Tiêu chuẩn ngành 14 TCN 198:2006 về công trình thủy lợi – Các công trình tháo nước – Hướng dẫn tính khí thực do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành

rnrn

TIÊU CHUẨN NGÀNH

rnrn

14 TCN 198:2006

rnrn

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI – CÁC CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC – HƯỚNGrnDẪN TÍNH KHÍ THỰC

rnrn

HydraulicrnStructures – Discharge Structures – Cavitation Control Manual

rnrn

I. QUY ĐỊNHrnCHUNG

rnrn

1.1. Phạm vi áp dụng

rnrn

Tiêu chuẩn này áp dụng cho tính,rnkiểm soát khí thực trên các bộ phận của công trình tháo nước và tính các giảirnpháp phòng chống khí thực khi thiết kế mới hoặc sửa chữa nâng cấp các côngrntrình tháo nước; không áp dụng cho việc tính toán khí thực các máy bơm vàrnturbin thủy lực.

rnrn

1.2. Tài liệu viện dẫn

rnrn

– Cavitation in Chutes andrnSpillway, United States Department of the Interior Bureau of Reclamation, 1990.

rnrn

– SDJ 341-89 – Quy phạm thiết kếrntràn xả lũ. Bản dịch từ tiếng Trung Quốc – Bộ Nông nghiệp và phát triển nôngrnthôn phát hành – 1999.

rnrn

– Tính toán thủy lực các công trìnhrntháo nước – Sổ tay chuyên môn – NXB Năng lượng nguyên tử, Matxcơva, 1988 (Bảnrntiếng Nga).

rnrn

14TCN 81-90. Quy trình tính toánrnthủy lực công trình xả kiểu hở và xói lòng dẫn bằng đá do dòng phun.

rnrn

– QPTL C1-75. Quy phạm tính toánrnthủy lực cống dưới sâu.

rnrn

– QPTL C8-76. Quy phạm tính toánrnthủy lực đập tràn.

rnrn

1.3. Thuật toán và định nghĩa

rnrn

1.3.1. Chảy bao

rnrn

1.3.1.1. Chảy bao là hiệnrntượng xảy ra ở phần tiếp xúc giữa dòng chảy và bề mặt lòng dẫn.

rnrn

1.3.1.2. Chảy bao thuận: khirndòng chảy bám sát bề mặt lòng dẫn.

rnrn

1.3.1.3. Chảy bao khôngrnthuận: khi dòng chảy không bám bề mặt lòng dẫn, còn gọi là hiện tượng táchrndòng. Phần không gian giới hạn giữa bề mặt lòng dẫn và bề mặt của chủ lưu (dòngrnchính) gọi là vùng tách dòng.

rnrn

1.3.1.4. Vật chảy bao: đểrnchỉ vật rắn có mặt ngoài (hay một phần của mặt ngoài) tiếp xúc với dòng nướcrnchảy.

rnrn

1.3.2. Hiện tượng giảm áp.

rnrn

1.3.2.1. Khi vùng tách dòngrnkhông được bổ sung không khí thì áp suất tại đó sẽ giảm.

rnrn

1.3.2.2. Khi áp suất tại mọirnđiểm giảm đến trị số nhỏ hơn áp suất khí trời thì tại điểm đó có áp suất chânrnkhông, kí hiệu là p_ek:

rnrn

p_ckrn= p_a – p;                                                                               (1-1)

rnrn

Trong đó, p_a – áp suấtrnkhí trời; p – áp suất tuyệt đối tại điểm đang xét

rnrn

1.3.3. Khí hóa (Cavitation)

rnrn

1.3.3.1. Khí hóa là hiệnrntượng xuất hiện hàng loạt các bong bóng chứa khí và hơi ở trong lòng chất lỏngrnkhi ở đó có nhiệt độ bình thường, nhưng áp suất bị giảm xuống dưới một trị sốrngiới hạn gọi là áp suất phân giới, ký hiệu là p_pg.

rnrn

Trong tiêu chuẩn này, chất lỏngrnđược xét là nước, hơi xuất hiện dưới dạng các bong bóng là hơi nước, áp suấtrnphân giới chính là áp suất hóa hơi của nước.

rnrn

1.3.3.2. Điều kiện xuất hiệnrnkhí hóa: trong dòng chảy, khí hóa sẽ xuất hiện khi có p ≤ p_pg, hoặcrncó H ≤ H_pg, trong đó:

rnrn

p – áp suất tuyệt đối tại khu vựcrnđang xét và H là cột nước áp lực tương ứng với p;

rnrn

p_pg – áp suất phân giớirncủa nước và H_pg là cột nước áp lực tương ứng với p_pg.

rnrn

1.3.4. Hệ số khí hóarn(Cavitation index)

rnrn

Hệ số khí hóa là một đại lượng dùngrnđể biểu thị mức độ mạnh yếu của khí hóa trong nước, kí hiệu là K. Giá trị của Krnđược xác định như sau:

rnrn

K =                                                      (1-2)

rnrn

Trong đó:

rnrn

H_ĐT – cột nước áp lựcrntoàn phần đặc trưng của dòng chảy bao quanh công trình hay bộ phận đang xét,rn(m);

rnrn

V_ĐT – lưu tốc (trị sốrntrung bình thời gian) đặc trưng của dòng chảy tại hay bộ phận công trình đangrnxét, (m/s);

rnrn

g – gia tốc trọng trường, (m/s²).

rnrn

1.3.5. Hệ số khí hóa phânrngiới (K_pg)

rnrn

Hệ số khí hóa phân giới là giá trịrncủa hệ số khí hóa K tương ứng với trạng thái chớm khí hóa, nghĩa là khi cácrnbong bóng khí mới bắt đầu hình thành. Trạng thái này được xác định bằng thựcrnnghiệm với sự quan sát các bong bóng khí bằng mắt thường, hay các máy đo chuyênrndụng.

rnrn

Điều kiện khí hóa của dòng chảy tạirnmột khu vực nào đó sẽ là:

rnrn

K ≤rnK_pg;                                                 (1-3)

rnrn

1.3.6. Các giai đoạn khí hóa

rnrn

– Giai đoạn bắt đầu khí hóa: cácrnbong bóng khí được hình thành có kích thước nhỏ, mật độ còn thưa.

rnrn

– Giai đoạn khí hóa mạnh: các bongrnbóng khí được hình thành có kích thước lớn và xác định, mật độ dày đặc, tậprntrung trong một khu vực gọi là đuốc khí.

rnrn

– Giai đoạn siêu khí hóa: các bongrnbóng khí được hình thành nhiều và nhanh, nhưng bị cuốn đi mạnh mẽ theo dòngrnchảy, không được tập trung trong một khu vực xác định, đuốc khí có kích thướcrnkéo dài dọc theo dòng chảy.

rnrn

1.3.7. Hệ số giai đoạn khírnhóa (b)

rnrn

Hệ số giai đoạn khí hóa là hệ sốrnbiểu thị mức độ phát triển của khí hóa trong dòng chảy.

rnrn

Trị số của b xác định như sau:

rnrn

                        b =                                                              (1-4)

rnrn

Trong đó, K và K_pg nhưrnđã định nghĩa ở trên.

rnrn

Trị số của b tương ứng với các giai đoạn khí hóa như sau:

rnrn

0,8 < b ≤ 1                    : giai đoạn bắt đầu khí hóa;

rnrn

0,1 < b ≤ 0,8                  : giai đoạn khí hóa mạnh;

rnrn

brn≤ 0,1                          : giai đoạn siêu khí hóa.

rnrn

1.3.8. Khí thực (Cavitationrnerosion)

rnrn

1.3.8.1. Khí thực là hiệnrntượng tróc rổ, phá hoại, xâm thực bề mặt lòng dẫn do khí hóa đủ mạnh và tácrnđộng trong một thời gian đủ dài.

rnrn

1.3.8.2. Các thông số đặcrntrưng của vùng khí thực:

rnrn

– Chiều sâu hố xâm thực (h_x)rnlà khoảng cách theo chiều vuông góc với bề mặt lòng dẫn từ vị trí ban đầu (chưarnxâm thực) đến vị trí hiện tại (đã xâm thực).

rnrn

– Diện tích bề mặt bị xâm thực (F_x)rnlà diện tích phần bề mặt lòng dẫn mà trên đó có tồn tại các hố xâm thực.

rnrn

– Thể tích hố xâm thực (W_x)rnlà thể tích của toàn bộ phần vật liệu lòng dẫn bị phá hoại và bị dòng chảy cuốnrnđi.

rnrn

1.3.8.3. Cường độ xâm thựcrntheo thời gian: là tỷ số giữa các đại lượng h_x, F_x, W _xrnvới thời gian xâm thực t, tương ứng như sau:

rnrn

– Cường độ xâm thực theo chiều sâu:    i_hrn= ;

rnrn

– Cường độ xâm thực theo chiềurnrộng:   i_F = ;

rnrn

– Cường độ xâm thực theo thể tích:       i_wrn= ;

rnrn

1.3.8.4. Độ bền khí thực củarnvật liệu (R_x): là đại lượng tỷ lệ nghịch với cường độ xâm thực.

rnrn

Trị số R_x thay đổi theorntừng loại vật liệu. Đối với vật liệu bê tông, trị số R_x tỷ lệ thuậnrnvới độ bền nén R_h.

rnrn

1.3.8.5. Độ bền khí thựcrntương đối : là tỷ số giữa độ bền khí thực R_xrncủa vật liệu đang xét với độ bền khí thực R_xo của vật liệu chuẩnrn(loại vật liệu được sử dụng nhiều trong xây dựng công trình tháo nước, và đãrnđược nghiên cứu nhiều về các đặc trưng chống xâm thực).

rnrn

1.3.9. Hàm khí trong nước

rnrn

1.3.9.1. Hàm khí trong nướcrnlà hiện tượng trong nước có chứa một thể tích không khí nhất định. Không khírnchứa trong nước có thể từ các nguồn sau đây:

rnrn

– Khí hòa tan tự nhiên;

rnrn

– Khí bị hút vào dòng chảy từ mặtrnthoáng khi dòng chảy có lưu tốc lớn. Trường hợp này gọi là tự hàm khí;

rnrn

– Không khí được đưa vào dòng chảyrnthông qua các bộ phận tiếp khí (BPTK).

rnrn

1.3.9.2. Ảnh hưởng của hàmrnkhí đến khí thực: đối với lớp dòng chảy sát bề mặt lòng dẫn, độ hàm khí trongrnnước càng cao thì khả năng khí thực càng giảm.

rnrn

1.3.9.3. Đại lượng đo mức độrnhàm khí:

rnrn

S = ;                                                         (1-5)

rnrn

Trong đó: S – hệ số hàm khí trongrnnước;

rnrn

dWc – thể tích một phân tố bao gồmrncả nước và không khí;

rnrn

dWa – thể tích của phần không khírnchứa trong dWc.

rnrn

1.3.10. Các trị số lưu tốcrndùng trong tính toán khí thực

rnrn

1.3.10.1. Các trị số lưu tốcrnnêu ở đây là trị số lưu tốc trung bình thời gian (chưa xét đến mạch động).

rnrn

1.3.10.2. Lưu tốc cục bộ (u)rnlà trị số lưu tốc tại một điểm xác định trong dòng chảy;

rnrn

1.3.10.3. Lưu tốc bình quânrnmặt cắt (V) là trị số lưu tốc tính bình quân cho toàn mặt cắt:

rnrn

V = .  m/s; trong đó: Q – lưu lượng, m³/s; w -rndiện tích mặt cắt, m².

rnrn

1.3.10.4. Lưu tốc sát thànhrn(V_y) là trị số lưu tốc cục bộ tại một điểm cách mặt cơ bản của lòngrndẫn một đoạn bằng y.

rnrn

1.3.10.5. Lưu tốc đặc trưngrn(V_ĐT) là trị số lưu tốc quy ước để xác định hệ số khí hóa theo côngrnthức (3-2). Trị số V_ĐT được quy ước cho từng loại vật chảy bao (xemrnđiều 2.3.4.2).

rnrn

1.3.10.6. Lưu tốc ngưỡng xâmrnthực V_ng là một trị số mà khi V_y < V_ng thìrnvật liệu bề mặt lòng dẫn không bị xâm thực, mặc dù có khí hóa mạnh và tác độngrntrong thời gian dài, ở đây, V_y là trị số lưu tốc cục bộ ở gần thànhrnrắn, được quy ước riêng cho từng loại vật chảy bao (xem bảng 2.4).

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Trị số Vng của vậtrn liệu bê tông phụ thuộc vào độ bền nén của vật liệu (Rh) và hệ sốrn hàm khí trong nước S như thể hiện ở hình 1.1. rn 1.3.10.7. Lưu tốc cho phéprn không xâm thực (Vcp): là một trị số mà khi V < Vcprn thì vật liệu bề mặt lòng dẫn không bị xâm thực, mặc dù có khí hóa mạnh và tácrn động trong thời gian dài, ở đây, V là trị số lưu tốc trung bình mặt cắt tạirn vị trí kiểm tra. rn	rn rn
rn   rn	rn Hình 1.1. Quan hệ Vngrn = f(Rb,S) của vật liệu bê tông. rn S: hệ số hàm khí trong nước rn

rnrn

2. KIỂM TRA SỰrnXUẤT HIỆN KHÍ HÓA TRÊN CÁC BỘ PHẬN CỦA CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC (CTTN)

rnrn

2.1. Nguyên tắc chung

rnrn

2.1.1. Mục đích của việcrnkiểm tra là để đảm bảo cho các bộ phận của CTTN làm việc trong điều kiện khôngrncó khí hóa, hoặc có khí hóa nhưng mức độ phát triển chưa đủ để gây nên khí thựcrnnguy hiểm.

rnrn

2.1.2. Việc kiểm tra cầnrntiến hành với các chế độ làm việc khác nhau của CTTN, trong đó phải xem xétrnđến:

rnrn

– Công trình tháo với các cấp lưurnthay đổi từ 0 đến Q_max, với Q_max là lưu lượng tháo nướcrnlớn nhất.

rnrn

– Trường hợp cửa van mở hoàn toànrnvà mở từng phần.

rnrn

– Trường hợp mở đều các cửa vàrntrường hợp có một cửa bị hạn chế khả năng làm việc do sự cố

rnrn

2.1.3. Việc kiểm tra cầnrntiến hành cho các bộ phận, các mặt cắt khác nhau trên CTTN, trong đó trước hếtrncần xét đến:

rnrn

– Đầu vào của các cửa tháo nướcrndưới sâu có áp, hay đỉnh đáp tràn của các công trình xả mặt.

rnrn

– Các gồ ghề cục bộ trên mặt đậprntràn, dốc nước mà chúng phát sinh trong quá trình thi công, hay trong quá trìnhrnkhai thác.

rnrn

– Bộ phận  buồng van, nơi có cácrnkhe, ngưỡng, mố phân dòng …

rnrn

– Các mố phân dòng ở cưới dốc nướcrnhay trong bể tiêu năng, tại đây có chế độ chảy bao không thuận.

rnrn

2.1.4. Ứng với một chế độrnlàm việc của CTTN, điều kiện để không phát sinh khí hóa tại một bộ phận của nórnlà:

rnrn

K > K_pg;                                                                                    (2-1)

rnrn

Trong đó, K và K_pg nhưrnđã giải thích tương ứng với điều 1.3.4 và điều 1.3.5.

rnrn

2.1.5. Trường hợp khống chếrntheo điều kiện (2-1) dẫn đến kích thước công trình quá lớn, không thỏa mãn điềurnkiện kinh tế thì có thể chấp nhận có khí hóa ở giai đoạn đầu (khả năng xâm thựcrnlà rất nhỏ). Khi có điều kiện khống chế là:

rnrn

 K > 0,85 K_pg;                                                                (2-2)

rnrn

Trong các công thức (2-1) và (2-2)rntrị số của K được xác định theo công thức (1-2) với các đại lượng trong đó đượcrnxác định như sau:

rnrn

2.1.6.1. Cột nước đặc trưng:

rnrn

H_ĐT = H_a + h_d;                                                                (2-3)

rnrn

Trong đó; h_d – cột nướcrnáp lực dư, được quy ước tương ứng với từng loại vật liệu chảy bao (xem ở cácrnđiều từ 2.2 đến 2.5 sau đây);

rnrn

H_a – cột nước áp lực khírntrời, phụ thuộc vào cao độ mực nước tại điểm đang xét, cho trên Bảng 2.1.

