Bài giảng Công trình trên hệ thống thủy lợi - Chương 6: Cửa van của CTTL - TS. Nguyễn Chiến

Nội dung text: Bài giảng Công trình trên hệ thống thủy lợi - Chương 6: Cửa van của CTTL - TS. Nguyễn Chiến

1. CHƯƠNG 6 : CỬA VAN CỦA CTTL ➢KIẾN THỨC CHUNG. ➢ VAN PHẲNG. ➢ VAN CUNG. ➢ CÁC VAN ĐểNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC. ➢MỘT SỐ LOẠI VAN DƯỚI SÂU. 1
2. 6-1 Kiến thức chung (1) 1- Khỏi niệm: - Là bộ phận của CTTL. - Bố trớ tại cửa thỏo nước của đập, cống. - Chức năng: Điều tiết lưu lượng, khống chế mực nước. 2- Cỏc thành phần: - Bộ phận chuyển động: thực hiện chức năng điều tiết. - Bộ phận cố định: Chụn vào trụ, tường để đỡ và tạo khe trượt cho bộ phận động. - Thiết bị đúng mở: nhiều loại. (Thủ cụng, động cơ điện, mỏy nõng TL, kết hợp). 2
3. 6-1 Kiến thức chung (2) 3- Cỏc yờu cầu thiết kế cửa van: - Cấu tạo đơn giản, dễ lắp rỏp sửa chữa. - Lực đúng mở nhẹ, đúng mở nhanh. - Đảm bảo điều kiện bền, ổn định, mỹ quan. - Giỏ thành hạ. 4- Phõn loại: a) Theo vị trớ đặt: trờn mặt, dưới sõu. b) Theo cỏch truyền lực: truyền lờn mố, lờn ngưỡng. c) Theo vật liệu: gỗ, BTCT, thộp, chất dẻo, hỗn hợp. d) Theo hỡnh thức thỏo nước: dưới đỏy, trờn đỉnh, kết hợp. 3
4. a) b) c) d) đ) e) g) h) i) k) l) m) Một số loại van trờn mặt a) Phai; b) Van phẳng kộo lờn; c) Van cung; d) Van trụ lăn; đ, e) van quạt; g) Van mỏi nhà; h) Van phẳng trục ngang; i) Van trụ quay; k) Van dàn quay; l) Van cú thanh chống xiờn; m) Van (đập) cao su. 4
5. a) b) c) d) đ) e) g) 1 2 2 3 3 1 h) i) k) Cỏc dạng van dưới sõu. a) Van phẳng; b) Van cung; c) Van khoỏ; d) Van đĩa trục ngang; đ) Van kim; e) Van cụn (nún); g) Van trụ xoay; h) Van cầu; i, k) Van trụ đứng. 5
6. a) b) c) Cỏc hỡnh thức thỏo nước qua cửa van a) Dưới đỏy; b) Trờn đỉnh; c) Kết hợp. 6
7. 6-2 Cửa van phẳng 1- Khỏi quỏt: Đặc điểm: bản chắn nước phẳng, đúng mở bằng kộo lờn, hạ xuống. ưu điểm: - Cấu tạo đơn giản, dễ lắp rỏp. - Chắn nước, khống chế Q, H tốt. Nhược điểm: - Lực mở lớn, tốc độ mở khụng nhanh. - Van kộo lờn: cầu cụng tỏc phải cao, khú thỏo vật nổi. - Khe van sõu, trụ phải dày. Phạm vi ỏp dụng: - Rộng rói (cả trờn mặt, dưới sõu). - Thường dựng cho cửa cú kớch thước khụng lớn ( ≤ 4 ỏ5m). 7
8. 2 – Lực đúng mở van phẳng: a) Cụng thức chung:  Lực mở: P1 = K1G + K2 (T1 + T2 )− K'.Gd Lực đúng: P2 = K1.Gd + K2.(T1 + T2 ) − K'.G K1, K2, K’: Cỏc hệ số an toàn Thường lấy K1 =1,1; K2 =1,2; K’ =0,9. G- Trọng lượng van; T1- lực ma sỏt tại bộ phận đỡ tựa. T2- lực ma sỏt tại bộ phận khớt nước ( chống rũ). Gd –Trọng lượng của đối trọng. 8
