Tính Độ Bền Chung Theo Phương Vuông Góc Với Dòng Chảy (Dọc N.máy)

- Trường hợp sửa chữa: mực nước thượng hạ lưu và các tải trọng cũng như trường hợp vận hành bình thường, nhưng các thiết bị dỡ đi sửa chữa và phần chảy đã tháo cạn nước. Đây là trường hợp nguy hiểm nhất đối với ổn định chống trượt.

- Trường hợp đặc biệt: mực nước thượng lưu là MNGC, mực nước hạ là mực nước cao nhất. Ngoài ra còn kiểm tra các trường hợp có thể xảy ra nguy hiểm, như động đất, điều kiện thi công ...

2. Ứng suất dưới bản đáy nhà máy

Việc xác định biểu phản lực ở dưới bản đáy nhà máy nhằm phục vụ cho việc tính kết cấu khi có phản lực dưới nền tác dụng và để tính lún, tính dịch chuyển ngang của công trình và đánh giá trạng thái giới hạn của nền.

Trị số và quy luật phân bố ứng suất ở dưới bản đáy nhà máy phụ thuộc vào: đặc tính của tải trọng tác dụng bên trên, vào độ cứng và kích thước của mặt bằng móng, vào địa chất và tính cơ lý của đất nền cũng như ảnh hưởng của các công trình bên cạnh.

Hình 17-2. Sơ đồ tính lún và phản lực nền

Có thể tính phản lực dưới đáy nền theo hai phương pháp: nền là môi trường biến dạng tuyến tính hoặc theo phương pháp hệ số nền của Wincle. Trong đó tỷ số độ cứng của tấm đáy và nền có ý nghĩa quan trọng. Công trình tuyệt đối cứng thì biến dạng của nó không ảnh hưởng đến sự phân bố phản lực nền, còn công trình có độ cứng hữu hạn thì biến dạng của nó có ảnh hưởng đến sự phân bố phản lực nền. Có thể thông qua chỉ số độ dẻo t của hai ông Gorbunôp - Pôxađốp để đánh giá, có thể coi tấm đáy là tuyệt đối

E0 l 2

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

cứng khi: t 10

h 3 < 1 (17-3)

nền;

Trong đó: EB0B, EB1B tương ứng là: môđun đàn hối của vật liệu làm công trình và

l, h - chiều dài, chiều cao của dầm (bài toán phẳng nên bề rộng b =1). Phần lớn phần dưới nước nhà máy TĐ trục đứng có kích thước lớn và dạng khối

nên thường có thể coi là công trình cứng (thoả mãn t < 1).

a - Công trình cứng trên nền theo phương pháp hệ số nền (Vincle):

Cơ sở của phương pháp hệ số nền là: tại các điểm tiếp xúc giữa móng và nền thì độ lún () tỷ lệ tuyến tính với cường độ tải trọng ():  = kB0B  (trong đó kB0B là hệ số nền). Phương pháp nầy không kể ảnh hưởng của các tải trọng bên cạnh, nó đợc áp dụng thích hợp với đất bảo hoà nước và đất không dính, khả năng chống trượt nhỏ. Đối với

móng cứng, nền đồng nhất và có bề dày hữu hạn hcB kB hông đổi hoặc có bề dày vô hạn thì hệ số nền có thể tính theo công thức:

1 E

k 0

(17-4)

0 (1 0) (1 20) hc

Trong đó: hBC=B hằng số, bề dày của lớp nền chịu nén;

0 , E0 là hệ số poát xông và môdun biến dạng đàn hồi của nền.

Độ lún  và phản lực  theo phương pháp đường thẳng sau (hình 17-2,a):

PMy x Mx y

(17-5)

(x,y)

k 0 F

k 0Jy

k 0 Jx

Trong đó: F - diện tích đáy móng;



b.a3

a. b3

My P.ex; Mx P.ey;

Jy 12 ;

Jx 

(móng chữ nhật).

