Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn viện khoa học thủy lợi sổ tay kỹ thuật thủy lợi phần công trình thủy lợi tập Cửa van thiết bị đóng mở à Khái niệm chung cửa van công trình thủy lợi à Thủy lực cửa van à Cửa van mặt à Cửa van sâu à Thiết bị đóng mở cửa van biên soạn GS TS Trương Đình Dụ - PGS TS Nguyễn Đăng Cường Nhà xuất nông nghiệp Hà Nội - 2005 Mơc lơc Mơc lơc Lêi giíi thiƯu Mơc lơc Chương Khái niệm chung Cửa van công trình thủy lợi 11 1.1 Vai trò nhiệm vụ cđa cưa van 11 1.2 CÊu t¹o cưa van 11 1.3 Phân loại cửa van 11 1.4 Chọn loại cửa van cho công trình 12 1.4.1 Vùng ven biển đồng b»ng s«ng Cưu Long 12 1.4.2 Vïng ven biĨn Trung Bộ 13 1.4.3 Vùng đồng Bắc Bộ 13 1.4.4 Cửa đập tràn hồ chứa đập dâng vïng Trung du vµ miỊn nói 13 1.5 Bè trÝ cửa van công trình 13 1.5.1 Đối với cống hë 13 1.5.2 §èi víi cèng kÝn 14 1.6 Lùc tổ hợp lực tác dụng lên cửa van 14 1.6.1 Lực tác dụng 14 1.6.2 Tổ hợp lực 14 1.7 VËt liƯu lµm cđa van 15 1.7.1 ThÐp 15 1.7.2 Gang 18 1.7.3 §ång 18 1.7.4 Cao su 18 1.7.5 Vật liệu tổng hợp Composite 19 1.7.6 Bê tông cốt thép 19 1.8 Những vấn đề cần l-u ý thiết kế cửa van 19 1.9 Ph-ơng pháp tính toán 21 1.9.1 Phương pháp phân tích hệ kết cấu phẳng 22 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 1.9.2 Phương pháp phân tích hệ kết cấu không gian 28 1.9.3 Một số quy định thiết kế kết cấu cửa van 35 1.10 Một số cửa van đ nghiên cứu øng dơng 35 1.10.1 Cưa van ph¼ng 35 1.10.2 Cưa van cung 36 1.10.3 Cưa van Clape trơc d­íi (cưa sËp) 36 1.10.4 Cưa van Clape trơc trªn 36 1.10.5 Cửa van hình quạt 36 1.10.6 Cửa van mái nhà 36 1.10.7 Cửa van trụ lăn 36 1.10.8 Các kiểu cửa quay trục đứng 36 1.10.9 Các kiểu cửa quay trục ngang 36 1.10.10 Các kiểu cửa van tự động thủy lực điều tiết kênh 36 1.10.11 Các kiểu cửa van âu tàu 36 Chương Thủy lực cửa van 37 2.1 Khái niệm chung 37 2.2 Năng lực xả n-ớc 37 2.3 áp lực n-ớc tác dụng lên cưa van 42 2.3.1 Cưa van ph¼ng 42 2.3.2 Cưa van cung 50 2.3.3 Cưa van qu¹t 53 2.3.4 ChÕ độ thủy lực tràn qua cửa sập 53 Chương cưa van ph¼ng 55 3.1 Cưa van ph¼ng 55 3.1.1 ưu nhược điểm cửa van phẳng 55 3.1.2 Các phận cửa van phẳng 55 3.1.3 Cấu tạo phận 56 3.1.4 Tải trọng lực tác dụng lên cửa van phẳng 59 3.1.5 Các kiểu cửa van phẳng 61 3.1.6 Kết cấu phần ốp ngưỡng khe van gioăng kín nước 65 3.2 Cưa van cung 67 Mơc lơc 3.2.1 Ưu nhược điểm cửa van cung 67 3.2.2 Những kết cấu 67 3.2.3 Xác định vị trí dầm 70 3.2.4 Các kiểu cửa van cung 71 3.2.5 Xác định áp lực nước tĩnh tác dụng lên cửa van cung 73 3.2.6 Tính trọng lượng thân cửa cung 76 3.2.7 Tính lực nâng hạ 76 3.3 Cửa sập (cửa Clape trục dưới) 77 3.3.1 Đặc tính 77 3.3.2 Cửa sập điều khiển khÝ 77 3.3.3 Cưa sËp tù ®éng b»ng ®èi träng 79 3.3.4 Cửa Clape phao (gọi tắt cửa sập phao) 81 3.4 Cưa Clape trơc trªn 82 3.4.1 CÊu tạo 82 3.4.2 Nguyên lý làm việc 82 3.4.3 Phạm vi áp dụng 82 3.5 Cửa quạt 83 3.5.1 Phạm vi ứng dụng 83 3.5.2 Các loại cửa quạt 83 3.5.3 Điều kiện nâng hạ cửa quạt 86 3.5.4 Kết cấu cửa quạt 89 3.5.5 Điều khiển cửa quạt 90 3.6 Cửa van mái nhà 91 3.6.1 Phạm vi ứng dụng 91 3.6.2 Các kiểu cửa van mái nhà 91 3.6.3 Lực nâng hạ cửa mái nhà 92 3.6.4 Kết cấu cửa van mái nhà 95 3.6.5 Thiết kế điều khiển cửa van mái nhà 95 3.7 Cửa van trụ lăn 96 3.7.1 Phạm vi sử dụng 96 3.7.2 Các kiểu cửa van trụ lăn 97 3.7.3 Kết cấu cửa van trụ lăn 97 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 3.7.4 Xác định trọng lượng thân lực nâng cửa van trụ lăn 3.7.5 Máy nâng cửa van trụ lăn 98 100 3.8 Cửa van giàn quay 100 3.9 Cửa van cánh cửa tự động 102 3.9.1 Xuất xứ cửa van cánh cửa tự động 102 3.9.2 Cấu tạo 102 3.9.3 Sơ đồ bố trí cửa van cánh cửa tự động 104 3.9.4 Nguyên lý hoạt ®éng vµ tÝnh lùc ®ãng më 105 3.9.5 ChÕ ®é vận hành cửa van cánh cửa tự động 109 3.9.6 Các phận cửa van khung chứa van 110 3.10 Các kiểu cửa lệch trục đứng tự động bán tự động 114 3.10.1 Cấu tạo 114 3.10.2 Nguyên lý làm việc tự