mố néo ống, nhờ sự tham gia chịu lực của khối bêtông này gánh bớt cho ống.

3. Khớp nhiệt độ

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

Khi nhiệt độ môi trường thay đổi, đoạn ống sẽ bị co hoặc giản làm thay đổi chiều dài đường ống, tuy nhiên ống bị giữ chặt bởi các mố néo hai đầu do vậy bên trong đường ống sẽ xuất hiện ứng suất nhiệt độ. Để tránh ứng suất nhiệt ta tách hai đầu đoạn ống ra và đặt khớp nhiệt độ tại đó, giữa hai đầu đoạn ống có khe hở do vậy chúng tự do

dịch chuyển, tránh được ứng suất nhiệt độ. Vì vậy khớp nhiệt còn gọi là khớp co giản. Khớp nhiệt tốt nhất đặt ngay sau mố néo trên của đoạn đường ống. Khớp nhiệt độ có ba loại sau:

a - Khớp kiểu trượt

Kết cấu khớp kiểu trượt đơn giản, thường dùng với đường kính dưới 2,5 m (hình 13- 16,a,b), khớp a là khớp đúc với đường kính ống từ (0,426 - 0,87) m, còn khớp b là khớp của ống hàn với đường kính từ (0,97 - 3,04) m. Khớp trượt chỉ cho phép ống tự do co giản theo hướng dọc trục ống. Vật liệu chống thấm thường dùng là dây gai hoặc cao su đối với ống nhỏ, hoặc bằng chì đồng đối với ống lớn. Khớp trượt có khả năng chịu áp lực nước lớn .

b - Khớp kiểu đĩa đàn hồi

Khớp nhiệt kiểu đĩa đàn hồi được biểu thị ở hình (13-16,c,d). Kiểu này được dùng khi đường kính ống lớn và cột nước không lớn. Nhờ hai vòng đĩa mềm nối hai đoạn ống cho phép ống chuyển vị dọc trục.

c - Khớp nhiệt - lún

Khớp này làm chức năng giản dài tự do khi nhiệt độ thay đổi, vừa xoay khi ống mố ống bị lún thẳng đứng (hình 13-16,e). Khớp nhiệt độ - lún được đặt ở nơi nền bị lún. Trên hình (13-16,e), nút A là khớp lún, nút B là khớp nhiệt độ.

Hình 13-16. Các loại khớp nhiệt độ.

4. Mố néo ống

Mố néo (còn gọi là mố ôm) có nhiệm vụ néo chặt đường ống không cho chuyển dịch bất kỳ phương nào, nó được đặt ở những nơi tuyến ống thay đổi phương hoặc nơi mà chiều dài đường ống dài quá 150 - 200 m. Mố néo phải được đặt trên nền chắc chắn không lún. Về cấu tạo chia mố néo làm hai loại: mố kín và mố hở.

Mố néo kín (hình 13-17,a): đặc điểm của mố kín là đường ống được được bao trong khối bê tông, bên ngoài vỏ ống có hàn các vòng thép và chôn vào bêtông để giữ chặt đường ống. Vật liệu làm mố bằng bêttông max 100# - 150#, có thể đổ bêtông bao trực tiếp ống với bề dày 0,4 m còn bên ngoài xây đá vữa max 100#. Mố néo kín vững chắc và được dùng khi đường kính ống không lớn.

Mố néo hở (hình 13-17,) được dùng khi ống có đường kính lớn, người ta hàn những đai thép lên vỏ ống và chôn các đai vào mố bêtông để néo chặt ống. Mố néo hở dễ kiểm tra sửa chữa nhưng cấu tạo phức tạp.

Một dạng đặc biệt của mố néo là mố néo cầu (hình 13-17,b), ống có thể xoay.

Hình 13-18. Các loại mố đỡ ống.



Mố đỡ được đặt dọc bên dưới đường ống nhằm đỡ ống khỏi bị võng. Không nên ngàm ống vào mố mà tạo cho đương ống dễ dàng dịch chuyển trên mặt tiếp xúc với mố đỡ để hạn chế ứng suất tiếp giữa mố và ống. Khoảng cách giữa các mố sơ bộ xác định như sau

lm 2,7 r

(13-1)

R'- là cường độ tính toán của vật liệu khi hệ số điều kiện làm việc m = 0,6;

q - tải trọng phân phối ngang trên một mét dài ống; r - bán kính trung bình ống;

 - chiều dày vỏ ống.

