1. Hình thức bố trí của các nhà máy thủy điện
Các dạng bố trí điển hình của các nhà máy thủy điện chủ yếu bao gồm nhà máy thủy điện kiểu đập, nhà máy thủy điện kiểu lòng sông và nhà máy thủy điện kiểu chuyển hướng dòng chảy.
Nhà máy thủy điện kiểu đập: Sử dụng đập chắn để nâng mực nước sông nhằm tập trung cột nước. Thường được xây dựng ở các hẻm núi cao thuộc thượng nguồn và trung lưu sông, đây thường là nhà máy thủy điện có cột nước trung bình đến cao. Phương pháp bố trí phổ biến nhất là nhà máy thủy điện nằm ở hạ lưu đập giữ nước gần vị trí đập, tức là nhà máy thủy điện nằm phía sau đập.
Nhà máy thủy điện kiểu lòng sông: Là nhà máy thủy điện mà nhà máy phát điện, cửa xả nước và đập được bố trí thành một hàng trên lòng sông để cùng nhau giữ nước. Thường được xây dựng ở đoạn giữa và hạ lưu sông, đây thường là nhà máy thủy điện có cột nước thấp, lưu lượng nước cao.
Nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn: Là nhà máy thủy điện sử dụng kênh dẫn để tập trung độ dốc của một đoạn sông nhằm tạo thành cột nước phát điện. Loại nhà máy này thường được xây dựng ở đoạn giữa và thượng nguồn các con sông có lưu lượng thấp và độ dốc dọc lớn.
2. Cấu trúc các tòa nhà trung tâm thủy điện
Các công trình chính của dự án trung tâm nhà máy thủy điện bao gồm: các công trình chứa nước, công trình xả nước, công trình cửa lấy nước, công trình chuyển hướng và kênh dẫn nước thải, công trình điều tiết mực nước, các tòa nhà phát điện, biến áp và phân phối điện, v.v.
1. Các công trình giữ nước: Các công trình giữ nước được sử dụng để chặn dòng sông, tập trung dòng chảy và tạo thành hồ chứa, chẳng hạn như đập, cửa cống, v.v.
2. Các công trình xả nước: Các công trình xả nước được sử dụng để xả lũ, hoặc xả nước cho mục đích sử dụng ở hạ lưu, hoặc xả nước để hạ mực nước của các hồ chứa, chẳng hạn như đập tràn, đường hầm tràn, cửa xả đáy, v.v.
3. Cấu trúc cửa lấy nước của nhà máy thủy điện: Cấu trúc cửa lấy nước của nhà máy thủy điện được sử dụng để dẫn nước vào kênh dẫn, chẳng hạn như cửa lấy nước sâu và nông có áp suất hoặc cửa lấy nước hở không có áp suất.
4. Các công trình chuyển hướng dòng chảy và kênh xả nước của nhà máy thủy điện: Các công trình chuyển hướng dòng chảy của nhà máy thủy điện được sử dụng để vận chuyển nước phát điện từ hồ chứa đến tổ máy phát điện tuabin; công trình kênh xả nước được sử dụng để xả nước dùng cho phát điện vào dòng sông phía hạ lưu. Các công trình phổ biến bao gồm kênh mương, đường hầm, đường ống dẫn áp lực, v.v., cũng như các công trình ngang như máng dẫn nước, cống, xi phông ngược, v.v.
5. Các công trình nước lặng trong thủy điện: Các công trình nước lặng trong thủy điện được sử dụng để ổn định sự thay đổi về lưu lượng và áp suất (độ sâu nước) do sự thay đổi tải trọng của nhà máy thủy điện trong các công trình chuyển hướng hoặc hạ lưu, chẳng hạn như buồng điều áp trong kênh chuyển hướng có áp suất và bể chứa áp suất ở cuối kênh chuyển hướng không có áp suất.
6. Các công trình phát điện, biến áp và phân phối điện: bao gồm nhà máy điện chính (bao gồm cả vị trí lắp đặt) để lắp đặt các tổ máy phát điện tuabin thủy lực và hệ thống điều khiển, nhà máy điện phụ trợ thiết bị, sân trạm biến áp để lắp đặt máy biến áp và trạm đóng cắt cao áp để lắp đặt các thiết bị phân phối điện cao áp.
