Giáo trình Thủy điện 2

 1 
LỜI NÓI ĐẦU 
 Để đáp ứng nhu cầu học tập Thuỷ điện của sinh viên khoa Xây dựng Thuỷ 
lợi - Thuỷ điện thuộc Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng trong giai đoạn mới, 
chúng tôi biên soạn giáo trình "Turbine thuỷ lực - các thiết bị thuỷ lực và Công 
trình trạm Thuỷ điện" (là giáo trình môn học Thuỷ điện 2). Giáo trình này được 
biên soạn theo nội dung "Đề cương môn học Thuỷ điện" đã được nhà trường phê 
duyệt năm 2005. 
 Giáo trình Thuỷ điện 2 gồm 17 chương, được trình bày trong hai phần lớn: 
phần I (thiết bị thuỷ điện) và phần II (công trình Thuỷ điện): 
 Phần I - "Turbine thuỷ lực - các thiết bị thuỷ lực" của trạm thuỷ điện, gồm 
8 chương (từ chương I đến chương VIII). Phần này dùng để giảng với 20 tiết trên 
lớp, nội dung tìm hiểu: turbine thuỷ lực, thiết bị điều tốc, các thiết bị phụ và các 
hệ thống thiết bị phụ thuỷ lực ... về cấu tạo, tính năng hoạt động cũng như lựa 
chọn, tính toán xác định các thông số cơ bản và kích thước của thiết bị đủ phục 
vụ cho thiết kế trạm thuỷ điện. 
 Phần II - "Công trình trạm thuỷ điện", gồm 9 chương dùng để giảng 40 
tiết trên lớp, thuộc hai phần: Phần IIa -"Các công trình thuộc tuyến năng lượng" 
với 7 chương (từ chương IX đến chương XV), bao gồm các công trình thuộc 
tuyến năng lượng: cửa lấy nước, bể lắng cát, công trình dẫn nước, bể áp lực, 
đường ống turbine, buồng điều áp. Nội dung trình bày về cấu tạo cũng như tính 
toán xác định kích thước các công trình thông qua tính toán thuỷ lực và tính toán 
dòng không ổn định của chúng. Phần IIb - "Nhà máy thuỷ điện", gồm 2 chương 
XVI và XVII, nội dung trình bày các loại nhà máy thuỷ điện và một số thiết bị cơ 
điện của chúng, cách bố trí, xác định kích thước nhà máy, tính toán ổn định và 
tính kết cấu các phần dưới nước của nhà máy. 
 Giáo trình này đề cập khá đầy đủ nội dung chuyên môn của môn học Thủy 
điện 2, đáp ứng 60 tiết giảng trên lớp và còn có thể dùng tham khảo thêm sau này 
khi sinh viên ra trường tham gia vào lĩnh vực thiết kế công trình thuỷ điện sẽ gặp 
phải. 
 Trong quá trình biên soạn giáo trình, do khả năng có hạn do vậy không 
tránh khỏi thiếu sót, mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của đồng nghiệp và 
bạn đọc để sửa chữa cho tốt hơn. 
 Tháng 5 - 2006 
 Tác giả 
nhieu.dcct@gmail.com
 2 
nhieu.dcct@gmail.com
Phần I 
TURBINE THỦY LỰC & CÁC THIẾT BỊ THỦY LỰC CỦA TTĐ 
Turbine thủy lực là loại động cơ chạy bằng sức nước, nó nhận năng lượng dòng 
nước để quay và kéo rô to máy phát điện quay theo để tạo ra dòng điện. Tổ hợp turbine 
thủy lực và máy phát điện gọi là "Tổ máy phát điện thủy lực". Ở phần này chúng ta chỉ 
nghiên cứu về turbine thủy lực, thiết bị điều tốc và giới thiệu một số hệ thống thiết bị 
thủy lực có liên quan . 
Chương I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TURBINE THỦY LỰC 
I. 1. PHÂN LOẠI TURBINE THỦY LỰC CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN 
Trong quá trình đấu tranh sinh tồn và cải tạo thế giới tự nhiên, loài người đã sớm 
biết sử dụng các động cơ thủy lực: từ những bánh xe nước dùng vào việc kéo máy xay 
xát nông sản đến phát triển chúng lên thành những turbin thuỷ lực hiện đại kéo máy 
phát điện để sản xuất ra điện năng ngày nay. Để sử dụng một cách có hiệu quả năng 
lượng dòng nước đặc trưng bởi tổ hợp cột nước và lưu lượng khác nhau cần phải có đủ 
những loại turbine khác nhau về cấu tạo, kích thước cũng như quá trình làm việc của 
chúng. 
Dựa vào việc sử dụng dạng năng lượng trong cơ cấu bánh xe công tác (BXCT) 
của turbine người ta chia turbine thủy lực ra làm hai loại: turbine xung kích và turbine 
phản kích. Trong các loại lại chia ra các hệ và các kiểu turbine. 
Viết phương trình Becnully cho cửa vào (chỉ số1) cửa ra (chỉ số2) của bánh xe 
công tác turbine, ta có năng lượng viết cho một đơn vị trọng lượng nước như sau: 
 H = (Z1 - Z2) + 
p p1 2−
γ + 
α α1 12 2 22
2
V V
g
−
 Z1-Z2 : là thành phần năng lượng do chênh lệch vị trí tạo ra, gọi là vị năng; 
p p1 2−
γ : là áp năng; gộp vị năng và áp năng thành thế năng ( T ). 
α α1 12 2 22V V−
2g : là động năng ( Đ ). 
Từ những thành phần năng lượng trên ta có những loại turbine thuỷ lực sau: 
* Turbine chỉ sử dụng phần động năng để làm quay BXCT gọi là loại turbine xung 
kích. Loại này còn gọi là turbine dòng chảy không áp vì dòng chảy trong môi trường 
khí quyển nên chuyển động của dòng tia trên cánh BXCT là chuyển động không áp, áp 
suất ở cửa vào và cửa ra như nhau và bằng áp suất khí tr
ệ sau: 
ời. Turbine xung kích đuợc chia 
ra các h
+ Hệ turbine xung kích gáo (turbine Penton); 
+ Hệ turbine xung kích kiểu phun xiên; 
+ Hệ turbine xung kích hai lần (turbine Banki). 
 3 
nhieu.dcct@gmail.com
 4 
ảy 
òng 
ệ sau: 
ục ( gọi tắt là là turbine tâm trục, hay Franxis); 
+ Hệ TB dòng ( gồm turbine dòng nửa thẳng và turbine dòng thẳng ); 
m việc theo hai chế độ: máy bơm và turbine). 
dòng tia trên các cánh bánh xe công tác (BXCT) là 
chúng ta nghiên cứu cụ 
thể các
rbine, làm 
uay BXCT kéo theo trục turbine 5 quay, nước đập vào cánh gáo bị bắn ra hai phía và 
được vỏ 6 của turbine gom lại dẫn về hầm xả để tháo về hạ lưu của nhà máy. 
* Turbine sử dụng cả thế năng và động năng, trong đó phần thế năng là chủ yếu gọi là 
loại turbine phản kích . Loại này còn gọi là turbine dòng chảy có áp, áp lực dòng ch
ở cửa vào của BXCT luôn lớn hơn áp lực ở cửa ra của nó. Dòng chảy qua TB là d
liên tục điền đầy nước trong toàn bộ máng cánh. Loại này được chia ra các h
 + Hệ TB xuyên tâm hướng tr
 + Hệ TB hướng trục ( gồm turbine cánh quạt và turbine cánh quay ); 
 + Hệ TB hướng chéo; 
 + Hệ TB thuận nghịch ( là
I . 2. TURBINE XUNG KÍCH 
Như trên đã nói, turbine xung kích là loại chỉ sử dụng phần động năng của dòng 
chảy. Ở loại turbine này, dòng nước sau khi ra khỏi vòi phun thì toàn bộ năng lượng 
dòng chảy đều biến thành động năng để đẩy bánh xe công tác. Vì chảy trong môi trường 
khí quyển nên chuyển động của 
chuyển động không áp hay còn gọi là dòng tia tự do. Sau đây 
 hệ của turbine xung kích: 
 I . 2 .1. Turbine xung kích gáo ( còn gọi là turbine Penton ) 
 Turbine này do người Mỹ tên là Penton đưa ra năm 1880 nên còn gọi là turbine 
Penton. Quá trình hoạt động của turbine gáo như sau (xem hình 1-1): nước từ thượng 
lưu theo ống áp lực 1 chảy qua vòi phun 2 (ở đây lưu lượng được điều chỉnh trước khi 
phóng vào cánh BXCT nhờ van kim 7), rồi phóng vào cánh dạng gáo 4 của tu
q
 Hình 1-1. Turbine xung kích gáo 
Sau đây chúng ta xem xét cấu tạo và tác dụng các bộ phận chính của turbine gáo 
(hình 1-2). Vòi phun 1 nhận nước từ ống áp lực biến toàn bộ năng lượng dòng nước 
thành động năng trước khi đưa vào BXCT và điều chỉnh lưu lượng vào turbine nhờ dịch 
nhieu.dcct@gmail.com
 5 
. 
Sự phố hợp dịch chuyển van kim và thiết bị tách dòng liên hợp với nhau nhờ cơ cấu 
liên hợp trong máy điều tốc (xem chương VII -Thiết bị điều tốc của turbine thuỷ lực). 
chuyển qua lại của van kim 3 đặt bên trong (hình 1-2,a). Turbine gáo cột nước cao và 
ống áp lực dài còn có bộ phận tách dòng 5 để hướng một phần hay toàn bộ tia nước 
không cho vào BXCT để tránh hiện tượng nước va xảy ra quá lớn khi đóng nhanh van 
kim của nó. Bộ phận này chỉ làm việc khi cắt giảm phụ tải máy phát điện. Khi phụ tải 
giảm, van kim cần phải nhanh chóng đóng bớt độ mở để giảm lưu lượng thich hợp, tuy 
nhiên nếu van đóng quá nhanh trong vòi phun sẽ xuất hiện áp lực nước va quá lớn làm 
bể vòi phun. Để giảm trị số áp lực nước va, lúc này máy điều tốc sẽ nhanh chóng nhấc 
thiết bị tách dòng 5 lên ngắt bớt phần lưu lượng thừa ra khỏi cánh gáo. Nhờ vậy lưu 
lượng vào BXCT vẫn giảm ngay theo yêu cầu giảm tải mà van kim chỉ phải đóng từ từ
i 
Hình 1-2. Các bộ phận chính của turbine gáo 
Bánh xe công tác của turbine gáo ( hình 1-1 và 1-2b,c ) gồm có đĩa 1 trên chu vi 
đĩa có gắn các cánh dạng gáo 2 (nên gọi là gáo). Phụ thuộc vào cột nước mà số gáo có 
từ 14÷60 cánh. BXCT có thể là một khối liền khi các cánh gáo và đĩa được đúc thành 
một khối, và không phải là khối liền khi cánh gáo được đúc riêng và được gắn lên đĩa 
bằng bu lông hoặc hàn. Chính giữa cánh gáo có gân 3 chia gáo làm hai phần bằng nhau 
để chia tia nước tác động vào gáo thành hai phần đi về hai hướng bắn ra hai bên. Đuôi 
dưới của cánh gáo được khoét hõm 4 để cho tia nước xuyên qua hõm của cánh trước 
nhieu.dcct@gmail.com
 6 
đập thẳ óc (th o chiề ay đòn của mômen 
quay và tránh mômen ng c. 