Mố đỡ có những loại sau:

a - Mố đỡ dạng yên ngựa (hình 13-18,a)

Mố đỡ dạng yên ngựa có cấu tạo đơn giản, có thẻ làm bằng bêtông hoặc đá xây, thường được bố trí cách nhau không quá 10 m, góc bao mố  = 90 - 1200, đường ống được đặt tựa trên bề mặt dạng yên ngựa bằng xi măng của mố. Để giảm ma sát giữa mố và thép ống, người ta lót tấm thép dưới ống, có khi lại bôi mỡ giữa ống và lớp thép cho trơn. Tuy nhiên loại này ma sát trượt vân lớn và thép lót dễ vênh, cho nên mố yên ngựa được dùng với óng có đường kính bé hơn 1 m.

b - Mố đỡ có vành đai (hình 13-18b,c)

Loại này có hàn một vành đai 1 bên ngoài vỏ ống và và gắn các phần tiếp xúc của ống và mố. Mố vòng đai lại có thể chia ra một số kiểu sau:

- Mố có vành đai trượt: loại này có phần tiếp xúc cố định là đường ray đặt trong khối bêtông thân mố, phần tiếp xúc động là thép chữ U úp gắn trên vành đai. Khi nhiệt độ thay đổi ông sẽ dịch chuyển và thép U trượt trên thép ray I. Loại này vẫn là ma sát trượt nhưng bộ phận tiếp xúc chắc chắn, không bị vênh như thép lót yên ngựa. Do vững chắc nên loại này được dùng với ống có đường kính từ 1 - 1,5 m;

- Mố có vành đai con lăn, ở đây thay thế tiếp xúc trượt bằng bố trí con lắn 2, lăn trên tấm thép mố. Do ma sát lăn nhỏ nên được dùng cho ống lớn hơn;

- Mố có vành đai kiểu đu đưa. Về cấu tạo tương tự như các loại có vành đai, chỉ khác là thay thế con lăn bằng cơ cấu đu đưa làm ma sát giảm rất nhiều. Tuy nhiên hai loại con lăn và đu đưa có kết cấu phức tạp, nên dùng cho ống lớn.

XIII. 2. 2. Tính toán đường ống thép

Nội dung tính toán đường ống thép bao gồm: xác định đường kính D và bề dày thành ống , kích thước đai ống, xác định kích thước các mố néo và mố đỡ ống, cấu tạo và kích thước khớp nhiệt độ ... Sau đây đề cập các nội dung tính toán đã nêu.

1. Xác định kích thước đường ống

Như đã trình bày ở chương XII, nếu tăng đường kính ống thì đầu tư sẽ tăng nhưng tổn thất năng lượng lại giảm, và nếu giảm đường kính ống thì khả năng ngược lại. Vậy chọn đường kính là bao nhiêu phải qua tính toán so sánh kinh tế - năng lượng. Trước tiên cần sơ bộ xác định đường kính ống để làm cơ sở định ra một số phương án và tiến hành tính toán kinh tế để so sánh chọn như đã trình bày ở chương XII.

a - Sơ bộ xác định đường kính kinh tế ống áp lực

Qmax

0,785 V kt

Lập công thức sơ bộ theo vận tốc kinh tế Vkt của ống, ta có công thức:

Dkt 

(13-2)

Trong đó Qmax là lưu lượng thiết kế qua ống, m/s; còn vận tốc kinh tế của ống thép Vkt = (3 - 6) m/s; của ống bê tông cốt thép lấy Vkt = (2 - 4) m/s..

Ngoài ra đường kính kinh tế còn có thể xác định theo các công thức kinh nghiệm của Bundsu (người Đức) như sau:

Dkt 

, khi H < 100 m (13-3)

7 0,052Q3

max

5,2Q3

, khi H > 100 m (13-4)

H là cột nước tác dụng có kể đến nước va dương.

b - Sơ bộ xác định bề dày thành ống

Bề dày thành ống sơ bộ xác định chỉ dựa vào áp lực cột nước nước (kể cả áp lực nước va dương) bên trong ống, lập được công thức tính bề dày chịu lực của ống sau đây:

HD

2

(13-5)

Trong đó: là trọng lượng riêng của nước; - là hệ số xét đến chất lượng mối

hàn làm giảm yếu đường ống = (0,9 - 0,95), lấy nhỏ hơn 1; [] -ứng suất cho phép của thép, lấy giảm 25% để kể thêm các lực khác ngoài áp lực nước.

Tính bề dày theo (13-5) rồi cộng thêm từ 1 đến 2 mm phòng rỉ.

Ống thép xác định theo điều kiện chịu lực thường mỏng, dễ bị biến dạng khi vận chuyển, lắp ráp. Do vậy bề dày còn cần phải tính đến điều kiện ổn định theo công thức (13-6) đối với ống trơn (hoặc phải làm đai cứng để đảm bảo ổn định):

D 130

(13-6)

Khi có các phương án đường ống (tuyến ống, đường kính ống, bề dày) tiến hành tính toán tổn thất thuỷ lực (tổn thất năng lượng), áp lực nước va ..v.v.. của phương án, xác định kích thước các mố ống, khớp nhiệt, khối lượng xây dựng tuyến ống ... Từ đó tính toán kinh tế và so sánh chọn phương án (xem chương XII).