7. Các công trình khác: như tàu thuyền, cây cối, cá, khối cát, việc xả cát, v.v.
Phân loại đập phổ biến
Đập là thuật ngữ chỉ loại đập dùng để chặn dòng sông và ngăn nước, cũng như loại đập ngăn nước trong các hồ chứa, sông ngòi, v.v. Tùy theo các tiêu chí phân loại khác nhau, có thể có các phương pháp phân loại khác nhau. Trong kỹ thuật, đập chủ yếu được chia thành các loại sau:
1. Đập trọng lực
Đập trọng lực là loại đập được xây dựng bằng các vật liệu như bê tông hoặc đá, chủ yếu dựa vào trọng lượng bản thân của thân đập để duy trì sự ổn định.
Nguyên lý hoạt động của đập trọng lực
Dưới tác động của áp lực nước và các tải trọng khác, đập trọng lực chủ yếu dựa vào lực chống trượt do trọng lượng bản thân đập tạo ra để đáp ứng yêu cầu ổn định; đồng thời, ứng suất nén do trọng lượng bản thân đập tạo ra được sử dụng để bù lại ứng suất kéo do áp lực nước gây ra, nhằm đáp ứng yêu cầu về cường độ. Mặt cắt cơ bản của đập trọng lực là hình tam giác. Trên mặt phẳng, trục của đập thường thẳng, và đôi khi để thích ứng với địa hình, điều kiện địa chất, hoặc để đáp ứng yêu cầu bố trí tâm đập, nó cũng có thể được bố trí thành đường gấp khúc hoặc vòm có độ cong nhỏ hướng về phía thượng lưu.
Ưu điểm của đập trọng lực
(1) Chức năng kết cấu rõ ràng, phương pháp thiết kế đơn giản, an toàn và đáng tin cậy. Theo thống kê, tỷ lệ hư hỏng của đập trọng lực tương đối thấp so với các loại đập khác nhau.
(2) Khả năng thích ứng mạnh mẽ với địa hình và điều kiện địa chất. Đập trọng lực có thể được xây dựng ở bất kỳ hình dạng thung lũng sông nào.
(3) Vấn đề xả lũ tại trung tâm dễ giải quyết. Đập trọng lực có thể được biến thành công trình tràn hoặc có thể bố trí các lỗ thoát nước ở các độ cao khác nhau của thân đập. Nói chung, không cần phải lắp đặt thêm tràn xả lũ hoặc đường hầm thoát nước, và bố cục trung tâm nhỏ gọn.
(4) Thuận tiện cho việc chuyển hướng thi công. Trong thời gian thi công, thân đập có thể được sử dụng để chuyển hướng, và nói chung không cần đường hầm chuyển hướng bổ sung.
(5) Xây dựng thuận tiện.
Nhược điểm của đập trọng lực
(1) Kích thước mặt cắt ngang của thân đập lớn và lượng vật liệu sử dụng rất lớn.
(2) Ứng suất của thân đập thấp và độ bền vật liệu không thể được tận dụng hết.
(3) Diện tích tiếp xúc lớn giữa thân đập và nền móng dẫn đến áp lực nâng cao ở đáy đập, điều này không thuận lợi cho sự ổn định.
(4) Thể tích của thân đập lớn, và do nhiệt thủy hóa và sự co ngót khi đông cứng của bê tông trong thời gian thi công, sẽ phát sinh ứng suất co ngót và nhiệt độ bất lợi. Do đó, cần có các biện pháp kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt khi đổ bê tông.
2. Đập vòm
Đập vòm là một cấu trúc vỏ không gian được cố định vào nền đá, tạo thành hình vòm lồi trên mặt phẳng hướng về phía thượng lưu, và mặt cắt đỉnh vòm của nó có hình dạng thẳng đứng hoặc đường cong lồi hướng về phía thượng lưu.