Vỏ turbine có n ra ngoài gian 
máy. V
được bố trí đều chung 
ng vào cánh gáo thẳng g e u quay) làm tăng cánh t
ược của tia nước vào phía sau gáo nằm phía trướ
hiệm vụ không cho nước từ buồng BXCT bắn 
ỏ phải có kích thước và hình dáng thế nào để hứng nước từ gáo xuống hầm xả 
mà không rơi ngược trở lại phía sau gáo làm cản trở việc quay của BXCT. Điều này rất 
quan trọng đối với turbine gáo trục đứng có nhiều vòi phun. 
Hầm xả có nhiệm vụ tập trung nước sau khi đi khỏi BXCT lại để dẫn về hạ lưu. 
Mực nước trong hầm xả phải bảo đảm thấp hơn cao trình thấp nhất của BXCT một 
khoảng nào đó, thường là bằng đường kính D1 và đặt cao hơn mức nước trong hầm xả. 
Loại trục ngang thường có công suất bé và có từ một đến hai vòi phun cho mỗi 
BXCT (hình 1-1,b), số lượng bánh xe công tác trên một trục thường nhỏ hơn ba. Loại 
trục đứng có số vòi phun nhiều hơn, thường hai đến sáu vòi, 
quanh BXCT. Hình 1-3 là biểu thị turbine gáo trục đứng có sáu vòi phun. 
 Mặt bằng Mặt đứng 
Hình 1-3. Turbine gáo trục đứng nhiều vòi phun 
Turbine gáo sử dụng động năng để quay do vậy cần tạo nên vận tốc dòng phun 
lớn để tăng công suất turbine, măt khác kết cấu BXCT rất vững chắc do vậy turbine này 
được sử dụng với cột nước cao lưu lượng nhỏ. Turbine gáo loại lớn có phạm vi sử dụng 
cột nước từ 200÷2000m hoặc hơn nữa, turbine gáo loại nhỏ thì từ 40÷250m. Trục 
turbine gáo có thể đứng (hình 1-3) hoặc ngang. Trạm TĐ Bôgôta ở Côlombia đã đạt đến 
cột nước rất cao H = 2000m, công suất lắp máy N = 500 MW. Trạm Raisec ở Úc có cột 
nước H = 1767m. Nước ta có các trạm H = 500÷800m như Vĩnh Sơn và Đa Nhim, sử 
dụng hệ turbine xung kích gáo. 
I. 2. 2. Turbine xung kích hai lần ( turbine Banki ) 
Turbine xung kích hai lần có phạm vi sử dụng cột nước từ 6÷150m, thường từ 
10÷60m. Kết cấu của nó rất đơn giản (hình1-4), dễ chế tạo nên được sử dụng rộng rãi ở 
, ccác trạm thủy điện nhỏ có lưu lượng bé ột nước vừa, trục thường nằm ngang. 
nhieu.dcct@gmail.com
Hình 1-4. Turbine xung kích 2 lần 
Turbine gồm có vòi phun tiết diện hình chữ nhật 4 được nối liền với đoạn ống 
chuyển tiếp 8. Vòi có cơ cấu điều chỉnh lưu lượng gồm van phẳng 3 gắn với trục điều 
khiển 2 có tay quay vô lăng. Khi vô lăng quay, trục điều chỉnh sẽ tịnh tiến về phía trước 
hoặc phía sau làm cho tiết diện ra của vòi phun thay đổi, nên lưu lượng vào turbine cũng 
được thay đổi theo. Bánh xe công tác gồm các cánh cong 7 được gắn giữa các đĩa 6, số 
cánh từ 12÷48. Trục turbine xuyên qua giữa bánh xe công tác gắn chặt với các đĩa bằng 
then. Vỏ (buồng) 9 dùng để chắn không cho nước từ BXCT bắn ra ngoài. Hầm xả 5 có 
nhiệm vụ dẫn nước về hạ lưu. 
Hình dáng BXC ồng sóc. Dòng nước t 
vòi phun tác dụng vào các cánh phía trên (nhận khoảng chừng 80% năng lượng của 
hất, xong lại đi vào khoảng trống giữa BXCT rồi lại tác 
dụng lầ
ư 
ậy có thể chế tạo turbine với đường kính bé để có vòng quay lớn, do vậy giảm giá 
thành chế tạo turbine và tổ máy thủy lực. 
I. 2. 3 Turbine xung kích phun xiên 
 Turbine xung gáo chỉ khác 
T turbine xung kích hai lần gần giống l ừ
dòng nước) đẩy BXCT lần thứ n
n thứ hai vào cánh trước khi ra khỏi bánh xe công tác (nhận thêm 20÷30% phần 
năng lượng còn lại). Cũng chính vì thế ta gọi nó là turbine xung kích hai lần. Hiệu suất 
của loại turbine này tùy thuộc vào số cánh của BXCT và vào khoảng 80÷85%. Ưu điểm 
cơ bản của turbine xung kích hai lần là có thể chọn đường kính BXCT và số vòng quay 
turbine trong một phạm vi rộng mà không phụ thuộc vào lưu lượng, bởi vì lưu lượng 
không chỉ phụ thuộc vào đường kính mà còn phụ thuộc vào chiều rộng BXCT nữa. Nh
v
kích phun xiên (hình 1-5) có hình dạng giống turbine
ở kết cấu BXCT và hướng của tia nước vào BXCT. Tia nước bắn vào BXCT không 
trực giao với cánh mà làm với cánh một góc α, nhờ thế có thể làm vành ghép mép ngoài 
của BXCT nên đơn giản hóa được cách ghép cánh vào đĩa. Hình dạng cánh loại này 
cũng dễ chế tạo hơn. Nó cho phép gia công hàng loạt bằng cách đập. Turbine tia 
nghiêng ít được sử dụng rộng rãi, nó chỉ được sử dụng ở TTĐ nhỏ có cột nước vào 
khoảng H = 30÷400m. 
