Bài giảng Công trình trên hệ thống thủy lợi - Chương 6: Cửa van của công trình thủy lợi

1 CHƯƠNG 6 : CỬA VAN CỦA CTTLKIẾN THỨC CHUNG. VAN PHẲNG. VAN CUNG. CÁC VAN ĐÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC.MỘT SỐ LOẠI VAN DƯỚI SÂU.21- Khái niệm:Là bộ phận của CTTL.Bố trí tại cửa tháo nước của đập, cống.Chức năng: Điều tiết lưu lượng, khống chế mực nước.2- Các thành phần:Bộ phận chuyển động: thực hiện chức năng điều tiết.Bộ phận cố định: Chôn vào trụ, tường để đỡ và tạo khe trượt cho bộ phận động.Thiết bị đóng mở: nhiều loại.(Thủ công, động cơ điện, máy nâng TL, kết hợp).6-1 KiÕn thøc chung (1)36-1 KiÕn thøc chung (2)3- Các yêu cầu thiết kế cửa van:Cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp sửa chữa.Lực đóng mở nhẹ, đóng mở nhanh.Đảm bảo điều kiện bền, ổn định, mỹ quan.Giá thành hạ.4- Phân loại:a) Theo vị trí đặt: trên mặt, dưới sâu.b) Theo cách truyền lực: truyền lên mố, lên ngưỡng.c) Theo vật liệu: gỗ, BTCT, thép, chất dẻo, hỗn hợp.d) Theo hình thức tháo nước: dưới đáy, trên đỉnh, kết hợp.4Một số loại van trên mặta) Phai; b) Van phẳng kéo lên; c) Van cung; d) Van trụ lăn; đ, e) van quạt; g) Van mái nhà; h) Van phẳng trục ngang; i) Van trụ quay; k) Van dàn quay; l) Van có thanh chống xiên; m) Van (đập) cao su.5Các dạng van dưới sâu.a) Van phẳng; b) Van cung; c) Van khoá; d) Van đĩa trục ngang; đ) Van kim; e) Van côn (nón); g) Van trụ xoay; h) Van cầu; i, k) Van trụ đứng.6Các hình thức tháo nước qua cửa vana) Dưới đáy; b) Trên đỉnh; c) Kết hợp.76-2 Cöa van ph¼ng1- Khái quát:Đặc điểm: bản chắn nước phẳng, đóng mở bằng kéo lên, hạ xuống.ưu điểm:Cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp.Chắn nước, khống chế Q, H tốt.Nhược điểm:Lực mở lớn, tốc độ mở không nhanh.Van kéo lên: cầu công tác phải cao, khó tháo vật nổi.Khe van sâu, trụ phải dày.Phạm vi áp dụng:Rộng rãi (cả trên mặt, dưới sâu).Thường dùng cho cửa có kích thước không lớn ( ≤ 4 á5m).82 – Lực đóng mở van phẳng:a) Công thức chung: Lực mở:Lực đóng:K1, K2, K’: Các hệ số an toànThường lấy K1 =1,1; K2 =1,2; K’ =0,9.G- Trọng lượng van;T1- lực ma sát tại bộ phận đỡ tựa.T2- lực ma sát tại bộ phận khít nước ( chống rò).Gd –Trọng lượng của đối trọng.92– Lực đóng mở van phẳng (tiếp):b) Xác định các 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).Xác định g theo công thức kinh nghiệm:Van có bánh xe lăn: Van trượt:H0- cột nước đến tâm lỗ;L- Chiều rộng lỗ.- Ghi chú: Các công thức này dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.102– Lực đóng mở van phẳng (tiếp):Lực ma sát tại thiết bị chắn nước:+ Công thức chung: T2 = f2.W2f2- hs ma sát giữa vật chắn nước và bộ phận tỳ trên mố.W2- Tổng áp lực nước lên vật chắn nước (hướng vuông góc với hướng chuyển động của van).+ Đối với van trên mặt: T2 = f2.a.h21a- bề rộng thiết bị chắn nước.1. Thiết bị chắn nước; 2,3. Bộ phận lót; 4. Thanh đệm. 112– Lực đóng mở van phẳng (tiếp):Lực ma sát tại bộ phận đỡ:+ Van chuyển động trượt: T1 = f.Wf- hệ số ma sát tại bộ phận đỡ;W- tổng áp lực nước lên van (phương vuông góc với phương chuyển động).