9. 2– Lực đúng mở van phẳng (tiếp): b) Xỏc định cỏc lực thành phần Trọng lượng van: G = g.H.L0 (N) g- trọng lượng đơn vị (N/m2). H- Chiều cao van (m); L0- Chiều rộng van (m). Xỏc định g theo cụng thức kinh nghiệm: 2 - 3 Van cú bỏnh xe lăn: g = 640( H0l −1) - Van trượt: 3 2 g = 600( H0l −1) H0- cột nước đến tõm lỗ; L- Chiều rộng lỗ. - Ghi chỳ: Cỏc cụng thức này dựng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ. 9
10. 2– Lực đúng mở van phẳng (tiếp): Lực ma sỏt tại thiết bị chắn nước: + Cụng thức chung: T2 = f2.W2 f2- hs ma sỏt giữa vật chắn nước và bộ phận tỳ trờn mố. W2- Tổng ỏp lực nước lờn vật chắn nước (hướng vuụng gúc với hướng chuyển động của van). + Đối với van trờn mặt: T = f .a.h2 1. Thiết bị chắn nước; 2,3. Bộ phận 2 2 1 lút; 4. Thanh đệm. a- bề rộng thiết bị chắn nước. 10
11. 2– Lực đúng mở van phẳng (tiếp): Lực ma sỏt tại bộ phận đỡ: + Van chuyển động trượt: T1 = f.W f- hệ số ma sỏt tại bộ phận đỡ; W- tổng ỏp lực nước lờn van (phương vuụng gúc với phương chuyển động). W + Van cú bỏnh lăn: T = ( f .r + f ) 1 R 1 R- bỏn kớnh bỏnh xe; r- bỏn kớnh trục bỏnh xe; f- hệ số ma sỏt giữa trục và bỏnh xe; f1- hệ số ma sỏt lăn (đơn vị: m) 11
12. 3– Cửa van phẳng bằng thộp: a) Cỏc bộ phận và cỏch bố trớ: Hệ thống dầm và bản của cửa van phẳng 1. Dầm chớnh; 2. Dầm phụ; 3. Cột đứng; 4. Cột biờn; 5. Thanh chống Cửa van phẳng bằng thộp loại nhỏ chộo; 6 Bản mặt chắn nước 12
13. 3– Cửa van phẳng bằng thộp (tiếp): b) Xỏc định vị trớ dầm chớnh: Nguyờn tắc: Cỏc dầm chịu lực bằng nhau Chia biểu đồ ỏp lực nước thành n phần bằng nhau và tỡm trọng tõm của từng phần. A A yk H/n h1 a b a D' yk C h2 H/n h1 BC/n h3 b' h2 D H d H b H/n BC/n d' b' d f f' H/n d' BC/n A B a) b) Sơ đồ xỏc định vị trớ dầm chớnh của cửa van phẳng 13
14. Van trờn mặt: 2 H 3 / 2 3 / 2 y k = (k − (k − 1) ) 3 n yk- Khoảng cỏch từ mặt nước đến dầm thứ K n- tổng số dầm; H- độ sõu nước trước van. Van dưới sõu : 2 H 3 / 2 3 / 2 y k = (k + ) − (k − 1 + )  3 n +  na 2  = H2 − a 2 a- khoảng cỏch từ mặt nước đến đỏy tường ngực. 14
15. 3– Cửa van phẳng bằng thộp (tiếp): c) Tớnh toỏn kết cấu: Nguyờn tắc: phõn kết cấu chỉnh thể của van thành cỏc hệ độc lập Bản mặt: Bản gối lờn dầm (chớnh, phụ) và cột (đứng, biờn). - Tải trọng: ỏp lực nước. - Tớnh toỏn: Xỏc định chiều dày . - Bố trớ dầm hợp lý: cỏc ụ cú  xấp xỉ nhau. Sơ đồ phõn tớch ỏp lực nước t/d lờn cửa van 15
16. 3– Cửa van phẳng bằng thộp (tiếp): c) Tớnh toỏn kết cấu: Dầm phụ: - Chịu lực từ ụ bản truyền tới. - Gối lờn cỏc cột đứng (dầm liờn tục). Cột đứng: - Chịu lực từ dầm phụ, dầm đỉnh, dầm đỏy. - Gối lờn dầm chớnh. Dầm chớnh: - Chịu lực từ cỏc cột đứng. - Gối lờn cột biờn.  Cột biờn: - Chịu lực từ cỏc dầm chớnh. - Gối lờn cỏc gối tựa ( bỏnh xe). 16