 7 
nhieu.dcct@gmail.com
Hình 1-5. Turbine xung kích phun xiên 
I . 3. TURBINE PHẢN KÍCH 
Turbine phản kích là loại sử dụng phần thế năng và một phần động năng của 
dòng nước. Bánh xe công tác của nó làm việc trong môi trường chất lỏng liên tục và áp 
lực nước ở phía trước bánh xe công tác lớn hơn phía sau của nó. Khi chảy qua rãnh tạo 
bởi bề mặt cong của các cánh, dòng nước sẽ thay đổi hướng tác dụng lên cánh và làm 
quay BXCT. Dựa vào hướng của dòng nước ở cửa vào và cửa ra BXCT người ta chia 
turbine làm các hệ: tâm trục, hướng trục, cánh chéo, turbine dòng, thuận nghịch. 
Hình 1-6. Các bộ phận chính của turbine phản kích. 
 Xét về mặt cấu tạo, bất cứ hệ turbine phản kích nào cũng gồm các bộ phận chính 
sau: buồng turbine 1, vòng bệ 2, cơ cấu hướng dòng 3, BXCT 4, buồng BXCT 5, ống xả 
6, trục và ổ trục 7 và các thiết bị phụ của chúng (hình 1-6). 
 Sáu bộ phận đầu hình thành bộ phận qua nước của turbine, còn ổ trục và trục là 
bộ phận kết cấu có nhiệm vụ tiếp nhận và truyền mô men quay từ BXCT đến rôto của 
 8 
nhieu.dcct@gmail.com
 9 
máy ph
I. 3. 1. 
 theo hướng dọc trục. Do vậy gọi là turbine tâm trục. Turbine này do kỹ sư người 
i là turbine Franxis. 
át điện. Trong các bộ phận qua nước thì BXCT là bộ phận trực tiếp biến đổi thủy 
năng thành cơ năng chuyển động quay. Bộ phận cơ cấu hướng nước có tác dụng thay
đổi trị số lưu lượng và hướng dòng chảy trước khi đi vào BXCT, còn ống xả được dùng 
để tháo nước từ BXCT về hạ lưu. 
Sau đây chúng ta lần lượt xem xét các bộ phận của turbine phản kích, các hệ 
turbine khác nhau chủ yếu là bánh xe công tác còn các bộ phận khác nhìn chung giống 
nhau. Việc phân loại TB phản kích dựa vào hướng dòng nước đi vào và ra khỏi BXCT. 
Bánh xe công tác của turbine tâm trục (turbine Franxis ) 
Turbine tâm trục (xem hình 1-7) là một trong những hệ TB phản kích được sử 
dụng rộng rãi nhất. Chất lỏng từ buồng 4 qua cánh hướng dòng 3 vào cửa vào cánh 1 
BXCT theo hướng xuyên tâm rồi chuyển chuyển hướng 900 và ra khỏi BXCT để vào 
ống xả
Pháp tên là Franxis hoàn chỉnh năm 1849 nên còn gọ
Hình 1-7. Bánh xe công tác của turbine tâm trục 
BXCT của turbine tâm trục gồm có vành trên 14 và vành dưới 13, các cánh 1 có 
dạng cong không gian ba chiều gắn chặt vào hai vành. Số cánh từ 12 đến 22 cánh, 
thường là 14 đến 18 cánh. Thường BXCT được đúc liền thành một khối, trường hợp bị 
điều kiện vận chuyển hạn chế có thể chế tạo BXCT thành từng phần, khi lắp ráp sẽ dùng 
các bulông ghép vành trên và đai ghép nóng ở vành dưới của các phần đó lại hoặc hàn 
nhieu.dcct@gmail.com
 10 
nối các rãnh phân chia. Đối với turbine nhỏ có thể dập cánh, sau đó định vị chúng rồi 
đúc liền vành trên và dưới để được BXCT liền khối vững chắc. 
Tùy theo cột nước sử ... ng của bệ máy qua thành tường buồng xoắn truyền xuống; 
 - Trọng lượng bản thân dầm sâu; 
 - Lực đẩy lên của nước. 
 b - Tính toán nội lực dầm sâu: 
 Người ta đã lập sẵn bản tra các hệ số và tính toán theo các công thức: 
 Hợp lực của ứng suất kéo Z, hoặc ứng suất nén D, gọi chung là Z: 
nhieu.dcct@gmail.com
 297 
 Z q L= α. . 
 Diện tích cốt thép: 
 a
T
F
k Z= .σ 
 Khoảng cách từ đáy dầm đến hợp lực: 
 0Z L= ξ . 
 Trong các công thức trên: k - hệ số an toán; Tσ - ứng suất cho phép của thép; 
 các hệ số: ξ α; tra bảng theo β = H L/ và ε = C H/ . 
 Đặt cốt thép nơi đặt hợp lực Z và D, tuỳ điều kiện có thể xê dịch một ít. 
 4. Tính kết cấu đoạn khuếch tán của ống xả 
 Đoạn khuếch tán ống xả là một dầm rỗng có chiều cao thay đổi (hình 17-14,b). 