động 115 3.10.3 Phạm vi áp dụng 115 3.11 Các kiểu cửa van trục ngang 116 3.11.1 Cửa phân viên (một phần tư hình tròn) 116 3.11.2 Cửa van Amil 117 3.11.3 Cưa van cung ®èi träng tù ®éng ®iỊu tiÕt mùc n­íc 119 3.11.4 Cưa van b¶n quay trơc ngang 119 3.12 Cửa âu tàu 122 3.12.1 Các loại cửa âu 122 3.12.2 Cửa chữ nhân 124 Chương cửa van sâu 137 4.1 Một số vấn đề cần ý thiết kế cửa van sâu 137 4.2 Cửa phẳng sâu 137 4.2.1 Cấu tạo 137 4.2.2 Tải trọng lực tác dụng lên cửa 139 4.2.3 Phạm vi sử dơng 140 4.3 Cưa van cung s©u 140 4.3.1 CÊu tạo 140 4.3.2 Một số tính toán 142 4.3.3 Ph¹m vi øng dơng 144 Mơc lơc 4.4 Van đĩa 144 4.4.1 Cấu tạo 144 4.4.2 Tải trọng lực tác dụng 145 4.4.3 Tính sức bền vỏ đĩa 146 4.4.4 Phạm vi ứng dụng 147 4.5 Van cầu 147 4.5.1 Cấu tạo 147 4.5.2 Phạm vi sư dơng 148 4.6 Cưa Van h×nh kim 148 4.6.1 Cấu tạo vận hành 148 4.6.2 Phạm vi sử dụng 149 4.7 Van côn 150 4.7.1 Cấu tạo 150 4.7.2 TÝnh ®é bỊn 150 4.7.3 TÝnh lùc ®ãng mở 151 4.7.4 Các hình thức bố trí phạm vi sư dơng 151 4.8 Cưa van h×nh trơ 151 4.8.1 Cấu tạo vận hành 151 4.8.2 Xác định ứng suất ổn định vỏ hình trụ 154 4.8.3 Tính lực nâng hạ 155 4.8.4 Phạm vi áp dơng 155 4.9 Chän kiĨu cưa van d-íi s©u 155 Chương Thiết bị đóng mở cửa van 157 5.1 Đặc điểm, cấu tạo phân loại thiết bị đóng mở cửa van 157 5.1.1 Đặc điểm thiết bị cửa van công trình thủy lợi, thủy điện 157 5.1.2 Cấu tạo chung thiết bị 157 5.1.3 Phân loại phạm vi ứng dụng 158 5.2 Máy đóng mở kiểu vít đai ốc 160 5.2.1 Nguyên lý máy đóng mở kiểu vít đai ốc 160 5.2.2 Ưu, nhược ®iĨm cđa thiÕt bÞ ®ãng më kiĨu vÝt ®ai èc 161 5.2.3 Tính toán thiết bị vít đai ốc 162 5.2.4 Máy đóng mở kiểu vít dùng cho cửa van sâu 164 10 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập 5.3 Máy đóng më kiĨu d©y mỊm 165 5.3.1 KÕt cÊu chung cđa máy đóng mở kiểu dây mềm 165 5.3.2 Ưu, nhược điểm thiết bị đóng mở kiểu dây mềm 166 5.3.3 Tính toán thông số 167 5.4 Thiết bị đóng mở xilanh thủy lực 173 5.4.1 Cấu tạo chung nguyên lý hoạt động 173 5.4.2 Ưu điểm xilanh thủy lực 175 5.4.3 Nhược điểm thiết bị đóng mở xilanh thủy lực 175 5.4.4 Tính toán thông số thiết bị ®ãng më xilanh thđy lùc 176 5.5 HƯ thèng ®iỊu khiĨn ®ãng më cưa van 177 5.5.1 Tù ®éng ®iỊu khiển, tự động hóa điện điện tử máy tÝnh 178 5.5.2 §iỊu khiĨn tõ xa 178 5.5.3 Tù ®éng b»ng thđy lùc 178 Phơ lơc Mét sè thiÕt bị đóng mở cửa van 179 Tài liệu tham khảo 182 11 Chương - Khái niệm chung cửa van Chương Khái niệm chung Cửa van công trình thủy lợi Biên soạn: GS TS Trương Đình Dụ 1.1 Vai trò nhiệm vụ cửa van Cưa van lµ mét bé phËn rÊt quan träng công trình thủy lợi Cửa van lắp đặt vào khoang công trình thủy công công trình thủy lợi thủy điện Cửa van đặt mặt, sâu Nhiệm vụ cửa van đóng để giữ nước mở để tháo nước theo yêu cầu đặt cho công trình: lấy nước tưới, cấp nước phát điện, thoát lũ, gạn triều, tiêu úng, điều tiết mực nước, lấy nước mặn nuôi trồng thủy sản Hiệu công trình thủy lợi, thủy điện đảm bảo thiết kế đặt cửa van vận hành đạt độ tin cậy quy trình vận hành đ đề Nếu việc vận hành cửa van có cố dẫn đến tổn hại lớn cho công trình thủy lợi, thủy điện mà gây tác hại cho sản xuất đời sống vùng hạ du Một số vụ vỡ đập gây thiệt hại lớn ấn Độ, Mỹ kẹt cửa van tràn xả lũ 1.2 Cấu tạo cửa van - Phần chuyển động gồm mặt, dầm phụ, dầm chính, bánh xe lăn, gioăng chống thấm, phần thiết bị nâng gắn với cửa van - Phần cố định gồm kết cấu tựa đặt trụ pin, đập tràn, kết cấu chống thấm phần thiết bị nâng gắn với công trình Việc vận hành cửa van nhờ vào máy nâng cơ, điện, xilanh thủy lực hoàn toàn lợi dụng sức nước - thường gọi cửa van tự động thủy lực, vừa lợi dụng sức nước vừa có hỗ trợ điện gọi cửa van bán tự động thủy lực Ngày số công trình việc vận hành cửa van số nước đ tự động hoá điện tử, điều khiển từ xa đại 1.3 Phân loại cửa van Cửa van phân loại theo vị trí đặt: Cửa van mặt, cửa van sâu; theo hình dạng kết cấu: Cửa van phẳng, cửa van