Nguyên lý hoạt động của đập vòm
Cấu trúc của đập vòm có cả hiệu ứng vòm và hiệu ứng dầm, tải trọng mà nó chịu được một phần được nén về phía hai bờ thông qua tác dụng của vòm, trong khi phần còn lại được truyền xuống nền đá ở đáy đập thông qua tác dụng của các dầm thẳng đứng.
Đặc điểm của đập vòm
(1) Đặc tính ổn định. Tính ổn định của đập vòm chủ yếu dựa vào lực phản lực ở hai đầu vòm, không giống như đập trọng lực dựa vào trọng lượng bản thân để duy trì sự ổn định. Do đó, đập vòm có yêu cầu cao về địa hình và điều kiện địa chất của vị trí xây đập, cũng như yêu cầu nghiêm ngặt về xử lý nền móng.
(2) Đặc điểm kết cấu. Đập vòm thuộc loại kết cấu tĩnh không xác định bậc cao, có khả năng chịu quá tải mạnh và độ an toàn cao. Khi tải trọng bên ngoài tăng lên hoặc một phần của đập bị nứt cục bộ, tác động của vòm và dầm của thân đập sẽ tự điều chỉnh, gây ra sự phân bố lại ứng suất trong thân đập. Đập vòm là một kết cấu không gian tổng thể, có thân nhẹ và đàn hồi. Thực tiễn kỹ thuật đã chứng minh rằng khả năng chống động đất của nó cũng rất mạnh. Ngoài ra, vì vòm là một kết cấu chịu lực đẩy chủ yếu chịu áp lực dọc trục, mômen uốn bên trong vòm tương đối nhỏ và sự phân bố ứng suất tương đối đồng đều, điều này có lợi cho việc phát huy sức bền của vật liệu. Từ góc độ kinh tế, đập vòm là một loại đập rất ưu việt.
(3) Đặc điểm tải trọng. Thân đập vòm không có khe co giãn vĩnh viễn, và sự thay đổi nhiệt độ và biến dạng nền đá có tác động đáng kể đến ứng suất của thân đập. Khi thiết kế, cần phải xem xét biến dạng nền đá và đưa nhiệt độ vào như một tải trọng chính.
Do kết cấu mỏng và hình dạng hình học phức tạp, đập vòm đòi hỏi chất lượng thi công, độ bền vật liệu đập và các yêu cầu chống thấm nghiêm ngặt hơn so với đập trọng lực.
3. Đập đất đá
Đập đất đá là loại đập được xây dựng từ các vật liệu địa phương như đất và đá, và là loại đập lâu đời nhất trong lịch sử. Đập đất đá là loại hình xây dựng đập được sử dụng rộng rãi nhất và phát triển nhanh nhất trên thế giới.
Nguyên nhân dẫn đến việc ứng dụng và phát triển rộng rãi các đập đất đá.
(1) Có thể lấy vật liệu tại địa phương và gần đó, tiết kiệm một lượng lớn xi măng, gỗ và thép, đồng thời giảm khối lượng vận chuyển bên ngoài tại công trường xây dựng. Hầu như bất kỳ vật liệu đất và đá nào cũng có thể được sử dụng để xây dựng đập.
(2) Có khả năng thích ứng với nhiều điều kiện địa hình, địa chất và khí hậu khác nhau. Đặc biệt ở những vùng khí hậu khắc nghiệt, điều kiện địa chất công trình phức tạp và các khu vực động đất cường độ cao, đập đất đá thực sự là loại đập khả thi duy nhất.
(3) Việc phát triển máy móc xây dựng công suất lớn, đa chức năng và hiệu quả cao đã làm tăng mật độ nén của đập đất đá, giảm tiết diện của đập đất đá, đẩy nhanh tiến độ xây dựng, giảm chi phí và thúc đẩy sự phát triển của việc xây dựng đập đất đá cao.
(4) Nhờ sự phát triển của lý thuyết cơ học địa kỹ thuật, các phương pháp thí nghiệm và kỹ thuật tính toán, trình độ phân tích và tính toán đã được nâng cao, tiến độ thiết kế đã được đẩy nhanh và sự an toàn và độ tin cậy của thiết kế đập đã được đảm bảo hơn nữa.
