Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN XUÂN TRƢỜNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA ÂU TÀU Chuyên ngành : Công nghệ Chế tạo máy Mã số : 60.52.04 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình đƣợc hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐINH MINH DIỆM Phản biện 1: TS LƢU ĐỨC BÌNH Phản biện 2: PGS.TS LÊ VIẾT NGƢU Luận văn đƣợc bảo trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 14 tháng 12 năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Đất nƣớc ta có bờ biển dài, nhiều sông ngòi nên việc ƣu tiên phát triển công trình biển, công trình thủy lợi, âu tàu, âu thuyền phục vụ cho ngƣ dân tránh trú bão… đƣợc Chính phủ Bộ, Ban ngành quan tâm đầu tƣ xây dựng, góp phần đƣa nông, ngƣ nghiệp phát triển đại, theo kịp với nƣớc có công nghiệp phát triển …, Vì việc tập trung đầu tƣ vào dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao suất lao động, ứng dụng tự động hoá thiết bị, công trình thủy lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp, ngƣ nghiệp cụ thể việc ứng dụng PLC vào dây chuyền sản xuất, công trình thủy điện, thủy lợi… Đất nƣớc ta với vị trí địa lý thuận lợi cho phát triển âu thuyền, cho công trình thủy lợi, giao thông thủy, có nhiều âu tàu, âu thuyền để phục vụ cho mục đích tránh trú bão, phục vụ đóng, sửa chữa tàu thuyền lƣu thông qua lại Âu tàu góp phần xả lũ mùa mƣa ngăn mặn mùa khô, điều tiết nguồn nƣớc cho vùng đồng hạ lƣu Vì vậy, việc thực trình đóng mở cửa âu tàu tự động hóa tàu thuyền vào quan trọng Để phục vụ việc tự động hóa đóng mở cửa âu tàu đƣợc an toàn, hiệu nên chọn đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế hệ thống đóng mở cửa âu tàu” Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu ứng dụng PLC để thiết kế hệ thống ĐK đóng mở cửa âu tàu công trình liên quan Footer Page of 126 Header Page of 126 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu loại âu tàu, âu thuyền đƣợc xây dựng nƣớc nƣớc giới Nghiên cứu hệ thống đóng mở cửa âu tàu, âu thuyền để thiết kế hệ thống đóng mở cửa âu tàu điều khiển tự động PLC 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết điều khiển thủy lực, điều khiển thủy lực điều khiển PLC Thiết kế hệ thống điều khiển tự động đóng mở cửa âu tàu PLC Nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động đóng mở cửa âu tàu ứng dụng cho công trình âu tàu Rạch Chanh mà Tổng Công ty CP Xây lắp Dầu khí Việt Nam thi công Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết âu tàu, âu thuyền nghiên cứu lý thuyết điều khiển tự động thủy lực PLC Nghiên cứu công trình âu tàu, âu thuyền thực tế ứng dụng để thiết kế hệ thống điều khiển đóng mở cửa âu tàu Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu lý thuyết điều khiển tự động thủy lực điều khiển thủy lực PLC - Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài góp phần nghiên cứu thiết kế điều khiển hệ thống đóng mở cửa âu tàu cho công trình liên quan Cấu trúc luận văn MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Footer Page of 126 Header Page of 126 1.1 Giới thiệu công trình xây dựng âu tàu 1.2 Mô hình tổng thể công trình xây dựng âu tàu 1.3 Giới thiệu hệ thống đóng mở cửa âu tàu CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN PLC 2.