cung, cửa van trụ, cửa quạt, cửa mái nhà, cửa quay ; theo hình thức tháo nước qua cửa van: Cửa van nước tràn mặt, cửa van nước chảy phía dưới; theo hình thức chuyển động: Cửa van chuyển động thẳng lên xuống, cửa đẩy ngang, cửa quay trục giữa, trục trên, trục dưới; theo cách đóng mở cửa 12 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập van: Bằng sức nước (tự động thủy lực bán tự động), thiết bị khí điện; theo tÝnh chÊt vËt liƯu: Cưa van thÐp, cưa van bª tông cốt thép, cửa van vật liệu tổng hợp Ngoài theo nhiƯm vơ cã thĨ chia ra: Cưa van vận hành (sử dụng cho khai thác công trình); cửa van sửa chữa (dùng để thay sửa chữa cửa van vận hành); cửa van cố (dùng để xư lý cã sù cè x¶y ra); cưa van thi công sử dụng thi công số dùng làm cửa van dự phòng, cửa van sửa chữa cửa van cố 1.4 Chọn loại cửa van cho công trình Việc chọn loại cửa phải vào tính chất, nhiệm vụ điều kiện tự nhiên nơi xây dựng công trình để đáp ứng tốt cho nhiệm vụ công trình công tác quản lý khai thác 1.4.1 Vùng ven biển đồng sông Cửu Long Đặc điểm vùng bán nhật triều Đa số cống có nhiệm vụ ngăn mặn giữ ngọt, thau chua rửa phèn lÊy n­íc triỊu ngät mét sè thêi gian, ngoµi có số cống lại cần lấy mặn để phục vụ nuôi trồng thuỷ sản chuyển đổi cấu sản xuất Do cống làm việc chiều: mở để gạn triều tiêu úng có lúc mở ngược lại để lấy triều vùng áp dụng loại cửa sau: a) Cửa van cánh cửa tự động thủy lực (CVCCTĐ) Đây loại cửa van ứng dụng rộng ri có nhiều ưu điểm loại cửa van khác Nó đóng mở nhờ áp lực nước lực lệch trục nên dùng cửa van để điều tiết mực nước b) Cửa van cung sử dụng việc ứng dụng cửa van cung tự động để gạn triều tiêu úng đòi hỏi phức tạp, điều khiển điện thông thường nhân lực phải túc trực thường xuyên mùa tiêu lũ cống đóng mở năm số lần dùng cửa van cung c) Cưa Clape trơc d­íi (cưa van sËp) ë nh÷ng nơi cửa van đóng - tháng sau mở liên tục - tháng áp dụng loại cửa Vì có ưu điểm làm cửa rộng 15 30 m d) Cửa van phẳng Cửa van phẳng đóng mở thiết bị khí điện, dùng cống năm mở lần dùng vùng Chương - Kh¸i niƯm chung vỊ cưa van 13 1.4.2 Vïng ven biĨn Trung Bé Cã lo¹i cèng: - Loại cống thường bị chìm ngập lũ vụ nên ứng dụng cửa Clape trục Đóng mở nhẹ lũ cửa van nằm sát đáy Loại nµy cã thĨ lµm khoang réng vµ cịng cã thĨ ứng dụng cửa van cánh cửa tự động - Loại cống cao không bị chìm ngập lũ vụ gần biển dễ bị gió bo ứng dụng cửa van cung, van phẳng, để chủ động đóng mở tháo lũ điều tiết mực nước cống gần biển chịu ảnh hưởng bo, dùng đơn cửa van cánh cửa tự động không chủ động ngăn triều dâng tháo lũ Bởi loại cửa mở cưỡng chênh lệch nhỏ 1m cống dùng cửa van cung, vừa dùng cửa cung phối hợp cửa van cánh cửa tự động để lũ bình thường gạn triều tiêu úng có bo thêm số cửa cung để tháo lũ 1.4.3 Vùng đồng Bắc Bộ a) Vùng ven biển chịu ảnh hưởng triều Đây nơi có chế độ nhật triều, yêu cầu cấp nước tiêu lũ cách chủ động khác xa với vùng trên, cống nên áp dụng cửa van cung cửa van phẳng để đóng mở lúc theo yêu cầu khống chế mực nước đồng b) Vùng đồng không chịu ảnh hưởng thuỷ triều Cống vùng nên áp dụng cửa van cung, cửa van phẳng có thĨ dïng cưa Clape trơc d­íi ®Ĩ chđ ®éng ®iỊu tiết mực nước đồng thời điểm 1.4.4 Cửa đập tràn hồ chứa đập dâng vùng Trung du miền núi Thường sử dụng phổ biến cửa van cung cửa van phẳng áp dụng cửa van Clape trục dùng cửa quạt tự ®éng thđy lùc, më n»m bơng ®Ëp đóng cửa nâng lên 1.4.5 Công trình xả sâu lấy nước sâu Thường sử dụng cửa van cung cửa van phẳng Những cống nhỏ lấy nước sâu dùng van côn van kim 1.5 Bố trí cửa van công trình 1.5.1 Đối với cống hở a) Loại tường ngực công trình nước thượng lưu lớn hạ lưu, cửa bố trí thiên phía sau để tăng an toàn cho cống lật trượt cống ngăn triều thường cửa van đặt để đảm bảo độ ổn định hai chiều 170 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lỵi * TËp i= n dc ; n tg Quay tay: i= M tg M qt ; Trong ®ã: ndc, ntg - tốc độ quay động tang cáp (hay ròng rọc