(5) Việc phát triển toàn diện công nghệ thiết kế và xây dựng để hỗ trợ các dự án kỹ thuật như mái dốc cao, công trình kỹ thuật ngầm và việc tiêu tán năng lượng dòng chảy tốc độ cao và phòng chống xói mòn của đập đất đá cũng đã đóng vai trò thúc đẩy quan trọng trong việc đẩy nhanh tiến độ xây dựng và quảng bá đập đất đá.
4. Đập đá đắp
Đập đá đắp thường đề cập đến loại đập được xây dựng bằng các phương pháp như ném, lấp và cán vật liệu đá. Vì đá đắp có tính thấm nước, nên cần sử dụng các vật liệu không thấm nước như đất, bê tông hoặc bê tông nhựa đường.
Đặc điểm của đập đá đắp
(1) Đặc điểm cấu trúc. Khối đá đắp nén có mật độ cao, cường độ cắt cao, và độ dốc của đập có thể được làm tương đối dốc. Điều này không chỉ tiết kiệm lượng đá đắp cho đập mà còn giảm chiều rộng đáy đập. Chiều dài của các công trình dẫn nước và xả nước có thể được giảm tương ứng, và bố cục của trung tâm nhỏ gọn, giúp giảm hơn nữa khối lượng công trình.
(2) Đặc điểm thi công. Theo tình trạng ứng suất của từng phần thân đập, thân đập đá có thể được chia thành các khu vực khác nhau, đáp ứng được các yêu cầu khác nhau về vật liệu đá và độ chặt của từng khu vực. Vật liệu đá khai thác trong quá trình xây dựng các công trình thoát nước ở trung tâm có thể được sử dụng đầy đủ và hợp lý, giảm chi phí. Việc xây dựng đập đá đắp mặt bê tông ít bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khí hậu như mùa mưa và rét đậm, và có thể được thực hiện một cách tương đối cân bằng và bình thường.
(3) Đặc điểm vận hành và bảo trì. Biến dạng lún của đá đắp nén rất nhỏ.
trạm bơm
1. Các thành phần cơ bản của kỹ thuật trạm bơm
Dự án trạm bơm chủ yếu bao gồm các phòng bơm, đường ống, các công trình đầu vào và đầu ra nước, và các trạm biến áp, như thể hiện trong hình vẽ. Một tổ máy gồm máy bơm nước, thiết bị truyền động và tổ máy phát điện được lắp đặt trong phòng bơm, cùng với các thiết bị phụ trợ và thiết bị điện. Các công trình đầu vào và đầu ra nước chính bao gồm các cơ sở lấy và chuyển hướng nước, cũng như các bể chứa nước đầu vào và đầu ra (hoặc tháp nước).
Hệ thống đường ống của trạm bơm bao gồm các đường ống dẫn nước vào và dẫn nước ra. Đường ống dẫn nước vào nối nguồn nước với cửa hút của máy bơm nước, trong khi đường ống dẫn nước ra là đường ống nối cửa hút của máy bơm nước với mép cửa thoát nước.
Sau khi trạm bơm được đưa vào vận hành, dòng nước có thể đi vào máy bơm nước thông qua tòa nhà đầu vào và đường ống đầu vào. Sau khi được máy bơm nước tạo áp lực, dòng nước sẽ được dẫn đến bể chứa (hoặc tháp nước) hoặc mạng lưới đường ống, từ đó đạt được mục đích bơm hoặc vận chuyển nước.
2. Sơ đồ bố trí trung tâm trạm bơm
Thiết kế bố trí trung tâm của trạm bơm cần xem xét toàn diện các điều kiện và yêu cầu khác nhau, xác định loại công trình, sắp xếp hợp lý vị trí tương đối của chúng và xử lý mối quan hệ giữa chúng. Bố trí trung tâm chủ yếu dựa trên nhiệm vụ của trạm bơm. Các trạm bơm khác nhau cần có cách bố trí khác nhau cho các công việc chính của mình, chẳng hạn như phòng bơm, đường ống đầu vào và đầu ra, và các công trình đầu vào và đầu ra.