PMy x Mx y

(17-6)

(x,y) F JyJx

b - Công trình cứng trên nền biến dạng tuyến tính :

Cơ sở của phương pháp này là dùng mô hình biến dạng tính theo phương pháp lý thuyết đàn hồi. Mô hình này tính đến lực ma sát tiếp xúc và sự ảnh hưởng của các công trình bên cạnh của công trình đang tính toán. Vì vậy phương pháp này phản ảnh được thực tế hơn. Theo mô hình biến dạng tuyến tính đối với nền đồng chất, phản lực nền phân bố theo đường cong và ứng suất tăng lên ở hai mép công trình tuyệt đối cứng. Khi bỏ qua lực ma sát theo tấm đáy, thì ứng suất pháp d đáy công trình chịu nén lệch tâm trong bài toán phẳng xác định là (hình 17-2,b):

P⎛1 2 e x⎞

(17-7)

a 2 x 2

x ⎜⎝a 2 ⎟⎠

Từ (17-7) ta nhận thấy BXB = 0 ở viền, khi e =  a/2, nghĩa là kích thước lỏi tiết diện bằng khoảng một nửa chiều dài móng mà không phải là 1/3 như đã nhận được ở nén lệch tâm hoặc như kết quả tính theo phương pháp hệ số nền khi nền đồng chất.

Đối với nền móng phức tạp hơn (ví dụ lớp chịu nén hCB B  hằng số thì kOB

đổi và có công thức tính riêng) cần tham khảo tài liệu cụ thể.

B sẽ thay

XVII. 2. TÍNH TOÁN ĐỘ BỀN PHẦN DƯỚI NHÀ MÁY T.Đ

Nhà máy TĐ là một kết cấu không gian phức tạp và chịu lực phức tạp, hiện nay chưa có phương pháp thống nhất để tính độ bền của nó. Tuy nhiên cũng có một số quan niệm gần đúng để tính. Người ta cho rằng mỗi phần tử kết cấu của nhà máy, ngoài việc chịu lực cục bộ còn tham gia làm việc chung với toàn thể nhà máy. Do đó người ta tiến hành tính toán độ bền nhà máy theo hai bước:

- Tính toán độ bền chung của nhà máy; ở đây xác định ứng lực trong các phần tử kết cấu do biến dạng chung của nhà máy khi nhà máy làm việc với nền;

- Tính toán độ bền cục bộ của phần tử nhà máy làm việc riêng lẻ dưới tác dụng của tải trong cục bộ tác dụng lên nó.

Ứng suất trong của phần tử là tổng ứng suất của hai bước tính chung và cục bộ.

XVII. 2. 1. Tính toán độ bền chung của nhà máy Thuỷ điện

Việc tính toán độ bền chung phụ thuộc vào kết cấu và các khớp xuyên suốt.

1. Tính độ bền chung theo phương vuông góc với dòng chảy (dọc n.máy)

Hình 17-3. Sơ đồ tính toán độ bền chung theo phương vuông góc với dòng chảy.

Tính toán độ bền chung theo phương vuông góc với dòng chảy (dọc nhà máy) phụ thuộc vào độ cứng của tấm đáy, độ cứng tường áp lực (tường buồng xoắn, tường chắn nước, tường ống xả ... ) và của sàn mà quyết định.

Quan niệm thứ nhất: coi nhà máy như một dầm trên nền đàn hồi có độ cứng không đổi và bằng độ cứng nhỏ nhất hYB B (hình 17-3,a). Quan niệm này dùng thích hợp dối với nhà máy TĐ không kết hợp xả lũ, nhà maý TĐ trong thân đập tràn, bơỉ vì những nhà máy này thường độ cứng phần trên rất nhỏ so với độ cứng của tấm đáy.

Quan niệm thứ hai: coi nhà máy như một khung phẳng hay nhiều khung phẳng song song nhau (hình 17-3,b). Độ cứng của nhà máy do tấm đáy, các tường áp lực và một phần sàn tạo nên. Nhà máy dược phân thành các khu vực có c phần tử giống nhau và tạo được dạng khung, đó là các vùng: vùng tường áp lực, vùng tường buồng xoắn, vùng khuỷu ống xả cong, vùng tường chắn hạ lưu ... Sơ đồ quan niệm khung dùng thích hợp đối với: nhà máy kết hợp xả đáy, phân đoạn giữa hai tổ máy, các phần dẫn và tháo nước tạo nên dạng khung. Các khung cắt theo theo vùng đặc trưng có phần trên dày được coi như dầm ngang có EJ =  đưa về sơ đồ khung để tính. Thường các mắc khung đối xứng nên chỉ tính một nửa khung. Để xét đến sự liên kết làm việc giữa các khung ta đưa về khung không gian phức tạp và dùng máy tính để tính.