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển thủy lực 2.1.1 Khả ứng dụng điều khiển thủy lực 2.1.2 Những thành phần hệ thống điều khiển thủy lực 2.1.3 Cơ cấu biến đổi lƣợng hệ thống xử lý dầu 2.1.4 Các loại cảm biến 2.2 Điều khiển thủy lực điều khiển PLC 2.2.1 Điều khiển thủy lực 2.2.2 Điều khiển PLC CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA ÂU TÀU 3.1 Tính toán lực nâng hạ hệ thống xi lanh 3.2 Tính toán hệ thống thủy lực nâng hạ cửa âu tàu 3.3 Hệ thống điều khiển thủy lực chƣơng trình PLC 3.4 Mô hệ thống điều khiển thủy lực đóng mở cửa âu tàu Pro/Engeneer Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƢƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NHỮNG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ÂU TÀU 1.1.1 Những âu tàu giới 1.1.2 Những âu thuyền, âu tàu Việt Nam 1.2 MÔ HÌNH TỔNG THỂ CỦA CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG ÂU TÀU 1.2.1 Khái niệm âu tàu 1.2.2 Vai trò âu giao thông vận tải 1.3 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA ÂU TÀU 1.3.1 Hệ thống đóng mở cửa âu tàu 1.3.2 Hệ thống đóng mở van tháo nƣớc cửa âu tàu CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN PLC 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC 2.1.1 Ƣu điểm nhƣợc điểm hệ thống truyền động thủy lực 2.1.2 Định luật chất lỏng 2.1.3 Các dạng lƣợng 2.1.4 Tổn thất hệ thồng truyền động thủy lực 2.1.5 Độ nhớt yêu cầu dầu thủy lực 2.2 KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA THUỶ LỰC 2.2.1 Ứng dụng thuỷ lực công nghiệp chế tạo máy 2.2.2 Ứng dụng thuỷ lực công trình thủy lợi Footer Page of 126 Header Page of 126 2.3 CÁC PHẦN TỬ CƠ BẢN TRONG MỘT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC 2.3.1 Hệ thống điều khiển 2.3.2 Phạm vi ứng dụng điều khiển thủy lực 2.3.3 Van áp suất 2.3.4 Van đảo chiều 2.3.5 Các loại van thủy lực ứng dụng điều khiển tự động 2.3.6 Cơ cấu chỉnh lƣu lƣợng 2.3.7 Van chặn 2.3.8 Ống dẫn, ống nối 2.4 CƠ CẤU BIẾN ĐỔI NĂNG LƢỢNG VÀ HỆ THỐNG XỬ LÝ DẦU THỦY LỰC 2.4.1 Bơm động dầu (môt tơ thủy lực) 2.4.2 Xilanh truyền động (cơ cấu chấp hành) 2.4.3 Bể dầu 2.4.4 Đo áp suất lƣu lƣợng 2.5 CÁC LOẠI CẢM BIẾN 2.5.1 Cảm biến vị trí đo chiều dài 2.5.2 Cảm biến vận tốc 2.5.3 Cảm biến đo áp suất, lực mômen xoắn 2.6 ĐIỀU KHIỂN LOGIC THỦY LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN PLC 2.6.1 Điều khiển logic thủy lực 2.6.2 Điều khiển PLC Footer Page of 126 Header Page of 126 CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA ÂU TÀU 3.