rnrn

Bảngrn2.1 – Quan hệ  giữa cột nước áp lực khí trời và cao độ

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Caorn độ (m) rn	rn Harn (m) rn	rn Caorn độ (m) rn	rn Harn (m) rn	rn Caorn độ (m) rn	rn Harn (m) rn	rn Caorn độ (m) rn	rn Harn (m) rn
rn 0 rn	rn 10,33 rn	rn 400 rn	rn 9,84 rn	rn 800 rn	rn 9,38 rn	rn 1500 rn	rn 8,64 rn
rn 100 rn	rn 10,23 rn	rn 500 rn	rn 0,74 rn	rn 900 rn	rn 9,28 rn	rn 2000 rn	rn 8,14 rn
rn 200 rn	rn 10,09 rn	rn 600 rn	rn 9,62 rn	rn 1000 rn	rn 9,18 rn	rn 2500 rn	rn 7,70 rn
rn 300 rn	rn 9,98 rn	rn 700 rn	rn 9,52 rn	rn 1200 rn	rn 8,95 rn	rn 3000 rn	rn 7,37 rn

rnrn

2.1.6.2. Cột nước áp lựcrnphân giới:

rnrn

Đối với nước, trị số cột nước áprnlực phân giới (H_pg) phụ thuộc vào nhiệt độ như ở Bảng 2.2.

rnrn

Bảngrn2.2 – Trị số của cột nước áp lực phân giới

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Trn (0C) rn	rn 5 rn	rn 10 rn	rn 15 rn	rn 20 rn	rn 25 rn	rn 30 rn	rn 40 rn
rn Hpgrn (m) rn	rn 0,09 rn	rn 0,13 rn	rn 0,17 rn	rn 0,24 rn	rn 0,32 rn	rn 0,44 rn	rn 0,75 rn

rnrn

2.1.6.3. Lưu tốc đặc trưngrn(V_ĐT)

rnrn

Trị số của V_ĐT được quyrnước tương ứng với từng loại vật chảy bao, xem các điều từ 2.2 đến 2.5.

rnrn

2.1.7. Trị số của K_pgrnphụ thuộc vào đặc trưng hình học của vật chảy bao và được xác định từ kết quảrncủa hàng loạt thí nghiệm mô hình, được trình bày trong các điều từ 2.2. đếnrn2.5.

rnrn

Trường hợp hình dạng của vật chảyrnbao đang xét không phù hợp với các vật chuẩn đã được nghiên cứu thì cần tiếnrnhành các thí nghiệm mô hình để xác định K_pg tương ứng.

rnrn

2.2. Kiểm tra sự xuất hiện khírnhóa tại đầu vào của các ống tháo nước có áp

rnrn

2.2.1. Hình dạng của đầu vào

rnrn

Đầu vào của ống tháo nước có áp cầnrncó dạng thuận dòng để giảm hệ số sức cản thủy lực và giảm khả năng xuất hiệnrnchân không, dẫn đến phát sinh khí hóa và khí thực. Theo nguyên tắc này, đoạnrnđầu vào của ống được làm với mặt cắt mở rộng dẫn từ thân ống về phía thượngrnlưu.

rnrn

Tùy theo số lượng ống tháo và bốrntrí tổng thể công trình tháo nước, có thể chọn sơ đồ mở rộng dần của đầu vào vềrnphía thượng lưu theo 2 cách:

rnrn

– Mở rộng không gian: đầu vào đượcrnmở rộng về phía thượng lưu theo cả phương đứng (lên trên và xuống dưới) vàrnphương ngang (sang trái và sang phải).

rnrn

– Mở rộng phẳng: đầu vào mở rộng vềrnphía thượng lưu chỉ theo phương đứng, còn phương ngang giữ bề rộng không đổi.

rnrn

Khi ống tháo đặt sát đáy đập thì sựrnmở rộng của đầu vào theo phương đứng chỉ là sự mở rộng lên trên.

rnrn

Đường biên mở rộng của đầu vào vềrnphía thượng lưu có thể chọn theo các dạng đường cong khác nhau, trong đó dạngrncung ¼ elip là thông dụng nhất. Cung ¼ elip được đặc trưng bởi các thông sốrnsau:

rnrn

– Bán trục theo hướng song song vớirntrục ống, ký hiệu là a.

rnrn

– Bán trục theo hướng vuông góc vớirntrục ống, ký hiệu là b.

rnrn

Trường hợp a = b thì đường biên củarnđầu vào là cung ¼ đường tròn.

rnrn

2.2.2. Các thông số hình họcrncủa đầu vào

rnrn

a) Độ thoải của đường cong cửa vào:

rnrn

                        K_srn= ;                                                 (2-4)

rnrn

b) Độ mở rộng của mặt cắt ống vềrnphía thượng lưu:

rnrn

                        K_rrn= ;                                               (2-5)

rnrn

Trong đó:

rnrn

w_cvrn- diện tích mặt cắt ngang ống tại vị trí đầu cửa vào, m²;

rnrn

w_trn- diện tích mặt cắt ngang ống tại vị trí cuối đoạn vào (tiếp giáp với thânrnống), m².

rnrn

2.2.3. Các thông số thủy lựcrncủa đầu vào có liên quan đến việc tính toán khí thực.

rnrn

2.2.3.1. Hệ số giảm áp lựcrnlớn nhất (trị số trung bình thời gian)

rnrn

                                                              (2-6)

rnrn

Trong đó:

rnrn

grn- trọng lượng  riêng của nước, KN/m³;

rnrn

Z_v – chênh lệch cao độrnmực nước thượng lưu với cao trình trần cống tại mặt cắt cuối đầu vào, m;

rnrn

p_v – áp suất dư (trị sốrntrung bình thời gian) tại trần cống ở mặt cắt cuối đầu vào, KN/m².

rnrn

Trị số  củarncác dạng cửa vào khác nhau cho trên các hình (2.1) và (2.2)

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn rn	rn rn
rn Hìnhrn 2.1. Quan hệ = f(Ks,Kr)rn của các cửa vào đường xả sâu rn	rn Hìnhrn 2.2. Quan hệ  = f(Kr,α) củarn các cửa vào elip có Ks = 2 và mái thượng lưu nghiêng góc α rn A.rn Miền chảy không tách dòng rn B.rn Miền chảy tách dòng rn

rnrn

2.2.3.2. Hệ số tiêu chuẩnrnmạch động áp lực tại cửa vào:

rnrn

            ;                                                    (2-7)

rnrn

Trong đó:

rnrn

 -rnTrị số tiêu chuẩn mạch động cột nước áp lực tại mặt cắt cuối đoạn vào (xác địnhrnbằng cách xử lý thống kê các số liệu đo áp lực);

rnrn

V_t – lưu tốc bình quânrntại mặt cắt cuối đoạn vào, m/s;

rnrn

g – gia tốc trọng trường, m²/s.

rnrn

Trị số củarncác dạng cửa vào khác nhau cho trên các hình (2.3), (2.4).

rnrn

2.2.4. Hệ số khí hóa phânrngiới của cửa vào

rnrn

            K_pg =   + f.;                                                     (2-8)

rnrn

Trong đó  vàrn đã trình bày ở điều 2.2.3;

rnrn

frn- hệ số mạch động lớn nhất, phụ thuộc vào mức bảo đảm trong tính toán p%; cho ởrnbảng 2.3.

rnrn

Bảngrn2.3. Giá trị của f theo các mức bảornđảm.

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn P% rn	rn 2,0 rn	rn 1,0 rn	rn 0,5 rn	rn 0,2 rn	rn 0,1 rn	rn 0,05 rn	rn 0,01 rn	rn 0,025 rn	rn 0,005 rn
rn f rn	rn 2,05 rn	rn 2,23 rn	rn 2,58 rn	rn 2,88 rn	rn 3,00 rn	rn 3,20 rn	rn 3,48 rn	rn 3,72 rn	rn 3,83 rn

rnrn

Khi chọn mức bảo đảm p% cần tínhrnđến cấp và thời gian làm việc của công trình, cụ thể như sau:

rnrn

– Đối với công trình tạm thời, cácrncửa sửa chữa: p = 2%.

rnrn

– Đối với các công trình lâu dài: prnlấy theo tần suất kiểm tra được quy định trong quy phạm hiện hành.

rnrn

Đối với các cửa vào được thiết kếrntheo điều kiện không cho phép phát sinh khí hóa thì lấy f = 4.

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn rn	rn rn
rn Hìnhrn 2.3. Trị số của các cửa vào có biên làrn cung ¼ đường tròn rn	rn Hìnhrn 2.4. Trị số của các cửa vào elip chỉrn mở rộng về phía trên rn

rnrn

Trên hình 2.3: đường cong I dùngrncho đầu vào kiểu I: đường 2 dùng cho đầu vào kiểu II, trần và tường kiểu V:rnđường 3 dùng cho trần và đáy kiểu III, trần kiểu IV, VI: đường 4 dùng cho tườngrnkiểu III, IV và đáy kiểu IV.

rnrn

2.2.5. Xác định hệ số khírnhóa thực tế K:

rnrn

Theo công thức (1-2), trong đó cácrntrị số H_ĐT và V_ĐT được quy ước lấy như sau:

rnrn

a) Cột nước đặc trưng: H_ĐTrn= Z_v + H_a. m;                                    (2-9)

rnrn

Ở đây, Z_v là chênh lệchrncao độ giữa mực nước thượng lưu tính toán và trần cống tháo ở cuối đầu vào, m;rnH_a là cột nước áp lực khí trời lấy theo bảng 2.1, m.

rnrn

b) Lưu tốc đặc trưng; V_ĐTrn= V_T,

rnrn

trong đó, V_T là lưu tốcrntrung bình tại mặt cắt cuối đầu vào (tiếp giáp với thân ống).

rnrn

2.3. Kiểm tra sự xuất hiện khírnhóa tại các vị trí có gồ ghề cục bộ trên bề mặt công trình tháo nước

rnrn

2.3.1. Các dạng gồ ghề cụcrnbộ trên bề mặt CTTN

rnrn

Bề mặt CTTN ở đây bao gồm mặt đậprntràn, dốc nước, thành ống có áp … Trên các bề mặt này, do các nguyên nhân vềrnthi công và trong quá trình khai thác, có thể hình thành các gồ ghề cục bộ.

rnrn

Về thực chất, hình dạng và phân bốrncủa các mấu gồ ghề cục bộ là rất phong phú và mang nhiều yếu tố ngẫu nhiên.rnTrong tính toán kiểm tra khí hóa bề mặt CTTN, có thể quy về các dạng gồ ghề cụcrnbộ điển hình như sau:

rnrn

a) Các mẫu dài chạy ngang chiềurndòng chảy được tạo ra ở chỗ nối các phần của ván khuôn bê tông hoặc các tấmrnthép lát trên bề mặt lòng dẫn.

rnrn

b) Các mấu dài tương tự, nhưng chạyrndọc theo chiều dòng chảy.

rnrn

c) Các mấu lối cục bộ trên nềnrntương đối đồng nhất của bề mặt CTTN. Chúng được tạo ra bởi các hòn cốt liệu lớnrnnằm sát bề mặt khối bê tông, các định và êcu, các đầu cốt thép nhô ra…

rnrn

d) Độ nhám tự nhiên tương đối đồngrnđều trên bề mặt (mặt bê tông, bề mặt kim loại bị ăn mòn…).

rnrn

e) Các lượn sóng thoải trên bề mặtrn(do thi công gây ra).

rnrn

2.3.2. Khả năng phát sinhrnkhí hóa tại các vị trí có gồ ghề cục bộ.

rnrn

Khi dòng chảy có lưu tốc lớn đi quarncác vị trí có gồ ghề cục bộ, các tia dòng sẽ không còn bám sát thành rắn, tạornnên chân không ở phía sau của mấu này. Khi trị số áp lực chân không vượt quá áprnlực phân giới thì sẽ hình thành khí hóa và có thể dẫn đến khí thực phá hoại bềrnmặt CTTN.

rnrn

Điều kiện phát sinh khí hóa tại cácrnvị trí này như đã nêu ở công thức (1-3).

rnrn

2.3.3. Hệ số khí hóa phânrngiới (K_pg) của các dạng mấu gồ ghề đặc trưng.

rnrn

Các trị số K_pg được tìmrnra bằng thì nghiệm mô hình. Trị số K_pg của mấu gồ ghề đặc trưng chorntrên bảng 2.4.

rnrn

2.3.4. Xác định hệ số khírnhóa thực tế (K) tại vị trí có mấu gồ ghề.

rnrn

2.3.4.1. Trị số của K đượcrnxác định theo công thức chung (1-2). Tuy nhiên cách xác định H_ĐT vàrnV_ĐT phụ thuộc vào vị trí của mấu gồ ghề trên toàn bộ dòng chảy vàrnđược xác định  theo các chỉ dẫn sau đây.

rnrn

2.3.4.2. Phân đoạn dòng chảyrnđể tính lưu tốc sát thành V_y.

rnrn

Theo mức độ hình thành và phátrntriển của lớp biên rối, dòng chảy chia thành các dạng đặc trưng như sau:

rnrn

a) Dạng I; gọi là đoạn đầu của dòngrnchảy, nơi dòng chảy có biến dạng đột ngột do thay đổi hình dạng lòng dẫn: gồmrncác vùng co hẹp dòng chảy ở cửa vào CTTN, vùng co hẹp khi chảy dưới cửa van,rndòng chảy ở mặt bên của đầu trụ pin, dòng chảy sau các khe van, bậc thụt,rnngưỡng đáy. Các bộ phận này được đặc trưng bởi sự thay đổi đột ngột áp lực vàrnlưu tốc trên một chiều dài không lớn, gia tốc dòng chảy ở gần bề mặt thì lớn,rnchiều dày lớp biên d rất nhỏ, cùng bậcrnvới chiều cao có thể có của các mấu gồ ghề.

rnrn

b) Dạng II: Là đoạn có lớp biênrnphát triển dần, phân bố lưu tốc trên mặt cắt ngang thay đổi theo chiều dài dòngrnchảy; gồm các phần của đường tháo nước có áp có hình dạng và diện tích mặt cắtrnkhông đổi hoặc thay đổi theo chiều dài bề mặt của đập tràn, dốc nước, các phầnrncủa đường tháo nước sau cửa van …

rnrn

c) Dạng III: Là đoạn có lớp biên đãrnphát triển và đạt đến ổn định, phân bố lưu tốc trên mặt cắt là không đổi, dọcrntheo chiều dài; gồm dòng chảy trên các đường tháo nước có áp hay không áp, ở cựrnlý cách xa mặt cắt đầu (vị trí cửa vào hay van điều tiết) một đoạn >40A,rntrong đó A là kích thước mặt cắt ướt theo phương pháp tuyến với mặt đáy.

rnrn

Các dạng đặc trưng của dòng chảyrnđược thể hiện trên hình 2.5.

rnrn

2.3.4.3. Xác định lưu tốcrnđặc trưng khi vị trí có mấu gồ ghề thuộc các đoạn khác nhau trên dòng chảy.

rnrn

a) Trên các bộ phận thuộc dạng I

rnrn

– Dòng chảy ở cửa vào hay dưới củarnvan.

rnrn

                        V_ĐTrn= V_c;                                                           (2-10)

rnrn

Trong đó, V_c là lưu tốcrntrung bình tại mặt cắt co hẹp sau cửa vào hay sau cửa van.

rnrn

– Dòng chảy ở đập tràn hay ở đoạnrncong của lòng dẫn:

rnrn

                        V_ĐTrn= V_CB;                                                         (2-11)

rnrn

Trong đó V_CB là lưu tốcrnbình quân cục bộ ở gần bề mặt lòng dẫn, không kể đến lớp biên.

rnrn

b) Trên các bộ phận thuộc dạng II:rnV_ĐT được xác định là lưu tốc cục bộ ở cao độ đỉnh mấu gồ ghề đối vớirncác dạng mấu số 1, 3, 4, 5, 6 trên bảng 2.4.

