Bài giảng Kỹ thuật tài nguyên nước (Phần 2)

 Chƣơng 5. CÔNG TRÌNH THÁO LŨ - CỬA VAN 
5.1. KHÁI NIỆM 
5.1.1. Khái niệm về công trình tháo lũ. 
 Công trình tháo lũ hay công trình tháo nước là công trình dùng để tháo nước lũ thừa, nhằm 
bảo vệ cho các công trình khác như đập đất, kênh... khỏi bị phá hoại do dòng lũ. Chương này chỉ 
giới thiệu công trình tháo lũ trong hồ chứa nước. 
 Công trình tháo lũ trong hồ chứa gồm các loại sau: 
 - Công trình tháo lũ trên mặt: Dòng chảy chảy ở trên mặt, ta có thể quan sát được bằng mắt, ví 
dụ: Đập tràn, đường tràn dọc, đường tràn ngang, giếng đứng tháo lũ. 
 - Công trình tháo lũ dưới sâu: Dòng chảy chảy ngầm ở bên dưới, ta không quan sát được bằng 
mắt, ví dụ: Cống ngầm tháo lũ, đường hầm tháo lũ, xi phông tháo lũ. 
5.1.2. Tần suất tính toán và kiểm tra 
 Khi thiết kế công trình tháo lũ, trước hết ta phải tính toán, xác định được lưu lượng của trận lũ 
thiết kế và trận lũ kiểm tra. Trận lũ thiết kế tính toán theo tần suất lũ thiết kế, trận lũ kiểm tra 
tính toán theo tần suất lũ kiểm tra. 
 Lũ thiết kế dùng để tính toán xác định các thông số kỹ thuật của các công trình trong cụm đầu 
mối. Lũ kiểm tra dùng để tính toán kiểm tra ổn định, kết cấu, nền móng, năng lực xả nước của 
các công trình trong cụm đầu mối. 
 Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế và kiểm tra công trình thuỷ (Công trình chủ 
yếu) xác định theo Bảng 4.2 của TCXDVN 285 : 2002. 
 Với công trình tháo lũ (trong hồ chứa) cấp IV, tần suất lũ thiết kế p = 1,5%, tần suất lũ kiểm 
tra p = 0,5%. Công trình cấp V tần suất lũ thiết kế p = 2% và không có lũ kiểm tra. 
 Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất thiết kế công trình tạm thời, phục vụ công tác dẫn 
dòng thi công, chặn dòng thi công xác định theo Bảng 4.6 và 4.7 của TCXDVN 285 : 2002. 
5.2. CÔNG TRÌNH THÁO LŨ TRÊN MẶT 
5.2.1. Đƣờng tràn dọc 
 1. Khái niệm 
 Đường tràn dọc là đường tràn mà dòng chảy vào tràn chảy theo phương song song với trục 
đường tràn (Hình 5.1a). 
 Đường tràn dọc thường được bố trí ở các eo núi hình yên ngựa ở ven bờ hồ chứa, cũng có thể 
bố trí đường tràn dọc ở bên vai đập đất khi địa hình vai đập là tương đối xoải hoặc khi địa hình 
không xoải lắm nhưng không có eo núi nào thích hợp hơn. 
 Đường tràn dọc là một dạng công trình tháo lũ thường gặp nhất, nó có ưu điểm là việc thiết 
kế, thi công, quản lý đơn giản (hơn những loại khác). 
 Khi lựa chọn tuyến xây dựng đường tràn dọc nên chọn ở eo núi có cao độ vừa phải, độ xoải 
mái không dốc lắm... để giảm khối lượng đào đất đá. Hình 5.1b, c mô tả ảnh hưởng của các dạng 
địa hình eo núi đến khối lượng đào đất đá. Khi lựa chọn tuyến xây dựng nên chọn: Tuyến thẳng 
để tránh sinh ra lực ly tâm làm phức tạp dòng chảy trên dốc; phía hạ lưu tràn phải có đường dẫn 
nước về lòng sông cũ hoặc nơi nhận nước khác thuận lợi, không làm ảnh hưởng nhiều hoặc gây 
nguy hiểm cho vùng hạ lưu; đồng thời cũng nên chọn vị trí thích hợp để thuận tiện cho công tác 
quản lý. Ngoài ra tình hình địa chất cũng là một yếu tố rất quan trọng để quyết định việc chọn 
tuyến tràn. 
 121 
 Hå chøa M¸i ®Êt ®µo
 b)
 a)
 2
 Dßng ch¶y vµo trµn 1
 §Ëp ®Êt
 BT B®µo
 S«ng M¸i ®Êt ®µo
 §Ëp trµn 4
 Trôc ®õ¬ng trµn c) 3
 B®µo
 Hình 5.1. Đường tràn dọc 
 H×nh 5-1. §õ¬ng trµn däc
 1. 1.Eo eo núi nói rộng réng; 2.eo2. Eo nói núi hÑp hẹp vµ dèc;và dốc 3.vai 3.®Ëp Vai xo¶i; đập 4. vaixoải ®Ëp 4. dèc Vai đập dốc 
 b.Cấu tạo các bộ phận chủ yếu của đường tràn dọc 
 bII
 i < 0 §õ¬ng mùc nø¬c thÊm
 i > i
 k
 Bv 
 2
 L v
 Cöa vµo §Ëp trµn Bé phËn chuyÓn tiÕp Bé phËn tiªu n¨ng Kªnh dÉn nø¬c ra
 HìnhH×nh 5.2. 5-2. Các C¸c bộ bé phận phËn của cña đường®õ¬ng trµn tràn däc dọc 
 Đường tràn dọc có 3 bộ phận chính là cửa vào, đập tràn, bộ phận chuyển tiếp và tiêu năng 
(Hình 5.2). Sau bộ phận tiêu năng là kênh dẫn nước ra dòng sông cũ hoặc một nơi nhận nước nào 
đó. 
