Cơ học đất - Chương 6: Cửa van

CHƯƠNG 6: CỬA VAN Giảng viên: ThS. Nguyễn Thị Phương Mai BÀI 6.1: KHÁI NIỆM CHUNG Thời lượng: 6 tiết • Khái niệm về cửa van và các yêu cầu thiết kế. • Phân loại cửa van, tác dụng và điều kiện ứng dụng của từng loại. • Cửa van phẳng: - Các loại cửa van phẳng. - Xác định lực đóng mở cửa van. - Thiết kế cửa van phẳng bằng thép. • Cửa van cung: - Xác định lực tác dụng và lực đóng mở cửa van. - Nguyên tắc bố trí và thiết kế. • Hình thức cấu tạo và quá trình làm việc của một số loại cửa van khác. Khái niệm cửa van – các yêu cầu thiết kê ́ Phân loại cửa van – điều kiện ứng dụng • Cửa van phẳng CHƯƠNG 6: CỬA VAN I. KHÁI NIỆM Cửa van là gì? Cửa van là một bộ phận của công trình thủy lợi được bố trí tại các lỗ để thoát nước, điều tiết lưu lượng, khống chế cột nước. Các yêu cầu thiết kế: • Kết cấu đơn giản, thi công và sửa chữa thuận lợi. • Đủ cường độ và ổn định. • Thực hiện tốt nhiệm vụ mà cửa van đảm nhận. • Khống chế được độ mở và khít nước tốt. • Tháo bùn cát và vật nổi dễ dàng. • Giá thành thấp nhất. BÀI 6.1: KHÁI NIỆM CHUNG BÀI 6.1: KHÁI NIỆM CHUNG Một số loại van trên mặt BÀI 6.1: KHÁI NIỆM CHUNG Một số loại van dưới sâu: BÀI 6.1: KHÁI NIỆM CHUNG BÀI 6.1: KHÁI NIỆM CHUNG Theo hình thức tháo nước qua cửa van: BÀI 6.1: KHÁI NIỆM CHUNG BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG I. Khái quát BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG I. Khái quát BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG II. Xác định lực đóng, mở cửa van: BÀI 17.2: CỬA VAN PHẲNG II. Xác định lực đóng, mở cửa van: BÀI 17.2: CỬA VAN PHẲNG II. Xác định lực đóng, mở cửa van: BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG II. Xác định lực đóng, mở cửa van: BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG II. Xác định lực đóng, mở cửa van: BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG II. Xác định lực đóng, mở cửa van: BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG II. Xác định lực đóng, mở cửa van: BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG II. Xác định lực đóng, mở cửa van: • Trêng hîp tiÕp xóc d¹ng b¸nh xe: Lùc kÐo tèi thiÓu Q c©n b»ng víi lùc ma s¸t To qua ph¬ng tr×nh sau: ;P.fr.P.fRT 10    10 fr.f R P T  n W P    101 fr.f R W T.nT  Trong ®ã: F: hÖ sè ma s¸t trît chç tiÕp xóc gi÷a trôc vµ b¸nh xe F1: hÖ sè ma s¸t l¨n cña b¸nh xe trªn ®êng ray R, r: ®êng kÝnh b¸nh xe vµ ®êng kÝnh trôc b¸nh xe P: lùc t¸c dông lªn mçi b¸nh xe W: ¸p lùc níc t¸c dông lªn cöa van Lùc ma s¸t gi÷a bé phËn ®ì tùa vµ cöa van BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG II. Xác định lực đóng, mở cửa van: • BiÖn ph¸p ®Ó gi¶m nhÑ lùc më cöa van - Lµm gi¶m Ma s¸t b»ng c¸ch thay ma sat trît b»ng ma sat l¨n. - Lµm ®èi träng cho cöa van cã träng lîng G® c«ng thøc më vµ ®ãng cöa van sau:   GKGTTKKP d 12122 '    dGTTKGKP  21211 • BiÖn ph¸p ®Ó th¸o c¸c vËt tr«i næi Lµm lìi gµ trªn ®Ønh lµm van 2 tÇng BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG BÀI 17.2: CỬA VAN PHẲNG