2. Tính độ bền chung theo phương dòng chảy (ngang nhà máy)

Theo phương dòng chảy thì độ cứng của nhà máy do trụ van chính và phụ của

ống xả tạo nên (hình 17-4). Tính theo phương này cũng có hai quan niệm về sơ đồ:

a - Quan niệm thứ nhất: Tách một phần tử tính toán vuông góc với trục nhà máy và coi nó như một dầm tỉnh định nằm trên dầm đàn hồi, chịu tải trọng chủ động (các tải trọng do trọng lượng kết cấu và thiết bị) và phản lực nền. Dầm tính toán có thể gồm một

hoặc nhiều trụ van (hình 17-4,a). Quan niệm này thường dùng cho nhà máy không kết hợp và nhà máy kết hợp xả đáy.

b - Quan niệm thứ hai: Coi phần tử như một khung phẳng nối các góc tuyệt đối cứng (hình 17-4,b). Khung có thể là một trụ van tách riêng, cũng có thể riêng cho một phần tràn hoặc cũng có thể là một trụ van và hai phần tràn hai bên trụ. Quan niệm sơ đồ này thích hợp cho nhà máy nằm trong thân đập tràn với các cấu kiện có bề dày đều nhau

Hình 17-4. Sơ đồ tính dộ bền chung của n/m đập tràn dọc dòng chảy.

Các phương pháp tính độ bền chung chủ yếu áp dụng lý thuyết cơ học kết cấu hệ thanh để giải, các kết cấu của các phần tử thường dày nên dùng hệ thanh sẽ giảm độ chính xác, mặt khác cũng không xét đến sự làm việc không gian ràn buột chúng. Để nâng cao chính xác cần sử dụng máy tính để giải các kết cấu hệ không gian .

XVII. 2. 2. Tính toán độ bền cục bộ phần dưới nhà máy TĐ

Tính toán độ bền cục bộ của phần dưới nước của nhà máy trình bày ở đây gồm: tính toán bệ máy phát điện, tính toán kết cấu buồng xoắn, ống xả - theo khuôn khổ của chương trình ngành. Tính phần trên có thể xem cách giải ở các tài liệu về cơ học kết cấu.

I. Tính toán kết cấu bệ máy phát điện trục đứng

1 - Cấu tạo bệ máy phát điện và các tải trọng tác dụng lên bệ máy

- Bệ đỡ máy phát điện có các dạng: dầm sàn (hình 17-5,a), thường dùng cho nhà máy thuỷ điện trục ngang hoặc thuỷ điện nhỏ trục đứng; bệ đỡ dạng cột, trên cột có vành tròn để tăng ổn định cho bệ đỡ (hình 17-5,b), được dùng cho máy phát không lớn;

- Bệ dỡ máy phát điện dạng trụ rỗng (hình 17-5,c).Trụ rỗng này bao quanh trục tổ máy tạo nên giếng turbine và có lỗ thông với gian turbine, trụ có dạng mặt cắt tròn hoặc bên ngoài dạng bát giác. Bệ đỡ loại này có độ cứng lớn, chịu lực tốt, chống xoắn và chịu chấn động tốt, do vậy loại này dùng cho máy phát trung bình và lớn.

Hình 17-5. Cấu tạo bệ đỡ máy phát điện.