Khi tính toán ta cắt các băng dài 1 mét theo hướng vuông góc với dòng nước. Đây cũng 
là phần ống xả có nhiều phương pháp tính toán nhất. Việc xác định đúng thực tế làm 
việc của các khung phụ thuộc nhiều yếu tố. Đối với nhà máy kiểu kết hợp, ngoài vấn đề 
trình tự thi công ảnh hưởng đến kết cấu thì các khớp xuyên vuông góc với chiều dọc 
nhà máy nhằm bảo đảm thi công và giảm ứng suất nhiệt, lún cũng ảnh hưởng lớn đến sơ 
đồ lực của chúng. Hình 17-14,a trình bày một số khớp xuyên vừa nêu ở trên. 
Hình 17-14. Các sơ đồ tính kết cấu đoạn khuếch tán ống xả. 
 - Khớp xuyên suốt I, thường từ một hoặc hai đoạn tổ máy đặt một khớp, nói 
chung khoảng cách giữa hai khớp loại I không quá 40 - 50 m; 
nhieu.dcct@gmail.com
 298 
 - Khớp xuyên loại II, chỉ cắt đến đỉnh sàn ống xả, thường dùng khi hai tổ máy 
đặt một khớp loại I; 
 - Khớp xuyên loại III, cắt suốt đến tấm đáy, làm yếu khối dưới nước. 
Thường dùng khớp xuyên loại I để cắt cho một đoạn tổ máy hoặc hai đoạn tổ máy. Sau 
đây lấy trường hợp dùng khớp xuyên I để cắt cho một đoạn tổ máy để trình bày các tính 
(trường hợp cắt qua hai tổ máy sẽ tính tương tự). 
 Để tính kết cấu đoạn khuếch tán thường tính một số chỗ đại diện sau đây:: 
 - Mặt cắt II-II qua tường áp lực của buồng xoắn (hoặc tường sau nhà máy). Do 
tường quá dày có độ cứng tường rất lớn nên chọn sơ đồ khung hở ngàm phía trên (b); 
 - Mặt cắt qua giữa (I-I). Ở đây dầm trên không quá dày, do vậy coi là khung kín. 
Nếu nền là đá cứng thì để giảm nhẹ bề dày tấm móng ta nên cắt tách tấm móng ra khỏi 
trụ. Ta có sơ đồ khung hai ngăn tựa bên dưới (d). Dùng c phương pháp tính sau đây: 
 a - Phương pháp sơ đồ khung có nút cứng của Galerkin: 
 Đây là quan niệm sơ đồ hay được dùng ở Liên Xô cũ. Coi đoạn khuếch tán là tập 
hợp c khung phẳng vuông góc dòng chảy, các khung làm việc độc lập nhau. Vì tải trong 
khung đối xứng và tải trọng tác dụng cũng đối xứng qua tim trụ giữa, do vậy coi như 
ngàm ở trụ giữa. Vì vậy chỉ cần cắt một nửa đối xứng để tính (hình 17-14,c và17-15,a). 
Hình 17-15. Các sơ đồ tính đoạn khuếch tán ống xả. 
Tính theo khung dày hay khung mỏng dựa vào H/δ (nếu H/δ < 4 thì là khung dày và 
chọn khung h x l; nếu H/δ > 4 thì là khung mỏng và chọn khung H x L). Viện sỹ 
nhieu.dcct@gmail.com
 299 
Galerkin coi các nút khung là tuyệt đối cứng (phần gạch gạch trong I-I trên) nó không 
bị biến dạng và I = ∞, kích thước nút cứng lấy bằng nửa bề dày thanh. Mặt khác các trụ 
dịch chuyển theo phương đứng của nút là như nhau. Việc giải khung có nút cứng theo 
bảng tra của phương pháp chuyển vị và phương pháp phân phối mômen giữa các nút. 
 b - Phương pháp sơ đồ khung và giải theo cơ học kết cấu: 
 Quan niệm tính đoạn khuếch tán theo sơ đồ khung tuy không chính xác như 
phương pháp nút cứng nhưng đơn giản và sử dụng phương pháp cơ học kết cấu thông 
thường để tính. Để tính, ta cũng cắt một băng theo chiều vuông góc với dòng chảy và 
cũng có khung kín (đối với nền mềm), khung hở (đối với nền đá cứng). Sơ đồ kết cấu 
như hình (17-15,b,c) tương ứng với các tải trọng trong trường hợp làm việc bình 
thường. 
 Tải trọng tính toán gồm: 
 - Trọng lượng bản thân giá khung; 
 - Trọng lượng thiết bị ở sàn ống xả (nếu có) truyền xuống như : động cơ, thùng 
 dầu, máy bơm nước ..v.v.. ; 
 - Áp lực nước đây lên từ dưới tấm đáy; 
 - Áp lực nước ở ống xả; 
 - Phản lực nền do tác dụng của tải trọng bên trên gây ra và coi như ngoại lực; 
 - Các tải trọng khác, nếu có. 
 Các trường hợp tính toán: 
 - Trường hợp sửa chữa ống xả: bên trong ống xả không có nước, tải trọng bên 
ngoài vẫn đầy đủ; 
 - Trường hợp bên trên thiết bị đã tháo đưa đi sửa chữa, nhà máy vẫn làm việc 
với mực nước hạ lưu sau nhà máy là lớn nhất. 