Các công trình phụ trợ tương ứng như cống và cửa điều khiển cần phải phù hợp với dự án chính. Ngoài ra, xét đến yêu cầu sử dụng tổng thể, nếu có yêu cầu về đường bộ, đường thủy và đường dẫn cá trong khu vực nhà ga, cần phải xem xét mối quan hệ giữa bố trí cầu đường bộ, âu tàu, đường dẫn cá, v.v. và dự án chính.
Tùy thuộc vào nhiệm vụ khác nhau của các trạm bơm, bố cục của các cụm trạm bơm thường bao gồm một số dạng điển hình, chẳng hạn như trạm bơm tưới tiêu, trạm bơm thoát nước và trạm kết hợp tưới tiêu và thoát nước.
Cửa cống là một công trình thủy lực có cột nước thấp, sử dụng các van để giữ nước và kiểm soát lưu lượng. Nó thường được xây dựng trên bờ sông, kênh đào, hồ chứa và hồ tự nhiên.
1. Phân loại các loại cửa cống thường dùng
Phân loại theo nhiệm vụ của các cửa cống nước
1. Cửa điều tiết: được xây dựng trên sông hoặc kênh để ngăn lũ, điều chỉnh mực nước hoặc kiểm soát lưu lượng xả. Cửa điều tiết nằm trên lòng sông còn được gọi là cửa chắn sông.
2. Cửa điều tiết nước: Được xây dựng trên bờ sông, hồ chứa hoặc hồ để kiểm soát dòng chảy của nước. Cửa điều tiết nước còn được gọi là cửa lấy nước hoặc cửa đầu kênh.
3. Cửa xả lũ: Thường được xây dựng ở một bên bờ sông, cửa này được sử dụng để xả lượng nước lũ vượt quá khả năng xả an toàn của sông phía hạ lưu vào khu vực xả lũ (khu vực trữ hoặc giữ nước lũ) hoặc đập tràn. Cửa xả lũ cho phép nước chảy theo cả hai hướng, và sau khi lũ rút, nước được tích trữ và xả trở lại lòng sông từ đây.
4. Cửa xả nước: thường được xây dựng dọc theo bờ sông để loại bỏ tình trạng ngập úng gây hại cho cây trồng ở vùng nội địa hoặc vùng trũng. Cửa xả nước cũng có hai chiều. Khi mực nước sông cao hơn mực nước hồ hoặc vùng trũng bên trong, cửa xả nước chủ yếu được sử dụng để ngăn nước lũ tràn vào ruộng đồng hoặc nhà ở; khi mực nước sông thấp hơn mực nước hồ hoặc vùng trũng bên trong, cửa xả nước chủ yếu được sử dụng để thoát nước và giải quyết tình trạng ngập úng.
5. Cửa điều tiết thủy triều: được xây dựng gần cửa sông, đóng lại khi thủy triều lên để ngăn nước biển chảy ngược; Mở cửa để xả nước khi thủy triều xuống có đặc điểm là ngăn nước hai chiều. Cửa điều tiết thủy triều tương tự như cửa thoát nước, nhưng được vận hành thường xuyên hơn. Khi thủy triều ở biển ngoài cao hơn thủy triều ở sông trong, đóng cửa để ngăn nước biển chảy ngược vào sông trong; Khi thủy triều ở biển ngoài thấp hơn mực nước sông ở biển trong, mở cửa để xả nước.
6. Cửa xả cát (cửa xả bùn): Được xây dựng trên dòng chảy sông nhiều bùn, cửa này được sử dụng để xả lượng trầm tích lắng đọng phía trước cửa vào, cửa điều khiển hoặc hệ thống kênh dẫn.
7. Ngoài ra, còn có các cửa xả băng và cửa xả nước thải được lắp đặt để loại bỏ các khối băng, vật thể nổi, v.v.
Theo hình thức cấu tạo của buồng van, nó có thể được chia thành loại hở, loại tường chắn và loại cống, v.v.
1. Loại hở: Bề mặt dòng nước chảy qua cửa van không bị cản trở, và khả năng xả nước lớn.
2. Loại tường chắn: Có một bức tường chắn phía trên cửa van, giúp giảm lực tác động lên cửa van khi bị tắc nước và tăng biên độ tắc nước.