rnrn

Riêng đối với bậc thụt theo chiềurndòng chảy (dạng mấu số 2 – bảng 2.4) thì quy ước lấy V_ĐT = V_max,rntrong đó V_max là trị số lưu tốc cục bộ tại vị trí cách bề mặt lòngrndẫn một đoạn bằng d (d là chiều dày lớp biên của dòng chảy).

rnrn

Như vậy, trên các bộ phận thuộcrndạng II, quy ước lấy:

rnrn

                        V_ĐTrn= V_y;                                                           (2-12)

rnrn

Trong đó V_y là lưu tốcrncục bộ tại vị trí cách mặt cơ bản của bề mặt lòng dẫn một khoảng bằng y.

rnrn

Trị số của y đối với các mấu gồ ghềrnđặc trưng trên bảng 2.4 lấy như sau:

rnrn

– Đối với dạng mấu số 1, 3, 4, 5,rn6: y = Z_m + Δ.

rnrn

– Đối với dạng mấu số 2:              rny = d + Δ

rnrn

Trong đó: Δ – chiều cao nhám tươngrnđương trên bề mặt, phụ thuộc vào loại vật liệu và chất lượng thi công, xem bảngrn2.5;

rnrn

Z_m – Chiều cao mấu gồrnghề cục bộ;

rnrn

drn- Chiều dày lớp biên tại mặt cắt đang xét.

rnrn

Trị số của lưu tốc sát thành V_y,rnnhư sau:

rnrn

                                                             (2-13)

rnrn

Trong đó các đại lượng x₁, x₂rnphụ thuộc vào tỷ số d/Δ và y/Δ như trênrnhình 2.6.

rnrn

V_TB – lưu tốc trung bìnhrnmặt cắt, m/s;

rnrn

j_vrn- hệ số biểu thị quan hệ giữa lưu tốc trung bình và lưu tốc lớn nhất trong dòngrnchảy khi chiều dày lớp biên và dạng mặt cắt ngang của dòng chảy đã cho.

rnrn

rnrn

rnrn

Hìnhrn2.5. Các dạng chảy đặc trưng trên CTTN

rnrn

a.rnKhe van khi van mở một phần; b. Bậc thụt ở đáy

rnrn

L =rn(6 ÷ 8) b khi mở van hoàn toàn và L = (2 ÷ 4) b khi mở van 1 phần.

rnrn

Bảngrn2.4. Các dạng mấu gồ ghề đặc trưng và trị số K_pg tương ứng

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Thứrn tự rn	rn Loạirn mấu rn	rn Sơrn đồ rn	rn Kpg rn
rn 1 rn	rn Bậcrn lồi theo chiều dòng chảy (đầu lớp gia cố bề mặt, chỗ nối cốp pha, …) rn	rn rn	rn 0,125.rn α0,65 (α tính bằng độ) rn
rn 2 rn	rn Bậcrn thụt theo chiều dòng chảy rn	rn rn	rn 1rn khi Zm ≥ d khi Zm <d rn
rn 3 rn	rn Nhámrn đều tự nhiên trên mặt với chiều cao mấu bình quân Δ rn	rn rn	rn 1 rn
rn 4 rn	rn ụrn thoải trên mặt phẳng đều (mối hàn,…) rn	rn rn	rn 2,24rn (Lm/Zm) rn 0,5 rn
rn 5 rn	rn Mấurn lối đơn độc có bề mặt sắc cạnh (dấu vết do nối cốp pha …) rn	rn rn	rn 2 rn
rn 6 rn	rn Cácrn mấu lối cục bộ riêng rẽ (các hòn cốt liệu lớn, đầu cốt thép nhô ra …) rn	rn rn	rn 2rn khi mép lượn tròn rn 3,5rn khi mép sắc rn

rnrn

Bảngrn2.5. Chiều cao nhám tương đương trên bề mặt của một số vật liệu

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn STT rn	rn Đặcrn trưng nhám rn	rn Δrn (mm) rn
rn 1. rn	rn Bề mặt thép có các vết ăn mòn yếu rn	rn  0,05rn – 0,1 rn
rn 2. rn	rn Bề mặt thép bị hư hỏng do ăn mòn rn	rn 0,1rn – 1,5 rn
rn 3. rn	rn Mặt bê tông được trát và mài nhẵnrn cẩn thận rn	rn 0,3rn – 0,5 rn
rn 4. rn	rn Mặt bê tông phun rn	rn 0,5rn – 1,0 rn
rn 5. rn	rn Mặt bê tông với ván không bằngrn kim loại rn	rn 0,5rn – 1,0 rn
rn 6. rn	rn Mặt bê tông với ván khuôn bằng gỗ rn	rn 1,0rn – 4,0 rn
rn 7. rn	rn Mặt bê tông với ván khuôn bằng gỗrn hay kim loại, sau một số năm khai thác. rn	rn 1,5rn – 6,0 rn

rnrn

-Với dòng không áp mặt cắt ngangrnhình chữ nhật có bề rộng B và độ sâu nước h:

rnrn

                          (2-14)

rnrn

Với đường tháo có áp, mặt cắt hìnhrntròn bán kính r:

rnrn

                                          (2-15)

rnrn

Giới hạn của dòng chảy dạng II lấyrnđến mặt cắt mà tại đó chiều dày lớp biên bằng:

rnrn

– Đối với dòng không áp, mặt cắtrnchữ nhật: d = min (h,);

rnrn

– Đối với dòng có áp, mặt cắt chữrnnhật: d = min (,);

rnrn

– Đối với dòng có áp, mặt cắt tròn:rnd = r.

rnrn

c) Trên các bộ phận dạng III: V_ĐTrncũng xác định như bộ phận dạng II, nhưng với chiều dày lớp biên không đổi.

rnrn

2.3.4.4. Xác định cột nướcrnáp lực đặc trưng H_ĐT

rnrn

            H_ĐT = H_arn+ h_d;                                                                (2-16)

rnrn

Trong đó:

rnrn

H_a – cột nước áp lực khírntrời (bảng 4.1);

rnrn

hd – cột nước áp lực dư, xác địnhrnnhư sau:

rnrn

– Đối với dòng chảy không áp.

rnrn

            h_d = h cos y;                                                                 (2-17)

rnrn

ở đáy, h là chiều sâu dòng chảy tạirnmặt cắt tính toán, y là góc nghiêng củarnđáy lòng dẫn so với phương ngang.

rnrn

rnrn

Hìnhrn2.6. Biểu đồ quan hệ x₁ =rnf(y/Δ); x₂ = f(d/Δ); d/Δrn= f (L/Δ)

rnrn

Đối với dòng chảy có áp.

rnrn

            h_d = Z – h_w;

rnrn

Trong đó:

rnrn

Z – chênh lệch cao độ từ mức nướcrnthượng lưu đến trần của mặt cắt đang xét;

rnrn

h_w – cột nước tổn thấtrntính từ mặt cắt trước cửa vào đến mặt cắt đang xét, được xác định theo phươngrnpháp tính toán thủy lực thông thường.

rnrn

2.4. Kiểm tra khí hóa tại các bộrnphận của buồng van

rnrn

2.4.1. Nguyên tắc chung

rnrn

Khi dự báo khí hóa trên các bộ phậnrncủa buồng van, phải xét đến các trường hợp sau:

rnrn

a) Khí hóa trên các mấu gồ ghề bềrnmặt buồng van và cửa van;

rnrn

b) Khí hóa trên các khe, cửa vàorngiếng van, bậc thụt ở đáy khi van mở hoàn toàn;

rnrn

c) Khí hóa trên các khe và trên cửarnvan khi van mở một phần;

rnrn

d) Khí hóa trên các đầu trụ pinrntrong buồng van;

rnrn

e) Khí hóa khi có rò nước qua cácrnthiết bị khít nước ở cửa van.

rnrn

2.4.2. Kiểm tra khí hóa khirnmở van hoàn toàn.

rnrn

a) Xác định trị số K_pg

rnrn

Nguồn phát sinh khí hóa trongrntrường hợp này chủ yếu là các khe van phẳng hay bán khe ở trụ van cung. Một sốrnthông số của các khe này thể hiện trên hình 2.7.

rnrn

– Hệ số khí hóa phân giới tại mặtrntrước của khe:

rnrn

                        K_pgtrn= K_pgy [1 + 0,65 ( – 1)] K_d;                                      (2-19)

rnrn

– Hệ số khí hóa phân giới tại mặtrnsau của khe:

rnrn

                        K_pgd = A K_w. K_B [1 +rn0,65( – 1)];                                    (2-20)

rnrn

Trong đó:

rnrn

K_pgy – lấy theo bảngrn2.4, mục 2.

rnrn

K_d – hệ số sửa chữa dornlùi bề mặt lòng dẫn sau khe van về phía trụ (hình 2.7, dạng a) xác định theornbảng 2.6.

rnrn

Bảngrn2.6. Trị số của K_d trong công thức (2-19)

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn d/W rn	rn 0 rn	rn 0,04 rn	rn 0,08 rn	rn 0,12 rn
rn Kd rn	rn 0,55 rn	rn 0,75 rn	rn 0,90 rn	rn 1,00 rn

rnrn

Các ký hiệu khác như thể hiện trênrnhình 2.7.

rnrn

b) Xác định trị số K

rnrn

Trị số K xác định theo công thứcrnchung (1-2), trong đó:

rnrn

V_ĐT lấy giá trị số lưurntốc bình quân tại mặt cắt có khe van; H_ĐT = H_a + h_d,rnvới h_d là cột nước áp lực dư tính đến điểm cao nhất của khe van, xácrnđịnh bằng tính toán thủy lực.

rnrn

rnrn

Hìnhrn2.7. Một số thông số về khí hóa ở các khe van khi mở van hoàn toàn (trong giớirnhạn 1.0 ≤ W/h ≤3.0)

rnrn

2.4.3. Kiểm tra khí hóa khirnvan mở từng phần.

rnrn

Trường hợp này cần kiểm tra khí hóarntại 2 vị trí: tách dòng tại tấm chắn của van và tách dòng tại các bộ phận cốrnđịnh của buồng van.

rnrn

2.4.3.1. Kiểm tra khí hóa dorntách dòng sau cửa van

rnrn

a) Xác định trị số K_pg

rnrn

Trị số K_pg phụ thuộc vàornhình dạng của van và độ choán của van trong khe, xem hình 2.8, ở đây, độ choánrnlà tỷ lệ giữa diện tích hình chiếu lên mặt phẳng nằm ngang của kết cấu van nằmrntrong phạm vi khe và diện tích mặt cắt ngang khe W.h (W – bề rộng khe; h – độrnsâu của khe). Khi độ choán nhỏ hơn 75% thì K_pg lấy theo giá trị lớnrnvà không phụ thuộc vào độ mở van.

rnrn

rnrn

Hìnhrn2.8. Hệ số khí hóa phân giới đối với một số dạng van mở từng phần

rnrn

a.rnVan cung: K_pg = 1,2 ÷ 1,5; b. Van cung ngược: – hạ lưu sắc mép: K_pgrn= 1,9 ÷ 2,0;

rnrn

-rnmép tù: K_pg = 1,3 ÷ 1,6; c. Van phẳng khi độ choán > 75%: K_pgrn= 1,6 ÷ 2,0.

rnrn

b) Xác định trị số K – theo côngrnthức (1-2), trong đó:

rnrn

– Cột nước áp lực đặc trưng:

rnrn

            H_ĐT = H_arn+ h_d;

rnrn

Trong đó: h_d là cột nướcrnáp lực dư tại trần đường dẫn, tại vị trí mặt cắt co hẹp sau cửa van, xác địnhrntheo tính toán thủy lực.

rnrn

– Lưu tốc đặc trưng: lấy bằng lưurntốc trung bình tại mặt cắt co hẹp sau cửa van:

rnrn

                        V_ĐTrn= V_C = 0,95 ;                                   (2-21)

rnrn

Trong đó, H_p là cột nướcrntính toán của van (tức độ hạ thấp cột nước qua cửa van). Trị số H_prnphụ thuộc vào độ mở và xác định bằng tính toán thủy lực.

rnrn

2.4.3.2. Kiểm tra khí hóa dorntách dòng sau khe van, bậc thụt

rnrn

a) Xác định trị số K_pg.rnCần phân biệt các trường hợp sau:

rnrn

– Van có bộ phận làm kín nước phíarnsau: K_pg = 1,6 ÷ 2,2;

rnrn

– Van phẳng có bộ phận kín nướcrnphía trước: K_pg = 1,2 ÷ 1,6;

rnrn

– Các bán khe, bậc thụt không đượcrnnối thông với ống dẫn khí: K_pg = 1;

rnrn

– Các phần khe nằm cách xa đầu van:rntrị số K_pg xác định như khi mở van hoàn thành (hình 2.7), nhưng vớirntrị số K_w = 1.

rnrn

b) Xác định trị số K: tương tự nhưrnở điều 2.4.3.1.

rnrn

c) Nếu tất cả các vùng tách dòng ởrnkhe van, bán khe hay bậc thụt đều được tiếp khí một cách ổn định với mọi độ mởrnvan thì không cần phải kiểm tra khí thực cho các bộ phận này.

rnrn

2.4.4. Kiểm tra khí hóa ởrnđầu các trụ pin trong buồng van

rnrn

a) Trường hợp lòng dẫn có chiềurnrộng lớn, cần dùng các trụ pin chia lòng dẫn thành nhiều khoang để giảm kíchrnthước các van. Đầu trụ khi đó thường có đường biên dạng cung tròn hay cung liênrnhợp trên hình 2.9.

rnrn

b) Trị số K_pg của đầurntrụ pin phụ thuộc vào các thông số hình dạng của đầu trụ, thể hiện trên bảngrn2.7.

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn c) Xác định trị số K – theo côngrn thức chung 1-2, với: rn – Cột nước áp lực đặc trưng; HĐTrn = Ha + hd; rn Trong đó hd – cột nướcrn áp lực dư tại trần của lòng dẫn ở mặt cắt cuối đầu trụ (mặt cắt có chiều rộngrn là B), xác định theo tính toán thủy lực. rn – Lưu tốc đặc trưng, VĐTrn = VT, trong đó, VT là lưu tốc bình quân của dòng chảy ởrn mặt cắt cuối đầu trụ. rn	rn rn
rn   rn	rn Hìnhrn 2.9. Sơ đồ đầu trụ rn – R1, R2, R3rn – bán kính các cung liên hợp rn – Io – Chiều dài đầurn trụ rn – Bt – Chiều dài trụ rn – B – Bề rộng 1 khoang (nhịp) rn

rnrn

2.4.5. Kiểm tra khí hóa ởrnkhe hở của thiết bị khít nước.

rnrn

a) Tất cả các cửa van đều có thiếtrnbị khít nước (chống rò nước). Khi van làm việc, nếu giữa thiết bị khít nước vàrnbộ phận cố định có khe hở thì nước sẽ lách qua khe hở này, tạo nguy cơ phátrnsinh khí hóa.

rnrn

b) Trị số K_pg về phátrnsinh khí hóa ở thiết bị khít nước phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của nó,rnthể hiện trên hình 2.10.

rnrn

c) Xác định trị số K theo công thứcrnchung (1-2), trong đó H_ĐT và V_ĐT lấy tại mặt cắt ra khỏirnkhe hở, xác định bằng tính toán thủy lực:

rnrn

Bảngrn2.7. Thông số hình dạng và trị số K_pg của đầu trụ

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Thôngrn số rn (xem hình 2 – 9) rn	rn Đầurn trụ dạng tròn rn	rn Dạngrn cung liên hợp rn
		rn №1 rn	rn №2 rn	rn №3 rn	rn №4 rn
rn λ =rn Io/Bt rn	rn 2,5 rn	rn 1,25 rn	rn 1,0 rn	rn 1,15 rn	rn 2,00 rn
rn b = bt/B rn	rn 0,125 rn	rn 0,25 rn	rn 0,5 rn	rn 0,4 rn	rn 0,5 rn
rn R1/Bt rn	rn 0,5 rn	rn 5,15 rn	rn 1,48 rn	rn 2,1 rn	rn 9,2 rn
rn R2/Bt rn	rn – rn	rn 1,48 rn	rn 0,70 rn	rn 0,75 rn	rn 1,6 rn
rn R3/Bt rn	rn – rn	rn – rn	rn 0,15 rn	rn 0,15 rn	rn 0,15 rn
rn Kpg rn	rn 1,15 rn	rn 0,75 rn	rn 0,22 rn	rn 0,21 rn	rn 0,20 rn

rnrn

rnrn

Hìnhrn2.10. Hệ số khí hóa phân giới của thiết bị khít nước

rnrn

2.5. Kiểm tra khí hóa tại các mốrntiêu năng, mố phân dòng

rnrn

2.5.1. Các mố tiêu năng,rntường và mố phân dòng được bố trí ở hạ lưu công trình tháo nước để cải thiệnrnđiều kiện tiêu năng và phân tán dòng chảy trên mặt bằng. Điều kiện chảy baornquanh các mố và tường này thường là không thuận nên khi dòng chảy có lưu tốcrnlớn thì thường xuất hiện khí hóa và có thể dẫn đến khí thực làm hư hỏng cácrnthiết bị này.