 Trên đây khái quát một số cách tính toán kết cấu một số phần tử của nhà máy 
thuỷ điện đã được dùng trong thực tế thiết kế nhằm giúp cho anh chị sinh viên phần nào 
có phương hướng khi thiết kế nhà máy. Đi vào tính toán cụ thể còn gặp nhiều vấn đề 
cần phải tìm hiểu cụ thể hơn để hoàn chỉnh hơn. 
nhieu.dcct@gmail.com
 300 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT: 
1 - Bộ môn thiết bị thuỷ điện - Trường ĐHTL - Giâo trình Turbine Thuỷ lực, 
năm 1982; 
2 - Võ Sỹ Huỳnh, Ng. Thị Xuân Thu - ĐHBK Hà Nội - Turbin nước, xuất bản 
năm 2005; 
3 - Lê Phu - Tủ sách ĐHXD Hà Nội - Turbin nước, xuất bản năm 1971; 
4 - Bộ môn Thuỷ điện - ĐHTL Hà Nội - Công trnh Trạm Thuỷ điện, xuất bản 
năm 2003; 
5 - Khoa XDTL - TĐ Trường ĐHXD - Trạm Thuỷ điện (Các công trình trên 
tuyến năng lượng), xuất bản năm 1991; 
6 - Khoa XDTL - TĐ Trường ĐHXD - Nhà máy của Trạm Thuỷ điện, xuất bản 
năm 1991; 
7 -Bộ môn Kỹ thuật điện, ĐHTL - Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến 
áp, 1976; 
8 - Bộ môn thiết bị Thuỷ điện, ĐHTL - Thiết bị phụ trong trạm thuỷ điện, 1971 ; 
9 - Nguyễn duy Thiện và Nguyễn duy Hạnh - Khảo sát thiết kế trạm TĐ nhỏ, 
1971. 
TĂI LIỆU TIẾNG NGA: 
1 - P.P. Gubin - Trạm Thuỷ điện; xuất bản năm 1972; 
2 - Đ. C. Savelep - Nhà máy Thuỷ điện, xuất bản năm 1967; 
3 - A. A. Bererơnôi - Nhà động lực của Trạm Thuỷ điện, xuất bản năm 1964; 
4 - L. A. Vơladislavơlev - Rung động của tổ máy thuỷ lực, xuất bản năm 1972; 
5 - A. A. Umansky - Cẩm nan thiết kế công trình và nhà công nghiệp, nhà ở, nhà 
công cộng , xuất bản năm 1972; 
6 - V. X. Golisman - Tính toán nhà máy thuỷ điện và đập tràn, xuất bản năm 
1968; 
7 - I. I. Ulisky - Kết cấu bê tông cốt thép ; 
8 - N. N. Kvalĩp - Cẩm nan kết cấu turbine thuỷ lực, xuất bản năm 1971; 
9 - V. A. Orơlốp - Buồng điều áp của Trạm thuỷ điện, xuất bản năm 1968; 
10 - Tiêu chuẩn và định mức thiết kế đường ống thép của Trạm thuỷ điện TY-9-
51 ; 
11 - Tài liệu Liên Xô dịch từ Mỹ năm 1960 - Cẩm nan Trạm thuỷ điện ; 
12 - G. A. Plonsky - Thiết bị cơ khí thuỷ công, xuất bản năm 1959 . 
nhieu.dcct@gmail.com
 301 
MỤC LỤC 
 Trang 
LỜI NÓI ĐẦU 
Phần I. TURBINE THỦY LỰC VÀ CÁC THIẾT BỊ T.LỰC CỦA TTĐ 1 
Chương I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TURBINE THUỶ LỰC 
 I. 1. Phân loại turbine thuỷ lực của TTĐ 3 
 I. 2. Turbine xung kích 4 
 I. 2. 1. Turbine xung kích gáo 
 I. 2. 2. Turbine xung kích hai lần 
 I. 2. 3. Turbine xung kích phun xiên 
 I. 3. Turbine phản kích 8 
 I. 3. 1. BXCT của turbine tâm trục 
 I. 3. 2. BXCT của turbine hướng trục 
 I. 3. 3. BXCT của turbine hướng chéo 
 I. 3. 4. Turbine dòng 
 I. 3. 5. Turbine thuận nghịch 
Chương II. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA TURBINE THUỶ LỰC 17
 II. 1. Vòng bệ, cơ cấu hướng dòng, trục của turbine phản kích 17 
 II. 2. Thiết bị dẫn nước của turbine 20 
 II. 2. 1. Loại buồng hở 
 II. 2. 2. Buồng hình ống 
 II. 2. 3. Buồng xoắn ốc 
 II. 3. Thiết bị tháo nước của turbine 31 
 II. 3. 1. Ống xả hình nón cụt 
 II. 3. 2. Ống xả hình cong 
 II. 3. 3. Ống xả khuỷu cong 
Chương III. HIỆN TƯỢNG KHÍ THỰC TRONG TURBINE THUỶ LỰC 
 III. 1. Hiện tượng khí thực và tác hại 37
 III. 2. Những biện pháp phòng chống khí thực 37 
 III. 3. Điều kiện xảy ra khí thực và hệ số khí thực 38
 III. 4. Xác định cao trình đặt turbine 39 
Chương IV. NGUYÊN LÝ CÔNG TÁC VÀ LUẬT TƯƠNG TỰ CỦA TB 
 IV. 1. Dòng chảy trong turbine thuỷ lực 41 
 IV. 2. Phương trình cơ bản của turbine thuỷ lực 42 
 IV. 3. Luật tương tự và các đại lượng quy dẫn của turbine 44 
 IV. 3. 1. Các điều kiện tương tự 
 IV. 3. 2. Các quan hệ của hai turbine tương tự 
 IV. 3. 3. Các đại lượng quy dẫn 