17. d) Cỏc cấu tạo chi tiết: Chi tiết bỏnh xe: 3 3 1 4 6 7 2 1. Bỏnh xe; 2. Trục; 3. 2 6 4 Vật chắn nước; 4. 5 5 Dầm chớnh; 5. Bộ a) b) phận đỡ; 6. Cột chớnh; 3 7. Cột phụ; 8. Bản lề; 3 9 9. Bỏnh xe định 9 1 4 hướng 4 1 2 2 5 5 c) d) 17
18. Chi tiết chắn nước đỏy cửa van phẳng a,b) Vật chắn nước bằng gỗ; c, d) Vật chắn nước bằng kim loại; e, f, g) Vật chắn nước bằng cao su; 18
19. Chi tiết chắn nước bờn cạnh cửa van phẳng a) b) c) d) e) a và b) Vật chắn nước bằng gỗ; c, d, e) Bằng cao su. 19
20. 6-3 Cửa van hình cung (1) 1- Đặc điểm chung: a) Khỏi niệm: - Bản Chắn nước cong (mặt trụ) - Chuyển động quay quanh trục nằm ngang. b) ưu nhược điểm:  ưu điểm: - Lực mở nhỏ, đúng mở nhanh. - Điều tiết lưu lượng tương đối tốt. - Mố trụ cú thể mỏng; cầu cụng tỏc khụng cao.  Nhược điểm: - Mố trụ phài dài. - ỏp lực nước tập trung lờn tai van bố trớ thộp tai van phức tạp (mật độ dày). 21 - Cấu tạo và lắp rỏp khú hơn van phẳng.
21. 6-3 Cửa van hình cung (2) 1- Đặc điểm chung:  ứng dụng: khi van cú nhịp lớn, yờu cầu đúng mở nhanh. c) Quan hệ giữa tõm quay và tõm cung:  Tõm quay thấp hơn tõm cung: lực mở giảm; khú kớn nước đỏy; van kộm ổn định (khi đúng).  Tõm quay cao hơn tõm cung: Cú cỏc đặc điểm ngược lại.  Tõm quay trựng tõm cung: thụng dụng nhất (van làm việc ổn định). 22
22. 6-3 Cửa van hình cung (3) 2- Lực tỏc dụng lờn van cung: a) Trọng lượng van: Cụng thức kinh nghiệm (Bờrờzinxki): G =1500F4 F (N) F- diện tớch bản chắn nước (m2). b) ỏp lực nước thượng lưu: Sơ đồ ỏp lực nước tỏc dụng lờn van cung 23
23. 6-3 Cửa van hình cung (3) 2- Lực tỏc dụng lờn van cung: b) ỏp lực nước thượng lưu: 2 2 W = W1 + W2 2 - Thành phần ngang: W1 = 0,5..H 1 .L - Trọng lượng riờng của nước; L- chiều dài nhịp van. H1- độ sõu nước thượng lưu. - Thành phần đứng: W2 = .2.L 2- diện tớch vật ỏp lực; c) ỏp lực nước hạ lưu: tớnh tương tự. 24
24. 6-3 Cửa van hình cung (4) 3- Lực mở van cung: T2 Cụng thức chung: T1 T0 P1 = K1.T0 + K2.(T1 + T2). W l4 T0- lực để thắng trọng lượng bản thõn; Q G T1- lực để thắng ma sỏt tại khớp quay. g0 h1 T2- lực để thắng ma sỏt tại thiết bị khớt W l3 nước. K1, K2: cỏc hệ số an toàn. Sơ đồ xỏc định lực mở van cung 25
25. 6-3 Cửa van hình cung (4) 3- Lực mở van cung: l T = G 3 l4- tay đũn của cỏc lực T.  0 l 4 Q- lực tỏc dụng tổng hợp tại khớp quay. f.Q.r  T = 1 r- bỏn kớnh trục quay. l 4 f- hệ số ma sỏt tại khớp quay. e f2P R + 2 f2- hệ số ma sỏt tại thiết bị khớt nước.  T2 = l4 P- tổng ỏp lực lờn thiết bị khớt nước. e- chiều rộng thiết bị khớt nước. R- bỏn kớnh mặt van cung. 26
26. 6-3 Cửa van hình cung (4) 4- Nguyờn tắc bố trớ và tớnh toỏn:  Bản mặt, dầm phụ, dầm chớnh, cột đứng, cột biờn, dầm đỉnh, dầm đỏy: Nguyờn tắc bố trớ và truyền lực tương tự van phẳng.  Càng van: nối liền với dầm chớnh. - Khi cú nhiều dầm chớnh: tất cả cỏc dầm chớnh tỳ lờn càng. - Cấu tạo càng van: dạng dàn hay dầm thộp đặc (dầm chữ L). 27