 Cửa vào có tác dụng để dẫn nước từ hồ chứa vào đập tràn được thuận, nó là một đoạn kênh 
phi lăng trụ, có độ dốc ngược (i < 0) và thu hẹp dần theo chiều dòng chảy. Góc loe thường 
 o
chọn = (18  25) . Chiều dài Lv thường chọn Lv = (2  2,5) Bv. Bv là chiều rộng trước cửa vào. 
 Đập tràn thường làm theo dạng đập tràn ngưỡng thấp có cửa van hoặc không. Ngay sau 
ngưỡng tràn là bộ phận chuyển tiếp. 
 Bộ phận chuyển tiếp và tiêu năng có 3 dạng: Dốc nước, tiêu năng bằng dòng chảy đáy; Dốc 
nước, tiêu năng bằng dòng chảy rơi tự do (máng phun) và dạng bậc nước nhiều cấp. 
 Kênh dẫn nước ra dòng sông cũ có cấu tạo như một kênh tiêu thông thường. 
 122 
 Các dạng công trình chuyển tiếp và tiêu năng của đường tràn dọc: 
 - Dạng dốc nước, tiêu năng bằng dòng chảy đáy (Hình 5.2): 
 + Dốc nước: Thường làm bằng bê tông, bê tông cốt thép dạng rộng đều hoặc thu hẹp dần (để 
tiết kiệm khối lượng), mặt cắt ngang chữ nhật. Khi nền là đá tốt có thể làm dạng mặt cắt hình 
thang và không cần gia cố gì. Độ dốc của dốc thường chọn i = (3  8)% và nên chọn i xấp xỉ độ 
dốc địa hình để tiết kiệm khối lượng đào, trừ khi địa hình quá dốc hoặc quá xoải. Cao độ tường 
bên của dốc chọn theo chiều sâu của nước trên dốc. Nếu dốc dài và có độ dốc lớn thì phần vật 
liệu đáy ở phía cuối dốc phải chọn tốt hơn ở phần giữa và phần đầu dốc, sao cho vận tốc trên dốc 
không vượt quá vận tốc xói cho phép của vật liệu. Khi vận tốc dòng chảy trên dốc quá lớn ta 
phải làm thêm mố nhám gia cường để giảm bớt năng lượng và vận tốc của dòng chảy. Hình 5.3 
giới thiệu một số loại mố nhám gia cường (mố nhám nhân tạo). 
 a)
 b) c)
 Hình 5.3. Các dạng mố nhám nhân tạo 
 H×nh 5-3. C¸c d¹ng mè nh¸m nh©n t¹o 
 + Thiết bị tiêu năng sau dốc 
nước thường dùng dạng bể tiêu 
năng hoặc dạng bể, tường kết hợp. M¸ng phun
Bể tiêu năng thường làm dạng rộng 
dần về hạ lưu để tăng tiết diện tháo 
nước, làm giảm vận tốc trong bể. 
Bể tiêu năng cũng có thể làm thêm 
mố nhám gia cường. Trô ®ì m¸ng phun
 - Dạng dốc nước, tiêu năng bằng 
dòng chảy rơi tự do : 
 Dạng này cũng làm tương tự như Hè xãi dù kiÕn
dạng trên, nhưng thay thiết bị tiêu 
năng bằng máng phun (Hình 5.4). 
 HìnhH×nh 5-4. 5.4. Tiªu Tiêu n¨ng năng b»ng bằng m¸ng máng phun phun 
Máng phun có tác dụng phun dòng 
chảy lên cao rồi rơi xuống trong 
không khí để tiêu hao năng lượng dòng chảy. Hố xói sau máng phun thường để ở dạng tự nhiên 
mà không xây lát gì nên giảm được kinh phí xây dựng. Tuy nhiên trụ đỡ ở cuối máng phun 
thường phải chôn khá sâu (dù nền đá) nên việc thi công là khó. 
 Dạng dốc nước, tiêu năng bằng dòng chảy rơi tự do chỉ thường sử dụng khi nền đường tràn là 
đá. 
 - Dạng bậc nước nhiều cấp 
 Sau ngưỡng tràn người ta 
làm nhiều bậc nước nối tiếp 
nhau, mỗi bậc nước là một bể 
tiêu năng để tiêu hao dần năng 
lượng dòng chảy từ trên cao 
xuống thấp; cuối cùng là bể tiêu 
năng chính (Hình 5.5). H×nhHình 5-5. 5.5. BËc Bậc nø¬c nước nhiÒu nhiều cÊp cấp 
 123 
 Dạng này việc tính toán thiết kế cũng như thi công phức tạp nên ít được sử dụng. 
 c. Các nội dung cần tính toán trong thiết kế đường tràn dọc 
 - Tính toán thuỷ văn xác định đường quá trình lũ thiết kế, kiểm tra. 
 - Tính toán thuỷ lực. 
 + Tính toán thuỷ lực đoạn cửa vào (nếu cửa vào dài). 
 + Tính toán chọn khẩu diện (B, H) của đập tràn: Tính theo bài toán điều tiết lũ trong hồ chứa. 
 + Tính toán độ sâu, vận tốc dòng chảy trên dốc nước bằng phương pháp vẽ đường mực nước 
trong kênh phi lăng trụ và kiểm tra khả năng chống xói cho đáy dốc nước. Do thường i > ik % (ik 
là độ dốc phân giới) nên đường mực nước trong dốc là đường nước đổ bII. 