III. CỬA VAN PHẲNG BẰNG THÉP: b. Bố trí các dầm:  Yêu cầu: díi t¸c dông cña ¸p lùc níc, khi tÝnh to¸n chÞu lùc vµ x¸c ®Þnh chiÒu dµy cña b¶n ch¾n ë mäi chç t¬ng ®èi nh nhau, kÝch thíc mÆt c¾t cho tõng lo¹i dÇm nh nhau ®Ó lîi dông ®Çy ®ñ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña vËt liÖu, tr¸nh l·ng phÝ vµ thi c«ng dÔ dµng. BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG MN ngang ®Ønh van Cöa van thÊp h¬n MN S¬ ®å x¸c ®Þnh vÞ trÝ dÇm chÝnh cña cöa van ph¼ng A B C D b' d' d b D' b) A b d f A f' d' b' a a) H/n H/n H/n H/n h1 h2 h3 H yk a h1 h2 H yk BC/n BC/n BC/n III. CỬA VAN PHẲNG BẰNG THÉP: Xác định vị trí các dầm chính: thông qua xác định 1. Ranh giới giữa các phần chịu áp lực nước bằng nhau: hi 2. Vị trí các dầm chính: yi a, Phương pháp đồ thị BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG III. CỬA VAN PHẲNG BẰNG THÉP: b, Phuơng pháp thực nghiệm: §èi víi cöa van trªn mÆt  Ph©n chia c¸c vïng chÞu lùc gièng nhau:  VÞ trÝ c¸c dÇm §èi víi cöa van díi s©u: k: sè thø tù c¸c dÇm kÓ tõ ®Ønh cöa van trë xuèng; n - tæng sè dÇm. yk: kho¶ng c¸ch tõ mÆt níc ®Õn dÇm tÝnh to¸n. , n k Hh k    2/32/3 k 1kk n H 3 2 y  ; n k Hh k        2/32/3k 1kk n H 3 2 y    22 2 aH na   BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG III. CỬA VAN PHẲNG BẰNG THÉP: c. Ph©n tÝch t×nh h×nh chÞu lùc cña c¸c dÇm: • DÇm phô: lµ dÇm liªn tôc chÞu ¸p lùc cña níc do b¶n truyÒn tíi. • DÇm chÝnh võa chÞu ¸p lùc níc do b¶n truyÒn tíi vµ chÞu lùc tËp trung do cét ®øng truyÒn tíi. • C¸c cét ®øng: chÞu lùc tËp trung cña dÇm phô truyÒn tíi vµ ®ång thêi chÞu ¸p lùc níc tõ b¶n truyÒn tíi. BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG IV. CỬA VAN PHẲNG BẰNG GỖ: BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG V. PHAI C¸c trêng hîp cÇn xÐt ®Ó ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu cña dÇm phai bao gåm: • Trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn, chÞu t¸c dông cña träng lîng b¶n th©n. • Khi th¶ xuèng níc, dÇm chÞu t¸c dông cña ¸p lùc thuû ®éng. ¸p lùc nµy bao gåm lùc ngang W’ vµ ¸p lùc theo ph¬ng th¨ng ®øng W” ®îc tÝnh to¸n theo c¸c c«ng thøc sau:          ;bl g2 v K"W ;al g2 v K'W 2 1 2 l - chiÒu dµi tÝnh to¸n cña dÇm phai; a,b - chiÒu cao vµ chiÒu réng dÇm phai; K - hÖ sè lu tuyÕn, ®èi víi dÇm phai tiÕt diÖn ch÷ nhËt lÊy b»ng 2; K1 - hÖ sè b»ng 0,7 khi a = b, b»ng 1 khi a > b BÀI 17.3: CỬA VAN CUNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG Bộ phận đỡ tựa và tiếp xúc của VP BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG Thiết bị chắn nước đáy cửa van BÀI 6.2: CỬA VAN PHẲNG thiết bị chắn nước bên cạnh và tường ngực BÀI 6.3: CỬA VAN PHẲNG A C C’ BÀI 6.3: CỬA VAN PHẲNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o B BÀI 6.3: CỬA VAN PHẲNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o B BÀI 17.3: CỬA VAN PHẲNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o B BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG I. KHÁI NIỆM CHUNG Cöa van cung cã mÆt ch¾n níc h×nh