rnrn

2.5.2. Hình dạng, bố trí củarncác dạng mố thường dùng và trị số K_pg của chúng được thể hiện trênrnhình 2.11.

rnrn

2.5.3. Trường hợp có nướcrnchảy ngập bao trùm trên mố với hệ số ngập trong phạm vi σ_n = 1,0 ÷rn1,5 thì trị số K_pg tương ứng xác định như sau:

rnrn

                        (K_pg)_nrn= K_pg – α(σ_n – 1);                                        (2-22)

rnrn

Trong đó:

rnrn

(K_pg)_n – hệrnsố khí hóa phân giới ứng với độ ngập σ_n;

rnrn

K_pg – hệ số khí hóa phânrngiới ứng với σ_n =1 (xác định theo hình 2.11).

rnrn

α – hệ số; đối với mố quân cờrnvuông: α = 0,70: mố quân cờ hình thoi: α = 0,52; mố hình tháp: α = 0,64.

rnrn

rnrn

rnrn

Hìnhrn2.11. Sơ đồ một số loại mô tiêu năng và trị số K_pg

rnrn

2.5.4. Trị số của hệ số khírnhóa thực tế K xác định theo công thức chung (1-2), trong đó:

rnrn

– Cột nước áp lực đặc trưng: H_ĐTrn= H_a + h, với h là chiều dày lớp nước ngập trên mố, xác định theorntính toán thủy lực.

rnrn

– Lưu tốc đặc trưng: V_ĐTrn= V_C, với V_C là lưu tốc bình quân tại mặt cắt co hẹp dòngrnchảy ở đầu bể tiêu năng.

rnrn

3. KIỂM TRA KHẢrnNĂNG XÂM THỰC BỀ MẶT LÒNG DẪN

rnrn

3.1. Nguyên tắc chung

rnrn

3.1.1. Trong trường hợprnthiết kế các bộ phận của CTTN theo điều kiện không cho phép phát sinh khí hóarn(công thức 2-1), hoặc chỉ cho phép phát sinh khí hóa ở giai đoạn đầu (công thứcrn2-2) mà dẫn đến kích thước của công trình quá lớn, không đảm bảo yêu cầu kinhrntế thì có thể xem xét trường hợp chấp nhận có phát sinh khí hóa, nhưng phải lựarnchọn vật liệu bề mặt lòng dẫn có đủ độ bền để không xảy ra khí thực nguy hiểm.

rnrn

3.1.2. Việc tính toán kiểmrntra cũng phải tiến hành với các chế độ làm việc khác nhau, và tại các vị trírnkhác nhau của CTTN như đã nêu ở các điều 2.1.2, 2.1.3, và tại các vị trí mà quarnkiểm tra ở phần trên thấy có xuất hiện khí hóa.

rnrn

3.2. Kiểm tra theo lưu tốcrnngưỡng xâm thực

rnrn

3.2.1. Ứng với một chế độrnlàm việc của CTTN, điều kiện để không xảy ra khí thực tại một bộ phận của nó làrn: V_y < V_ng;                                        (3-1)

rnrn

Trong đó: V_y là lưu tốcrncục bộ của dòng chảy tại bộ phận đang xét, và V_ng là lưu tốc ngưỡngrnxâm thực của vật liệu bề mặt lòng dẫn.

rnrn

3.2.2. Trị số của V_yrnđược xác định theo các chỉ dẫn ở điều 2.3.4.3.

rnrn

3.2.3. Trị số của lưu tốcrnngưỡng xâm thực V_ng phụ thuộc vào loại vật liệu và hàm lượng khí córntrong nước. Đối với các vật liệu bê tông, trị số V_ng xác định theornđồ thị hình 1.1.

rnrn

3.3. Kiểm tra theo lưu tốc chornphép không xâm thực

rnrn

3.3.1. Trong thiết kế sơ bộ,rnlựa chọn phương án, cũng như khi thiết kế kỹ thuật các công trình từ cấp IIIrntrở xuống, có thể kiểm tra khả năng khí thực theo lưu tốc cho phép không xâmrnthực. Điều kiện để không sinh khí thực tại một mặt cắt xác định trên CTTN:

rnrn

                        V < V_cp;                                                             (3-2)

rnrn

Trong đó V là lưu tốc trung bìnhrncủa dòng chảy tại mặt cắt ngang đang xét, và V_cp là lưu tốc cho phéprnkhông xâm thực.

rnrn

3.3.2. Trị số của V_cprnđược suy diễn từ trị số V_ng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau:rnloại vật liệu, dạng mắt cắt, dạng vật chảy bao và kích thước các mấu gồ ghề …rnCông thức chung để xác định V_cp như sau:   ;                            (3-3)

rnrn

Trong đó: V_ng xác địnhrntheo hình (1.1); các trị số;  xác định theo cácrnchỉ dẫn ở điều 2.3.4.3.

rnrn

3.3.3. Đối với lòng dẫn bêrntông có mặt cắt chữ nhật trị số V_cp có thể xác định theo các đồ thịrnở phụ lục A.

rnrn

4. GIẢI PHÁPrnPHÒNG KHÍ THỰC BẰNG CÁCH TIẾP KHÔNG KHÍ VÀO DÒNG CHẢY

rnrn

4.1. Nguyên tắc chung

rnrn

4.1.1. Mục đích của việcrntiếp không khí vào dòng chảy là làm tăng độ hàm khí trong nước ở lớp dòng chảyrnsát thành, nhờ đó mà tăng được lưu tốc ngưỡng xâm thực và ngăn ngừa được khảrnnăng khí thực tại các bộ phận khác nhau của CTTN, cho dù tại đây có thể xuấtrnhiện khí hóa mạnh và duy trì trong khoảng thời gian dài.

rnrn

4.1.2. Khi trên CTTN córnnhiều vị trí có thể phát sinh khí thực thì cần bố trí bộ phận tiếp khí (BPTK)rnđến tất cả các vị trí này. Các BPTK trên một CTTN có thể bố trí liên thông hoặcrnlà độc lập với nhau tùy thuộc vào đặc điểm và kích thước của công trình.

rnrn

4.1.3. Trên mỗi CTTN, nhữngrnvị trí cần ưu tiên xem xét bố trí BPTK là:

rnrn

– Bề mặt đập tràn, dốc nước mà trênrnđó có thể tồn tại các mấu gồ ghề cục bộ.

rnrn

– Buồng van, nơi có các bộ phận làmrncho đường biên của dòng chảy thay đổi đột ngột.

rnrn

– Các mố và thiết bị tiêu năng,rnphân dòng, nơi có chế độ dòng chảy bao không thuận.

rnrn

4.1.4. Đối với các CTTN từrncấp II trở lên, các kết quả tính toán thiết kế BPTK cần được chính xác hóarnthông qua thí nghiệm mô hình thủy lực.

rnrn

4.1.5. Lưu lượng để tính toánrnBPTK là lưu lượng thiết kế của CTTN.

rnrn

4.2. Tính toán BPTK trên mặtrntràn, dốc nước

rnrn

4.2.1. Các hình thức BPTK

rnrn

4.2.1.1. Vị trí đặt BPTK

rnrn

a) Đặt ở đáy lòng dẫn: BPTK dạngrnmũi hắt hoặc bậc thụt, hoặc kết hợp mũi hắt và bậc thụt để tạo vùng tách dòngrnsau BPTK, từ đây, không khí được trộn vào dòng chảy, làm tăng khả năng chốngrnkhí thực. Loại này bảo vệ tốt cho bề mặt đập tràn, bản đáy dốc nước.

rnrn

b) Đặt ở thành bên lòng dẫn: cũngrnthường làm dạng mũi hắt, hay bậc thụt ở thành bên, tạo ra khoảng trống để trộnrnkhông khí vào dòng chảy. Khoảng trống này thường được nối thông với máng khí ởrnđáy. Loại này phòng khí thực được cho cả bản đáy và tường bên.

rnrn

4.2.1.2. Hình thức kết cấurncơ bản của BPTK

rnrn

a) Mũi hắt (hình 4-1a)

rnrn

b) Bậc thụt (hình 4-1b)

rnrn

c) Máng (hình 4-1c)

rnrn

d) Các dạng hỗn hợp

rnrn

– Mũi hắt kết hợp với máng (hìnhrn4-1d)

rnrn

– Bậc thụt kết hợp với máng (hìnhrn4-1e)

rnrn

– Mũi hắt kết hợp với bậc thụtrn(hình 4-1f)

rnrn

– Mũi hắt + bậc thụt + máng (hìnhrn4-1g)

rnrn

4.2.1.3. Hình thức của hệrnthống ống dẫn khí có các loại sau:

rnrn

a) Không khí vào từ khoảng không ởrnsau trụ pin (hình 4 – 2a)

rnrn

b) Ống chôn ở 2 tường bên (hìnhrn4-2b)

rnrn

c) Ống chôn ở 2 tường bên nối thôngrnvới máng đặt dưới mũi hắt (hình 4-2c).

rnrn

d) Ống chôn ở 2 tường bên nối thôngrnvới máng đặt sau mũi hắt (hình 4-2d).

rnrn

e) Máng thông khí đặt ở tường bênrn(hình 4-2e).

rnrn

f) Bậc thụt (đột ngột mở rộng) ởrntường bên (hình 4-2f).

rnrn

g) Máng chiết lưu ở tường bên (hìnhrn4-2g).

rnrn

Nói chung có nhiều hình thức kếtrncấu BPTK và hệ thống ống dẫn khí. Trong thiết kế tùy theo đặc điểm và quy môrncủa công trình thác nước mà lựa chọn cho phù hợp.

rnrn

rnrn

Hìnhrn4.1 – Các loại BPTK

rnrn

1 -rnMũi hắt; 2 – Bậc thụt; 3 – Máng; 4 – Buồng khí

rnrn

rnrn

Hìnhrn4.2. Các loại hệ thống ống dẫn khí

rnrn

4.2.2. Kích thước hình họcrncủa BPTK

rnrn

4.2.2.1. Kích thước mũi hắt

rnrn

a) Chiều cao mũi hắt Z_m,rnmũi hắt đơn thuần, hoặc kết hợp với máng dẫn khí có thể lấy Z_m =rn0,50 ÷ 0,85 m. Trường hợp chọn Z_m lớn hơn cần có luận chứng.

rnrn

Nếu mũi hắt kết hợp vói bậc thụt,rncó thể lấy Z_m = 0,1 ÷ 0,2 m.

rnrn

b) Góc nghiêng của mũi hắt (gócrnhắt): q

rnrn

– Với dốc nước: chọn mũi hắt dốcrnngược, với góc hắt: q = 0 ÷ 6⁰rn(q là góc giữa mặt mũi hắt với phươngrnnằm ngang, chọn q thiên nhỏ trongrntrường hợp lòng dẫn có độ dốc lớn, lưu tốc lớn).

rnrn

– Với mặt trần có độ dốc đáy lớn:rnthường chọn mũi dốc thuận với trị số ; ở đây, L_mrnlà chiều dài của mũi (theo chiều dòng chảy).

rnrn

4.2.2.2. Chiều cao bậc thụtrnZ_b

rnrn

Có thể chọn Z_b = 0,6 ÷rn2,0m. Với lòng dẫn có độ dốc lớn, chọn Z_b thiên nhỏ.

rnrn

Khi bậc thụt kết hợp với mũi hắt,rncó thể chọn Z_b nhỏ hơn trị số nêu trên.

rnrn

4.2.2.3. Máng thông khí.

rnrn

– Kích thước mặt cắt máng chọn phùrnhợp với ống dẫn khí.

rnrn

– Để tránh nước hoặc bùn cát đọngrntrong máng, biên hạ lưu máng nên bạt bằng với cao trình đáy máng.

rnrn

4.2.2.4. Mở rộng đột ngộtrnthành bên: bố trí ở sau các cửa cống dưới sáu. Trị số b_o/B nên chọnrntrong khoảng 0,04÷0,10 (b_o – độ mở rộng mỗi bên, B – bề rộng lòngrndẫn tại cửa van).

rnrn

4.2.3. Trình tự tính toánrnBPTK ở đáy lòng dẫn

rnrn

4.2.3.1. Sơ bộ xác định vịrntrí BPTK trên dốc:

rnrn

– Vị trí đầu tiên; xác định theornkết quả tính toán dự báo khả năng xâm thực.

rnrn

– Các vị trí sau cách nhau từ 50÷100m.

rnrn

– Vị trí BPTK cuối cùng cách mặtrncắt cuối dốc không dưới 50m để tránh ảnh hưởng đến chế độ tiêu năng sau dốc.

rnrn

4.2.3.2. Từ kết quả vẽ đườngrnmặt nước trên dốc (ứng với lưu lượng thiết kế), xác định được các thông số thủyrnlực tại từng vị trí đặt BPTK;

rnrn

– Độ sâu nước h;

rnrn

– Lưu tốc bình quân V;

rnrn

– Số Frut Fr = V²/gh.

rnrn

4.2.3.3. Tính toán các thôngrnsố BPTK tại từng vị trí:

rnrn

1) Xác định chiều cao mũi hắt Z_m

rnrn

                        ;                                          (4-1)

rnrn

Trong đó:

rnrn

L_p – chiều dài cần bảornvệ phía sau BPTK, m;

rnrn

yrn- góc nghiêng của đáy dốc đối với phương ngang;

rnrn

Fr – số Frut của dòng chảy phíarntrên BPTK.

rnrn

2) Chọn độ nghiêng của mũi hắt:rnthường chọn độ nghiêng tương đối của mũi hắt so với đáy lòng dẫn , trong đó Z_m là chiều caornmũi, tính theo phương thẳng đứng; L_m là chiều dài mũi, tính theornphương nằm ngang.

rnrn

3) Xác định chiều dài buồng khí tạornra sau mũi hắt:

rnrn

                  (4-2)

rnrn

4) Xác định lưu lượng khí đơn vịrncần cấp:

rnrn

            q_a = 0,033.rnL_b.V;                                                                        (4-3)

rnrn

Trong đó:

rnrn

V – lưu tốc bình quân của dòng chảyrnphía trên buồng khí, có thể lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trênrnmũi hắt.

rnrn

5) Tính lưu lượng khí tổng cộng cầnrnphải cấp:

rnrn

                        Q_arn= q_a.B;                                                                     (4-4)

rnrn

6) Tính diện tích tổng cộng của mặtrncắt ngang các ống dẫn khí:

rnrn

                        ;                                                                      (4-5)

rnrn

Trong đó: V_a – lưu tốcrnkhí khống chế trong ống, chọn V_a ≤ 60 m/s.

rnrn

7) Xác định kích thước ống dẫn khí:rnống dẫn khí cấp cho buồng khí thường làm theo mặt cắt chữ nhật, kích thước B_arnx t_a, trong đó, B_a – độ dài cạnh theo chiều dòng chảy, t_arn- độ dài cạnh theo chiều dày tường (trụ).

rnrn

Thường bố trí 2 ống cấp khí ở 2rntường bên của đường tràn. Trường hợp bề rộng của đường trần lớn, yêu cầu lớn thì phải bố trí thêm các trụ trungrngian ở trong lòng dẫn và đặt ống không khí ở các trụ này. Khi đó hình dạng,rnkích thước các ống thông khí nên làm bằng nhau:

rnrn

                        ;                                                                     (4-6)

rnrn

Trong đó: n là tổng số ống dẫn khí.