 + Tính toán chọn chiều sâu, chiều dài bể tường tiêu năng cho từng bể tiêu năng trong bậc 
nước nhiều cấp hoặc cho bể cuối dốc nước. 
 + Tính toán chiều sâu hố xói sau máng phun. 
 + Tính toán về thấm, ổn định, cường độ cho đường tràn và các bộ phận : tường bên đập tràn, 
dốc nước, bể tiêu năng... 
5.2.2. Đƣờng tràn ngang 
 Đường tràn ngang là đường tràn mà dòng chảy 
 Hå chøa
vào tràn vuông góc hoặc gần vuông góc với trục B
đường tràn (Hình 5.6). Dßng ch¶y vµo trµn T
 Đường tràn ngang thường được bố trí bên vai Ng÷¬ng trµn
đập. 
 Đặc điểm của đường tràn ngang là chiều rộng M¸ng trµn
 §Ëp ®Êt
thu nước của tràn (chiều rộng tràn - BT) bố trí theo Trôc ®õ¬ng trµn
phương song song với đường đồng mức địa hình, S«ng
nên việc mở rộng chiều rộng tràn để đủ khả năng 
tháo nước cho tràn mà khối lượng đào đất đá tăng 
lên không nhiều; vì vậy ta có thể tăng chiều rộng H×nhHình 5-6. 5.6. §õ¬ng Đường trµn tràn ngang ngang 
tràn để giảm mực nước dâng gia cường nhằm giảm 
chiều cao đập chính, giảm mức độ ngập lụt ở thượng lưu. Dốc nước sau máng thu nước do có độ 
dốc lớn, lại nối tiếp với máng thu nước có chiều rộng không lớn nên có thể chọn chiều rộng nhỏ, 
chiều sâu lớn vì thế cũng giảm được khối lượng đào đất đá. Tuy nhiên dòng chảy ở máng thu 
nước sau ngưỡng tràn là dạng dòng chảy xoắn, khá phức tạp nên việc tính toán thiết kế máng 
cũng khá phức tạp. 
 Đường tràn ngang thường chỉ được sử dụng khi không có vị trí thích hợp để bố trí đường tràn 
dọc. 
 Việc tính toán thuỷ lực chọn chiều rộng ngưỡng tràn và phần sau máng thu nước của đường 
tràn ngang tương tự đường tràn dọc. 
5.2.3. Xi phông tháo lũ 
 Xi phông tháo lũ có dạng ống cong 
như Hình 5.7 và thường được xây dựng MNDGC
trong đập bê tông. Lç th«ng khÝ
 Cấu tạo: Cửa vào xi phông có dạng MNDBT L÷¬i gµ
loe dần về phía thượng lưu. Mép vào 0,7 - 1m
phía dưới miệng xi phông bố trí thấp hơn 
mực nước dâng bình thường (MNDBT) 
một khoảng (0,7  1)m, phía trên bố trí 
một lỗ thông khí có cao độ ngang với 
mực nước dâng bình thường (MNDBT), 
cao trình ngưỡng tràn của xi phông cũng 
ngang MNDBT. Ngoài ra trong xi phông Hình 5.7. Xi phông tháo lũ 
 H×nh 5-7. Xi ph«ng th¸o lò
thường bố trí thêm lưỡi gà để hắt dòng 
 124 
chảy ra xa nhằm đẩy hết không khí trong xi phông về hạ lưu khi làm việc. 
 Sự làm việc của xi phông: Khi lũ về, mực nước trong hồ sẽ dâng lên, ban đầu chỉ cao hơn 
MNDBT nhưng chưa kín lỗ thông khí, lúc này nước bắt đầu chảy qua ngưỡng tràn, nhưng xi 
phông chưa chính thức làm việc. Khi mực nước trong hồ cao lên và bịt kín lỗ thông khí, dưới tác 
dụng của dòng chảy và sự hỗ trợ của lưỡi gà, không khí trong xi phông sẽ bị cuốn hết về hạ lưu 
và tạo ra chân không trong xi phông để hút dòng chảy từ hồ tháo về hạ lưu. Lúc này xi phông 
mới chính thức làm việc. Khi hết lũ, mực nước sẽ thấp dần xuống, đến khi mực nước không bịt 
kín lỗ thông khí nữa, không khí sẽ tràn vào và cắt chân không trong xi phông. Sự làm việc (chính 
thức) của xi phông sẽ ngừng lại. 
 Xi phông tháo lũ là công trình thiết kế, thi công đều phức tạp, nên ít được sử dụng. 
5.2.4. Giếng đứng tháo lũ 
 Giếng đứng thường được xây dựng MNDGC
bằng cách đào xuyên qua núi, theo 
 MNDBT PhÔu thu
dạng như Hình 5.8. Khi mực nước 
trong hồ cao hơn ngưỡng tràn ở cửa GiÕng §øng
vào (phễu thu) của giếng, nước sẽ chảy §õ¬ng hÇm 
qua phễu thu vào giếng đứng và đường thi c«ng
hầm để chảy về hạ lưu. §õ¬ng hÇm
 Giếng đứng thường dùng với núi đá 
và có đường hầm dẫn nước thi công. 
 Hình 5.8. Giếng đứng tháo lũ 
 H×nh 5-8. GiÕng ®øng th¸o lò
5.3. CÔNG TRÌNH THÁO LŨ DƢỚI SÂU 
 Công trình tháo nước dưới sâu gồm 2 loại: Cống ngầm và đường hầm. 
 Cống ngầm thường được xây dựng qua đập đất. Nói chung cống ngầm thường có tiết diện lũ 
nhỏ nên thường chỉ dùng để tháo lũ hỗ trợ hoặc để tháo cạn hồ khi cần thiết. 