 IV. 3. 4. Vòng quay đặc trưng (tỷ tốc) 
 IV. 3. 5. Tính toán hiệu suất của turbine thực từ mô hình 
nhieu.dcct@gmail.com
 302 
Chương V. THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH VĂ ĐẶC TÍNH TURBINE 
 V. 1. Mô hình vật lý và hệ thống thí nghiệm 50 
 V. 1. 1. Hệ thống thí nghiệm hở 
 V. 1. 2. Hệ thống thí nghiệm kín 
 V. 2. Đường đặc tính của turbine 53 
 V. 2. 1. Đường đặc tính đơn 
 V. 2. 2. Đường đặc tính tổng hợp 
 V. 2. 3. Đường đặc tính tổng hợp của nhóm tổ máy 
 V. 3. Xây dựng đường đặc tính tổng hợp vận hành 59 
Chương VI. CHỌN KIỂU LOẠI VÀ CÁC THÔNG SỐ CỦA TBTL 
 VI. 1. Vấn đề chuẩn hoá TB và phạm vi sử dụng cột nước của TB 65 
 VI. 1. 1. Vấn đề chuẩn hoá 
 VI. 1. 2. Phạm vi sử dụng cột nước của các loại turbine 
 VI. 2. Những vấn đề chung khi chọn turbine 71 
 VI. 3. Lựa chọn turbine phản kích 73 
 VI. 3. 1. Chọn theo quy cách sản phẩm 
 VI. 3. 2.Chọn theo bảng, biểu hệ loại và đường đặc tính tổng hợp 
 VI. 3. 3. Các kích thước khác của BXCT turbine phản kích 
 VI. 4. Chọn các thông số cơ bản của turbine xung kích 81 
 VI. 4. 1. Chọn thông số cơ bản của turbine gáo 
 VI. 4. 2. Xác định kích thước của tủbine xung kích hai lần 
Chương VII. THIẾT BỊ ĐIỀU TỐC CỦA TURBINE THUỶ LỰC 
 VII. 1. Nhiệm vụ của thiết bị điều tốc turbine 86 
 VII. 2. Các loại thiết bị điều tốc thủ công 87 
 VII. 3. Thiết bị điều tốc tự động 88 
 VII. 3. 1. Sơ đồ nguyên lý điều tốc trực tiếp 
 VII. 3. 2. Các sơ đồ nguyên lý điều tốc đơn gián tiếp 
 VII. 3. 3. Các sơ đồ điều tốc kép gián tiếp 
 VII. 3. 4. Một số cơ cấu điều khiển của máy điều tốc 
 VII. 3. 5 Thiết bị dầu áp lực của máy điều tốc 
 VII. 4. Lựa chọn thiết bị điều tốc 95 
 VII. 4. 1. Chọn điều tôc loại nhỏ 
 VII. 4. 2. Chọn điều tiết trung bình van lớn 
Chương VIII. MỘT SỐ THIẾT BỊ KHÁC CỦA TTĐ 
 VIII. 1. Cửa van trên đường ống áp lực 102 
 VIII. 2. Các hệ thống thiết bị phụ thuỷ lực của TTĐ 105 
 VIII. 2. 1. Hệ thống thiết bị dầu 
 VIII. 2. 2. Hệ thống cấp nước kỹ thuật 
 VIII. 2. 3. Hệ thống khí nén 
 VIII. 2. 4. Hệ thống tháo nước tổ máy 
nhieu.dcct@gmail.com
 303 
 VIII. 2. 5. Hệ thống cứu hoả trong nhà máy 
 Phần II,a. CÁC CÔNG TRÌNH TRÊN TUYẾN NĂNG LƯỢNG TTĐ 
Chương IX. KHÁI QUÁT VỀ THÀNH PHẦN VÀ BỐ TRÍ TTĐ 
 IX. 1. Các thành phần của trạm thuỷ điện 111 
 IX. 2. Các sơ đồ bố trí TTĐ kiểu đập 112 
 IX. 3. Các sơ đồ bố trí TTĐ kiểu đường dẫn 115 
Chương X. CÔNG TRÌNH LẤY NƯỚC CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN 
 X. 1. Phân loại các công trình lấy nước của TTĐ 120 
 X. 2. Các thành phần của công trình lấy nước 121 
 X. 2. 1. Lưới chắn rác và thiết bị dọn rác 
 X. 2. 2. Cửa van 
 X. 2. 3. Thiết bị nâng hạ, vận chuyển 
 X. 3. Công trình lấy nước mặt 127 
 X. 4. Công trình lấy nước dưới sâu 131 
Chương XI. BỂ LẮNG CÁT CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN 
 XI. 1. Công dụng và phân loại bể lắng cát 140 
 XI. 2. Tính toán thuỷ lực bể lắng cát 144 
Chương XII. CÔNG TRÌNH DẪN NƯỚC CỦA TTĐ 
 XII. 1. Khái niệm về công trình dẫn nước của TTĐ 150 
 XII. 2. Đường dẫn nước của trạm thuỷ điện 150 
 XII. 2. 1. Chọn tuyến đường dẫn và hình dạng đường dẫn 
 XII. 2. 2. Tính toán kết cấu đường hầm dẫn nước của TTĐ 
 XII. 3. Kênh dẫn của trạm thuỷ điện 154 
 XII. 3. 1. Chọn tuyến kính vă hình thức tuyến kính 
 XII. 3. 2. Cấu tạo mặt cắt kính 
 XII. 3. 3. Kênh tự động và không tự động điều tiết 
 XII. 4. Tính toán thuỷ lực đường dẫn 159 
 XII. 4. 1. Tính thuỷ lực đường dẫn không áp 
 XII. 4. 2. Tính thuỷ lực đường dẫn có áp 
 XII. 4. 3. Tính tổn thất thuỷ lực và năng lượng của đường dẫn TTĐ 
 XII. 5. Lựa chọn mặt cắt kinh tế đường dẫn TTĐ 163 
 XII. 6. Bể áp lực của Trạm thuỷ điện 165 