xích); n tg = 60.V.m.a ; p.D tg Mtg, Mqt - mô men tang cáp mô men trục tay quay; M tg Q.D tg 2.a.hc ; (5-11) Mqt = P.R.m.k; (5-12) hc - hiƯu st trun ®éng chung (hiƯu st ổ bi, bánh tang), hc = h0 hbr htg ; P - lùc quay tay cña mét ng­êi (P = 80 ¸ 400 N); R - b¸n kÝnh tay quay (R = 250 ¸ 300 mm); m - số người quay; k - hệ số không người quay - Công suất cần thiết mở cưa: N= Q.Vm (KW); 60.1000.h (5-13) Trong ®ã: Q - t¶i träng më cưa lín nhÊt, (N); Vm - tèc độ mở cửa yêu cầu, (m/ph); hc - hiệu suất chung Công suất tính trường hợp làm việc, cần kiểm tra mômen khởi động tính to¸n: Mm = Q.D tg 2.a.i.hc + Q.D n1 tg 375.a i t m hc m + ( bå G i D i 375.t m m ) n i i ; (5-14) Ch­¬ng - thiÕt bị đóng mở cửa van 171 Động điện dùng cho máy mở kiểu dây kiểu vít thường chọn loại rôto quấn dây có mômen khởi động cao Trường hợp chưa sản xuất loại chọn loại động thông dụng, cần kiểm tra hệ số an toàn mômen khởi động mômen định mức làm việc Thông thường lấy: M kđđc = 2,8 1,8 M cản M = đmđc = 1,7 á1,5 M cản K kđ = K đm Trong đó: Mđmđc - mômen định mức trục động điện ghi bảng thông số kỹ thuật sản phẩm động cơ; Mkđđc - mômen khởi động động điện ghi bảng thông số kỹ thuật sản phẩm động cơ; Mcản - mômen cản (mômen tĩnh) trục cuối nối liền với động điện ; Kkđ - hệ số an toàn khởi động; Kđm - hệ số an toàn định mức - Cơ cấu phanh: phận quan trọng thiếu máy đóng mở kiểu dây thường sử dụng hai loại sau đây: + Phanh điện từ phanh điện từ- thủy lực, có điện động quay nhả phanh; điện má phanh giữ chặt không cho vật nâng rơi xuống điện với đầu trục bị dẫn hộp giảm tốc máy đóng mở + Phanh ma sát c¬ khÝ th­êng sư dơng tÝnh tù h∙m cđa mét hộp giảm tốc bánh vít trục vít đầu ren Đầu bị dẫn trục vít hộp giảm tốc thường gắn trực tiếp với động điện Cũng cã thĨ bè trÝ trơc cđa h×nh vÏ trùc tiÕp gắn với trục phận nâng vật hình 5-9 hình 5-10 Có để tăng thêm độ an toàn phanh hm bố trí cấu phanh áp trục trục động điện Tùy theo khả chế tạo cụ thể chọn loại cấu phanh hm - Hộp giảm tốc: dùng máy đóng mở kiểu dây thường dùng kim loại ngâm dầu bảo quản tốt có hiệu cao Thông thường dùng giảm tốc bánh hình trụ, nghiêng Cũng có lúc dùng hộp giảm tốc bánh trục vít hay hộp giảm tốc vi sai có tốc độ kết hợp với phận quay tay để phòng nguồn điện lưới nâng hạ cửa trước thủ công Thời gian gần người ta dùng động thủy lực chạy dầu có áp lực cao gắn liền với trục quấn cáp để nâng hạ cửa Máy đóng mở kiểu dây thường chọn tiết diện dây xích cáp theo số an toàn sau đây: 172 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Qđứt Ê P k ; k - hƯ sè an toµn, th­êng lÊy: ( 5-15) kxÝch = ¸ kc¸p = ¸ Qđứt - lực phá hoại; P - lực kéo đầu dây I-I I 1 I 2 Hình 5-9 Sơ đồ máy đóng mở kiểu dây mềm 1- động điện; 2- khớp nối kết hợp phanh; 3- hộp giảm tốc; 4- trục truyền; 5- ổ đỡ; 6- cặp bánh răng; 7- khớp nối; 8- tang cáp Hình 5-10 Sơ đồ truyền động máy đóng mở kiểu dây mềm hai tang ®ång trơc 1- ®éng c¬ ®iƯn; 2- khíp nèi; 3- hộp giảm tốc; 4- trục truyền; 5- cặp bánh răng; 6- tang cáp Chương - thiết bị đóng mở cửa van 173 - Palăng tay palăng điện Palăng loại máy nâng cao dùng để nâng hạ vật, thông thường treo cao, treo chỗ có lắp thêm cấu di chuyển để chạy cạnh dầm chữ I Palăng có kích thước gọn nhẹ, hiệu cao đặc biệt động, tháo lắp nhanh chóng dễ dàng, thường sử dụng cho việc lắp đặt hay thay sửa chữa, hay trường hợp cửa van có cố thiết bị đóng mở tạm thời Palăng dùng để đóng mở hỗ trợ cho cửa van công trình dùng hình thức cửa van tự động thủy lực Palăng thiết bị có ưu điểm rẻ, dễ vận chuyển, tháo lắp vận hành Tuy nhiên không dùng nhiều tồn số nhược điểm Palăng có hai loại: Palăng xích: thường dẫn động tay dùng nơi điện, sử dụng không thường xuyên, không đòi hỏi tốc độ nâng lớn, chiều cao nâng thấp Hiện palăng xích kéo tay chế tạo có sức nâng từ 0,5 20T Palăng điện có cấu di chuyển để chạy cạnh dầm chữ I Loại thường sử dụng cho cầu trục, cầu treo, cổng trục