3. Loại cống ngầm: Phía trước cửa van có thân đường hầm chịu áp lực hoặc không chịu áp lực, và phần trên của đường hầm được phủ bằng đất lấp. Chủ yếu được sử dụng cho các cửa van nước nhỏ.
Theo kích thước của dòng chảy qua cửa van, nó có thể được chia thành ba loại: lớn, trung bình và nhỏ.
Các cửa xả nước lớn với lưu lượng trên 1000 m³/s;
Cửa xả nước cỡ trung bình với lưu lượng 100-1000 m³/s;
Các cống nhỏ với lưu lượng dưới 100 m³/s.
2. Cấu tạo của các cửa nước
Cửa xả nước chủ yếu bao gồm ba phần: phần nối thượng lưu, buồng cửa và phần nối hạ lưu.
Phần kết nối thượng lưu: Phần kết nối thượng lưu được sử dụng để dẫn dòng nước chảy êm vào buồng van, bảo vệ cả hai bờ và lòng sông khỏi xói mòn, và cùng với buồng van, tạo thành một đường viền ngầm chống thấm để đảm bảo sự ổn định chống thấm của cả hai bờ và nền móng van khi có hiện tượng thấm. Nói chung, nó bao gồm các bức tường cánh thượng lưu, lớp lót, các rãnh chống xói mòn thượng lưu và bảo vệ mái dốc ở cả hai bên.
Buồng van: Đây là bộ phận chính của cửa van nước, chức năng của nó là kiểm soát mực nước và lưu lượng, cũng như ngăn ngừa rò rỉ và xói mòn.
Cấu trúc của phần buồng cửa van bao gồm: cửa van, trụ cửa van, trụ bên (tường bờ), tấm đáy, tường chắn, cầu điều khiển, cầu giao thông, máy nâng, v.v.
Van điều tiết được sử dụng để kiểm soát lưu lượng chảy qua van; van được đặt trên tấm đáy của van, bắc ngang qua lỗ thoát và được đỡ bởi trụ van. Van được chia thành van bảo trì và van dịch vụ.
Cửa van điều tiết được sử dụng để ngăn nước trong quá trình vận hành bình thường và kiểm soát lưu lượng xả;
Cửa van bảo trì được sử dụng để giữ nước tạm thời trong quá trình bảo trì.
Trụ cổng được sử dụng để phân chia cửa vịnh và đỡ cổng, tường chắn, cầu vận chuyển và cầu giao thông.
Trụ cửa van truyền áp lực nước do cửa van, tường chắn và khả năng giữ nước của chính trụ cửa van chịu được xuống tấm đáy;
Bức tường chắn được lắp đặt phía trên cửa van để giúp giữ nước và giảm đáng kể kích thước của cửa van.
Tường chắn nước cũng có thể được thiết kế dạng di động, và khi gặp phải lũ lụt nghiêm trọng, tường chắn có thể được mở ra để tăng lưu lượng xả.
Tấm đáy là nền móng của buồng, được sử dụng để truyền trọng lượng và tải trọng của kết cấu phía trên buồng xuống nền móng. Buồng được xây dựng trên nền đất mềm chủ yếu được ổn định nhờ ma sát giữa tấm đáy và nền móng, và tấm đáy cũng có chức năng chống thấm và chống xói mòn.
Cầu công trình và cầu giao thông được sử dụng để lắp đặt thiết bị nâng hạ, vận hành cổng và kết nối giao thông qua eo biển.
Đoạn kết nối hạ lưu: được sử dụng để loại bỏ năng lượng còn lại của dòng nước chảy qua cửa van, hướng dẫn sự phân tán đồng đều của dòng nước ra khỏi cửa van, điều chỉnh sự phân bố vận tốc dòng chảy và làm chậm vận tốc dòng chảy, đồng thời ngăn ngừa xói mòn hạ lưu sau khi nước chảy ra khỏi cửa van.
Nhìn chung, công trình này bao gồm bể lắng, tấm chắn, rãnh chống xói mòn phía hạ lưu, tường chắn bên phía hạ lưu và hệ thống bảo vệ mái dốc ở cả hai bên.
Thời gian đăng bài: 21/11/2023