+ Van có bánh lăn:R- bán kính bánh xe;r- bán kính trục bánh xe;f- hệ số ma sát giữa trục và bánh xe;f1- hệ số ma sát lăn (đơn vị: m)123– Cửa van phẳng bằng thép:a) Các bộ phận và cách bố trí:1. Dầm chính; 2. Dầm phụ; 3. Cột đứng; 4. Cột biên; 5. Thanh chống chéo; 6 Bản mặt chắn nước Hệ thống dầm và bản của cửa van phẳngCửa van phẳng bằng thép loại nhỏ 133– Cửa van phẳng bằng thép (tiếp):b) Xác định vị trí dầm chính:Nguyên tắc: Các dầm chịu lực bằng nhau  Chia biểu đồ áp lực nước thành n phần bằng nhau và tìm trọng tâm của từng phần.Sơ đồ xác định vị trí dầm chính của cửa van phẳng14 Van trên mặt:yk- Khoảng cách từ mặt nước đến dầm thứ Kn- tổng số dầm; H- độ sâu nước trước van. Van dưới sâu :a- khoảng cách từ mặt nước đến đáy tường ngực.153– Cửa van phẳng bằng thép (tiếp):c) Tính toán kết cấu:Nguyên tắc: phân kết cấu chỉnh thể của van thành các hệ độc lậpSơ đồ phân tích áp lực nước t/d lên cửa vanBản mặt: Bản gối lên dầm (chính, phụ) và cột (đứng, biên). Tải trọng: áp lực nước. Tính toán: Xác định chiều dày . Bố trí dầm hợp lý: các ô có  xấp xỉ nhau. 163– Cửa van phẳng bằng thép (tiếp):c) Tính toán kết cấu:Dầm phụ: Chịu lực từ ô bản truyền tới.Gối lên các cột đứng (dầm liên tục).Cột đứng:Chịu lực từ dầm phụ, dầm đỉnh, dầm đáy.Gối lên dầm chính.Dầm chính: Chịu lực từ các cột đứng.Gối lên cột biên.Cột biên:Chịu lực từ các dầm chính.Gối lên các gối tựa ( bánh xe).17d) Các cấu tạo chi tiết:Chi tiết bánh xe: 1. Bánh xe; 2. Trục; 3. Vật chắn nước; 4. Dầm chính; 5. Bộ phận đỡ; 6. Cột chính; 7. Cột phụ; 8. Bản lề; 9. Bánh xe định hướng18Chi tiết chắn nước đáy cửa van phẳnga,b) Vật chắn nước bằng gỗ; c, d) Vật chắn nước bằng kim loại;e, f, g) Vật chắn nước bằng cao su; 19Chi tiết chắn nước bên cạnh cửa van phẳnga và b) Vật chắn nước bằng gỗ; c, d, e) Bằng cao su.20216-3 Cöa van h×nh cung (1)1- Đặc điểm chung:a) Khái niệm: Bản Chắn nước cong (mặt trụ)Chuyển động quay quanh trục nằm ngang.b) ưu nhược điểm: ưu điểm: - Lực mở nhỏ, đóng mở nhanh.Điều tiết lưu lượng tương đối tốt.Mố trụ có thể mỏng; cầu công tác không cao. Nhược điểm:Mố trụ phài dài.áp lực nước tập trung lên tai van  bố trí thép tai van phức tạp (mật độ dày).Cấu tạo và lắp ráp khó hơn van phẳng.226-3 Cöa van h×nh cung (2)1- Đặc điểm chung: ứng dụng: khi van có nhịp lớn, yêu cầu đóng mở nhanh.c) Quan hệ giữa tâm quay và tâm cung: Tâm quay thấp hơn tâm cung: lực mở giảm; khó kín nước đáy; van kém ổn định (khi đóng). Tâm quay cao hơn tâm cung: Có các đặc điểm ngược lại. Tâm quay trùng tâm cung: thông dụng nhất (van làm việc ổn định).236-3 Cöa van h×nh cung (3)2- Lực tác dụng lên van cung:a) Trọng lượng van:Công thức kinh nghiệm (Bêrêzinxki):F- diện tích bản chắn nước (m2).b) áp lực nước thượng lưu:Sơ đồ áp lực nước tác dụng lên van cung(N)246-3 Cöa van h×nh cung (3)2- Lực tác dụng lên van cung:b) áp lực nước thượng lưu: Thành phần ngang: W1 = 0,5..H21 .L- Trọng lượng riêng của nước;L- chiều dài nhịp van.H1- độ sâu nước thượng lưu.- Thành phần đứng: W2 = .2.L2- diện tích vật áp lực;c) áp lực nước hạ lưu: tính tương tự.256-3 Cöa van h×nh cung (4)3- Lực mở van cung:Công thức chung: P1 = K1.T0 + K2.