dầm, dầm I gắn trần nhà trạm bơm Do sử dụng động điện nên loại có tỷ số truyền lớn, phải sử dụng nhiều truyền, số kích thước phải nhỏ nên vật liệu bánh thường chế tạo từ thép hợp kim crôm, crôm nicken Ngày palăng điện đ chế tạo đến 32t, chiều cao nâng đến 30m, tốc độ nâng lên 20m/ph d) Cầu trục Cầu trục có bánh xe để di chuyển hai đường ray song song đặt vai cột nhà xưởng Cầu trục sử dụng rộng ri tiện dụng để nâng hạ vật nâng, hàng hoá nhà xưởng, phân xưởng khí, nhà kho bến bi, nhà máy thủy điện, trạm bơm vừa để nâng cửa van lắp ráp thiết bị khác Cầu trục chế tạo với tải trọng Q = 500 tấn, độ dầm từ L = 4,5 32m Chiều cao nâng đến 16m, tốc độ nâng v = 40m/ph, tốc độ di chuyển xe đến 60m/ph tốc độ di chuyển cầu trục đến 125m/ph Cổng trục loại máy trục mà phần kết cấu thép có dạng cổng Cổng trục thường sử dụng công trình thủy lợi thủy điện việc kết hợp đóng mở cửa van nâng hạ thiết bị khí khác Cần trục loại có cần vươn dài để nâng cửa phai, cửa van, lắp ráp thiết bị 5.4 Thiết bị đóng mở xilanh thủy lực 5.4.1 Cấu tạo chung nguyên lý hoạt động Thiết bị đóng mở xilanh thủy lực làm việc dựa nguyên lý thđy lùc thĨ tÝch (thđy tÜnh) M«i tr­êng trun lùc chất lỏng; áp lực chất lỏng bơm vào xilanh ép lên pittông, đẩy pittông chuyển động qua lại xilanh Một đầu pittông liên kết với cửa van, cửa van chuyển động theo Trong lµm viƯc, xilanh thđy lùc thùc hiƯn hai chuyển động: tịnh tiến quay Xilanh thủy lực lắp đặt tư khác nhau: đẩy, kéo, nâng, hạ Thiết bị đóng mở cửa van xilanh thủy lực làm việc hai chiều linh hoạt Thiết bị có phận chính: 174 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * TËp 32 32 33 t 26 29 29 p t p 19 p t a 25 22 p t p 30 p t 21 19 t 18 26 t b 21 20 p 27 28 24 31 28 27 23 33 34 30 31 34 20 17 18 p 15 14 16 t 10 11 12 13 H×nh 5-11 Sơ đồ hệ thống thủy lực điều khiển đóng mở cửa van Thiết bị đóng mở cửa van kiểu xi lanh thủy lực: 1- van xả đáy; 2- bể dầu; 3- mức dầu; 4, 20- van bi; 5- bơm tay; 6, 18, 27, 28- van an toàn; 7- bơm bánh răng; 8, 9- công tắc áp lực mức dầu; 10- lọc; 11- công tắc áp lực báo lọc; 12- nắp dầu; 13- lọc khí; 14, 22- van mét chiỊu; 15, 21- ¸p kÕ; 16- van bi; 17, 19- van chiều tác động chậm; 23, 24- công tắc áp lực; 25- van phân phối; 26, 31- cảm biÕn tiƯm cËn; 29, 30- bé ®ång tèc; 32- xilanh thđy lùc; 33, 34- van chèng r¬i - HƯ thèng động lực: động điện, bơm bánh có áp suất đến 320 bar, lưu lượng đến 400 l/ph - Hệ thống phân phối, truyền động: gồm loại van phân phối, hệ thống ống dẫn dầu cao áp 175 Chương - thiết bị đóng mở cửa van - Bộ công tác: hệ thống xilanh pittông thủy lực có áp lực lớn, tốc độ chuyển động thấp Hiện đ chế tạo xilanh với áp lực dầu đến 320 bar, đường kính xilanh đến 800mm, chiều dài xilanh ®Õn 17m - HƯ thèng ®iỊu khiĨn: Van an toµn, đồng hồ đo áp đồng tốc, thiết bị đo, hƯ thèng nhËn vµ xư lý tÝn hiƯu Van an toàn đóng vai trò quan trọng trường hợp xảy cố tải hay cửa cống bị kẹt Van chiều nhằm mục đích giữ nguyên vÞ trÝ cđa xilanh (hay cưa cèng) hƯ thèng ngừng hoạt động dòng chất lỏng theo chiều 5.4.2 Ưu điểm xilanh thủy lực - Cơ cấu xilanh thủy lực đóng mở mäi t­ thÕ cđa cưa van Cã kÝch th­íc nhá gọn nâng lực lớn; có lực quán tính nhỏ; có khả điều chỉnh vận tốc đóng mở theo ý muốn, an toàn cho cấu nâng phận khác, dễ điều khiển, dễ tự động hóa khống chế kiểm tra lực đóng mở máy 5.4.3 Nh-ợc điểm thiết bị đóng mở b»ng xilanh thñy lùc 1970 1950 2770 570 800 950 12400 1200 950 1000 710 1100 16000 700 650 Hình 5-12 Xilanh thủy lực công trình thủy lợi, thủy điện 1- cầu trục; 2- xilanh đóng më cưa van; 3- xilanh chØnh t©m 176 sỉ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập - Giá thành thiết bị cao so với thiết bị khác, phải nhập ngoại, áp dụng hiệu cho công trình đ có nguồn điện Đòi hỏi cán quản lý vận hành khai thác có trình độ định Đòi hỏi độ xác cao chế tạo, lắp ráp thiết bị, vật liệu có chất lượng tốt Hệ thống đường ống dẫn dầu