 Đường hầm tháo lũ được xây dựng bằng cách đào xuyên qua núi. Đường hầm tháo lũ có khả 
năng tháo lũ lớn, có khả năng tháo cạn hồ khi cần thiết; tuy nhiên việc xây dựng phức tạp, nên ít 
được sử dụng. 
5.4. CỬA VAN 
5.4.1. Khái niệm 
 Cửa van là bộ phận dùng để điều tiết lưu lượng, mực nước trong công trình thuỷ: Cống chia 
nước (cống đầu kênh), cống điều tiết trên kênh tưới; cống tiêu kết hợp ngăn mặn, ngăn lũ; công 
trình xả lũ trong hồ chứa... 
 Cửa van gồm nhiều loại: 
 - Cửa van cung (Hình 5.9a): Cửa van cung được làm bằng thép. Loại này khả năng chịu lực 
cao nên có thể thiết kế với khẩu độ lớn, lực đóng mở nhỏ... tuy nhiên do chế tạo phức tạp, đắt 
tiền nên chúng thường chỉ được sử dụng cho các công trình cần tháo lưu lượng lớn: Tràn xả lũ 
trong hồ chứa, các cống tiêu kết hợp ngăn mặn lớn. 
 - Cửa van phẳng (Hình 5.9b): Cửa van phẳng có thể làm bằng thép, gỗ, bê tông hoặc bê tông 
cốt thép. Cửa van bằng gỗ, bê tông, bê tông cốt thép khả năng chịu lực không cao, lực đóng mở 
lớn... tuy nhiên do chế tạo đơn giản, rẻ tiền nên chúng được sử dụng nhiều cho các công trình 
cần tháo lưu lượng nhỏ: Cống đầu kênh, cống điều tiết trên kênh tưới; cống tiêu kết hợp ngăn 
mặn, ngăn lũ vừa và nhỏ. Riêng loại bằng bê tông, bê tông cốt thép do trọng lượng nặng nên chỉ 
thường sử dụng cho cửa rộng từ (20 40)cm. Riêng cửa bằng thép (dạng có bộ phận chịu lực 
dạng dàn (Hình 5.9c), khả năng chịu lực khá cao nhưng chế tạo cũng phức tạp nên chỉ sử dụng 
cho cửa van tương đối rộng và cao. 
 125 
 Bé phËn ®ãng më 
 Ty van Ty van 
 TÊm ch¾n nø¬c Trôc quay TÊm ch¾n nø¬c 
 Cöa van 
 Cöa van Dµn van 
 Dµn van 
 a. Cửaa) Cöavan vancung cung bằng b»ng thép thÐp b. Cửab) Cöavan vanphẳng ph¼ng bằng b»ng bê bª tông t«ng c. Cửac) Cöa van van phẳng ph¼ng bằngb»ng thÐp thép 
 Hình 5.9. MộtH×nh số5-9. loại Mét cửa sè lo¹ivan cöa van 
 - Cửa phai: Cửa phai cũng là một loại cửa van, nhưng các dầm van không ghép cố định với 
nhau. Cửa phai gồm 2 loại: phai dựng đứng và phai nằm ngang, khi cần đóng cửa phai ta đem 
các dầm phai xếp ngang chồng lên nhau hoặc xếp đứng sát vào nhau để chắn nước; khi cần mở 
cửa phai ta đem dỡ và cất các dầm phai vào kho. Cửa phai để giữ nước vào mùa hạn thường làm 
2 lớp, ở giữa chèn bằng đất để chống thất thoát nước. 
5.4.2. Thiết kế cửa van phẳng bằng gỗ 
 1. Lựa chọn kích thước, cấu tạo 
 Cửa van phẳng bằng gỗ được ghép từ các dầm van bằng gỗ bởi các nẹp thép hoặc thanh thép 
hình (thường là thép chữ L); phần trên nối với ty van; đáy và 2 bên có thể bố trí thiết bị chắn 
nước (nếu cần) (Hình 5.10a, b, c). 
 Ty van
 a) c) d) 
 DÇm van
 MNmax MNmax Z
 NÑp thÐp
 Hc t
 n.a H
 q
 a
 Bc ( H + Z )
 e) q
 b) 
 l = (1,05-1,1)B
 a B
 o a o
 Hình 5.10.H×nh Cửa 5-10. van Cöa phẳngvan ph¼ng bằng b»ng gỗ gç và vµ sơ s¬ đồ®å tÝnhtính to¸n toán dÇm dầm van van 
 Chiều cao cửa van chọn cao hơn mực nước lớn nhất ở thượng lưu khoảng = (0,3  0,5)m, 
chiều rộng van chọn rộng hơn chiều rộng khoang một khoảng bằng 2ao. ao là độ ăn sâu của cửa 
vào khe phai. Có thể chọn ao = (5  15)cm, tuỳ vào chiều rộng khoang, chiều cao cửa. 
 Dầm van thường có chiều cao a = (20  30)cm, 
chiều dày t = (5  10)cm phụ thuộc vào loại gỗ, áp 
lực nước, sóng tác dụng vào dầm. Nên chọn tất cả các 
dầm van cùng kích cỡ như nhau. Gỗ thường chọn gỗ 
từ nhóm 2 đến nhóm 4. 
 Thiết bị chắn nước có thể dùng loại cao su hình củ Hình 5.11. Các dạng thiết bị chắn nước 
tỏi hoặc cao su tấm (Hình 5.11). Dạng cao su hình củ H×nh 5-11. C¸c d¹ng thiÕt bÞ ch¾n nø¬c
 126 
tỏi chắn nước tốt hơn dạng cao su tấm nhiều, nhưng khó chế tạo. 