rnrn

8) Xác định độ chân không ở trongrnbuồng khí:

rnrn

                                                                                    (4-7)

rnrn

Trong đó:

rnrn

h_ck – độ chân khôngrn(tính theo mét cột nước), ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí vào buồng;

rnrn

V_a – lưu tốc khí trongrnống, m/s;

rnrn

-rnhệ số lưu lượng của ống dẫn khí;

rnrn

-rntrọng lượng riêng của không khí, KN/m³;

rnrn

-rntrọng lượng riêng của nước, KN/m³;

rnrn

Trong điều kiện bình thường, lấy =.

rnrn

Trị số m_a xác định theo công thức thủy lực:

rnrn

            m_a =                                                                (4-8)

rnrn

Trong đó  -rntổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổn thất tại cửa vào, cácrnđoạn uốn cong, và tổn thất dọc đường.

rnrn

Để đảm bảo ổn định của đường tháo,rntrị số h_ck tính theo (4-7) không được vượt quá 0,5 m.

rnrn

Trường hợp ngược lại, cần chọn lạirnV_a (theo hướng giảm) và tính toán lại.

rnrn

9) Tính toán kích thước máng dẫnrnkhí sau mũi hắt: máng dẫn khí bố trí liên tục phía sau mũi hắt và nối thông vớirncác ống dẫn khí từ tường bên hay trụ. Kích thước máng lấy như sau:

rnrn

– Bề rộng (theo chiều dòng chảy):

rnrn

                        B_mkrn= B_a;

rnrn

– Chiều cao:

rnrn

                        t_mkrn= t_a – Z_m;

rnrn

Trong đó B_a và t_arnlà các kích thước của 1 ống dẫn khí đã xác định ở phần trên.

rnrn

10) Tính toán chiều cao thành lòngrndẫn sau BPTK.

rnrn

            H_t = h_brn+ h + ΔH;                                                                       (4-9)

rnrn

Trong đó:

rnrn

H_b – chiều cao lớn nhấtrncủa buồng khí;

rnrn

h – chiều dày lớp nước phía trênrnbuồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước trên mũi hắt);

rnrn

ΔH – độ cao an toàn, xác định theorncấp công trình.

rnrn

Trị số h_b được tính toánrntừ quỹ đạo của tia nước từ mũi phóng, không xét đến chân không trong buồng khí:

rnrn

                        h_brn= Z_m + .cos²q.rn(tgq + tg y)²;                                               (4-10)

rnrn

rnrn

Hìnhrn4.3. Lưu đồ tính toán bộ phận tiếp khí trên mặt tràn, dốc nước

rnrn

4.3. Tính toán BPTK tại buồngrnvan của ống dưới sâu

rnrn

4.3.1. Các sơ đồ bố trí BPTK

rnrn

4.3.1.1. Tiếp khí vào khoảngrnkhông phía trên dòng chảy thông qua ống dẫn khí chính (giếng thông khí). Đây làrnloại đường tiếp khí đơn giản và phổ biến nhất.

rnrn

Cửa ra của ống dẫn khí chính đặt ởrntrần đoạn đường dẫn nước ngay sau cửa van, còn cửa vào của nó đặt cao hơn mựcrnnước kiểm tra của hồ và tại cửa vào có bố trí lưới chắn để bảo vệ.

rnrn

4.3.1.2. Tiếp khí vào các vịrntrí có tách dòng trong buồng van như khe van, bán khe, ngưỡng đáy, bậc thụt (làrnnhững vị trí dễ bị khí thực nhất). Các sơ đồ bố trí như sau (hình 4-4):

rnrn

a) Đối với khe van phẳng có thiếtrnbị khít nước đặt ở phía trước: làm lòng dẫn mở rộng đột ngột ở sau cửa van vớirngóc mở α ≥ 50⁰. Khi đó khe van trở thành máng dẫn khí nối thông vớirnkhoảng không bên trên dòng chảy (h.4.4a).

rnrn

b) Đối với van cung: làm bán khe mởrnrộng mỗi bên là b_l = (0,05 – 0,08)B, trong đó B là bề rộng lòng dẫnrntại vị trí van. Phần đầu của bán khe sẽ tạo thành ống dẫn khí nối thông vớirnkhoảng không phía trên dòng chảy.

rnrn

c) Đối với van phẳng có thiết bịrnkhít nước đặt phía sau (h4-4c,d): làm các gờ nhô ở thành cống sau van để tạornkhoảng trống ở phía sau đó. Chiều rộng của gồ nhô b_l cũng xác địnhrnnhư đối với bán khe ở van cung.

rnrn

d) Đối với ngưỡng đáy hoặc bậcrnthụt: làm các đường ống chôn ngầm trong tường bên và bản đáy của lòng dẫn cống;rncửa vào các ống này nối với khoảng không phía trên dòng chảy sau cửa van, cònrncửa ra ống nối với vùng tách dòng ở sau ngưỡng hay bậc thụt (h.4-4e).

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Chú thích: rn a) Các khe van phẳng có vậtrn chắn nước đặt phía trước, α ≥ 500, hàm khí thông quarn các khe nối với khoảng không trên dòng chảy rn b) Các bán khe của van cung; rn c,d). Các khe van phẳng có vậtrn chắn nước phía sau; rn e) Ngưỡng đáy (bậc thụt), hàmrn khí nhờ  các đường ống nối với khoảng không phía trên dòng chảy. rn 1. Ranh giới tia dòng chảy: 2.rn Vùng hàm khí; rn 3. Phương án đường biên thànhrn lòng dẫn để khôi phục chiều rộng của lòng dẫn sau khe; rn 4. Lớp nước do dòng chảy ngược ởrn đáy; rn 5. Ống dẫn khí; 6. Cửa tiếp khí; rn 7. Cửa để tháo nước ra từ ống dẫnrn khí. rn

rn rn

rnrn

Hìnhrn4.4. Sơ đồ tiếp khí cho các vùng tách dòng cục bộ tại buồng van

rnrn

4.3.2. Tính toán lưu lượngrnthông khí cần thiết qua ống dẫn khí chính (Q_ak).

rnrn

4.3.2.1. Khí sau van là dòngrnchảy không áp, chiều dài đường dẫn nhỏ (chiều dài không vượt quá 50 lần chiềurnsâu dòng chảy);

rnrn

                        Q_akrn= Q_aB , m³/s;                                                (4-11)

rnrn

Trong đó: Q_aB là lưurnlượng khí bị cuốn vào vùng tách dòng sau ngưỡng, khe van, bậc thụt, m³/s.

rnrn

                        Q_aBrn= 0,1.l_b.Z_b.V , m³/s;                          (4-12)

rnrn

ở đây:

rnrn

I_b – chiều dài bậc, khe,rnngưỡng, m;

rnrn

Z_b – chiều cao ngưỡng,rnbậc hay độ sâu của khe, m;

rnrn

V – lưu tốc trung bình của dòngrnchảy trước vùng tách dòng, m/s.

rnrn

Trường hợp có nhiều bộ phận táchrndòng thì Q_aB phải là tổng cộng của các trị số lưu lượng khí bị hútrnvào từng bộ phận riêng.

rnrn

4.3.2.2. Khí sau van là dòngrnchảy không áp, chiều dài đường dẫn lớn (hơn 50 lần chiều sâu dòng chảy):

rnrn

                        Q_akrn= Q_aB + Q_ac;

rnrn

Trong đó: Q_ac là lưurnlượng do tự hàm khí trên mặt thoáng khi dòng chảy có lưu tốc lớn:

rnrn

                        Q_acrn= 0,04.                          (4-13)

rnrn

Ở đây, Q – lưu lượng nước, m³/s;rnFr_R – số Frut tính theo bán kính thủy lực R:

rnrn

                        Fr_Rrn= ;                                                                     (4-14)

rnrn

Với V- lưu tốc bình quân của dòngrnchảy, m/s;

rnrn

R – bán kính thủy lực của mặt cắtrnướt tương ứng có lưu tốc bình quân là V, m.

rnrn

4.3.2.3. Khí sau van, dòngrnchảy chuyển sang có áp thông qua nước nhảy:

rnrn

                        Q_akrn= Q_aB + Q_ac + Q_ax      , m³/s;                                       (4-15)

rnrn

Trong đó: các trị số Q_aBrnvà Q_ac như đã giải thích ở trên; Q_ax – lưu lượng khí bịrncuốn vào dòng nước tại vùng xoáy của nước nhảy:

rnrn

                        Q_axrn= 0,012 (;                                  (4-16)

rnrn

Ở đây Fr₁ là trị số Frutrntính cho mặt cắt phía trước nước chảy có độ sâu h₁ và lưu tốc bìnhrnquân tương ứng là V₁:

rnrn

            Fr1 =;                                                                                 (4-17)

rnrn

4.3.3. Tính toán mặt cắt cácrnống dẫn khí:

rnrn

                        ;                                                                 (4-18)

rnrn

Trong đó:Q_a – lưu lượngrnkhí cần dẫn, m³/s;

rnrn

V_a – lưu tốc dòng khírntrong ống, thường chọn V_a ≤60 m/s.

rnrn

4.3.4. Tính toán độ chênh áprnlực ở hai đầu của ống dẫn khí: độ chênh áp lực này sẽ tạo ra dòng khí trong ốngrnvới lưu tốc V_a đã chọn. Thường đánh giá độ chênh áp lực Δp thông quarnđộ chênh áp lực cột nước Δh.

rnrn

4.3.4.1. Đối với ống dẫn khírnchính

rnrn

Cửa vào của ống dẫn khí chính nốirnthông với khí trời, còn cửa ra nối với khoảng không của đường dẫn nước ngay saurncửa van. Vì vậy, chênh lệch cột nước áp lực ở hai đầu ống dẫn khí chính là cộtrnnước áp lực chân không ở sau cửa van (h_ck). Trị số h_ckrnxác định theo công thức (4-7).

rnrn

4.3.4.2. Đối với ống dẫn khírnđến vị trí tách dòng ở đáy (do ngưỡng hay bậc thụt):

rnrn

                                                                      (4-19)

rnrn

Trong đó: Δh – chênh lệch cột nướcrnáp lực ở 2 đầu của ống, các trị số V_a, m_a, g_a,rng như đã giải thích ở công thức (4-7).

rnrn

4.3.5. Kiểm tra độ chânrnkhông ở các buồng khí.

rnrn

Để đảm bảo sự làm việc ổn định củarncông trình tháo nước, cần phải khống chế độ chân không ở các buồng khí khôngrnvượt quá trị số cho phép.

rnrn

4.3.5.1. Đối với buồng khírnchính (ngay sau cửa van).

rnrn

            Khống chế: h_ckrn≤ 0,5 m                                                  (4-20)

rnrn

4.3.5.2. Đối với buồng khí ởrnđáy, khống chế

rnrn

                        h_ckrn+ Δh ≤ 1,0 m                                                            (4-21)

rnrn

Nếu các điều kiện (4-20), (4-21)rnkhông thỏa mãn, cần tính toán lại mặt cắt các ống dẫn khí trên cơ sở giảm bớtrntrị số V_a.

rnrn

4.3.6. Quy trình tính toán;rnnhư chỉ dẫn trên sơ đồ hình 4.5. Trong việc thu thập số liệu ban đầu cần lưu ý:

rnrn

– Lưu lượng Q_max: lưurnlượng tháo lớn nhất qua cống, lấy Q_max = 1,2 Q_tk (đểrnphòng trường hợp van mở quá độ mở cần thiết).

rnrn

– Cột nước H_max trướcrnvan: tính với mực nước lớn nhất ở thượng lưu khi cống làm việc, có xét đến tổnrnthất thủy lực ở đoạn cống trước van.

rnrn

– Độ mở van khởi điểm a_o:rnđộ mở van nhỏ có thể duy trì trong thực tế, tùy quy mô cống, có thể lấy a_orn= 0,05 – 0,1 m.

rnrn

– Bước nhảy độ mở Δa: tự chọn, đểrnđảm bảo số cấp lưu lượng cần thiết trong tính toán.

rnrn

– Bố trí bộ phận tiếp khí (BPTK):rnchọn vị trí cửa vào, cửa ra của ống dẫn khí, tuyến bố trí đường ống, từ đó xácrnđịnh được chiều dài ống, số vị trí ống đổi hướng (góc ngoặt).

rnrn

rnrn

Hìnhrn4.5. Lưu đồ tính toán thông khí buồng van cống dưới sâu

rnrn

Phụ lục A, Đồ thị xác định trị số V_cp củarnlòng dẫn bê tông, mặt cắt chữ nhật, ứng với độ hàm khí trong nước S=0rn(Tham khảo)

rnrn

Ghi chú: Các ký hiệu dùng trongrnbảng tra:

rnrn

            B – Bề rộng mặt cắt;

rnrn

            H – Độ sâu nước tại mặtrncắt;

rnrn

            Δ – Chiều cao tươngrnđương của nhám phân bố trên bề mặt vật liệu, tra theo bảng 2.5

rnrn

            y – Khoảng cách từ đỉnhrnmấu gồ ghề đến mặt cơ bản của bề mặt lòng dẫn:

rnrn

                        y = Z_mrn+ Δ;                                                       (A-1)

rnrn

Ở đây, Z_m là chiều caorncủa mấu gồ ghề cục bộ trên bề mặt vật liệu:

rnrn

Đường cong số 1 – Ứng với bê tôngrncó R_b = 10 MPa;

rnrn

Đường cong số 2 – Ứng với bê tôngrncó R_b = 15 MPa;

rnrn

Đường cong số 3 – Ứng với bê tôngrncó R_b = 20 MPa;

rnrn

Đường cong số 4 – Ứng với bê tôngrncó R_b = 25 MPa;

rnrn

Đường cong số 5 – Ứng với bê tôngrncó R_b = 30 MPa.

rnrn

Trườngrnhợp H/B = 1/16

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

HìnhrnA.1. Trị số V_cp của lòng dẫn bê tông, mặt cắt chữ nhật

rnrn

Trườngrnhợp H/B = 1/8

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

HìnhrnA.1. Trị số V_cp của lòng dẫn bê tông, mặt cắt chữ nhật

rnrn

Trườngrnhợp H/B = 1/4

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

HìnhrnA.1. Trị số V_cp của lòng dẫn bê tông, mặt cắt chữ nhật

rnrn

Trườngrnhợp H/B = 1/2

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

HìnhrnA.1. Trị số V_cp của lòng dẫn bê tông, mặt cắt chữ nhật

rnrn

Trườngrnhợp H/B = 1

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

HìnhrnA.1. Trị số V_cp của lòng dẫn bê tông, mặt cắt chữ nhật

rnrn

Trườngrnhợp H/B = 2

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

rnrn

HìnhrnA.1. Trị số V_cp của lòng dẫn bê tông, mặt cắt chữ nhật

rnrn

 

rnrn

PHỤ LỤC B

rnrn

VÍ DỤ TÍNH TOÁN KIỂM TRA KHÍ HÓA TRÊN CÁC BỘrnPHẬN CỦA CTTN

rnrn

(Thamrnkhảo)

rnrn

B.1. Đầu vào của cống thoát nướcrndưới sâu

rnrn

Bài toán: Yêu cầurnkiểm tra điều kiện khí hóa dòng chảy ở cửa vào một cống xả nước có áp dưới đáyrnđập bê tông. Cống có mặt cắt ngang hình chữ nhật với b_T = 6,0 m; h_Trn= 10,0 m; cao trình đáy: 145,0 m; cửa vào không mở rộng theo phương ngang, córnmở rộng theo phương đứng (về phía trên) theo cung ¼ elip với các bán trục a =rn10 m, b = 5m.

rnrn

Mặt thượng lưu đập thẳng đứng. Lưurnlượng tháo qua cống Q = 1956 m³/s, ứng với mực nước thượng lưu Z_TLrn= 215,0 m, nhiệt độ nước T = 25⁰C.

rnrn

Giải:

rnrn

B.1.1. Xác định hệ số khí hóarnphân giới của cửa vào

rnrn

a) Thông số hình học của cửa vào:

rnrn

K_s = a/b = 2,0

rnrn

K_T = j + a/h_Trn= 1,5

rnrn

b) Hệ số giảm áp lớn nhất tại cửarnvào:

rnrn

Tra đồ thị hình 2.2 với α = 90⁰rnđược

rnrn

c) Hệ số khí hóa phân giới: Theorncông thức (2.8), trong đó:

rnrn

– Hệ số chuẩn mạch động lực tại cửarnvào, tra theo đồ thị hình 2.4, được d_prn= 0,036.