cong, chuyÓn ®éng xoay quanh trôc ®Ó n©ng lªn h¹ xuèng theo yªu cÇu. CVC thêng lµm víi khÈu ®é BxH = 8x5m20x11m víi diÖn tÝch th«ng níc mÆt. Víi diÖn tich th«ng níc s©u lµ 3040m2. ViÖc n©ng, h¹ cöa van thùc hiÖn b»ng m¸y n©ng ®Æt trªn trô pin hay trªn cÇu c«ng t¸c cã hÖ thèng d©y c¸p hay thanh truyÒn lùc g¾n víi cöa. B¶n mÆt chÞu t¸c dông cña ¸p lôc níc truyÒn qua hÖ thèng dÇm, dµn, cµng van, tai van råi ®Õn mè trô BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG II. LỰC TÁC DỤNG • Áp lùc níc thîng lu: - ¸p lùc ngang W1: - ¸p lùc níc th¼ng ®øng: W2 = träng lîng khèi níc ABC • Träng lîng cöa van: theo Beredinski 2 2 2 1 WWW  lH5,0W 2 11  4 FF1500G  F: diÖn tÝch b¶n ch¾n níc l: chiÒu dµi nhÞp van A C B BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG III . LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN • Lùc më cöa van: K1, K2 - hÖ sè an toµn, lÊy K1 = 1,1; K2 = 1,2. T0 - lùc ®Ó th¾ng träng lîng b¶n th©n; T1 - lùc ®Ó th¾ng ma s¸t t¹i khíp quay; T2 - lùc ®Ó th¾ng ma s¸t t¹i thiÕt bÞ ch¾n níc.  ,TTKTKP 212011  l3 h1  W g0 G Q T2 T1 T0 Wl4 • X¸c ®Þnh T0 4 3 0 l l GT  • X¸c ®Þnh T1 4 1 l r.Q.f T  Q: lùc tæng hîp t¹i khíp quay:   WGQ 0 BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG III . LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN • Lùc më cöa van: l3 h1  W g0 G Q T2 T1 T0 Wl4 Q: lùc tæng hîp t¹i khíp quay: g0: thµnh phÇn träng lîng b¶n th©n lªn khíp quay, theo c©n b»ng lùc:   WgQ 0        cos1 4 3 0 l l Gg f - hÖ sè ma s¸t gi÷a vËt liÖu lµm thiÕt bÞ ch¾n níc vµ vËt liÖu lµm ®Öm g¾n ë mè trô. P - ¸p lùc níc t¸c dông lªn thiÕt bÞ ch¾n níc. e - chiÒu réng cña thiÕt bÞ ch¾n níc. • X¸c ®Þnh T2: lùc th¾ng mas¸t ë bé phËn ch¾n níc 2 bªn: 4 2 l 2 e RfP T         BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG IV. MỘT SỐ NGUYÊN TẮC BỐ TRÍ CÁC DẦM • Hệ thống càng van chịu lực do dầm chính và cột biên truyền tới nên tính toán theo nguyên tắc giàn. • Khớp quay là nơi vừa chịu lực và truyền vào mố vừa quay. • Bố trí vị trí tương đối của tâm quay so với MNTL - Tâm quay đặt cao hơn MN thượng lưu R = (2÷2.5)h1. - Tâm quay đặt bằng với MN thượng lưu. R = (1.2÷1.5)h1. - Tâm quay đặt thấp hơn MN thượng lưu. R = (1.2÷1.5)h1. • Bố trí vị trí tương đối giữa tâm quay và tâm cung: - Tâm quay (khớp quay) trùng với tâm cung. - Tâm quay cao hơn tâm cung. - Tâm quay thấp hơn tâm cung. BÀI 17.3: CỬA VAN CUNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o BÀI 17.3: CỬA VAN CUNG BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG BÀI 6.3: CỬA VAN CUNG l BÀI 6.4: CỬA VAN ĐÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC I.CỬA VAN QUẠT • Cửa van quạt đóng mở nhờ chuyển động quay quanh các khớp đặt ở ngưỡng đáy  ngưỡng chịu toàn bộ ALN. • Ưu điểm: đóng mở nhẹ nhàng, nhanh chóng, điều tiết lưu lượng khá tốt và tiện cho việc tháo các vật trôi nổi Loại này có thể dùng cho các khoang lớn tới 60m • Nhược điểm: dễ lắng đọng bùn cát trong buồng van và thi công, quản lý phức tạp qua các hệ thống lấy và tháo