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA ÂU TÀU Hình 3.1 – Mô hình hệ thống đóng mở âu tàu 1-Xi lanh nâng hạ cửa âu thƣợng lƣu (C,D); 2- Giá đỡ xi lanh nâng cửa âu thƣợng lƣu; 4- xi lanh nâng hạ cửa van tháo nƣớc thƣợng lƣu(A,B); 5-Hầm bơm thủy lực; 6- Xi lanh nâng hạ cửa âu hạ lƣu(G,H); 7- Giá đỡ xi lanh nâng cửa âu hạ lƣu; 8- xi lanh nâng hạ cửa van tháo nƣớc hạ lƣu (E,F); 9- Cửa tháo nƣớc đầu âu hạ lƣu; 10Cửa âu hạ lƣu Footer Page of 126 Header Page of 126 3.1.1 Giới thiệu hệ thống đóng mở cửa van tháo nƣớc Ở đầu âu thƣợng lƣu hạ lƣu bố trí 02 cửa van tháo nƣớc từ thƣợng lƣu vào âu tháo nƣớc từ âu phía hạ lƣu có cấu tạo nhƣ hình 3.2 Hình 3.2 – Cấu tạo cửa van xả nước 1- Xi lanh nâng hạ cửa van; 2- Giá đỡ ; 3- Khung nối cửa van; 4- Bộ phận dẫn hƣớng cửa van; 5- Cửa van; 6-Gioăng chắn nƣớc 3.1.2 Giới thiệu hệ thống đóng mở cửa âu tàu Ở đầu âu thƣợng lƣu hạ lƣu bố trí 02 cửa âu để sau van tháo nƣớc từ thƣợng lƣu vào âu đến nƣớc âu mực nƣớc thƣợng lƣu , cửa âu đƣợc hệ thống xi lanh thủy lực nâng lên để thuyền vào lòng âu (hoặc thuyền lòng âu phía thƣợng lƣu) có cấu tạo nhƣ hình 3.3 Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 Hình 3.3 – Cấu tạo cửa âu tàu 1-Xi lanh thủy lực nâng hạ cửa âu; 2-Giá đỡ xi lanh; 3- cầu thang bộ; 4-Ray dẫn hƣớng cửa âu; 5- Xi lanh nâng hạ van; 6-Bể dầu bơm dầu thủy lực; 7- cửa xả nƣớc; 8- gioăng chắn nƣớc; 9- Cửa âu tàu; 3.2 TÍNH TOÁN LỰC NÂNG HẠ CỦA HỆ THỐNG XI LANH 3.2.1 Tính toán lực nâng hạ van Khi tính toán lực nâng hạ cần xét tới điều kiện bất lợi tải trọng tác động lên cửa van ứng với vị trí: Cửa van tựa lên ngƣỡng, cửa mở hoàn toàn, thời điểm bắt đầu nâng cừa rời khỏi ngƣỡng, hạ xuống ngƣỡng, mở phần có xét tới áp lực thủy động Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 Tx= 10  P  ( f  r0  f1 )    r1   (3.2) P lực tác dụng lên bánh xe (T) áp lực thủy tĩnh tác dụng lên cửa đƣợc tính theo công thức:  H  ht  P   2 t   ht  lt   (3.3) Trong đó:  - Trọng lƣợng riêng nƣớc(T/m3):  = (T/m3) Ht - chiều cao cột áp phía thƣợng lƣu(m): Ht =7,3 (m) ht - chiều cao chịu tải trọng cửa khoảng cách vật chắn nƣớc đứng (bằng khoảng cách từ ngƣỡng đáy đến tâm gioăng tƣờng ngực): ht =1,805+0,1=1,905 (m) lt - Nhịp tải trọng cửa van khoảng cách hai vật chắn nƣớc ngang (bằng 3,730m cộng với lần khoảng cách từ mép khe đến tâm tỳ gioăng: 0,75m): lt=3,805 (m) Nên thay số có:  H tht    7,3  1,905  P    ht  lt     1,905  3,805  46,01 (T)     f1 - Hệ số ma sát lăn bánh xe tỳ: f1= 0,1; f2 - Hệ số ma sát trƣợt bánh xe đồng thép không rỉ: f2= 0,12 ÷0,25, chọn f2= 0,25; r0 - bán kính trục bánh xe: r0=5 (cm); r1 - bán kính bánh xe: r1=15 (cm) Tc - Lực ma sát gioăng chắn nƣớc bên đỉnh cửa van đƣợc tính theo công thức: Tc= 2γf(Ht- Hc)Hcbc+ γf(Ht- Hc)bclcn Footer Page 12 of 126 (3.4) Header Page 13 of 126 11 Trong đó: Ht - Là chiều cao cột nƣớc thƣợng lƣu (m): Ht=7,3 (m) Hc - Là chiều cao gioăng chắn nƣớc bên (m): Hc=1,825 (m) bc - Là đƣờng kính gioăng củ tỏi (m): bc = 0,04 (m) lcn- Là chiều dài gioăng chắn nƣớc đỉnh (m): lcn=3,73 (m) f - Hệ số ma sát gioăng cao su chắn nƣớc với đƣờng trƣợt thép không rỉ: f=0,2÷0,5, chọn f=0,5 Nên ta có: Tc= 2γf(Ht- Hc)Hcbc+ γf(Ht- Hc)bclcn Tc=   0,5  (7,3  1,825)  1,825  0,04   0,5  (7,3  1,825)  0,04  3,73  0,808 (T) Ph - lực hút tác dụng lên cửa van (T), đƣợc xác định theo công thức: Ph= p.bc.lc (3.5) Trong đó: p - Là cƣờng độ áp lực chân không(kN/m2): p = 60 (kN/m2) bc - Là bề rộng gioăng đáy(m): bc = 0,3 (m) lc - Chiều dài chịu tải cửa gioăng đáy(m): lc = 3,73 (m) Nên Ph = pbc lc = 600,33,73 = 67,14 kN = 6,714 (T) Trọng lƣợng cột nƣớc tác dụng lên đỉnh van: Vn = (T) Do lực cần thiết để nâng đƣợc van là: Nn  1,1(G + 0) + 1,2(Tx + Tc) + Ph (T) Nn  1,1(3,5+0)+1,2(7,97+0,808)+6,714= 21,0976 (T) c Tính toán lực hạ van Cửa van tự hạ thỏa mãn bất đẳng thức 1,2(Tx+Tc)+ Pđ + Pt ≤ 0,9G’ (3.6) Do dùng thiết bị để đóng van lực đóng cần thiết là: Nđ ≥ 1,2(Tx+Tc)+ Pđ + Pt - 0,9G’ Trong đó: Footer Page 13 of 126 (3.7) Header Page 14 of 126 12 Pđ - lực đẩy tác dụng lên mép dƣới cửa van van tựa vào ngƣỡng đáy (T): Pđ = (T) Pt lực thấm sinh cửa van đóng (T) đƣợc tính theo công thức: Pt    H t  bc  lc (T) (3.8) Trong đó: γ - Khối trọng lƣợng riêng nƣớc (T/m3): γ = (T/m3) Ht - chiều cao cột áp phía thƣợng lƣu (m): Ht=7,3 (m) bc - chiều rộng gioăng đáy (m): bc =0,3 (m) lc - chiều dài gioăng đáy tiếp xúc với ngƣỡng(m): lc = 3,73 (m) Nên pt    H t  bc  lc  1,0  7,3  0,3  3,73  4,084 (T) 2 G’- trọng lƣợng cửa van có xét tới lực đẩy nổi: G’=G = 3,5 (T) Do đó: Nđ ≥ 1,2(Tx+Tc)+ Pđ + Pt - 0,9G’ =1,2(7,97+0,808)+0+4,084– 0,93,5=11,467 (T) d Tính toán hệ thống thủy lực nâng hạ van * Thông số yêu cầu hệ thống Xy lanh thủy lực loại tác động chiều; Số xy lanh: n(cái) n=1 Lực nâng lớn xy lanh Pn (T) Ta có lực cần thiết để nâng đƣợc cửa van là: Nn ≥ 21,0976 (T) Hệ thống có 01 xy lanh nên lực cần thiết cho 01 xy lanh là: Pn = 21,0976 (T) Chọn xy lanh có sức nâng lớn là: Pn =30 (T) Lực ấn (đóng van) xy lanh Pa(T) Ta có lực cần thiết để ấn cửa van là: Footer Page 14 of 126 Nn ≥ 21,0976 (T) Header Page 15 of 126 13 Hệ thống gồm 01 xy lanh nên lực cần thiết cho xy lanh là: Pa =21,0976 (T) Hành trình làm việc xy lanh S(m): Swork = 2,2 (m) Tốc độ nâng tối đa Vn (m/ph): Vn = 2,2 (m/ph) Vận tốc hạ tối đa Vh (m/ph): Vh = 3,0 (m/ph) Chọn dải áp suất (MPa): P= 10 (MPa) * Tính chọn xy lanh Diện tích buồng nhỏ xy lanh (mm2): Sa  Pn 10 30.10   3.10 (mm ) P 10 (3.9) Tỷ lệ đƣờng kính xy lanh Dbore đƣờng kính cần xy lanh = d d  0,5  0.8 , chọn:  =  0,5 D D Đƣờng kính xy lanh: D bore = Vậy: Dbore = 4S a (3.10)  (1  a )   10 = 225,733 (mm) 3,14(1  0,52 ) Đƣờng kính xy lanh chọn theo eaton: Dbore=250 (mm) Đƣờng