 2. Tính toán kiểm tra chiều dày dầm van 
 Trường hợp bất lợi nhất là trường hợp mực nước thượng lưu lớn nhất, có sóng do gió thiết kế 
gây ra. 
 Khi tính chỉ cần tính ...  biểu thức (9.32), thay Zx bằng Hình 9.31.Quan hệ  = f(H) 
Hs ta có: 
 
 H 10   H (9.34) 
 s 900
 
 Hay H 10 K  H 
 s 900
 Trong đó:  - độ cao của công trình so với mực nước biển 
 K và  - hệ số dự trữ (hệ số an toàn) 
 Chọn: K = (1.05 1.1). Còn  chọn theo cột áp H tuabin (Hình 9.31). 
 Khi tính toán chiều cao hút Hs cần chú ý đảm bảo đúng khoảng cách như đã quy ước ở hình 
9.30. Trong một số tài liệu cũ có thể gặp sai lệch so với quy ước này. Ví dụ, có thể lấy chiều cao 
hút của tuabin đặt ngang là khoảng cách từ hạ lưu đến trục tuabin. Khi tính toán ta phải tính thêm 
khoảng D1/2 là khoảng sai lệch so với quy ước. Vậy công thức lúc này sẽ là: 
  D
 H 10 K  H 1 
 s 900 2
 Hoặc, đối với tuabin đặt đứng nếu lấy Hs là khoảng cách từ tâm cánh hướng đến hạ lưu thì khi 
 b0
tính toán phải thêm khoảng (b0: chiều cao cánh hướng). Vậy công thức Hs sẽ là: 
 2
  b
 H 10 K  H 0 
 s 900 2
 Để đảm bảo cho tuabin làm việc không xảy ra xâm thực thì chiều cao hút của tổ mát phải nhỏ 
hơn hoặc bằng giá trị Hs được xác định theo công thức (9-34), gọi là chiều cao hút cho phép. 
 
 H 10 K  H (9.35) 
 STM 900
 Từ công thức (3.8) này ta tính toán được hệ số xâm thực tổ máy: 
 
 10 HSTM
  900 (9.36) 
 TM H
 Hệ số xâm thực tổ máy phụ thuộc vào các thông số của trạm như: Cao trình , cột áp tuabin 
H, và chiều cao hút thực tế của tổ máy HTSM. 
 Hệ số xâm thực tổ máy TM khác với hệ số xâm thực của tuabin  là TM phụ thuộc vào chế 
độ kích thước, hình dáng của tuabin, hệ số xâm thực tổ máy TM bao giờ cũng lớn hơn hệ số 
xâm thực σ của tuabin. 
 * Biện pháp chống xâm thực 
 Hiện tượng xâm thực xuất hiện cùng với việc tăng vận tốc của dòng chảy tuabin. Đầu tiên chỉ 
là điểm, vùng nhỏ, sau đó phát triển thành vùng lớn hơn. Trong lúc vận hành không cho phép 
 191 
xuất hiện xâm thực với cường độ lớn. Bởi vì khi đó hiệu suất và công suất của tuabin giảm đột 
ngột, kèm theo hiện tượng rung động mạnh, ồn, các chi tiết ở vùng bị xâm thực bị phá hoại. 
 Tuy nhiên trong thực tế, nếu yêu cầu tuabin làm việc không xảy ra xâm thực có thể là không 
kinh tế, vì phải đặt sâu tuabin, làm tăng khối luwowngk đào đắp của công trình. Do đó, có thể 
cho phép tuabin làm việc ở một số chế độ có công suất lớn xảy ra xâm thực cho từng bộ phận 
nhỏ mà không ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất của tuabin. Trong trường hợp này người thiết kế 
tuabin có thể tăng độ dày các chi tiết, hoặc dùng vật liệu tốt hơn, hoặc có kết cấu tháo lắp cho 
các chi tiết bị xâm thực để có thể hàn đắp trong khi sửa chữa. 
 Khi thiết kế tuabin cần chọn hệ số xâm thực của tuabin càng nhỏ càng tốt (để giảm tiền đầu tư 
xây dựng nhà máy). Mặt khác cần chọn vật liệu thích hợp có khả năng chống xâm thực. 
Trong vận hành, nếu phát hiện thấy có hiện tượng xâm thực làm cho tuabin làm việc không bình 
thường có thể khắc phục bằng biện pháp: 
 Bơm không khí có áp suất lớn hơn áp suất khí trời vào buồng hút, càng gần mép ra của bánh 
công tác càng tốt. 
 Có thể tăng tổn thất trong buồng hút để nâng áp suất trong vùng bánh công tác. 
 Nói chung cả hai biện pháp trên đều không kinh tế, dẫn tới giảm hiệu suất tuabin. 
9.10.6. Máy phát điện và các thiết bị điện 
 Thông thường, các tuabin nước có tốc độ thấp. Vì thế các máy phát điện kéo bằng tuabin 
nước cũng có tốc độ rất thấp. Các máy này thường có nhiều đôi cực, trục ngắn, đường kính lớn, 
chế tạo theo kiểu cực lồi. Tùy theo thể loại, và tùy theo tốc độ của tua bin nước, các máy này có 
thể được đặt đứng hay nằm ngang. Đối với những máy phát điện nhỏ, có đường kính ngoài nhỏ 
hơn 1 m, mạch từ của stator chỉ là một khối hình xuyến làm bằng các lớp lá thép kỹ thuật điện có 
sơn cách điện ghép lại. Đối với các máy có đường kính lớn hơn 1 m, thường phải làm từ nhiều 
khối dạng vòng cung. Rotor của máy phát điện thường làm bằng nhiều khối thép rèn ghép lại với 
nhau thành nhiều cực từ. Trên mỗi cực từ có các cuộn dây kích thích quấn tập trung. 