27. 6-3 Cửa van hình cung (4) 4- Nguyờn tắc bố trớ và tớnh toỏn:  Tai van: - Gắn vào bờn trụ. - Tiếp nhận toàn bộ lực truyền từ càng. - Tớnh toỏn tai van: theo cỏc sơ đồ chịu uốn, cắt, ộp mặt (cục bộ). - Cấu tạo: cốt thộp tai van phải làm với thộp chịu lực của trục thành 1 kết cấu liờn hoàn. - Thộp trụ: bố trớ đủ thộp ngang, dọc và thộp xiờn (thộp rẻ quạt).  Cỏc cấu tạo chi tiết: khớp quay, thiết bị khớt nước. 28
28. Sơ đồ cấu tạo của van hỡnh cung 4 6 R=9000 1 7500 3 5550 5 2 b) a) Khớp quay của cửa van cung Q a) b) c) 29
29. Một số thiết bị chắn nước của van cung a, b) Chắn nước bờn cạnh; c) Chắn nước đỏy. 30
30. 6-4 một số loại van đóng mở bằng sức nớc 1- Van quạt: 1 2 a) Đặc điểm: - Van là 1 khối trụ rỗng (phao), kớn nước trờn toàn chu vi. - Trục quay nằm ngang gắn ở ngưỡng đỏy. - Buồng van khoột chỡm trong ngưỡng đập, cú hệ thống thụng nước + van điều khiển. 33
31. 6-4 (tiếp) 1 2 1- Van quạt: b) Vận hành: - Khi cấp nước vào buồng, nước đẩy van lờn đúng. - Khi thỏo nước khỏi buồng, van hạ xuống, nước tràn qua đỉnh van. - Cần cú hệ thống chốt hóm để trỏnh rung động. - Mặt quạt tỳ vào buồng van, cần đảm bảo kớn nước trỏnh rũ rỉ nước ngoài ý muốn. 35
32. 6-4 (tiếp) Sơ đồ lực tỏc dụng lờn van quạt 1- Van quạt: R W3 c W1 G a W1 W2 b b W2 a) b) c) Tớnh toỏn: - Kết cấu van: theo nguyờn tắc tớnh toỏn van cung. - Điều khiển van bằng thủy lực: Viết phương trỡnh cõn bằng momen đối với trục qua O tỡm ỏp lực nước cần thiết trong buồng van. 36
33. 6-4 (tiếp) 2- Van mỏi nhà:  Đặc điểm: - Gồm 2 tấm chắn quay quanh trục nằm ngang gắn ở ngưỡng. - Hai tấm chắn tỳ vào nhau ở vị trớ đỉnh mỏi. - Đúng mở bằng thủy lực, gồm hệ thống phao rỗng và cỏc thiết bị dẫn, thỏo nước trong buồng van. - Nhịp van cú thể lớn. 37
34. 6-4 (tiếp) 3- Van tự động ở cống vựng triều:  Nguyờn tắc: tự đúng mở bằng chờnh lệch mực nước thượng, hạ lưu.  Thường ỏp dụng ở cống tiờu + ngăn mặn (vựng triều): - Khi triều lờn: Van đúng (ngăn mặn). - Khi triều rỳt: Van mở (tiờu nước từ đồng).  Bố trớ: 2 loại - Trục đứng: Khi mở, van ộp sỏt trụ. - Trục ngang: Khi mở, van ộp sỏt đỏy. 38
35. 6-5 Một số loại van dới sâu 1- Van đĩa: đặt trong ống dẫn nước. 2- Van kim: 1 7 3 1 2 5 4 - Thường đặt cuối đường ống. 3 5 6 - Kớn nước tốt, chịu được cột 6 nước cao. 4 2 a) b) 7 4 4 6 6 39 c) d) e)
36. 6-5 Một số loại van dới sâu 3- Van khúa: - Đặt ở trờn đường ống, hay cuối đường ống. Pd Pn - Cú thể làm van chớnh, hay van Q D a sự cố. 4- Van cụn: 1560 Amax 1 1310 S=1100 - Đặt cuối cống trũn dưới đập, 2 sử dụng khỏ phổ biến. D' = 2390 D = 2200 350 4 3 40