thường phức tạp dài xilanh công tác đặt máy bơm bể dầu, tổn thất thủy lực đường ống lớn dễ xảy cố rò rỉ dầu qua cút nối Khi có rò rỉ xilanh khó khắc phục 5.4.4 Tính toán thông số thiết bị đóng mở xilanh thủy lực - Lực đóng (chiều đẩy pittông ra) cửa cống: p ổ Pd = Ptl h = ( p1 F1 - p F2 ) h = F1 ỗ p1 - y è - Lùc më (chiỊu co l¹i) cđa cưa van: ö ÷ h » F1 p1 h(N) ; ø (5-16) p ỉp Pc = Ptl hck = ( p F2 - p1 F1 ) hck = F1 ỗ - p1 ÷ hck » F1 hck ; (5-17) y ốy ứ - Khi xác định trước lực đóng mở cửa van ta xác định ¸p st lµm viƯc: p P P ỉP Khi đóng: p1 = ỗ d + p F2 ÷ = d + » d ; (5-18) F1 è h ø F1 h y F1 h pm ö Pm ổ Pm 5-19) ỗ h + p1 F1 ÷ = F h + p1 y » F h ; F2 ố ứ 2 - Các pittông chịu lực dọc trục, lúc tính bền cần kiểm tra ổn định chiều chịu nén - Khi tính chọn xilanh thủy lực thường cho trước kích thước bản: * Hành trình pittông: S(mm) * Lực (với xilanh): (có tính đến ma sát chuyển động) * Đường kÝnh xilanh: + §­êng kÝnh D (mm) + §­êng kính cần: y = d/D = 0,5 0,8 đ chän: d (mm) * DÇu thđy lùc dïng cho hƯ thống thường chọn dầu Castron Hyspin ACVS - Lưu lượng dầu cần thiết cung cấp cho nguồn: Thể tích làm việc hữu ích khoang xilanh: V1 = F1.S, (mm3) Víi bé ngn cung cÊp l­u l­ỵng cho cưa (trong tr­êng hỵp XL/1 cưa): Khi më: p = 2V1 ; t - TÝnh to¸n vËn tèc ®ãng më cưa van: Q 4Q VËn tèc ®ãng: V1 = = , m/ph; F1 p.D xl Q= VËn tèc më: V2 = Q 4Q = , m/ph; F2 p D - d xl c ( ) (5-20) (5-21) (5-22) 177 Ch­¬ng - thiết bị đóng mở cửa van - Tính toán vận tốc, dòng chảy ống: Vận tốc chất lỏng èng hót: Vh = VËn tèc chÊt láng èng ®Èy: Vd = 4Q p.d2 d 4Q p.d2 h , m/ph; (5-23) , m/ph; (5-24) Trong ®ã: dh, dd - ®­êng kÝnh cưa èng hót vµ èng ®Èy - Tính toán chọn bơm làm việc cho hệ thống: từ kết tính trên, xác định áp suất yêu cầu pyc (bar) lưu lượng yêu cầu Q (l/ph) Bơm làm việc cho hệ thống phải thỏa mn lưu lượng xác định qua biểu thức: Qh = 1,1.Q (l/ph); (5-25) Với lưu lượng áp suất ta chọn loại bơm phù hợp Công suất động điện cho máy bơm là: Q p N ®c = b b ; (5-26) hb hb - hiệu suất bơm, hb = 0,75 0,85 5.5 HƯ thèng ®iỊu khiĨn ®ãng më cưa van Bộ biến đổi Thiết bị đầu vào Bộ điều khiển Động Thiết bị đóng mở Cảm biến, thiết bị đo Truyền thông tin Người điều khiển Thiết bị đầu Hình 5-13 Sơ đồ điều khiển điện Các loại cửa van dùng công trình thủy lợi, thủy điện đa dạng Như việc điều khiển đóng mở cửa van công trình thủy lợi, thủy điện tùy theo yêu cầu khai thác, yêu cầu sử dụng nước, tính chất quan trọng độ phức tạp mà bố trí phương thức đóng mở chỗ hay tự động điều khiển từ xa khâu công trình 178 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập - Điều khiển chỗ: thực trường, quay tay, điện bán tự động Bán tự động người trực tiếp tác động phần Khi đóng mở cửa van chạy điện, người phải bấm nút nối mạch điện để máy chạy Việc dừng đóng hết, mở hết theo cữ đóng mở định trước thực tự động Phương thức thích hợp cho công trình thủy lợi Trình độ người sử dụng không cần cao Tự động hóa đóng mở cửa van phần đại hóa công trình thủy lợi, thủy điện Công tác thủy lợi phức tạp kể kỹ thuật x hội, tác động tới hài hòa x hội, nông nghiệp, suất trồng vật nuôi, công nghiệp, lượng tiêu thụ, chất lượng môi trường sinh thái Đối với máy đóng mở cửa van giảm sức lao động nặng nhọc cho người, loại trừ tính chủ quan người vận hành, dễ dàng vận hành mang lại hiệu tăng tính linh hoạt, giảm cố - Cơ sở điều khiển tự động đóng mở cửa van: công trình thủy lợi việc bố trí cửa van để điều tiết mực nước dựa nguyên lý thủy lực Mục đích điều tiết để tích trữ nước, cung cấp nước theo yêu cầu tưới tiêu, sinh hoạt, công nghiệp, bảo vệ an toàn công trình, an toµn cho vËn hµnh, tiÕt kiƯm n­íc Nh­ vËy mn tự động đóng mở cửa phải biết liệu cần thiết xử lý để điều khiển trình làm việc thiết bị giá trị đóng më cưa lín nhÊt vµ nhá nhÊt, mùc n­íc cao thấp nhất, đóng mở theo liệu cần cung cấp nước Dữ liệu thực trực tiếp vị trí điều khiển thực từ xa Trong