nước. • Sử dụng: đối với cửa van có ngưỡng cao >1,5 chiều cao cửa van, van thấp <5m BÀI 6.4: CỬA VAN ĐÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC I.CỬA VAN QUẠT 21 Dàn phẳng của cửa van quạt Khớp quay của van quạt BÀI 6.4: CỬA VAN ĐÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC II.CỬA VAN MÁI NHÀ • Cửa van mái nhà gồm 2 tấm chắn nước giáp đầu vào nhau và quay quanh 2 trục ở ngưỡng đáy , 1 ở thượng lưu, 1 ở hạ lưu. • Ưu điểm: đóng mở nhẹ nhàng, nhanh chóng thông qua việc đặt bánh xe cho 2 cửa tì lên nhau. • Nhược điểm: làm việc không ổn định, dễ lắng đọng bùn cát trong buồng van và thi công, quản lý phức tạp. • Sử dụng: đối với nhịp van cao 6 7m và bề rộng khoang tới 40  45m. BÀI 6.4: CỬA VAN ĐÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC III. VAN ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG 2 CHIỀU IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o B BÀI 17.4: CỬA VAN ĐÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC BÀI 17.3: CỬA VAN PHẲNG IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o B IV. Mét sè nguyªn t¾c bè trÝ vµ cÊu t¹o B BÀI 17.4: CỬA VAN ĐÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC BÀI 6.5: CỬA VAN DƯỚI SÂU I.CỬA VAN ĐĨA • Dùng để chắn nước ở các lỗ hoặc ống đặt dưới sâu như các lỗ trong thân đập, các đường ống dẫn nước vào nhà máy thủy điện. • Van dùng để điều tiết và khống chế cột nước cao đến 20  30m. • Van đĩa có thể quay quanh trục ngang ( van bướm) hay trục đứng. Khi đóng van hợp với trục dọc 1 góc 80º. • Ưu điểm: lực đóng mở nhẹ, thao tác nhẹ nhàng nhanh chóng và hay dùng làm van sự cố. • Nhược điểm: dễ gây chấn động và có chân không lớn khi mở BÀI 6.5: CỬA VAN DƯỚI SÂU II. VAN KIM • Ưu điểm : để khống chế cột nước cao (800m) và đường kính ống ngầm lớn tới 6,5m. Van đóng mở 1 phần hay hoàn toàn đều không gây rung động. Điều tiết lưu lượng tốt, thao tác nhẹ nhàng nhanh chóng và tổn thất qua cửa van nhỏ • Nhược điểm: Kết cấu phức tạp và đắt tiền BÀI 6.5: CỬA VAN DƯỚI SÂU III. VAN KHÓA • Sử dụng: ở trong các cống lấy nước dưới đập có đường kính nhỏ D<0,8m. Hay đặt cuối cống để tạo chế độ làm việc có áp ổn định trong cống. • Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vận hành và quản lý, sửa chữa thuận tiện. • Nhược điểm: dùng cho các công trình nhỏ, đóng mở chậm và cột nước không cao. BÀI 6.5: CỬA VAN DƯỚI SÂU IV. VAN CÔN HAY VAN NÓN • Van c«n lµ mét èng h×nh trô cè ®Þnh ®îc ®Ëy ë cuèi b»ng mét nót h×nh c«n (nãn). Nhê mét c¬ cÊu ®Æc biÖt, mét xi lanh ®éng cã thÓ di chuyÓn däc theo trôc èng ®Ó ®iÒu khiÓn ®é më van. Van thêng ®Æt ë cöa ra cña èng th¸o vµ dßng ch¶y phãng ra tõ ®ã díi d¹ng chïm tia phun vµo kh«ng khÝ hoÆc ngËp díi mùc níc h¹ lu. • CÊu t¹o: 1.xi lanh cè ®Þnh nèi liÒn víi vá thÐp cña èng dÉn 2. nót chÆn h×nh c«n 2 g¾n cè ®Þnh ë cuèi 3. mét xi lanh kh¸c cã ®êng kÝnh nhá h¬n cã thÓ di ®éng däc theo trôc èng 4.Gãc ë ®Ønh  = 500  900 350 1560 1310 S=1100 Amax  D = 2200 D' = 2390 1 2 4 3 BÀI 17.5: CỬA VAN DƯỚI SÂU IV. VAN côn HAY VAN NÓN