 1. Lựa chọn máy phát điện thuỷ lực (MPĐ) 
 * Ký hiệu máy phát điện 
 (Ký hiệu Liên Xô) và các thông số cơ 
bản của máy phat điện cỡ lớn. 
 Theo ký hiệu Liên Xô, các thông số cơ 
bản của máy phát điện thuỷ lực được biểu 
thị như sau: phần chữ in biểu thị kiểu trục 
của máy phát điện; phần chữ số biểu thị 
đường kính lõi thép từ hữu hiệu (cm); 
chiều cao lõi thép từ hữu hiệu Lt: (cm); số 
đôi cực từ 2p. 
 Ví dụ: 
 CB 550/150 - 36 biểu thị như sau: 
CB - trục đứng, đồng bộ ba pha; 
550 - đường kính lõi thép từ hữu hiệu (cm); 
150 - chiều cao lõi thép từ hữu hiệu Lt (cm); 
36 - số đôi cực từ của máy phát 
 D1 - đường kính ngoài xtato; Hình 9.32. Các kích thước chính của máy phát điện 
 D2 - đường kính ngoài của máy làm trục đứng cỡ lớn 
nguội không khí; 
 D3 - đường kính rôto; 
 D4 - đường kính ngoài giá đỡ dưới; 
 D5 - đường kính hầm tuabin; 
 h1 - chiều cao từ nền xtato đến đỉnh máy kích từ; 
 h2 - chiều cao từ nền giá đỡ dưới đến nền xtato; 
 192 
 h3 - chiều cao xtato; 
 h4 - chiều cao giá đỡ trên; 
 h5 - chiều cao chung của máy phát điện; 
 h6 - chiều dài trục; 
 h7 - chiều cao lớn nhất của rôto; 
 h8 - chiều cao từ mặt bích trục đến trung tâm lõi thép từ hữu hiệu; 
 h9 - chiều cao mặt bích dưới đếngiá đỡ dưới; 
 h10 - chiều cao giá đỡ dưới; 
 2 . Xác định các thông số cơ bản của MPĐ 
 Các thông số cơ bản của MPĐ bao gồm công suất biểu kiến S, số vòng quay n, tần suất dòng 
điện f, hiệu suất hmf, hệ số công suất cos , điện áp U. 
 Công suất biểu kiến S của MPĐ được tính theo công thức: 
 N
 S T (KVA) 
 mf cos
 . mf là hiệu suất MPĐ, cho trong các bảng tra MPĐ do cơ sở chế tạo cung cấp. Trong tính 
toán sơ bộ ban đầu có thể lấy mf = 0.92  0.94 cho các máy phát điện nhỏ, mf = 0.95  0.98 
cho các máy phát điện lớn, lấy giá trị mf thiên lớn cho các MPĐ lớn. 
 . cos là hệ số công suất của MPĐ, được lấy như sau; 
 + = 0.8 với các MPĐ có S < 125MVA, 
 + = 0.85 với các MPĐ có S = (125 – 360)MVA, 
 + = 0.9 với các MPĐ có S > 360MVA, 
 . Điện áp của MPĐ (hay điện áp stato) được lấy theo giá trị S như sau: 
 + S < 20MVA U = 6.3KV; 
 + S = (20 – 50)MVA U = 10.5KV; 
 + S = (50 – 150)MVA U = 13.8KV; 
 + S = (150 – 500)MVA U = 15.75KV; 
 + S > 500MVA U = 18.0KV; 
 Ở một số nước còn có U đến 21, 24 và 27KV, 
 . Tần số dòng điện f: Tần số dòng điện của MPĐ xoay chiều 3 pha ở nước ta quy định là f = 
50Hz. Một số vùng và quốc gia quy định f = 60 Hz hoặc 33 Hz. 
 . Số vòng quay của MPĐ, n: Phụ thuộc vào số vòng quay của tuabin, khi MPĐ và tua bin nối 
đồng trục thì số vòng quay của tuabin cũng chính là số vòng quay của MPĐ, quan hệ giữa n và f 
theo công thức sau: 
 N= 60f/p (v/ph), Với p là số đôi cực của MPĐ: 
 * Xác định các kích thƣớc cơ bản của MPĐ: 
 Các kích thước cơ bản của MPĐ được xác định qua hai thông số cơ bản là công suất biểu kiến 
S và số vòng quay n, Từ hai thông số này, dựa vào các tài liệu về MPĐ, ta chọn được MPĐ với 
kiểu và các thông số cơ bản tương ứng, hoặc chọn MPĐ và hiệu chỉnh 
Tốt nhất là chọn được MPĐ đã chế tạo sẵn, nếu không có thì phải thiết kế MPĐ mới để chế tạo. 
 a. Chọn máy biến áp MBA 
 Trong nhà máy thuỷ điện (NMTĐ), MBA là thiết bị làm tăng điện áp của MPĐ lên điện áp 
cao của đường dây tải điện. Cấp điện áp của đường dây phụ thuộc vào khoảng cách và công xuất 
truyền tải cũng như điện áp của hệ thống nơi chúng được đấu nối. Hiện nay, cấp điện áp của hệ 
thống truyền tải Việt Nam là 110,220 và 500KV. 