rnrn

– Hệ số mạch động lớn nhất: chọn f = 4,0 (thiết kế theo điều kiện không chornphép phát sinh khí hóa).

rnrn

Thay vào được: K_pg = + f.d_p = 1,604.

rnrn

B.1.2. Xác định hệ số khí hóarnthực tế:

rnrn

Theo công thức (1-2). Các thông sốrntrong công thức:

rnrn

a) Cột nước đặc trưng: H_ĐTrn= Z + H_a;

rnrn

Z = Z_TL – Z_đáyrn- h_T = 215 – 145 – 10 = 60,0 (m);

rnrn

H_a = 10,08 m (tra bảngrn2.1 với độ cao 215 m);

rnrn

Thay vào được: H_ĐT =rn70,08 m.

rnrn

b) Cột nước áp lực phân giới

rnrn

Tra bảng 2.2 được H_pg =rn0,32 m

rnrn

c) Lưu tốc đặc trưng:

rnrn

            V_ĐT = = 32,6 (m/s)

rnrn

Thay vào công thức (1-2) được K =rn1,29.

rnrn

Như vậy có K < K_pg,rndòng chảy tại cửa vào sẽ bị khí hóa, cần áp dụng các biện pháp để phòng khírnthực.

rnrn

B.2. Bề mặt đập tràn, dốc nước

rnrn

Bài toán: Kiểm tra khảrnnăng khí hóa dòng chảy tại vị trí A có mấu gồ ghề đơn độc có bề mặt sắc cạnhrn(do nối cốp pha) vói chiều cao Z_m = 5mm, trên mặt một đập tràn bêrntông. Cao độ tại A là Z_đáy = 150 m, mặt tràn có góc nghiêng y = 40,5⁰.

rnrn

Khoảng cách từ cửa van (ở ngưỡngrntràn) đến vị trí A là 45m. Dòng chảy có B x h = 38,0 x 6,0 m lưu tốc bình quânrnV = 26,0 m/s; độ nhám bình quân mặt tràn Δ = 0,45 mm. Nhiệt độ nước 30⁰C.

rnrn

Giải:

rnrn

B.2.1. Xác định hệ số khí hóarnphân giới:

rnrn

Theo sơ đồ mấu loại 2 trên bảngrn2.4: K_pg = 2,0

rnrn

B.2.2. Xác định hệ số khí hóarnthực tế: Theo công thức 1-2:

rnrn

            H_ĐT = H_arn+ h. cos y = 10,16 + 6,0 x cos 40,5⁰rn= 14,72 (m)

rnrn

            H_pg = 0,44mrn(ứng với T = 30⁰C);

rnrn

            VĐT = V_y =

rnrn

Sử dụng các biểu đồ hình (2.6) đểrnxác định .

rnrn

– Ở đây có ;

rnrn

Tương ứng với = 2,0 x 10³; =2,0 x 10³ x 0,45 x 10^-3rn= 0,90 (m)

rnrn

Từ quan hệ x₂ = f(/Δ) được x₂ =0,001.

rnrn

– Tại mấu gồ ghề:

rnrn

y = Z_m + Δ = 5,45 mm;rny/Δ = 12,11;

rnrn

Tra quan hệ x₁ = f(y/Δ) được x₁rn= 250.

rnrn

– Xác định j_v theo công thức (4-14) tương ứng với mặt cắt chữrnnhật, trong đó:

rnrn

B = 38,0m; h = 6,0m; =0,90 m; ln= 7,601;

rnrn

Thay vào (2-14) được j_v = 0,964

rnrn

Thay vào (2-13) được V_yrn= 13,48 m/s

rnrn

Thay tất cả vào (1-2) được K =rn1,54.

rnrn

Như vậy tại vị trí kiểm tra có Krn< K_pg, có khả năng khí hóa dòng chảy, cần áp dụng các biện pháprnphòng khí thực.

rnrn

B.3. Buồng van của cống dưới sâu

rnrn

Bài toán: Kiểm trarnkhả năng khí hóa dòng chảy qua mặt khe van phẳng kín nước phía sau của một cốngrndưới sâu.

rnrn

Hình dạng khe như trên hình (2-7a)rncó các thông khí: W = 0,4m; h = 0,3m; d=0,03m; cột nước trước cửa van H = 30 m,rncao độ đáy cống tại vị trí van bằng 270,0m; bề rộng lòng dẫn B = 2,0m; chiềurndài h_T = 2,4m; nhiệt độ nước T = 25⁰C.

rnrn

Yêu cầu kiểm tra trong 2 trườngrnhợp:

rnrn

1. Khi van mở hoàn toàn, dòng chảyrnqua buồng van có V = 16m/s; d = 0,25m

rnrn

2. Khi van mở một phần với độ mở arn= 0,5m; mặt cắt co hẹp sau van không bị ngập. Chiều dài cống L < 30.h_Nrn(h_N: độ sâu nước sau cống), trên đó có chế độ chảy xiết với h_Nrn< h_T (khoảng không phía trên dòng chảy thông với khí trời qua cửarnra hạ lưu cống).

rnrn

Giải:

rnrn

B.3.1. Trường hợp van mở hoànrntoàn

rnrn

B.3.1.1. Xác định hệ số khírnhóa phân giới

rnrn

a) Cho mặt trước của khe: Tính theorn(2-19), trong đó:

rnrn

K_pgy = 1 (tra theo bảngrn2.4) mục 2 với Z_m = h = 0,03 m > d.

rnrn

d/W = 0,03/0,4 = 0,075. Tra bảngrn2.6 được K_d = 0,88.

rnrn

W/h = 0,4/0,3 = 1,33.

rnrn

Thay tất cả vào (2-19) được K_pgt rn=1,07

rnrn

b) Cho mặt sau của khe: Tính theorn(2-20) trong đó:

rnrn

– Theo hình (2.7a): A = 1.2. (1rn-10d/W) = 0,4.

rnrn

– Theo hình (2.7e), với B/h = 6,67rnta được: K_B = 1,15;

rnrn

– Theo hình (2.7g), với W/d = 1,6 ta được: K_w = 0,5;

rnrn

Thay tất cả vào (2.20) được: K_pgsrn= 0,28

rnrn

B.3.1.2. Xác định hệ số khírnhóa thực tế (theo 1-2):

rnrn

Tại vị trí cống, mực nước thượngrnlưu ở cao độ 300,0 m; tương ứng với H_a = 9,98 m (tra bảng 1-2)

rnrn

H_TB = H – h_T/2rn= 28,8 m;

rnrn

H_ĐT = H_TB + H_arn= 38,78 m;

rnrn

H_pg = 0,32 m (ứng với trn= 25⁰);

rnrn

V_ĐT = V = 16 m/s;

rnrn

Thay tất cả vào công thức (1-2)rnđược K = 2,948

rnrn

Như vậy dòng chảy qua khe van có:

rnrn

K > K_pgt; K > K_pgs

rnrn

Cả mặt trước và mặt sau khe, dòngrnchảy không bị khí hóa.

rnrn

B.3.2. Trường hợp van mở mộtrnphần

rnrn

B.3.2.1. Xác định hệ số khírnhóa phân giới

rnrn

a) Đoạn khe gần vị trí van (đang mởrnmột phần) có 1,6 ≤ K_pgt ≤ 2,2 lấy theo trị số giới hạn là K_pgtrn= 2,2 (thiên an toàn)

rnrn

b) Đoạn khe gần đáy:

rnrn

– Mặt trước: Tính theo (2-19) giốngrnnhư trường hợp van mở hoàn toàn: K_pgt = 1,07.

rnrn

– Mặt sau: Tính theo (2-20) với d = 0;  » ¥;rnK_w = 1: các trị số khác như ở trường hợp trên, ta được:

rnrn

            K_pgs = A. K_w.rnK_B [1 + 0,65 (W/h – 1)]

rnrn

                   0,4 x 1,0 x 1,15rn[1 + 0,65 (– 1)] = 0,56.

rnrn

B.3.2.2. Xác định hệ số khírnhóa thực tế (theo 1-2)

rnrn

a) Cột nước đặc trưng: H_ĐTrn= H_a + h_c, trong đó:

rnrn

H_a = 10,01 (ứng với caornđộ mặt nước sau van là 270,3 m)

rnrn

h_c – độ sâu co hẹp saurnvan: h_c = α.a

rnrn

a – độ mở van, a = 0,5 m

rnrn

            α – hệ số co hẹp đứng,rncó thể xác định theo công thức Altsul:

rnrn

            α = 0,57 + n.;

rnrn

                        ở đây  = =

rnrn

            Thay vào được: α =rn0,61.

rnrn

Từ đó: h_c = 0,305m

rnrn

            H_ĐT = 10,01rn+ 0,305 = 10,315 m.

rnrn

b) Cột nước áp lực phân giới:

rnrn

            ứng với T = 25⁰,rncó H_pg = 0,32 m.

rnrn

c) Lưu tốc đặc trưng:

rnrn

            V_ĐT = V_Crn= j

rnrn

            ở đây j = 0,95; H = 30 m; h_C = 0,305 m.

rnrn

            Thay vào được: V_ĐTrn= 22,93 (m/s)

rnrn

            Thay  tất cả vào (1-2)rnđược K = 0,373.

rnrn

B.3.2.3. Kiểm tra khí hóa:

rnrn

a) Đoạn khe gần vị trí van:

rnrn

            K < K_pgtrn= 2,2 => phát sinh khí hóa

rnrn

b) Đoạn khe sát đáy cống:

rnrn

            – Mặt trước khe: K <rnK_pgt = 1,07 => có khí hóa

rnrn

            – Mặt sau khe: K < K_pgsrn= 0,56 => có khí hóa

rnrn

Như vậy ở cả 3 khu vực kiểm tra đềurncó phát sinh khí hóa cần áp dụng các biện pháp đề phòng khí thực.

rnrn

B.4. Các mố tiêu năng, mố phânrncông

rnrn

Bài toán: Kiểm trarnđiều kiện khí hóa dòng chảy tại mố hình tháp bố trí ở đáy bể tiêu năng (hìnhrn2-11,I). Chế độ nối tiếp trong bể là nước chảy ngập với σ_n = 1,1;rnchiều sâu nước trên đỉnh mố h = 4,0 m; lưu tốc bình quân tại mặt cắt co hẹp V_Crn= 15 m/s; nhiệt độ nước T = 30⁰C; cao trình đỉnh mố 396,0m.

rnrn

Giải:

rnrn

B.4.1. Xác định hệ số khí hóarnphân giới của mố trường hợp có xét đến nước chảy ngập

rnrn

            (K_pg)_nrn= K_pg – α(σ_n – 1);

rnrn

            Với loại mô hình tháprncó: α = 0,64; K_pg = 2,1 (theo hình 2-11,I)

rnrn

Với σ_n = 1,1, thay vàorn(2-22) được (K_pg)_n = 2,036.

rnrn

B.4.2. Xác định hệ số khí hóarnthực tế

rnrn

Theo công thức (1-2) trong đó:

rnrn

a) Cột nước đặc trưng; H_ĐTrn= h + H_a; h = 4,0 m

rnrn

Cao độ mặt nước = 296,0 + 4,0 =rn300,0 m => H_a = 9,98m

rnrn

Thay vào được: H_ĐT =rn13,98m

rnrn

b) Cột nước áp lực phân giới: H_pgrn= 0,44 m (ứng với T = 30⁰C)

rnrn

c) Lưu tốc đặc trưng: V_ĐTrn= V_C = 15 m/s

rnrn

Thay tất cả vào (1-2) được K = 1,18

rnrn

Như vậy có K < (K_pg)_n,rntại mố tiêu năng sẽ phát sinh khí hóa, cần có biện pháp để phòng khí thực phárnhoại mô.

rnrn

 

rnrn

PHỤ LỤC C

rnrn

VÍ DỤ TÍNH TOÁN KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ THỰC VÀrnGIẢI PHÁP PHÒNG KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC (Tham khảo)

rnrn

C.1. Tài liệu ban đầu

rnrn

– Dốc nước sau đập tràn có sơ đồrnnhư hình C.1

rnrn

– Chiều dài từ ngưỡng trần đến đầurndốc L_o = 38,0 m;

rnrn

– Chiều dài dốc: L_d =rn220 m (trên mặt bằng);

rnrn

– Độ dốc i = 0,2; góc dốc y = 11,3⁰;

rnrn

– Vật liệu thân dốc: BTCT M30;

rnrn

– Độ nhám bề mặt: n = 0,017 (Δ =rn0,5 mm);

rnrn

– Gồ ghề cục bộ tại các khớp nốirn(dự kiến): Z_m = 6mm;

rnrn

– Cao độ đầu dốc: s_d = 95,90;

rnrn

– Mặt cắt ngang dốc; chữ nhật, B =rn67,0 m;

rnrn

– Lưu lượng thiết kế: Q_TKrn= 8200 m³/s;

rnrn

– Độ sâu đầu dốc: h_d =rn5,44 m;

rnrn

– Hình thức tiêu năng cuối dốc: mũirnphun.

rnrn

C.2. Kiểm tra khả năng khí hóarndòng chảy trên dốc khí tháo lưu lượng thiết kế

rnrn

C.2.1. Vẽ đường mặt nước trênrndốc

rnrn

Dùng phương pháp sai phân, xuấtrnphát từ mặt cắt đầu dốc, tính độ sâu nước tại các mặt cắt tiếp theo bằng cáchrnthử dần theo phương trình:                               

rnrn

                                                                                           (C-1)

rnrn

Trong đó:

rnrn

ΔL – Khoảng cách (theo phươngrnngang) giữa 2 mặt cắt tính toán:

rnrn

ΔE = E₂ – E₁;

rnrn

E₂ = h₂ + E₁ = h₁ +

rnrn

h₁, h₂: Độrnsâu tương ứng tại mặt cắt 1 (đầu đoạn) và 2 (cuối đoạn);

rnrn

V₁, V₂ : Lưurntốc bình quân tại mặt cắt 1 và 2;

rnrn

i: Độ dốc đáy dốc nước;

rnrn

J_TB = (J₁ + J₂)/2;

rnrn

J₁, J₂: Độrndốc thủy lực tại mặt cắt 1 và 2.