 XII. 6. 1. Cấu tạo và các phần của bể áp lực 
 XII. 6. 2. Các sơ đồ bố trí tổng thể bể áp lực 
 XII. 6. 3. Tính toán xác định kích thước và ổn định bể áp lực 
Chương XIII. ĐƯỜNG ỐNG TURBINE 
 XIII. 1. Khái quát đường ống turbine 171 
 XIII. 1. 1. Phân loại đường ống turbine 
 XIII. 1. 2. Chọn tuyến và bố trí đường ống turbine 
 XIII. 2. Đường ống thép 174 
nhieu.dcct@gmail.com
 304 
 XIII. 2.1.Cấu tạo đường ống thép và các bộ phận thiết bị công trình 
 XIII. 2. 2. Tính toán đường ống thép 
 XIII. 3. Đường ống bêtông cốt thép 189 
 XIII. 3. 1. Phân loại cấu tạo lắp đặt đường ống 
 XIII. 3. 2. Tính toán kết cấu ống bêtông cốt thép 
Chương XIV. NƯỚC VA VÀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHÔNG ỔN ĐỊNH 
 XIV. 1. Khái niệm cơ bản về nước va và các chế độ chuyển tiếp TTĐ 194 
 XIV. 1. 1.Hiện tượng nước va trong đường ống áp lực của TTĐ 
 XIV. 1. 2. Các chế độ chuyển tiếp khi điều chỉnh tổ máy thuỷ lực 
 XIV. 2. Tính toán nước va trong đường ống đàn hồi 198 
 XIV. 2. 1. Cơ sở lý thuyết của nước va trong ống đàn hồi 
 XIV. 2. 2. Tính toán nước va bằng phương pháp giải tích 
 XIV. 2. 3. Tính toán nước va bằng phương pháp đồ giải 
 XIV. 3. Biện pháp giảm áp lực nước va trong đường ống 218 
 XIV. 4. Tính toán bảo đảm điều chỉnh tổ máy thuỷ lực 219 
Chương XV. BUỒNG ĐIỀU ÁP CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN 
 XV. 1. Công dụng vă nguyên lý làm việc của buồng điều áp 223 
 XV. 2. Các loại buồng điều áp 224 
 XV. 2. 1. Các loại buồng điều áp 
 XV. 2. 2. Kết cấu buồng điều áp 
 XV. 2. 3. Lựa chọn buồng điều áp 
 XV. 3. Phương trnh vi phđn cơ bản của buồng điều áp 230 
 XV. 3. 1. Phương trnh động lực học 
 XV. 3. 2. Phương trình liên tục 
XV. 4. Tính toán thuỷ lực buồng điều áp bằng phương pháp g.tích 232 
 XV. 4. 1. Tính toán thuỷ lực buồng điều áp hnh trụ 
 XV. 4. 2. Tính toán thuỷ lực buồng điều áp có kết cấu cản 
 XV. 4. 3. Tính toán thuỷ lực buồng điều áp hai buồng 
 XV. 5. Tính toán thuỷ lực buồng điều áp bằng phương pháp đồ giải 240 
 XV. 5. 1. Đồ giải đối với BĐA hình trụ 
 XV. 5. 2. Đồ giải đối với BĐA có cản 
 XV. 5. 3. Đồ giải đối với BĐA hai buồng 
 XV. 6. Vấn đề ổn định hệ thống buồng điều áp 246 
 XV. 7. Khái quát về thiết kế buồng điều áp 247 
Phần II.b. NHÀ MÁY CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN 
Chương XVI. NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VÀ CÁC THIẾT BỊ TRONG NM 
 XVI. 1. Khái quát về thành phần nhà máy thuỷ điện 248 
 XVI. 1. 1. Nhà máy thuỷ điện và bố trí thiết bị trong nhă mây 
 XVI. 1. 2. Phân loại nhà máy thuỷ điện 
nhieu.dcct@gmail.com
 305 
 XVI. 2. Đặc điểm và cấu tạo của các loại nhà máy thuỷ điện 250 
 XVI. 3. Các thiết bị trong nhà máy thuỷ điện 256 
 XVI. 3. 1. Máy phát điện của trạm thuỷ điện 
 XVI. 3. 2. Cầu trục trong nhà máy thuỷ điện 
 XVI. 3. 3. Mây biến âp 
 XVI. 3. 4. Bố trí thiết bị phụ trong nhà máy thuỷ điện 
 XVI. 4. Kếu cấu và kích thước nhà máy thuỷ điện 269 
 1. Bố trí và kết cấu phần trín nhà máy TĐ 
 2. Bố trí và kết cấu phần dưới nhà máy TĐ 
 3. Xác định kích thước nhà máy TĐ 
 4. Gia cố lòng sông ở hạ lưu nhà máy TĐ 
Chương XVII. TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH VÀ KẾT CẤU PHẦN DƯỚI NHÀ 
MÁY TRẠM THỦY ĐIỆN 
 XVII.1.Tính toán ổn định trượt và ứng suất dưới bản đáy NMTĐ 279 
 XVII. 2. Tính toán độ bền phần dưới của nhà máy TĐ 282 
 XVII. 2. 1. Tính toán độ bền chung của nhà máy TĐ 
 XVII. 2. 2. Tính toán độ bền cục bộ phần dưới của nhà máy TĐ 
 I. Tính kết cấu bệ máy phát điện trục đứng 
 II. Tính toán kết cấu buồng xoắn 
 III. Tính toán kết cấu ống xả 
TĂI LIỆU THAM KHẢO 300 
MỤC LỤC 
nhieu.dcct@gmail.com