đại hóa, điều khiển tõ xa cã thĨ hiĨu lµ sù tham gia cđa thiết bị hoạt động thực tế người làm Một hệ thống điều khiển từ xa có tín hiệu truyền từ công trình phòng điều khiển trung tâm ngược lại Để có số liệu toàn hệ thống công trình, người ta đặt trạm quan trắc từ xa Đây thiết bị hoạt động chiều Thiết bị phòng điều khiển hiển thị ghi lại số hoạt động công trình quan trắc mực nước từ xa số điểm quan trọng 5.5.1 Tự động điều khiển, tự động hóa điện điện tử máy tính Là hệ thống thể bao gồm đo đạc liệu, truyền thông tin, xử lý, truyền lệnh đóng mở cửa Từ nguyên tắc thủy lực mực nước định trước max, min; lưu lượng, dòng chảy không ổn định hay áp lực chất lỏng máy đóng mở, tốc độ vòng quay trục, độ mở van mức độ tự động hóa để lựa chọn đầu đo sơ đồ điều khiển thích hợp 5.5.2 Điều khiển từ xa Là điều khiển thiết bị công trình ®ång tõ mét ®Þa ®iĨm nhÊt ®Þnh Nh­ vËy mn ®iỊu khiĨn ®ãng më cưa van cÇn cã hƯ thèng thông tin liên lạc Việc đóng mở tự động thủ công 179 Chương - thiết bị đóng mở cửa van Phụ lục Một số thiết bị đóng mở cửa van Máy vít Thông số kỹ thuật Loại máy Sức nâng Tỷ số (t) truyền i Vận tốc nâng v (m/ph) Kích thước Lực Bán tay kÝnh quay quay R P (N) (m) ChiÒu ChiÒu Chiều cao dài máy rộng máy H L máy B (m) (m) (m) Khoảng cách tâm bulông Khối lượng L1 (m) L2 (m) kg V0 0,5 0,05 20 0,40 2,12 400 0,40 0,125 18 V1 0,05 20 0,40 2,62 450 0,45 0,180 36 V3 0,024 20 0,40 5,00 0,9 0,7 0,07 0,6 273 V5 0,02 20 0,40 5,00 1,01 0,80 0,10 0,60 410 V8 8 0,015 20 0,40 5,00 1,01 0,80 0,14 0,70 415 V10 10 0,015 30 0,40 5,00 1,01 0,80 0,14 0,70 511 V20 20 14 0,01 30 0,40 5,00 1,01 0,80 0,14 0,70 613 10V§1 10 70,37 0,116 30 0,40 6,00 1,43 1,15 0,14 0,70 619 20V§1 20 70,37 0,116 30 0,40 6,00 1,43 1,15 0,20 0,70 650 30V§1 30 352 0,027 30 0,40 6,00 1,55 1,45 0,20 0,55 1722 50V§2 50 352 0,043 60 0,40 6,00 3,55 1,45 0,45 0,55 3250 100V§2 100 12,3 60 0,40 6,00 2,10 2,10 0,45 4782 180 sỉ tay KTTL * PhÇn - công trình thủy lợi * Tập Xilanh thñy lùc (320 bar) A SH AK AB OO SL MD BD OL SD OB AH OD OHB L D Pittông d cán P.T d1 d2 d3 - x A AB BD AK L1 f G/BSP - SL L2 MD 00 0B 0D 0HB 0L SH f f E8 SD AH M 25 16 3/8’’ 13 35 16 57 185 - 35 15 30 20 40 15 15 16x1,5 38 32 18 22 3/8’’ 13 42 16 60 188 - 42 15 30 20 40 15 15 16x1,5 41 40 22 28 3/8’’ 13 50 28 35 65 35 45 80 45 55 800 100 60 70 800 125 70 80 90 140 80 90 100 160 90 100 110 1500 1’’ 23 190 80 180 100 110 125 1500 1’’ 23 220 90 200 110 125 140 1500 11/4’’ 23 254 100 130 220 125 140 160 2000 11/4’’ 28 273 110 145 250 140 160 180 2000 11/4’’ 28 323 120 145 612 712 280 160 180 200 2000 11/2’’ 28 355 125 165 682 802 320 160 180 2500 11/2’’ 40 406 125 205 795 915 320 200 220 2500 11/2’’ 40 406 135 205 795 915 360 180 200 2500 11/2’’ 43 445 135 220 860 1010 360 220 250 2500 11/2’’ 43 445 150 400 200 220 2500 11/2’’ 43 508 150 400 250 280 2500 11/2’’ 43 508 450 220 250 3000 450 280 320 3000 500 250 280 500 320 360 3/8’’ 13 55 65 16 22 60 60 55 20 40 25 40 20 20 16x1,5 213 208 - - 55 30 50 30 45 30 20 22x1,5 - 48 53 1/2’’ 15 80 35 64 243 80 40 70 40 60 40 20 35x1,5 65 1/2’’ 15 95 45 83 283 318 100 50 80 50 70 45 20 45x1,5 75 3/4’ 19 120 58 93 327 367 110 60 100 70 80 55 30 55x1,5 90 1200 3/4’’ 19 150 58 98 382 432 150 70 120 80 105 65 30 55x1,5 105 1200 3/4’’ 19 165 65 108 413 473 170 80 140 98 120 75 30 65x1,5 115 118 458 528 200 90 160 108 135 85 35 80x 130 120 510 590 220 100 180 118 150 100 35 90x 140 530 610 254 120 200 138 160 110 35 100x 157 595 695 273 130 220 158 190 125 35 110x 172 323 150 230 176 190 135 35 120x 197 355 170 270 196 230 160 35 125x 213 426 190 300 216 260 190 40 125x 243 426 190 300 216 260 190 40 135x 243 445 210 320 236 280 210 50 135x 263 220 860 1010 445 210 320 236 280 210 50 150x 263 235 910 1060 578 240 380 256 280 250 50 150x 294 170 235 910 1060 578 240 380 256 300 250 50 170x 294 11/2’’ 50 559 170 250 1030 1210 559 260 420 296 350 