kính cần piton : drod =   Dbore = 0,5250= 125 (mm) Đƣờng kính cần xylanh chọn theo tiêu chuẩn: drod = 130 (mm) * Tính toán áp suất làm việc hệ thống Diện tích xy lanh theo ISO 3320 Sbore (mm2): Sbore= Vậy:  Dbore2 (mm2) Sbore= 3,14  250 = 49062,5 (mm2) Diện tích cần piton Srod (mm2): Footer Page 15 of 126 (3.11) Header Page 16 of 126 14 Srod=  d rod (mm2) (3.12) Vậy: Srod= 3,14.130 = 13266,5 (mm2) Diện tích buồng nhỏ (mm2): Sa = Sbore - Srod = 49062,5 – 13266,5 = 35796 (mm2) Áp suất nâng thực tế (MPa): pm = pn 10  0,97 S a 30 10  8,64 (MPa) 0,97  35796 (3.13) Áp suất đóng thực tế (MPa): 4 pđ = pa 10  21,0976  10  4,433(MPa ) (3.14) 0,97  Sb 0,97  49062,5 * Tính toán thời gian, hạ hệ thống Thời gian nâng tm (ph): tm = S work  2,2  (ph) 2,2 Thời gian đóng tđ (ph): tđ = S work 2,2   0,734 (ph) vh (3.15) (3.16) * Tính chọn bơm cho hệ thống Thể tích buồng nhỏ xy lanh Va (dm3): Va=SaS work10-3(dm3) Vậy: (3.17) -3 Va =35796210 = 71,592 (dm ) Thể tích buồng lớn xy lanh Vbore (dm3): Vbore=SboreS work10-3 Vậy: -3 (dm3) (3.18) Vbore=49062,5210 =98,125 (dm ) Lƣu lƣợng bơm dầu cần thiết mở cửa van (l/ph): Qbm = n.Va   71,592  71,592 (1/ph) tm Lƣu lƣợng bơm dầu cần thiết đóng cửa van Qbd (l/ph): Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 15 Qbd = n  Vbore (l/ph) (3.19) td Vậy :Qbd =  98,125  133,685 (l/ph) 0,734 Lƣu lƣợng bơm dầu làm việc hệ thống Qv(l/ph): Qv  Qbm  71,592 (l/ph) Chọn sơ số vòng quay động (v/ph): nv =1450 (v/ph) Dung tích bơm nguồn q(cm3/v): 3 q = Qv  10  71,592  10  49,373 (cm3/v) nv (3.20) 1450 Chọn bơm nguồn có thông số: Dung tích làm việc riêng bơm (cm3/v): qv = 55 (cm3/v) Áp suất bơm (MPa): p = 280 (MPa) * Tính chọn động Hiệu suất truyền động:   0,9 Công suất cần thiết mở cửa van (KW): 2 Nm = 1,1  pm  q  nv  10 (3.21) v 612   Vậy: Nm = 1,1  8,64  55  1450  10 2 612  0,9  13,761 (KW) Công suất cần thiết đóng cửa van (KW): Nđ = 1,1  Vậy : pd  q v  nv  10 2 612   (KW) Nđ = 1,1  4,433  55  1450  10 612  0,9 2 (3.22)  7,06 (KW) Chọn động có thông số: Công suất động cơ(KW): Ndc = 15 (KW) Tốc độ động cơ(v/ph): ndc = 1450 (v/ph) Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 16 Hệ số công suất: cos() = 0,85 Hệ số động cơ: ηdc= 0,92 Dòng điện làm việc định mức(A): In = 56 (A) * Tính chọn đường ống Lƣu lƣợng bơm Qb (1/ph): Qb = 0,95qvndc10-3(1/ph): Vậy: (3.23) -3 Qb = 0,9555145010 = 75,763 (1/ph) + Tính chọn đường kính ống dẫn dầu cao áp: Vận tốc dầu cao áp vc(m/s), chọn: vc = (m/s) Đƣờng kính ống dẫn dầu cao áp dic (mm): dic = 4Qb  103 (mm) (3.24) 60  vc Vậy: dic=  75,763  103 =16,374 (mm) 60  3,14  Tra bảng đƣờng kính ống tiêu chuẩn chọn đƣờng ống dẫn dầu cao áp: Chọn: dic= 22 (mm) Hệ số an toàn theo DIN 2413: s = 1,5 Giới hạn bền vật liệu chế tạo ống: K=235 (N/mm2) Hệ số công nghệ ống: v=1 Chiều dày ống dẫn dầu theo DIN 2413-1 sv (mm): d ic  pm  10 sv = (mm) (3.25) K 