Tải trọng tác dụng lên bệ máy (hình 17-6) gồm có:

Tải trọng tĩnh G gồm có : Trọng lượng bản thân bệ máy G1B B; trọng lượng sàn

máy phát GB2;B tải trọng di động trên sàn máy phát GB3B; trọng lượng stator máy phát và

thiết bị phụ của nó A1B ;B trọng lượng giá đở dưới PB1.B

Tải trọng động A' gồm có: Trọng lượng rotor máy ph + trục A3B B; trọng lượng

2

BXCT + trục turbine AB B; áp lực nước dọc trục A k D H , ( k = 0,9 đối với

4 4 1

turbine hướng trục; đối với turbine tâm trục tra quan hệ k ~ nSB B). Đưa tải trọng động về tải trọng tỉnh tương đương để tính là A' = kBĐB ( AB2B + A3B B + AB4B), (hệ số động kĐB B = 1,5 - 2).B

Mômen tác dụng gồm: Mômen uốn M do phép dời lực thẳng đứng về tim bệ máy M ; mômen xoắn MK do cảm ứng điện từ giữa stator và rotor gây ra trên stator, trường hợp chập mạch là nguy hiểm nhất. Chúng được tính theo các công thức sau:

M Gi ei A e' P e

(xem hình 17-6)

i i 1 p

N cos4 N

Mk 0,975 ' 

Mk 0,975 '

, với N (kVA)

Lực ngang do MK

gây ra mà mỗi bulông phải chịu: PK

= 2Mk , (trong công

thức m là số bulông, D là điường kính vòng tròn đi qua các bu lông).

Lực sinh ra do nhiệt độ.

Chú ý: lực động thẳng đứng tuỳ từng loại máy phát mà có vị trí đặt tải trọng khác nhau (kiểu treo thì truyền qua stator, còn loại ô thì truyền qua giá đỡ dưới hoặc nắp tbin)

Hình 17-7. Sơ đồ tính nội lực tỉnh của bệ máy phát điện.

Có thể dùng phương pháp cơ học kết cấu để tính nội lực của bệ dỡ máy phát dạng trụ. Để tính ta tách một mãnh trụ bệ máy có cung tròn 1 m, đầu trên liên kết với sàn, để an toàn coi như đầu trên tự do, còn dầu dưới ngàm trong khối bêtông buồng t.bin

Đầu trên có lực tập trung P = G A' P1

D

và các mômen M và MK

(hình 17-7,a).

a- Tính nội lực do mômen M và tải trọng thẳng đứng P gây ra:

Tại mặt cắt x - x cách đỉnh một đoạn x có ứng suất tính theo công thức sau:

x 

Mx .c

(17-8)

b3 3

Trong đó: Mômen quán tính đối với trục trung hoà J =

;

12 12

Mômen ở mặt cắt x - x do M gây ra đối với ống rỗng đàn hồi là:

MxM ex cosxsin xM, (với (x)là hàm của

x ,

3(12)

R 22

trong đó ; hệ số poatxông của bêtông lấy = (1/5÷1/6). Mỗi mặt cắt

tính ra .x rồi dùng bảng tra quan hệ hàm (x) , rồi tính ra Mx, rồi vẽ đồ thị mômen.

Nếu max Rnen

thì đặt thép cấu tạo; nếu không thì tính toán đặt cốt thép chịu lực.

x k

b - Tính nội lực do mômen xoắn MK gây ra:

k 3

Dưới tác dụng của mômen xoắn sinh ra ứng suất tiếp và điều kiện không đặt cốt thép chịu lực (hình 17-7,b):

Mk R 

R nen

(17-9)

max JR

Trong đó: mômen quán tính cực của bệ máy: JR 

D 4 d 4.

c - Kiểm tra ứng suất cục bộ tại lổ vào giếng turbine:

Tại lổ khoét diện tích chịu lực bị giảm (phần gạch gạch trên hình 17-7,b), cần kiểm tra có cần đặt cốt thép chịu lực thêm hay không dưới tác dụng của MK. Ta đổi MK ra lực dọc tương ứng: NK = MK/R và tính được:  = NK/F. Nếu  [] thì không cần đặt thêm thép, ngược lại thì cần đặt thép. Cũng có thể dùng công thức tính max = k0 0 (trong đó: 0 là ứng suất kéo của tiết diện khi chưa khoét lổ, k0 là hệ số , đối với lổ tròn k0 = 3), và dặt thép theo max .

d - Tính ứng suất sinh ra do nhiệt:

- Khi nhiệt độ bên trong và bên ngoài trụ cùng có sự thay đổi nhiệt độ t như nhau thì dưới chân bệ máy (ngàm) sẽ sịnh lực cắt Qt và mômen uốn Mt như sau:

12

E3

(17-10);

Mt6

13

1 2R t

E3

Qt 6

1 

2

R t

(17-11).