270 60 170x 320 11/2’’ 50 559 190 250 1030 1210 559 260 420 296 350 270 60 170x 320 3000 11/2’’ 50 622 190 270 1105 1285 622 300 460 316 380 290 60 190x 351 3000 11/2’’ 50 622 240 270 1105 1285 622 300 460 316 380 290 60 240x 351 181 Chương - thiết bị đóng mở cửa van Tời tang song song quay tay chạy điện Thông số kỹ thuật Sức nâng (t) Lực quay tay (N) T3 15 T62 15 T§62 15 Loại máy Vận tốc nâng (m/ph) Kích thước Tỉ sè trun i 52 20 0,4 0,5 Quay tay Dµi x rộng x cao (m) 0,4 Chạy điện Dung lượng cáp tang (m) 55 64,7 Quay tay 0,4 Chạy điện 3280 Khoảng cách tâm bulông Khối lượng L1 (mm) L2 (mm) G (kg) 1290 x 740 x 1170 590 620 400 12 1795 x 800 x 1128 730 750 694 24 1828 x 1140 x 1328 730 750 960 182 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Tài liệu tham khảo Sổ tay kỹ thuật thủy lợi - Trần Tuấn Bửu - Phan Khánh - Năm 1986 Sổ tay kỹ thuật thủy lợi Trung Quốc cửa van công trình thủy lợi (bản dịch)- Năm 2002 Cẩm nang kỹ thuật thủy công Nga (bản dịch) Báo cáo tổng kết đề tài năm 1985 06 - 04 - 01 - 02 Các đồ án thiết kế Cửa van tự động cánh cửa số công trình Tiªu chn ViƯt Nam: TCVN 5864 - 1995 ChÕ tạo lắp ráp thiết bị khí - kết cấu thép công trình thủy lợi, 14 TCN - 2004 Thiết kế chế tạo, lắp đặt, nghiệm thu bàn giao - yêu cầu kỹ thuật, 14 TCN 117 -1999 AWWA CtandarD for SLuise gates American national Standard 1980 10 Giáo trình Kết cấu thép - Trường Đại học Thủy lợi, Hà Nội Chương - thiết bị đóng mở cửa van 183 Chịu trách nhiệm xuất bản: nguyễn cao doanh Phụ trách thảo: Phạm khôi - Hoàng Nam Bình Trình bày bìa: Ngọc nam Nhà xuất Nông Nghiệp 167/6 - Phương Mai - §èng §a - Hµ Néi §T: 8524506 - 8523887 Fax: (04) 5760748 Email: NXB.Nongnghiep.BT3@gmail.com Chi nhánh NXB Nông Nghiệp 58 Nguyễn Bỉnh Khiêm - Q.1, TP Hồ Chí Minh ĐT: 8297157 - 8299521 Fax: (08) 9101036 M· sè: 63 - 630 231 - 05 145 NN - 2005 In 250 khổ 19 x 27 cm Xưởng in NXB Nông nghiệp Giấy chấp nhận đăng ký kế hoạch xuất b¶n sè 231/145XB - QLXB Cơc Xt b¶n cÊp ngµy 03/02/2005 In xong vµ nép l­u chiĨu q III/2005 184 sổ tay KTTL * Phần - công trình thủy lợi * Tập Chương 157 Thiết bị đóng mở cửa van 157 5.1 Đặc điểm, cấu tạo phân loại thiết bị đóng mở cửa van 157 5.1.1 Đặc điểm thiết bị cửa van công trình thủy lợi, thủy điện 157 5.1.2 Cấu tạo chung thiết bị 157 5.1.3 Phân loại phạm vi ứng dụng 158 5.2 Máy đóng mở kiểu vít đai ốc 160 5.2.1 Nguyên lý máy đóng mở kiểu vít đai ốc 160 5.2.2 Ưu, nhược điểm thiết bị đóng mở kiểu vít đai ốc 161 5.2.3 Tính toán thiết bị vít đai ốc 162 5.2.4 Máy đóng më kiĨu vÝt dïng cho cưa van s©u 164 5.3 Máy đóng mở kiểu dây mềm 165 5.3.1 Kết cấu chung máy đóng mở kiểu dây mềm 165 5.3.2 Ưu, nhược điểm thiết bị đóng mở kiểu dây mềm 166 5.3.3 Tính toán thông số 167 5.4 Thiết bị đóng mở xilanh thủy lực 173 5.4.1 Cấu tạo chung nguyên lý hoạt động 173 5.4.2 Ưu điểm xilanh thủy lực 175 5.4.3 Nhược điểm thiết bị đóng mở xilanh thủy lực 175 5.4.4 Tính toán thông số thiết bị đóng mở xilanh thủy lực 176 5.5 Hệ thèng ®iỊu khiĨn ®ãng më cưa van 177 5.5.1 Tù ®éng ®iỊu khiĨn, tù ®éng hãa b»ng ®iƯn vµ ®iƯn tử máy tính 178 5.5.2 Điều khiển từ xa 178 5.5.3 Tù ®éng b»ng thđy lùc Error! Bookmark not defined Phụ lục Một số thiết bị đóng mở cửa van 179 Tài liệu tham khảo 182 ... kG/mm2 kG/mm2 24 0 - 25 28 0 20 0 175 42 - 46 38 - 44 32 - 40 58 - 75 50 -5 8 42 - 48 C¾t kG/mm2 34 1 -2 - 10 10 - 18 68 48 37 B¶ng 1-5 C­êng ®é tÝnh to¸n cđa khèi ®óc b»ng gang x¸m ( GOCT 14 12 - 79)... K1 2. 2 y a 3.0 3 .2 3 .4 3.6 3.8 4. 0 12 16 28 24 R 20 a 32 Ch­¬ng - Thđy lùc cưa van 51 10 12 14 16 18 20 K2 1 .2 1 .4 1.6 1.8 2. 2 2. 4 2. 6 2. 8 y a H×nh - 15 cong cong H×nh 2- 1 5b §­êng§­êng K K1, K2... 1-m ỗ ố -3 at -3 mat b mb 1-m ma a 0 m 0 a 1-m -bt -mbt -mat -at - (1 - m ) at - (1 - m ) bt 2 -3 mbt -3 bt 0 0 -t -mt 0 -mt -t 1-m t 1-m b 0 -3 abt -3 mabt -3 (1 - m ) a t ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ -3 (1 - m ) b