20 v   pm  10 s 22  8,46  10 Vậy: sv =  0,628 (mm) 235 20     8,46  10 1,5 Hệ số chịu mòn (mm): c1 = c2 = 0,1sv = 0,10,628=0,0628 (mm) Chiều dày ống cần thiết sp (mm): Footer Page 18 of 126 Header Page 19 of 126 17 sp = (sv + c2) 100 (mm) 100  c1 Vậy: sp = (sv + c2) 100 (mm) 100  c1 Chọn chiều dày ống theo tiêu chuẩn: sv = 2,0 (mm) Đƣờng kính ống cao áp (mm): dac = dic+2sv Nên dac =22+ 22,0=26 (mm) Vận tốc thực dầu ống cao áp wc (m/s): wc=  Qb  102 (m/s) 60    d ic wc=  75,763  102  3,324 (m/s) 60  3,14  22 Vậy: + Tính chọn đường kính ống dẫn dầu thấp áp: Vận tốc dầu thấp áp đƣợc chọn: vt=4 (m/s) Đƣờng kính ống dẫn dầu thấp áp (mm)  Qb  103  60    vt dit=  75,763 103 =20,053 (mm) 60  3,14  Tra bảng đƣờng kính ống tiêu chuẩn chọn đƣờng ống dẫn dầu theo DIN 2413: dit=25 (mm) Hệ số an toàn DIN 2413: s=1,5 Giới hạn bền : K=235 (N/mm2) Hệ số công nghệ: v=1 Chiều dày ống theo tiêu chuẩn DIN 2413-1 sv (mm): sv  25  4,433  10 d it  p d  10 (mm)   0,364 235 K   4,433  10 20 v  p d  10 20 s 1,5 Hệ số chịu mài mòn: c1=c2=0,1sv = 0,10,364= 0,0364 (mm) Chiều dày ống cần thiết sp(mm): Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 sp=( sv+c2) Vậy 100 100  c1 sp = 0,364+0,0364) 100  0,402 (mm) 100  0,0364 Chọn chiều dày ống theo tiêu chuẩn: sv=2,0 (mm) Vậy đƣờng kính ống cần thiết: dat=dit + 2sv=25+22,0 = 29 (mm) Vận tốc thực dầu ống thấp áp wt (m/s): wt= 4Qb  10 nên wt =  75,763 102  2,574 (m/s) 60  3,14  25 60  d it2 g Tính dung tích thùng dầu Chiều dài đƣờng ống cao áp: Lc=8 (m) Chiều dài đƣờng ống thấp áp: Lt=8 (m) Thể tích dầu điền đầy đƣờng ống cao áp Vc (dm3):  Vc=  d ic2  Lc  10 3 (dm3) 3,14 Vậy: Vc =  22   10 3  3,039 (dm ) Thể tích dầu điền đầy đƣờng ống thấp áp Vt (dm3): Vt= Vậy:  d it2  Lt  10 3 (dm ) 3,14 Vt=  252   10 3  3,925 (dm ) Thể tích đảm bảo vận hành van(dm3): V0= Vbore- Va (dm3) Thay số ta có: V0 =98,125-71,592=26,533 (dm3) Thể tích cần thiết đảm bảo điều kiện vận hành:V=2,5V0 (dm3) Thay số ta có: V=2,5V0=2,526,533= 66,332 (dm3) Chiều dài thùng dầu(dm): Dt=8,0 (dm) Chiều rộng thùng dầu(dm): Footer Page 20 of 126 Rt=4,0 (dm) Header Page 21 of 126 19 Diện tích đáy thùng dầu(dm2): Chiều cao lắng cặn(dm): St=Dt.St=8,04,0=32 (dm2) hc=(1÷3)(dm), chọn hc=1,5 (dm) Chiều cao hút nhỏ bơm: hhd=(1÷3)(dm), chọn hhd=1,5 (dm) Chiều cao hữu ích thùng dầu: h0 =hc + hhb+ V (dm), St Thay số ta có: h0 = 1,5  1,5  66,332  5,073 (dm), 32 Lƣợng dầu hữu ích: Tn=Sth0=325,073=162,336 (dm3) Chiều cao lƣu không dầu sánh:hs=(1÷5)(dm), chọn hs=1,5(dm) Chiều cao tổng thùng dầu: ht=h0+hs=5,073+1,5 =6,573 (dm) Chọn ht=7,0 (dm) Dung tích thùng dầu: Vtank=St.ht=32,07,0 =224 (dm3) 3.2.2 Tính toán lực nâng hạ cửa âu tàu a Các thông số - Số lƣợng cửa âu n (bộ): 02 (bộ)(mỗi cửa có xi lanh) - Trọng lƣợng toàn cửa âu G(T): 75,0 (T) - Chiều rộng cửa âu G(T): 16,670 (m) - Chiều cao cửa âu Hv (m): 7,3 (m) - Hƣớng cửa van: Thẳng đứng - Cao trình đáy âu: -4,8 (m) - Cao trình thành âu: +2,5 (m) - Cột nƣớc thiết kế Ht (m): 7,3 (m) Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 20 b Tính toán lực nâng (mở) cửa âu Hc Ht Hv P Hh Hình 3.5 - Sơ đồ lực tác dụng lên cửa âu tàu Tƣơng tự tính toán nhƣ phần tính toán lực nâng hạ cửa van mục 3.1.1 ta tính toán đƣợc thông số nâng hạ cửa âu tàu nhƣ sau: Lực nâng cần thiết để nâng cửa âu: Nn ≥ Kg ( G + G’ ) + Kms (Tx + Tc ) + Ph + Vn Nn≥ 1,1(G + 0) + 1,2(T x + Tc) + Ph (T) Vậy: Nn≥1,1(75+0)+1,2(76,932+8,502)+20,4= 205,421(T) c Tính toán lực hạ cửa âu Lực hạ cửa âu cần thiết : Nđ≥1,2(Tx+Tc)+Pđ+Pt-0,9G’ =1,2(76,932+8,502)+0+12,169- 0,975=47,190 (T) d Tính toán hệ thống thủy lực nâng hạ cửa âu * Thông số yêu cầu hệ thống Xy lanh thủy lực loại tác động chiều,Số xy lanh (cái): n=2 (cái) Lực nâng lớn xy lanh là: pn (T) Ta có lực cần thiết để nâng đƣợc cửa âu là: Nn ≥ 205,421(T) Chọn xy lanh có sức nâng lớn là: Pn =120(T) Ta có lực cần thiết để đóng cửa : Nd ≥ 47,190(T) Lực cần thiết cho xy lanh là: Pd =23,595(T) Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 Hành trình làm việc xy lanh Swork(m): Swork = 12,7(m) Tốc độ nâng tối đa Vn (m/ph): Vn = (m/ph) Vận tốc hạ tối đa Vh (m/ph): Vh = (m/ph) Chọn dải áp suất (MPa): p= 20 (MPa) * Tính chọn xy lanh Đƣờng kính xy lanh chọn theo eaton: Dbore=360(mm) Đƣờng kính cần piton: 180 (mm) Đƣờng kính cần xylanh chọn theo tiêu chuẩn : drod = 220 (mm) * Tính toán áp suất làm việc hệ thống Áp suất nâng thực tế (Mpa): 4 pm = pm  10  120  10  19,408(MPa) MPa  0,97 S a 0,97  63742 Áp suất đóng thực tế (Mpa): 4 pd = pd  10  23,595  10  3,816MPa (MPa)  0,97 S a 0,97  63742 * Tính toán thời gian, hạ hệ thống: S Thời gian nâng hết (phút):tm = work  12,7  4,234(phút) phút  Thời gian đóng hết (phút): td = S work  12,7  3,175 (phút) vh * Tính chọn bơm cho hệ thống: Lƣu lƣợng bơm dầu cần thiết mở cửa âu(l/ph): Qbm = n  Va   809,523  382,391 (1/ph) tm 4,234 Lƣu lƣợng bơm dầu cần thiết đóng cửa âu(l/ph): n  Vbore Qbd = (l/ph) td Footer Page 23 of 126 Header Page 24 of 126 22 Qbd =  1292,074  813,904 (1/ph) 3,175 Lƣu lƣợng bơm dầu làm việc hệ thống (l/ph): Qv  Qbm  382,391(1/ph) Chọn sơ số vòng quay động (v/ph): nv =1450 (v/ph) Chọn bơm nguồn có thông số: Dung tích làm việc riêng bơm(cm3/vòng): qv=270(cm3/vòng) Áp suất bơm (MPa): p = 280 (MPa) * Tính chọn động Công suất động Ndc (KW): Ndc = 160 (KW) Tốc độ động ndc v/ph): ndc = 1450 (v/ph) Hệ số công suất: cos(ϕ) = 0,85 Hệ số động cơ: ηdc= 0,92 Dòng điện làm việc định mức (A) In = 56 (A) * Tính chọn đường ống + Tính chọn đường kính ống dẫn dầu cao áp: Vận tốc dầu cao áp chọn : vc = 6(m/s) Chọn đƣờng ống dẫn dầu cao áp (mm): dic = 50(mm) Chọn chiều dày ống theo tiêu chuẩn(mm): sv = 5,0(mm) Đƣờng kính ống cao áp (mm): dac =60(mm) + Tính chọn đường kính ống dẫn dầu thấp áp: Vận tốc dầu thấp áp đƣợc chọn: vt=4(m/s) Đƣờng kính ống dẫn dầu thấp áp dit (mm): dit=50(mm) Chọn chiều dày ống theo tiêu chuẩn: sv=4,0(mm) Đƣờng kính ống thấp áp: dat= 62(mm) Đƣờng kính ống hút đƣợc chọn theo bơm: dis=60(mm) * Tính dung tích thùng dầu: Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 23 Chiều dài đƣờng ống cao áp: Lc=25 (m) Chiều dài đƣờng ống thấp áp: Lt=25 (m) Chiều dài thùng dầu Dt (dm): Dt=40 (dm) Chiều rộng thùng dầu Rt dm): Rt=20(dm) Diện tích đáy thùng dầu St(dm ): St=DtSt=4020=800(dm2) Chiều cao lắng cặn hc(dm): hc=1,5 (dm) Chiều cao hút nhỏ bơm(dm): hhd=1,5 (dm) Chiều cao lƣu không dầu sánh hs (dm):hs=1,5(dm) Chiều cao tổng thùng dầu ht(dm): ht=6,2 (dm) Dung tích thùng dầu Vtank (dm ): Vtank=St.ht=8006,2 =4960(dm3) 3.2.3 Biểu đồ trạng thái xi lanh thủy lực 3.2.4 Nhiệm vụ hệ thống thủy lực đóng mở cửa van cửa âu 3.3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC VÀ CHƢƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH PLC 3.3.1 Sơ đồ hệ thống thủy lực 3.3.2 Sơ đồ điện sơ đồ kết nối PLC 3.3.3 Chƣơng trình PLC hệ thống 3.4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA PRO/ENGINEER Footer Page 25 of 126 ÂU TÀU BẰNG PHẦN MỀM Header Page 26 of 126 24 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN 1/ Đã tìm hiểu nghiên cứu loại âu thuyền, âu tàu thực tế nƣớc giới; 2/ Nghiên cứu hệ thống đóng mở âu tàu; nghiên cứu loại cửa van, cửa âu đóng mở âu tàu loại van thủy lực, loại bơm xi lanh thủy lực; 3/ Nghiên cứu PLC Lập trình S7-200 cho chu trình đóng mở tự động cửa âu tàu; 4/ Ứng dụng hệ điều khiển để thiết kế hệ thống điều khiển đóng mở cửa âu tàu Rạch Chanh; 5/ Đã thực mô trình làm việc hệ thống điều khiển đóng mở cửa âu tàu phần mềm Pro/Engineer; 6/ Góp phần Công ty CP Xây lắp Dầu khí Miền Trung hoàn thiện phần thiết kế hệ thống đóng mở âu tàu mà đơn vị thi công ấp Rạch Chanh – Tân An – Long An HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển tự động thủy lực PLC nêu cho van công trình thủy lợi, thủy điện Triển khai lắp đặt hệ thống điều khiển vào công trình âu tàu Rạch Chanh để kiểm nghiệm thực tế hiệu chỉnh thiết kế áp dụng cho công trình liên quan Footer Page 26 of 126 ... KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA ÂU TÀU 3.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ CỬA ÂU TÀU Hình 3.1 – Mô hình hệ thống đóng mở âu tàu 1-Xi lanh nâng hạ cửa âu thƣợng lƣu (C,D); 2- Giá đỡ xi lanh nâng cửa âu thƣợng... cứu Nghiên cứu loại âu tàu, âu thuyền đƣợc xây dựng nƣớc nƣớc giới Nghiên cứu hệ thống đóng mở cửa âu tàu, âu thuyền để thiết kế hệ thống đóng mở cửa âu tàu điều khiển tự động PLC 3.2 Phạm vi nghiên. .. hiểu nghiên cứu loại âu thuyền, âu tàu thực tế nƣớc giới; 2/ Nghiên cứu hệ thống đóng mở âu tàu; nghiên cứu loại cửa van, cửa âu đóng mở âu tàu loại van thủy lực, loại bơm xi lanh thủy lực; 3/ Nghiên