Trong đó: hệ số co giản của bêtông  = 0,00001; các ký hiệu khác như trước.

- Khi nhiệt độ bên trong t1 khác nhiệt độ bên ngoài t2, (t1 > t2) thì bên ngoài bệ máy sẽ chịu kéo và bên trong chịu nén. Ứng suất do nhiệt sinh ra trường hợp này sẽ là:

E(t1 t 2)

2(1 )

(17-12)

Hai đầu bệ máy bị giới hạn nên tăng ứng suất lớn hơn vì vậy lấy đ = 1,4.

3 - Tính toán kiểm tra động lực bệ máy:

Khi tổ máy hoạt động, dới tác dụng của các tải trọng động bệ máy bị chấn động cưỡng bức và tự do, cần phải tính toán kiểm tra an toàn cộng hưởng của nó.

a - Nội dung tính toán động lực bệ máy, gồm những phần sau:

- Kiểm tra cộng hưởng bệ máy: để bảo đảm an toàn thì tần số giao động riêng (n0i) của bệ máy phải lớn hơn tần số giao động cưỡng bức (ni) từ (20 - 30)%, cụ thể là:

+ Điều kiện để không sinh cộng hưởng thẳng đứng:

n 01 n 2 ( 20 30)% ;

n 2

+ Điều kiện để không sinh cộng hưởng xoắn:

+ Điều kiện để không sinh cộng hưởng ngang:

- Kiểm tra biên độ chấn động của bệ máy, cụ thể:

n 02 n1 ( 20 30)% ;

n 03 n1 ( 20 30)% ;

+ Biên độ chấn động thẳng đứng, điều kiện an toàn khi: A1 < (0,1  0,15) mm;

+ Biên độ chấn động xoắn, điều kiện an toàn khi:

+ Biên độ chấn động ngang, điều kiện an toàn khi:

A< (0,15  0,20) mm;

A p < (0,15  0,20) mm.

- Kiểm tra hệ số động lực: yêu cầu hệ số động lực tính ra phải  hệ số k Đ =1,5 -2

- Kiểm tra sức chịu ứng suất của bulông định vị bệ máy và điều kiện an toàn:

+ Ứng suất lớn nhất khi chập mạch : ckeo ckeo

+ Ứng suất lớn nhất khi vận hành :

b - Cách tính toán cụ thể các thông số:

- Tần số chấn động cưỡng bức n1 và n2:

ckeo ckeo

bulong

+ Khi tổ máy quay, do lắp đặt không hoàn toàn đúng tâm dẫn đến tần số giao

động ngang, lấy tần số này bằng vòng quay máy phát n, tức là n1 = n, (v/ph);

+ Do hồi chuyển giữa cánh tủbine và cánh hướng dòng, dẫn đến tần số giao động cưỡng bức thẳng đứng (đối với tổ máy trục đứng). Gọi Z1, Z2 tương ứng là số cánh hướng dòng và số cánh turbine, a là ước số chung của lớn nhất Z1 và Z2 thì tần số giao

động cưỡng bức thẳng đứng là: n 2

n Z1. Z 2 , (v/ph).

- Tần số chấn động riêng (chân động tự do):

n 01 ; n 02 , n 03

+Tần số chấn động riêng thẳng đứng

n 01 : xác định dựa vào chuyển vị đứng

G11

và trọng lượng vật giao động, theo công thức sau (hình 17-8,a):

n 01

60

2

30

(17-13)

G11

Trong đó:

G1 Pi P0 Pa là toàn bộ tải trọng thẳng đứng (Pi), trọng

lượng bản thân bệ máy (PO) , và trọng lượng tấm đỉnh buồng xoắn (Pa);

1 - biến vị thẳng đứng của kết cấu dưới tác dụng của lực đơn vị (bao gồm cả biến vị đứng của bệ máy bị nén và biến vị của tấm đỉnh buồng xoắn.

Hình 17-8. Các sơ đồ tính toán tần số giao động tự do của bệ máy.