 Dựa vào công suất MPĐ và sơ đồ nối điện để lựa chọn MBA phù hợp 
Khi chọn MBA cần lưu ý: So với nhóm MBA một pha cùng cỡ (gồm 3 MBA) thì MBA 3 pha có 
kích thước nhỏ hơn và rẻ hơn. Tuy nhiên tải trọng của khối vận chuyển cần thiết của MBA 3 pha 
là lớn hơn. Do vậy đôi khi do khả năng vận chuyển phải dùng MBA 1 pha (với công suất mỗi 
 193 
pha bằng 1/3 công suất loại 3 pha). Hiện nay đã có loại MBA 3 pha có thể tách rời thành 3 hoặc 
3 khối để thuận tiện trong vận chuyển và lắp ráp, dùng loại MBA đặc biệt này đắt hơn MBA 
3pha nhưng rẻ hơn dùng MBA một pha (3 cái) cùng công suất. 
 Chọn MBA theo catelogue đã có và lập bảng về thông số và kích thướccủa MBA đã chọn. 
 b. Chọn thiết bị nâng ở cửa lấy nước và tại NMTĐ 
 Thiết bị nâng ở TTĐ được dùng để nâng hạ cửa van và lưới chắn rác ở cửa lấy nước, cửa van 
(hoặc phai) sau ống hút, lắp ráp và sửa chữa các thiết bị trong NMTĐ. Thiết bị nâng thường có 3 
loại: Cần trục chân dê, cần trục cầu và pa lăng điện (hoặc tay), trong một trường hợp cond dùng 
tời điện hoặc máy nâng thuỷ lực. Theo tải trọng tính toán từ trọng lượng vật nâng lớn nhất 
(không thể tháo rời) cần nâng hạ hoặc di chuyển, tra trong tài liệu chọn thiết bị để chọn thiết bị 
nâng phù hợp với từng vị trí và điều kiện làm việc cụ thể. Khi lựa chọn cần lưu ý những vấn đề 
sau: 
 * Thiết bị nâng ở cửa lấy nƣớc: Khi chỉ có một hoặc hai cửa lấy nước thì nên sử dụng các 
thiết bị độc lập đặt cố định cho từng cửa riêng biệt, có thể dùng tời, pa lăng, cần trục hoặc máy 
nâng thuỷ lực. vv.. 
 - Khi số cửa lấy nước nhiều thì tốt hơn hết là dùng cần trục kiểu chân dê hoặc cần trục cầu di 
động dùng chung cho toàn bộ cửa lấy nước TTĐ. Với các van đóng nhanh (van sự cố – sửa 
chữa) thường phải có thiết bị đóng mở tự động riêng, có thể điều khiển từ xa và tại chỗ. Thiết bị 
đóng mở cố định này thường là tời điện hoặc máy nâng thuỷ lực. 
 * Thiết bị nâng trong NMTĐ: Thiết bị nâng chính trong NMTĐ là cầu trục phục vụ cho lắp 
ráp và sửa chữa tổ máy. Với những tổ máy lớn thường phải dùng cầu trục kép (2 cái) do tải trọng 
yêu cầu vượt quá khả năng làm việc của loại cần trục lớn nhất trong bảng tra. Trong trường hợp 
này tải trọng tính toán cần tăng thêm 10% do phải có dầm liên kết 2 cần trục. Nhịp của cần trục 
lấy phụ thuộc vào kích thước chiều rộng cửa NMTĐ. 
 * Thiết bị nâng ở cửa ra ống hút: Thiết bị nâng cửa van hạ lưu thường là cần trục chân dê 
khi tải trọng lớn, số cửa van nhiều hoặc dùng tời, pa lăng khi tải trọng nhỏ, số cửa van ít. 
 Câu hỏi ôn tập 
 9.1. Trình bày nguyên lý, biện pháp khai thác thủy năng và phân loại công trình thủy điện. 
 9.2. Trình bày khái quát thành phần công trình (có thể có) của các kiểu trạm thủy điện. 
 9.3. Nêu các thông số của dòng chảy và Tuabin nước. 
 9.4. Có mấy cách phân loại Tuabin? nêu phạm vi sử dụng của các loại Tuabin. 
 9.5. Nêu hiện tượng xâm thực trong Tuabin. Viết công thức xác định chiều cao hút tính toán 
cho các Trạm thuỷ điện. 
 9.6. Nêu cách lựa chọn máy phát điện và các thiết bị điện. 
 194 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 Giáo trình: 
 [1] Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Viện Khoa học Thuỷ lợi (2005). Sổ tay kỹ thuật 
thuỷ lợi - Phần II tập I. NXB Nông nghiệp. 
 [2] Bộ Thủy lợi (1986). Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi tập I, II, III, IV. NXB Nông nghiệp. 
 [3] Chiến lược quốc gia về tài nguyên nước đến năm 2020. 
 [4] GS-TS Hà Văn Khối (2005). Giáo trình qui hoạch và quản lý tài nguyên nước. NXB 
Nông nghiệp. Hà Nội. 
 [5] PGS-TS Hoàng Văn Huệ và cộng sự (1996). Cấp thoát nước. NXB Khoa học Kỹ thuật. 
 [6] PGS-TS Hồ Sỹ Dụ (2003). Công trình trạm thủy điện. NXB Xây dựng. Hà Nội. 
 [7] Ngô Trí Viềng và cộng sự (1998). Thủy công tập I, tập II. NXB Nông nghiệp. Hà Nội. 
 [8] Nguyễn Duy Hạnh - Nguyễn Duy Thiện (1987). Trạm thủy điện nhỏ và vừa. NXB Xây dựng. 
 [9] Nguyễn Đình Huấn, Nguyễn Lan Phương (2007). Cấp thoát nước. Đại học Đà Nẵng. 
 [10] Nguyễn Thanh Sơn (2005). Đánh giá tài nguyên nước Việt nam. NXB Giáo dục. 
 [11] Phan Trường Phiệt (1976). Tính toán nền các loại công trình thuỷ lợi theo trạng thái giới 
hạn. NXB Nông thôn. 