rnrn

Kết quả tính và vẽ đường mặt nướcrnnhư trên bảng C.1

rnrn

rnrn

HìnhrnC.1. Sơ đồ dốc nước sau đập tràn

rnrn

BảngrnC.1. Vẽ đường mặt nước trên dốc với Q = 8200 m³/s, h₁ =rn5,44 m

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Mặt cắt rn

rn hrn (m) rn

rn Zrn (m) rn

rn w (m2) rn

rn Rrn (m) rn

rn C rn

rn Vrn (m/s) rn

rn J rn

rn JTB rn

rn irn – JTB rn

rn E rn

rn ΔE rn

rn ΔL rn

rn L rn

rn 1 rn

rn 5,44 rn

rn 77,87 rn

rn 364,30 rn

rn 4,68 rn

rn 152,92 rn

rn 22,51 rn

rn 0,0217 rn

rn   rn

rn   rn

rn 31,2657 rn

rn   rn

rn   rn

rn 0 rn

rn 2 rn

rn 5,10 rn

rn 77,20 rn

rn 341,70 rn

rn 4,43 rn

rn 147,27 rn

rn 24,00 rn

rn 0,0265 rn

rn 0,0241 rn

rn 0,1759 rn

rn 34,4578 rn

rn 3,1921 rn

rn 18,15 rn

rn 18,15 rn

rn 3 rn

rn 4,80 rn

rn 76,60 rn

rn 321,60 rn

rn 4,20 rn

rn 143,15 rn

rn 25,50 rn

rn 0,0317 rn

rn 0,0291 rn

rn 0,1709 rn

rn 37,9422 rn

rn 3,4844 rn

rn 20,39 rn

rn 38,54 rn

rn 4 rn

rn 4,50 rn

rn 76,00 rn

rn 301,50 rn

rn 3,97 rn

rn 138,32 rn

rn 27,20 rn

rn 0,0387 rn

rn 0,0352 rn

rn 0,1648 rn

rn 42,2085 rn

rn 4,2663 rn

rn 25,89 rn

rn 64,43 rn

rn 5 rn

rn 4,25 rn

rn 75,50 rn

rn 284,75 rn

rn 3,77 rn

rn 133,99 rn

rn 28,80 rn

rn 0,0462 rn

rn 0,0424 rn

rn 0,1576 rn

rn 46,5252 rn

rn 4,3167 rn

rn 27,39 rn

rn 91,82 rn

rn 6 rn

rn 4,05 rn

rn 75,10 rn

rn 271,35 rn

rn 3,61 rn

rn 130,50 rn

rn 30,22 rn

rn 0,0536 rn

rn 0,0499 rn

rn 0,1501 rn

rn 50,5968 rn

rn 4,0716 rn

rn 27,12 rn

rn 118,94 rn

rn 7 rn

rn 3,90 rn

rn 74,80 rn

rn 261,30 rn

rn 3,49 rn

rn 127,83 rn

rn 31,38 rn

rn 0,0605 rn

rn 0,0570 rn

rn 0,1430 rn

rn 54,0888 rn

rn 3,4920 rn

rn 24,42 rn

rn 143,36 rn

rn 8 rn

rn 3,75 rn

rn 74,50 rn

rn 251,25 rn

rn 3,37 rn

rn 125,11 rn

rn 32,64 rn

rn 0,0681 rn

rn 0,0642 rn

rn 0,1358 rn

rn 58,0502 rn

rn 3,9614 rn

rn 29,17 rn

rn 172,53 rn

rn 9 rn

rn 3,65 rn

rn 74,30 rn

rn 244,55 rn

rn 3,29 rn

rn 123,28 rn

rn 33,53 rn

rn 0,0740 rn

rn 0,0710 rn

rn 0,1290 rn

rn 60,9551 rn

rn 2,9049 rn

rn 22,52 rn

rn 195,05 rn

rn 10 rn

rn 3,56 rn

rn 74,12 rn

rn 238,52 rn

rn 3,22 rn

rn 121,67 rn

rn 34,38 rn

rn 0,0798 rn

rn 0,0769 rn

rn 0,1231 rn

rn 63,8038 rn

rn 2,8487 rn

rn 23,15 rn

rn 218,20 rn

rnrn

C.2.2. Xác định hệ số khí hóarnphân giới

rnrn

Với giả thiết tại các khớp nối dornlún không đều giữa các đoạn sẽ phát sinh bậc lồi (hay bậc thụt) với chiều caornkhống chế Z_m = 6 mm, góc α = 90⁰. Khi đó hệ số khí hóarnphân giới (tính cho trường hợp bất lợi nhất là bậc lồi) sẽ là:

rnrn

           

rnrn

C.2.3. Xác định hệ số khí hóarnthực tế tại các mặt cắt tính toán:

rnrn

Theo  công thức (1-2): K =

rnrn

H_ĐT = H_a +rnhcosy;

rnrn

h – độ sâu nước tại mặt cắt;

rnrn

H_a – cột nước áp lực khírntrời, tương ứng với cao độ mặt nước tại mặt cắt (Z_mn = Z_đáyrn+ h);

rnrn

H_pg = 0,44m (ứng với T =rn30⁰C);

rnrn

Theo công thức (2-13)  

rnrn

Sử dụng các biểu đồ hình (2.6) đểrnxác định  từ đó tính j_v theo công thức (2-14). Thay vào (2-13) tìm được V_ĐT,rntừ đó xác định K theo công thức (1-2)

rnrn

Kết quả tính toán được ghi trênrnbảng C.2. Từ kết quả này cho thấy tại các mặt cắt tính toán đều có K < K_pgrn= 2,33. Vậy tại các mặt cắt đều có khí hóa dòng chảy, nếu tồn tại các gồ ghềrncục bộ như mô tả ở phần tài liệu ban đầu.

rnrn

C.3. Kiểm tra khả năng khí thựcrntrên dốc nước

rnrn

Khi khí hóa được duy trì trong thờirngian đủ dài, và dòng chảy có lưu tốc cục bộ tại đỉnh mấu gồ ghề V_ĐTrn> V_ng thì thành dốc nước có khả năng bị xâm thực.

rnrn

Trị số V_ĐT lấy theo bảngrnC.2, còn trị số V_ng tra theo đồ thị hình (1.1). Với bê tông bề mặtrnlòng dẫn có R_b = 30 MPa; độ hàm khí trong nước S = 0, ta có: V_ngrn= 13,0 m/s.

rnrn

Từ các giá trị V_ĐT ở bảngrnC.2 cho thấy

rnrn

– Tại mặt cắt 4 có V_ĐTrn< V_ng => không bị xâm thực

rnrn

– Tại mặt cắt 5 có V_ĐTrn> V_ng => có khả năng xâm thực;

rnrn

Bằng nội suy từ biểu đồ lưu tốc V_ĐTrndọc theo dòng chảy, xác định được mặt cắt có V_ĐT = V_ng =rn13 m/s là mặt cắt B (nằm giữa mặt cắt 4 và 5) cách đầu dốc một khoảng L_Brn= 70,4 m.

rnrn

Đoạn từ mặt cắt B đến cuối dốc cầnrncó biện pháp bảo vệ chống khí thực.

rnrn

BảngrnC.2. Kiểm tra khả năng khí hóa tại các mặt cắt tính toán

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Mặt cắt rn

rn h (m) rn

rn Zmn (m) rn

rn Ha (m) rn

rn HĐT (m) rn

rn L * (m) rn

rn L*/Δ (104) rn

rn  (103) rn

rn d (m) rn

rn x2 (10-3) rn

rn x1 rn

rn jv rn

rn VĐT (m/s) rn

rn K rn

rn Khả năng khí hóa rn

rn 1 rn

rn 5,44 rn

rn 101,23 rn

rn 10,23 rn

rn 15,56 rn

rn 38,0 rn

rn 7,60 rn

rn 0,94 rn

rn 0,470 rn

rn 1,12 rn

rn 222 rn

rn 0,990 rn

rn 11,34 rn

rn 2,307 rn

rn Có rn

rn 2 rn

rn 5,10 rn

rn 97,27 rn

rn 10,23 rn

rn 15,23 rn

rn 56,2 rn

rn 11,24 rn

rn 1,43 rn

rn 0,715 rn

rn 1,05 rn

rn 222 rn

rn 0,984 rn

rn 11,78 rn

rn 2,091 rn

rn Có rn

rn 3 rn

rn 4,80 rn

rn 92,90 rn

rn 10,24 rn

rn 14,95 rn

rn 76,5 rn

rn 15,30 rn

rn 1,98 rn

rn 0,990 rn

rn 1,00 rn

rn 222 rn

rn 0,977 rn

rn 12,30 rn

rn 1,882 rn

rn Có rn

rn 4 rn

rn 4,50 rn

rn 87,43 rn

rn 10,24 rn

rn 14,65 rn

rn 102,4 rn

rn 20,48 rn

rn 2,54 rn

rn 1,270 rn

rn 0,95 rn

rn 222 rn

rn 0,971 rn

rn 12,86 rn

rn 1,686 rn

rn Có rn

rn 5 rn

rn 4,25 rn

rn 81,70 rn

rn 10,25 rn

rn 14,42 rn

rn 129,8 rn

rn 25,96 rn

rn 3,10 rn

rn 1,550 rn

rn 0,92 rn

rn 222 rn

rn 0,964 rn

rn 13,50 rn

rn 1,505 rn

rn Có rn

rn 6 rn

rn 4,05 rn

rn 76,08 rn

rn 10,25 rn

rn 14,22 rn

rn 156,9 rn

rn 31,38 rn

rn 3,56 rn

rn 1,780 rn

rn 0,90 rn

rn 222 rn

rn 0,957 rn

rn 14,11 rn

rn 1,358 rn

rn Có rn

rn 7 rn

rn 3,90 rn

rn 71,05 rn

rn 10,26 rn

rn 14,08 rn

rn 181,4 rn

rn 36,28 rn

rn 4,20 rn

rn 2,100 rn

rn 0,88 rn

rn 222 rn

rn 0,948 rn

rn 14,63 rn

rn 1,250 rn

rn Có rn

rn 8 rn

rn 3,75 rn

rn 65,07 rn

rn 10,26 rn

rn 13,94 rn

rn 210,5 rn

rn 42,10 rn

rn 4,96 rn

rn 2,480 rn

rn 0,86 rn

rn 222 rn

rn 0,938 rn

rn 15,20 rn

rn 1,146 rn

rn Có rn

rn 9 rn

rn 3,65 rn

rn 60,45 rn

rn 10,27 rn

rn 13,85 rn

rn 233,0 rn

rn 46,60 rn

rn 5,28 rn

rn 2,640 rn

rn 0,85 rn

rn 222 rn

rn 0,933 rn

rn 15,61 rn

rn 1,080 rn

rn Có rn

rn 10 rn

rn 3,56 rn

rn 55,75 rn

rn 10,27 rn

rn 13,76 rn

rn 256,2 rn

rn 51,24 rn

rn 5,80 rn

rn 2,900 rn

rn 0,84 rn

rn 222 rn

rn 0,926 rn

rn 16,03 rn

rn 1,017 rn

rn Có rn

rnrn

Ghi chú: L* – chiều dài đoạnrndòng chảy từ ngưỡng tràn đến mặt cắt tính toán; với công trình đang xét, L* = Lrn+ 38,0 (m), trong đó L là chiều dài đoạn dòng chảy từ mặt cắt đầu dốc (mặt cắt 1)rnđến mặt cắt tính toán

rnrn

C.4. Thiết kế biện pháp chốngrnkhí thực

rnrn

C.4.1. Lựa chọn hình thức côngrntrình

rnrn

Để đề phòng khí thực trên đoạn dốcrnsau mặt cắt B, có thể xem xét các phương án sau:

rnrn

a) Làm mố nhám gia cường để tăng hệrnsố nhám, từ đó giảm lưu tốc dòng chảy trên dốc. Biện pháp này cho hiệu quả tốtrnvới những dốc có chiều sâu dòng chảy trên đó không lớn (h ≤ 2m).

rnrn

Với trường hợp đang xét, dòng chảyrncó độ sâu h khá lớn (h > 3,5 m) do đó dùng mố nhám gia cường sẽ kém hiệurnquả, dẫn đến khối lượng công trình tăng nhiều, không kinh tế.

rnrn

b) Tăng cường độ bê tông thân dốc.rnPhương án hiện tại đã dùng bê tông M30. Có thể xem xét sử dụng bê tông M35 hoặcrnM40.

rnrn

– Nếu dùng M35, tương ứng V_ngrn= 14,5 m/s, tức đoạn sau mặt cắt 6 đến cuối dốc vẫn phải xử lý chống xâm thực.

rnrn

– Nếu dùng M40, tương ứng V_ngrn= 17,3 m/s, khi đó trên toàn dốc sẽ có V_ĐT < V_ng, đảmrnbảo không có khí thực.

rnrn

Tuy nhiên, muốn đạt được bê tôngrnM40 cần phải sử dụng phụ gia tăng cường độ và có công nghệ thi công thích hợp.rnPhương án này cần được đưa vào để so sánh lựa chọn.

rnrn

c) Bố trí thiết kế máng trộn khírntrên dốc. Giải pháp này đã được sử dụng có kết quả trên nhiều công trình tháornnước có quy mô lớn. Với công trình đang xét ở ví dụ này thì giải pháp thiết bịrnmáng trộn khí trên dốc cũng là một phương án cần được tính toán để so sánh lựarnchọn.

rnrn

C.4.2. Tính toán bộ phận tiếprnkhí (BPTK)

rnrn

C.4.2.1. Bố trí các BPTKrntrên dốc

rnrn

Theo tính toán ở mục trên thì đoạnrndốc nước từ sau mặt cắt B (cách đầu dốc 70,4 m) cần được bảo vệ chống khí thực.rnĐể đảm bảo an toàn cho thân dốc, bố trí các BPTK như sau:

rnrn

– BPTK 1 đặt tại mặt cắt M₁,rncách đầu dốc 40 m;

rnrn

– BPTK 2 đặt tại mặt cắt M₂,rncách đầu dốc 100m;

rnrn

– BPTK 3 đặt tại mặt cắt M₃,rncách đầu dốc 160m.

rnrn

Theo cách bố trí này, chiều dài bảornvệ L_p của các BPTK là bằng nhau và bằng 60,0 m.

rnrn

Trong thực tế thiết kế cần tínhrntoán với một số phương án bố trí khác nhau để so sánh và chọn phương án hợp lýrnnhất.

rnrn

Với phương án bố trí đã nêu, nộirnsuy từ đường mặt nước (bảng C.1) ta có các thông số thủy lực tại các mặt cắt córnbố trí BPTK như sau:

rnrn

BảngrnC.3. Thông số tính toán các BPTK

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Vịrn trí rn	rn Lrn (m) rn	rn Lprn (m) rn	rn hrn (m) rn	rn Vrn (m/s) rn	rn Fr rn	rn rn
rn BPTKrn 1 rn	rn 40 rn	rn 60 rn	rn 4,78 rn	rn 25,60 rn	rn 13,98 rn	rn 3,74 rn
rn BPTKrn 2 rn	rn 100 rn	rn 60 rn	rn 4,19 rn	rn 29,21 rn	rn 20,76 rn	rn 4,56 rn
rn BPTKrn 3 rn	rn 160 rn	rn 60 rn	rn 3,81 rn	rn 32,12 rn	rn 27,60 rn	rn 5,25 rn

rnrn

Ghi chú : L – khoảng cách từ đầurndốc đến vị trí đặt BPTK: Lp – chiều dài cần bảo vệ sau từng BPTK.

rnrn

C.4.2.2. Tính toán BPTK 1

rnrn

1. Xác định chiều cao mũi hắt Z_mrntheo công thức (4.1): Z_m =

rnrn

Ở đây có L_p = 60,0m; y = 11,3⁰; cos2y = 0,9232; Fr = 13,98.