(T1 + T2).T0- lực để thắng trọng lượng bản thân;T1- lực để thắng ma sát tại khớp quay.T2- lực để thắng ma sát tại thiết bị khít nước.K1, K2: các hệ số an toàn.Sơ đồ xác định lực mở van cung 266-3 Cöa van h×nh cung (4)3- Lực mở van cung: l4- tay đòn của các lực T.Q- lực tác dụng tổng hợp tại khớp quay.r- bán kính trục quay.f- hệ số ma sát tại khớp quay. f2- hệ số ma sát tại thiết bị khít nước.P- tổng áp lực lên thiết bị khít nước.e- chiều rộng thiết bị khít nước.R- bán kính mặt van cung. 276-3 Cöa van h×nh cung (4)4- Nguyên tắc bố trí và tính toán: Bản mặt, dầm phụ, dầm chính, cột đứng, cột biên, dầm đỉnh, dầm đáy: Nguyên tắc bố trí và truyền lực tương tự van phẳng. Càng van: nối liền với dầm chính. Khi có nhiều dầm chính: tất cả các dầm chính tỳ lên càng. Cấu tạo càng van: dạng dàn hay dầm thép đặc (dầm chữ L).286-3 Cöa van h×nh cung (4)4- Nguyên tắc bố trí và tính toán: Tai van: Gắn vào bên trụ.Tiếp nhận toàn bộ lực truyền từ càng.Tính toán tai van: theo các sơ đồ chịu uốn, cắt, ép mặt (cục bộ).Cấu tạo: cốt thép tai van phải làm với thép chịu lực của trục thành 1 kết cấu liên hoàn.Thép trụ: bố trí đủ thép ngang, dọc và thép xiên (thép rẻ quạt). Các cấu tạo chi tiết: khớp quay, thiết bị khít nước.29Sơ đồ cấu tạo của van hình cung Khớp quay của cửa van cung 30Một số thiết bị chắn nước của van cunga, b) Chắn nước bên cạnh; c) Chắn nước đáy.3132336-4 mét sè lo¹i van ®ãng më b»ng søc n­íc1- Van quạt:a) Đặc điểm:Van là 1 khối trụ rỗng (phao), kín nước trên toàn chu vi.Trục quay nằm ngang gắn ở ngưỡng đáy.Buồng van khoét chìm trong ngưỡng đập, có hệ thống thông nước + van điều khiển.34356-4 (tiÕp)1- Van quạt:b) Vận hành:Khi cấp nước vào buồng, nước đẩy van lên  đóng.Khi tháo nước khỏi buồng, van hạ xuống, nước tràn qua đỉnh van.Cần có hệ thống chốt hãm để tránh rung động.Mặt quạt tỳ vào buồng van, cần đảm bảo kín nước  tránh rò rỉ nước ngoài ý muốn.366-4 (tiÕp)1- Van quạt:Sơ đồ lực tác dụng lên van quạt c) Tính toán:Kết cấu van: theo nguyên tắc tính toán van cung.Điều khiển van bằng thủy lực:Viết phương trình cân bằng momen đối với trục qua O  tìm áp lực nước cần thiết trong buồng van.376-4 (tiÕp)2- Van mái nhà: Đặc điểm:Gồm 2 tấm chắn quay quanh trục nằm ngang gắn ở ngưỡng.Hai tấm chắn tỳ vào nhau ở vị trí đỉnh mái.Đóng mở bằng thủy lực, gồm hệ thống phao rỗng và các thiết bị dẫn, tháo nước trong buồng van.Nhịp van có thể lớn.386-4 (tiÕp)3- Van tự động ở cống vùng triều: Nguyên tắc: tự đóng mở bằng chênh lệch mực nước thượng, hạ lưu. Thường áp dụng ở cống tiêu + ngăn mặn (vùng triều):Khi triều lên: Van đóng (ngăn mặn).Khi triều rút: Van mở (tiêu nước từ đồng). Bố trí: 2 loạiTrục đứng: Khi mở, van ép sát trụ.Trục ngang: Khi mở, van ép sát đáy.396-5 Mét sè lo¹i van d­íi s©u1- Van đĩa: đặt trong ống dẫn nước.2- Van kim: - Thường đặt cuối đường ống. Kín nước tốt, chịu được cột nước cao.406-5 Mét sè lo¹i van d­íi s©u3- Van khóa:4- Van côn: - Đặt cuối cống tròn dưới đập, sử dụng khá phổ biến. Đặt ở trên đường ống, hay cuối đường ống. Có thể làm van chính, hay van sự cố.