 [12] Luật bảo vệ môi trường (2005). 
 [13] Luật tài nguyên nước (1998). 
 [14] Phan Trường Phiệt (2001). Áp lực đất và tường chắn đất. NXB Xây dựng. 
 [15] Trần Công Duyên và cộng sự (1992). Thủy công. NXB Nông nghiệp. Hà Nội. 
 [16] Trần Văn Cờ (1980). Thủy công tập I, tập II, tập III. 
 [17] Nguyễn Thượng Bằng - Hoàng Đình Dũng - Vũ Hữu Hải (2000). Thủy năng và điều tiết 
dòng chảy. NXB Xây dựng. Hà Nội. 
 [18] Trường Đại học Thuỷ lợi (1972). Thuỷ nông tập I, tập II. 
 [19] Trường Đại học Thủy lợi (2005). Tua bin thủy lực. NXB Xây dựng. Hà Nội. 
 [20] Trường Đại học Thuỷ lợi (2006). Qui hoạch thiết kế hệ thống thuỷ lợi tập I, tập II. 
 [21] Trường Đại học Xây dựng (2005). Hướng dẫn đồ án nhà máy thuỷ điện. NXB Xây dựng. 
 Các tiêu chuẩn hiện hành của Nhà nƣớc: 
 Nghị định số: 12/2009/NĐ-CP ngày 10/02/2009 của Chính phủ về Quản lý dự án đầu tư xây 
dựng công trình. 
 22 TCN 272-05 Tiêu chuẩn thiết kế cầu. 
 TCXDVN 285:2002 Công trình thuỷ lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế. 
 TCVN 2737:1995 Tải trọng và tác động - Tiêu chuẩn thiết kế. 
 TCN 200-1989 Quy trình thiết kế công trình và thiết bị phụ trợ thi công cầu. 
 TCVN 4253-86 Nền công trình thuỷ công - Tiêu chuẩn thiết kế. 
 TCVN 4116-85 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thuỷ công - Tiêu chuẩn thiết kế. 
 TCVN 4118-85 Hệ thống kênh tưới - Tiêu chuẩn thiết kế. 
 14 TCN 7-85 (QPTL C.8.76) Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn. 
 14TCN 28-85 (QPTL C.1.78) Quy phạm tải trọng và lực tác dụng lên công trình thuỷ lợi (do 
sóng và tàu). 
 14TCN 30-85 (QPTL .C3.75) Quy phạm thiết kế các kết cấu gạch đá, gạch đá cốt thép. 
 14TCN 35-85 (HDTL.C.4.76) Hướng dẫn thiết kế tường chắn công trình thuỷ lợi. 
 TCN 10-85 Quy phạm tính toán các đặc trưng thuỷ văn thiết kế. 
 14TCN 56-88 Thiết kế đập bê tông và bê tông cốt thép - Tiêu chuẩn thiết kế. 
 QPTL 11.77 Quy phạm thiết kế đập đất đầm nén. 
 QPTL C.5.75 Quy phạm thiết kế tầng lọc ngược công trình thuỷ công. 
 TCXD 57-73 Thiết kế tường chắn các công trình thuỷ công. 
Tài liệu tham khảo (cho các phần Ngọc Nhuận viết): 
 Các tiêu chuẩn hiện hành của Nhà nước: 
 Giáo trình và các tài liệu khác: 
 - Bộ môn thuỷ công, Trường Đại học thuỷ lợi (19.. ), Giáo trình thuỷ công tập I,II. NXB nông 
thôn. 
 - Bộ Thủy lợi, Trường Trung học thủy lợi (1992 ), Giáo trình thủy công. NXB Nông Nghiệp. 
 - Chưa tên (1987), Thiết kế cầu cống nhỏ trên đường ô tô. Nhà máy in sách KHKT. 
Tài liệu tham khảo (cho các phần mà Quốc Trịnh viết): 
 [1] PGS-TS Hoàng Văn Huệ và cộng sự (1996). Cấp thoát nước. NXB Khoa học Kỹ thuật. 
 [2]. GS-TS Hà Văn Khối (2005). Giáo trình qui hoạch và quản lý tài nguyên nước. NXB 
Nông nghiệp - Hà Nội 
 [3] Nguyễn Thanh Sơn (2005). Đánh giá tài nguyên nước Việt nam. NXB Giáo dục. 
 [4] Trường Đại học Thuỷ lợi (2006).Qui hoạch thiết kế hệ thông thuỷ lợi tập I. 
 [5]. Luật tài nguyên nước (1998). 
 [6]. Chiến lược quốc gia về tài nguyên nước đến năm 2020. 
 [7]. Luật bảo vệ môi trường (2005) 
 [1] PGS-TS Hoàng Văn Huệ và cộng sự (1996). Cấp thoát nước. NXB Khoa học Kỹ thuật. 
 [2]. GS-TS Hà Văn Khối (2005). Giáo trình qui hoạch và quản lý tài nguyên nước. NXB 
Nông nghiệp - Hà Nội 
 [3] Nguyễn Thanh Sơn (2005). Đánh giá tài nguyên nước Việt nam. NXB Giáo dục. 
 [4] Trường Đại học Thuỷ lợi (2006).Qui hoạch thiết kế hệ thông thuỷ lợi tập II. 
 [5]. Luật tài nguyên nước (1998). 
 [6]. Chiến lược quốc gia về tài nguyên nước đến năm 2020. 
 [7]. Luật bảo vệ môi trường (2005) 
 [8]. Nguyễn Đình Huấn, Nguyễn Lan Phương (2007), Cấp thoát nước, ĐH Đà Nẵng