2. Các lực tác dụng lên đường ống

Tính toán các lực tác dụng lên đường ống để có cơ sở tính toán kết cấu đường ống, lựa chọn đúng bề dày thành ống và xác định kích thước các mố néo, mố đỡ ống. Lực tác dụng lên đường ống được phân các nhóm lực sau:

- Nhóm lực chủ yếu: đó là các lực chính tác dụng thường xuyên khi ống vận hành, nó bao gồm: áp lực nước, trọng lượng nước và ống, lực ma sát giữa nước và thành ống, lực ma sát giữa ống và mố đỡ, lực li tâm của dòng nước ..v.v... Dùng nhóm này để thiết kế đường ống;

- Nhóm lực thứ yếu: là những lực tác dụng không thường xuyên lên đường ống, gồm có: lực khi thi công lắp ráp sinh ra, lực khi thử nghiệm ống, lực sinh ra khi gió bão, áp lực tăng lên khi điều tốc bị phá hoại ..v..v... Cần dùng để kiểm tra đường ống,

- Nhóm lực đặc biêt: gồm có lực động đất, lực sự cố ..v.v...

Sau đây là tập hợp các công thức tính toán các lực, với quy ước lấy chiều lực như sau : lực dọc lấy chiều dương là chiều dòng chảy, lực vuông góc với trục ống lấy dương

là chiều đi từ trên xuống.

a - Các lực trong đường ống phân đoạn

Hình (13-19) mô tả các lực tác dụng lên đường ống phân đoạn và công thúc tính.

Hình 13-19. Các lực tác dụng lên đường ống phân đoạn đặt hở.

a* - Các lực do áp lực nước trong ống gây ra:

- Áp lực nước tác dụng lên thành ống, có phương vuông góc với thành ống làm cho ống bị kéo (hình 13-19,a). Khi đường kính ống lớn thì áp lực tại điểm x tính theo:

p ( H Do cos.cos) (13-7)

Trong đó: là trọng lượng riêng của nước;

H - cột nước tại tim tiết diện, kể cả áp lực nước va;

 - góc nghiêng của đường ống so vơi phương ngang;

 - góc của điểm x lấy so với phương đứng; D0 - đường kính trong của ống.

- Lực dọc trục sinh ra khi đóng van đường ống:

D2

A1 Ho

(13-8)

- Lực dọc sinh ra khi đường kính ống thay đổi từ

' sang

'' (hình 13-19,b)

D'2 D''2

A 2 H'oH''o

4 4

(13-9)

- Lực dọc trục do áp lực nước tại khớp nhiệt độ, đẩy về hai phía (hình 13-19,c):

A H ( D 2 D 2) (13-10)

2t 4 1 o

- Lực dọc trục sinh ra tại chỗ ống cong A' và A'' và hợp lực của chúng R:

r r '

r '' (hình 13-19,d):

R A 3 A 3

' H

' D'2

D''2

(13-11)

A'' H''o

(13-12)

3 4

b* - Các lực do trọng lượng nước và bản thân ống gây ra (hình 13-19,e):

- Trọng lượng phân bố đều theo chiều dài ống, theo phương thẳng đứng:

D2

q oDo

(13-13)

4 o

Thành phần dọc trục của lực này truyền xuóng mố néo la:

D

A 4 ( oDo) Lsin 

(13-14)

4 o

Thành phần vuông góc với trục ống tác dụng lênmố đỡ và mố néo gây uốn là:

D2

N1 olcos4

N 2 o Do l cos

(do trọng lượng nước) (13-15)

(do trọng lượng ống) (13-16)

Trong các công thức trên: l là khoảng cách giữa hai mố đỡ;

o - trọng lượng riêng của thép ông;

 - bề dày thành ống.

Thành phần dọc trục của A4 sinh ra tại mố néo có phương thay đổi từ 1 2 :

A' ( oD ) l sin (13-14')

4 4 o o 1 1

A'' ( o D ) l sin (13-14'')

4 4 o o 2 2

c* - Lực ma sát:

Lực ma sát sinh ra ở nơi có các vật tiếp xúc dịch chuyển tương đối nhau. Hướng của lực ma sát ngược chiều với chiều dịch chuyển của vật khi nhiệt độ thay đổi. Chúng có những lực sau (hình 13-19,f,c):

- Lực ma sát giữa ống và mố đỡ khi nhiệt độ thay đổi (hình 13-19,f):

A5 f N f n ( N1 N 2 ) (13-17) Trong đó: f là hệ số ma sát giữa mố đỡ và thành ống; n - số mố đỡ.

- Lực ma sát giữa nước chảy và thành ống:

D2

' h' o

(13-18)

h'tt, h''tt là tổn thất cột nước phía trên và phía dưới mố néo tính đến khớp nhiệt

D2

A'' h '' o

(13-19)

6 tt 4

- Lực ma sát giữa ống và vòng chèn tại khớp nhiệt độ kiểu trượt (hình 13-19,c):

A 7 f H D1 b

(13-20)

Trong công thức: f - hệ số ma sát giữa vật chèn chống thấm ống lấy f = 0,2 - 0,3; D1 đường kính ngoài của ống; b - chiều dài đoạn chống thấm.