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Thay vào được: Zm =rn 0,81 (m). rn 2. Chọn độ nghiêng mũi hắt: rn Sơ đồ bố trí mũi như trên hìnhrn C.2. rn Chọn chiều dài mũi Lmrn = 3,0 m. rn Với độ dốc dọc tgy = 0,2, ta có: rn Z1 = 3,0 x 0,2 = 0,6m; rn Z2 = Zm – Z1rn = 0,21m; rn tg0 = Z2/Lmrn = 0,07; rn Do đó q = 40 (mũi dốc ngược) rn

rn rn Hìnhrn c.2. Bố trí mũi hắt tại BPTK 1 rn

rnrn

3. Tính chiều dài buồng khí sau mũirnhắt:

rnrn

Theo công thức (4-2) ta có: L_brn= 18,6m.

rnrn

4. Xác định lưu lượng khí đơn vịrncần cấp:

rnrn

            q_a = 0,033rnV. L_b;

rnrn

            Trong đó: V = 25,6m/s;rnL_b = 18,6m. Từ đó, q_a = 15,71 m³/s.m

rnrn

5. Tính lưu lượng khí tổng cộng:

rnrn

            Q_a = q_a.Brn= 1052,8 (m³/s)

rnrn

6. Tính diện tích tổng cộng của mặtrncắt ngang các ống dẫn khí:

rnrn

            w_a = ;

rnrn

Chọn V_a = 50m/s, ta có w_a = 21,06 (m²)

rnrn

Do trị số w_a lớn, nên chỉ làm 2 ống ở 2 thành bên thì kíchrnthước mỗi ống phải quá lớn, khó bố trí và không kinh tế.

rnrn

Giải pháp hợp lý hơn là bố trí thêmrn2 trụ trung gian ở trong lòng dẫn (tại vị trí BPTK), chia bề rộng lòng dẫnrnthành 3 khoang đều nhau. Chiều dày mỗi trụ d = 3,0m, tại đây bố trí ống thôngrnkhí nối với buồng thông khí ở đáy lòng dẫn phía sau mũi hắt.

rnrn

Như vậy, tổng cộng có 4 ống thôngrnkhí (2 ống ở tường bên, 2 ống ở trụ). Bố trí kích thước các ống là như nhau,rndiện tích tối thiểu mỗi ống phải là:

rnrn

            w_a1 =  = 5,265 (m²)

rnrn

7. Chọn kích thước ống: B_arnx t_a = 3,5 x 1,6m, trong đó:

rnrn

B_a – Cạnh của mặt cắtrnngang ống theo chiều dòng chảy

rnrn

t_a – cạnh của mặt cắtrnống theo chiều vuông góc với mặt bên của tường hay trụ.

rnrn

Với kích thước ống đã chọn, vận tốcrnkhí trong ống sẽ là:

rnrn

             =rn47,0 (m/s)

rnrn

8. Xác định độ chân không ở trongrnbuồng khí:

rnrn

Theo công thức (4-7):

rnrn

ở đây: V_a = 47,0 m/s;  =

rnrn

Trị số m_a xác định theo công thức thủy lực (4-8) trong đórncác hệ số tổn thất áp lực như sau:

rnrn

– Tổn thất tại cửa vào: x_cv = 0,5 (cửa vào không thuận);

rnrn

– Tổn thất tại vị trí uốn cong gấprn90⁰ (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang nằm ngang ở đáy dốc): x_u = 1,1;

rnrn

– Tổn thất áp lực dọc đường: tínhrnvới chiều dài ống L_a = H_t +  +  + 2t_t, trongrnđó:

rnrn

            H_t – Chiềurncao thành lòng dẫn, H_l = 8,0m.

rnrn

            t_a – Chiềurnrộng mặt cắt ống thông khí: t_a = 1,6m

rnrn

            B_I – Bề rộngrncủa mỗi khoang, ở đây có:

rnrn

            B_I =  = 20,33 (cm);

rnrn

            t_I = Chiềurndày thành ống dẫn trong trụ và thành bên, chọn t_I = 0,7m.

rnrn

Thay vào được: L_a =rn20,4m.

rnrn

Mặt cắt ống có B_a =rn3,5m, t_a = 1,6m; X_a = 10,2m; w_a1 = 5,6m²; R = 0,549m; C= 40,20

rnrn

Hệ số tổn thất áp lực dọc đường:

rnrn

            x_d = = 0,25;

rnrn

Như vậy ống có

rnrn

            m_a = = 0,592;

rnrn

Thay vào (4-7) được : h_ckrn= 0,41m.

rnrn

Trị số h_ck < 0,5 m,rnđảm bảo điều kiện làm việc ổn định của đường tháo.

rnrn

9. Tính toán kích thước máng dẫnrnkhí ở đáy, sau mũi hắt

rnrn

– Bề rộng máng; B_mk = B_arn= 3,5m;

rnrn

– Chiều sâu: t_mk = t_arn- Z_m;

rnrn

ở đây có t_a = 1,6m; Z_mrn= 0,81m. Vậy chọn t_mk = 0,8m.

rnrn

rnrn

HìnhrnC.3. Bố trí mũi hắt và máng dẫn khí (BPTK1)

rnrn

10. Tính chiều cao lớn nhất củarnbuồng khí

rnrn

Theo công thức (4-10) h_brn= Z_m +

rnrn

ở đây có: Z_m = 0,81 m; Vrn= 25,6m/s; cosq = 0,9976; tgq = 0,0699; tgyrn= 0,2;

rnrn

Thay vào được: h_b = 3,23rnm.

rnrn

(Trị số h_b là 1 yếu tốrnxác định chiều cao tường bên của dốc nước).

rnrn

Với các BPTK khác cũng tính tươngrntự. Kết quả tính toán ghi trên bảng C.4.

rnrn

BảngrnC.4. Kết quả tính toán các BPTK

rnrn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn

rn Thôngrn số rn	rn Kýrn hiệu rn	rn Đơnrn vị rn	rn BPTK1 rn	rn BPTK2 rn	rn BPTK3 rn
rn Vị trí đặt rn	rn L rn	rn m rn	rn 40,0 rn	rn 100,0 rn	rn 160,0 rn
rn Chiều cao mũi hắt rn	rn Zm rn	rn m rn	rn 0,81 rn	rn 0,62 rn	rn 0,52 rn
rn Chiều dài mũi hắt rn	rn Lm rn	rn m rn	rn 3,0 rn	rn 2,6 rn	rn 2,3 rn
rn Góc nghiêng mũi rn	rn q rn	rn độ rn	rn 4,00 rn	rn 2,20 rn	rn 1,50 rn
rn Chiều dài buồng khí rn	rn Lb rn	rn m rn	rn 18,6 rn	rn 16,3 rn	rn 14,3 rn
rn Lưu lượng khí rn	rn Qa rn	rn m3/s rn	rn 1052,8 rn	rn 1052,7 rn	rn 1015,1 rn
rn Số ống dẫn khí rn	rn n rn	rn   rn	rn 4 rn	rn 4 rn	rn 4 rn
rn Kích thước 1 ống rn	rn Barn x ta rn	rn m rn	rn 3,5rn x 1,6 rn	rn 3,5rn x 1,6 rn	rn 3,5rn x 1,6 rn
rn Độ chân không rn	rn hCK rn	rn m rn	rn 0,41 rn	rn 0,41 rn	rn 0,41 rn
rn Bề rộng máng khí rn	rn BmK rn	rn m rn	rn 35 rn	rn 3,5 rn	rn 3,5 rn
rn Chiều sâu máng rn	rn tmK rn	rn m rn	rn 0,8 rn	rn 1,0 rn	rn 1,1 rn
rn Chiều cao buồng khí rn	rn hb rn	rn m rn	rn 3,23 rn	rn 3,09 rn	rn 3,20 rn

rnrn

 

rnrn

PHỤ LỤC D

rnrn

VÍ DỤ TÍNH TOÁN BỘ PHẬN TIẾP KHÍ TẠI BUỒNG VANrnCỦA CỐNG DƯỚI SÂU

rnrn

(Thamrnkhảo)

rnrn

D.1. Tài liệu ban đầu

rnrn

– Cống hộp BTCT dưới đập đất X córnnhiệm vụ tháo nước thường xuyên và kết hợp dẫn dòng thi công.

rnrn

– Mặt cắt ngang cống: B x H = 2,2 xrn2,2 m

rnrn

– Van công tác là van phẳng đặtrntrong tháp, có thiết bị kín nước phía sau;

rnrn

– Kích thước khe van: W = 0,3m; h =rn0,25m;

rnrn

– Bậc thụt sau cửa van có Z_brn= 0,2m;

rnrn

– Cao trình đáy cống tại tháp:rn136,5m;

rnrn

– Cao trình trần cống sau tháp:rn138,5m;

rnrn

– Cao trình cửa vào ống thông khí:rn163,5m;

rnrn

– Trường hợp đang xét có mực nướcrnthượng lưu Z_TL = 161,8; độ mở cửa cống: a = 1,0 m, lưu lượng Q =rn28,14 m³/s. Sau cửa van có đoạn chảy xiết không ngập, tiến đến làrnnước nhảy, và sau nước nhảy là đoạn cống chảy có áp. Độ sâu trước nước nhảy làrnh₁ = 0,8 m (theo kết quả tính toán thủy lực).

rnrn

Yêu cầu tính toán thông khí để đảmrnbảo chế độ chảy ổn định trong cống.

rnrn

D.2. Tính toán ống thông khírnchính

rnrn

D.2.1. Bố trí: Ống thông khírnchính có tuyến thẳng đứng, cửa vào đặt ở cao trình 163,5 m (cao hơn mực nướcrnlớn nhất ở thượng lưu), cửa ra ở cao trình trần cống (138,5m) để tiếp khí chornkhoảng không sau cửa van.

rnrn

D.2.2. Tính toán lưu lượng thôngrnkhí cần thiết

rnrn

Trong trường hợp này tính theo côngrnthức (4-15): Q_ak = Q_aB + Q_ac + Q_ax;

rnrn

a) Tính Q_aB (lưu lượngrnkhí cần cấp cho vùng tách dòng sau khe van và bậc thụt).

rnrn

Vùng tách dòng bao gồm:

rnrn

– Sau  khe van, phần nước qua:

rnrn

            Q_aB1 = 0,1rn(2a x h).V;

rnrn

– Sau bậc thụt;

rnrn

            Q_aB2 = 0,1 (Brnx Z_b).V;

rnrn

Từ đó: Q_aB = Q_aB1rn+ Q_aB2 = 0,1 (2ah + BZ_b)V                     (D-1)

rnrn

ở đây:

rnrn

a – độ mở van, a = 1,0m;

rnrn

h – chiều sâu khe van, h = 0,25m;

rnrn

B – bề rộng cống, B = 2,2m;

rnrn

Z_b – chiều cao bậc, Z_brn= 0,2m;

rnrn

V – Lưu tốc bình quân dòng chảyrndưới cửa van;

rnrn

            V =  =

rnrn

Thay vào (D-1) được Q_aBrn= 1,20 m³/s

rnrn

b) Tính Q_ac (lưu lượngrndo tự hàm khí) theo công thức (4-13):

rnrn

            Q_ac = 0,04.;

rnrn

ở đây: Q = 28,14 m³/s;

rnrn

Tính theo công thức (4-14): Fr_Rrn=;

rnrn

V_c – lưu tốc bình quânrntại mặt cắt co hẹp sau cửa van: V_c =

rnrn

h_c – độ sâu co hẹp, h_crn= α.a;

rnrn

H – cột nước trước cửa van, bỏ quarnlưu tốc tới gần và tổn thất cột nước do ma sát ở đoạn cống trước tháp, ta có:

rnrn

H = Z_TL – s_{đáy cống tại tháp} = 161,8rn- 136,5 = 25,3(m)

rnrn

α – hệ số co hẹp đứng, phụ thuộcrnvào tỷ số a/H, tra theo bảng của Jucopxki (sổ tay thủy lực);

rnrn

ở đây a/H = 1/25,3 = 0,04 ứng với αrn= 0,613;

rnrn

Từ đó: h_C = 0,613 x 1,0rn= 0,613 (m).

rnrn

Tại mặt cắt co kẹp có:

rnrn

crn= 2.h_c + B = 3,426 (m)

rnrn

            w = B.h_c = 1,3486 (m²);

rnrn

R = wrn/c = 0,394 (m);

rnrn

Thay vào (4-14) được Fr_Rrn= 112,7.

rnrn

Thay vào (4-13) được Q_acrn= 9,60 m³/s.

rnrn

c) Tính Q_ax (lưu lượngrnkhí bị cuốn vào tại vị trí nước chảy) theo công thức (4-16):

rnrn

            Q_ax = 0,012

rnrn

Tại mặt cắt trước nước chảy có h₁rn= 0,8m

rnrn

V₁ =  = 15,99 (m/s);

rnrn

            Fr₁ =  = 32,57;

rnrn

Thay vào (4-16) được; Q_axrn= 2,96 m³/s.

rnrn

Thay tất cả vào (4-15) được: Q_akrn= 13,8 m³/s.

rnrn

D.2.3. Tính toán kích thước ốngrndẫn khí chính

rnrn

– Chọn vận tốc dòng khí trong ống:rnV_ak = 43m/s;

rnrn

– Diện tích mặt cắt ngang: w_aK = Q_aK/V_aKrn= 0,32 m²;

rnrn

– Chọn kích thước mặt cắt ngangrnống:

rnrn

            B_a x t_arn= 0,8 x 0,4 m

rnrn

D.2.4. Tính toán độ chân không ởrnkhoảng trống sau cửa van

rnrn

Theo công thức (4-7):

rnrn

ở đây V_ak = 43 m/s; = ;

rnrn

Theo công thức (4-8): m_ak =

rnrn

Các hệ số tổn thất áp lực qua ốngrndẫn khí chính bao gồm:

rnrn

– Tổn thất tại cửa vào: x_cv = 0,5 (cửa vào không thuận)

rnrn

– Tổn thất dọc đường: x_d =                                                (D-2)

rnrn

L_k – chiều dài ống thôngrnkhí chính;

rnrn

L_k = s_{cửa vào} – s_{cửa ra} = 25,0 (m)

rnrn

Mặt cắt ngang ống dẫn khí chính có:rnB_a = 0,8m; t_a = 0,4m; crn=2,4m; w_aK = 0,32m²;rnR = 0,133m;

rnrn

Tra sổ tay thủy lực với n = 0,014rnđược C=20,38;

rnrn

Thay vào (D-2) được: x_d = 1,181;

rnrn

Thay vào (4-8) được: m_ak = 0,61.

rnrn

Từ (4-7) xác định được: h_ckrn= 0,32m.

rnrn

Như vậy có h_ck <rn0,5m, đảm bảo chế độ chảy ổn định trong cống.

rnrn

D.3. Tính toán ống thông khírnxuống bậc thụt ở đáy

rnrn

D.3.1. Bố trí: Đặt 2 ốngrnthông khí ở 2 thành bên cống.

rnrn

– Cửa vào: đặt sát trần cống, ở mặtrncắt sau van;

rnrn

– Cửa ra: đặt ở đầu bậc thụt (vịrntrí bản đáy giáp với thành bên);

rnrn

– Tổng chiều dài 1 ống: L_arn= 3,0m;

rnrn

– Trên mỗi ống có 2 vị trí cong gấprnvới góc đổi hướng α = 90⁰.

rnrn

D.3.2. Tính toán kích thước ốngrndẫn khí

rnrn

– Lưu tốc khí dẫn trong 1 ống:

rnrn

                        Q_akrn= Q_aB/2 = 0,6 (m³/s)

rnrn

– Chọn lưu tốc khí trong ống V_arn= 40 m/s;

rnrn

– Diện tích mặt cắt ngang ống:

rnrn

            w_a1 = Q_a1 / V_a = 0,015 (m²);

rnrn

– Chọn loại ống mặt cắt tròn, đườngrnkính d_I = 2= 0,14 (m)

rnrn

D.3.3. Tính toán độ chân khôngrnphía sau bậc thụt

rnrn

Theo công thức (4-19): Δh = ;

rnrn

Trong đó: Δh là chênh lệch cột nướcrnáp lực giữa khoảng không ở trần cống và ở sau bậc thụt.

rnrn

ở đây có V_a = 40 m/s;

rnrn

Các hệ số tổn thất áp lực trên ống:

rnrn

– Tại cửa vào: x_cv = 0,5 (cửa vào không thuận);

rnrn

– Tại chỗ uốn cong: x_cong = 2 x 1,1 = 2,2;

rnrn

– Dọc đường: ống có bán kính thủyrnlực

rnrn

            R_I = d_Irn/ 4 = 0,035 (m); với n = 0,014 tương ứng có C=8,54

rnrn

Từ đó x_d =  = 0,81;

rnrn

          m_a = = 0,47;

rnrn

Thay vào (4-19) được: Δh = 0,47m.

rnrn

Độ chân không ở khoảng trống saurnbậc thụt:

rnrn

            h_ckt = h_ckrn+ Δh = 0,79 (m)

rnrn

Ta có h_ck1 < 1,0m;rnđảm bảo chế độ làm việc an toàn.

rnrn

Ghi chú: Trong thực tế thiết kế,rncần tính toán với nhiều chế độ mở cống khác nhau để chọn được kích thước

rnrn

 

rnrn

MỤCrnLỤC

rnrn

1. Quy định chung

rnrn

2. Kiểm tra sự xuất hiện khí hóarntrên các bộ phận của công trình tháo nước

rnrn

3. Kiểm tra khả năng xâm thực bềrnmặt lòng dẫn

rnrn

4. Giải pháp phòng khí thực bằngrncách tiếp không khí vào dòng chảy

rnrn

Phụ lục A. Đồ thị xác định trị số V_cprncủa lòng dẫn bê tông, mặt cắt chữ nhật, ứng với độ hàm khí trong nước S = 0rn(tham khảo)

rnrn

Phụ lục B. Ví dụ kiểm tra khí hóarntrên các bộ phận của CTTN (tham khảo)

rnrn

Phụ lục C. Ví dụ tính toán kiểm trarnkhả năng khí thực và giải pháp phòng khí thực trên dốc nước (tham khảo)

rnrn

Phụ lục D. Ví dụ tính toán thiết bịrntiếp khí tại buồng van của cống dưới sâu (tham khảo)

rnrn