Ứng dụng phần mềm fluent để nâng cao khả năng tính toán thiết kế phần buồng dẫn tua bin tâm trục 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU TUẤN NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG HỆ THỐNG XI LANH ĐÓNG MỞ CỬA CỐNG TRONG ĐIỀU KIỆN TẢI TRỌNG LỚN CHUYÊN NGÀNH : MÁY VÀ TỰ ĐỘNG THỦY KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGÔ SỸ LỘC HÀ NỘI – 2007 13 MỞ ĐẦU Luận văn nghiên cứu hệ thống thủy lực đóng mở cửa cống cơng trình thủy lợi, làm việc điều kiện tải trọng lớn tần suất làm việc nhỏ nhằm mục đích làm sáng tỏ sở khoa học để áp dụng loại thiết bị mẻ cơng trình thủy lợi đầu mối Việt Nam Luận văn với đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống xi lanh đóng mở cửa cống điều kiện tải trọng lớn” bao gồm phần mở đầu, chương phần kết luận – hướng nghiên cứu tiếp theo: CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU Các nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sử dụng máy đóng mở Việt Nam Thế giới Phân loại, cấu tạo, nguyên lý làm việc ưu nhược điểm loại hệ thống đóng mở Tìm hiểu nguyên nhân làm giảm tuổi thọ cửa van đề xuất số kết cấu để nâng cao tuổi thọ Nội dung phương pháp nghiên cứu luận văn CHƯƠNG – HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ THỦY LỰC TẢI TRỌNG LỚN Đề xuất cấu hình hệ thống thủy lực tiến công nghệ chế tạo xi lanh thủy lực Các chức quan trọng hệ thống đóng mở thủy lực Đặc điểm hệ thống thủy lực đóng mở cơng trình thủy lợi đầu mối là: Lực nâng hay tải trọng lớn dẫn đến tốc độ đóng mở siêu chậm tần suất đóng mở thấp CHƯƠNG – XÂY DỰNG HỆ THỐNG XI LANH ĐÓNG MỞ CỬA CỐNG TẢI TRỌNG LỚN Trình bày đặc điểm thiết bị cửa van, xi lanh chịu tải trọng lớn cơng trình thủy lợi; Xây dựng hệ thống thủy lực nâng hạ cửa cống tải trọng lớn; Tính tốn, phương pháp xác định lực tác dụng lên cửa; Kiểm tra ổn định piston – xi lanh chọn điểm đặt gối treo đạt hiệu 14 CHƯƠNG – ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ TRÀN XẢ LŨ ĐẦM HÀ ĐỘNG Giới thiệu cơng trình Đầm Hà Động – Quảng Ninh; Tính tốn thơng số đề xuất sơ đồ làm việc hệ thống Các yêu cầu lưu ý sử dụng hệ thống thủy lực nâng hạ cửa van KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết luận hướng nghiên cứu 15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Phân loại cửa van Cửa van loại kết cấu dùng nhiều cơng trình thuỷ lợi thuỷ điện Đây phận quan trọng cơng trình, dùng để điều tiết dịng chảy, lưu lượng, bảo đảm an tồn cho cơng trình q trình tích nước sử dụng khai thác nguồn nước Cơ khí thủy cơng cơng trình thủy lợi, thủy điện ln giữ vai trị đặc biệt quan trọng cơng trình Kinh nghiệm nước cơng nghiệp phát triển cho thấy tỷ trọng kinh phí đầu tư cho phần điện thường chiếm tới 20-25% tổng giá trị cơng trình (riêng phần thiết bị khí kết cấu thép chiếm đến 12%) Giá thành lắp đặt thiết bị điện cho ngành thủy lợi, thủy điện thường cao gấp 1,5 đến lần so với giá thành lắp đặt thiết bị điện công nghiệp ngành khác tính đặc thù phức tạp Có thể khẳng định rằng, vấn đề cửa van phục vụ ngành thủy lợi, thủy điện nghiên cứu kỹ lưỡng, phong phú chủng loại đạt đến mức hồn thiện, cửa van có độ ổn định cao, góp phần đáng kể vào việc nâng cao hiệu suất sử dụng cho cơng trình Cửa van đa dạng sử dụng theo mục đích điều kiện khác Các cửa van cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện thường chế tạo thép, có phận giăng cao su để chống rị rỉ nước đóng Cửa van hay cịn gọi máy đóng mở cơng trình hồ chứa, đập chứa nước Thuật ngữ máy đóng mở hiểu theo nghĩa cửa van với thiết bị điều khiển Có thể phân loại cửa van sau: 1.1.1 Theo vị trí lắp thân cửa van phân thành cửa mặt cửa sâu: - Cửa van mặt: Được lắp ngưỡng cơng trình (trên thân đập, hồ chứa) 16 - Cửa van sâu: Với toàn thân van ngập nước, mép van ngập nước Cách chia nhằm mục đích tính tốn tải trọng tác dụng lên cửa van, tính bền kết cấu cửa lực đóng mở lựa chọn thiết bị đóng mở phù hợp 1.1.2 Theo chức vận hành, khai thác - Cửa van chính: Làm việc thường xun khai thác cơng trình phục vụ cho việc giữ ổn định mức nước thượng lưu (trạm thủy điện hay cơng trình thủy lợi): cửa van tràn xả lũ, cửa lấy nước, âu thuyền, cửa cống - Cửa van sửa chữa: Phục vụ cho việc đóng lỗ tháo cơng trình sửa chữa van - Cửa van an tồn (cửa cố): Phục vụ cho việc đóng lỗ tháo cơng trình có cố làm hư hỏng cửa van chính, máy bơm, tuabin… - Cửa van sửa chữa - an toàn: Phục vụ cần sửa chữa trường hợp xảy cố (thường lắp phía truớc cửa van cố) - Cửa van dẫn dòng thi cơng: Phục vụ thời kỳ xây dựng cơng trình lắp đặt cửa van khác Từ mục đích sử dụng người ta xác định thơng số vận tốc đóng mở, dạng cửa van phù hợp Tùy theo loại cửa mà đóng mở tốc độ chậm để giảm va đập lên ngưỡng tốc độ nhanh để chặn dịng có cố 1.1.3 Theo kết cấu cơng trình Trên cơng trình thuỷ lợi kết cấu cửa van đa dạng, phong phú Các dạng cửa van phải phù hợp kết cấu, điều kiện cụ thể cơng trình, mục đích sử dụng 17 l) c) a) b) d) m) e) g) j) h) k) n) p) Hình 1.1 Phân loại cửa van theo kết cấu công trình a,b Cửa van phẳng; c Cửa van cung; d Cửa van trụ đứng; e Cửa van trụ ngang; g Cửa van mái nhà; h Cửa phai; j,k Cửa van tam giác; l Cửa van hình quạt; m Cửa van chữ nhân; n Cửa van thủy lực kiểu rèm; p Cửa van phai Cửa van cung cửa van phẳng hai loại cửa phổ biến thường gặp Cửa van phẳng hình thức cửa đời sớm loại cửa sử dụng cơng trình thủy lợi, song đến áp dụng rộng rãi Cửa van phẳng bao gồm cửa van đơn, cửa van kép, cửa van nhiều tầng cửa van có cửa phụ Cửa van phẳng đơn dùng làm cửa van chính, cửa van bảo hiểm, sửa chữa thi công Cửa van phẳng sử dụng nhiều cơng trình kênh, cống lấy nước, tiêu nước, xả nước, đập tràn cơng trình cần điều tiết lưu lượng, cửa đóng nhanh (sự cố) nhà máy thủy điện 18 Hình 1.2 Cửa van phẳng Cống Cái Tắt – Hải Phòng Từ cách phân loại này, cửa van phẳng cửa van cung đại diện cho cửa van cịn lại tính toán, thiết kế Cửa van phẳng gồm hai phận chính: - Bộ phận động (cánh cửa van) có kết cấu phù hợp chịu tải trọng công trình cụ thể, chế tạo hồn chỉnh nhà máy chuyên ngành - Bộ phận cố định định hình chế tạo lắp đặt liên kết cố định với cơng trình (các khe van, tường ngực ) Cửa có chiều rộng từ 0,6m÷45m, thường gặp cửa có bề rộng nhỏ 20m Dẫn hướng cho cửa phẳng chuyển động thường bánh xe lăn trượt Khi chiều cao cột nước lớn, để giảm lực đóng mở, người ta sử dụng cửa lớp dùng đối trọng kết hợp hai biện pháp 19 Hình 1.3 Cửa van cung tràn xả lũ Hồ Núi Cốc – Thái Nguyên Hình 1.4 Cửa van cung kết hợp với cửa van phụ 20 Cửa van cung sử dụng rộng rãi cơng trình thủy lợi đặc biệt đập tràn, đập dâng cống vùng ảnh hưởng thủy triều Hệ thống điều tiết nước sử dụng cửa cung loại cửa có độ an tồn cao, chắn Ngồi cửa cung thơng dụng, thực tế cịn gặp cửa cung có cửa sập bên trên, cửa sập bên sử dụng xả tràn lưu lượng nhỏ, xả lưu lượng lớn toàn cửa cung kéo lên Cửa van hình cung có mặt cắt ngang kết cấu phần động có dạng hình cung liên kết với hai Khi đóng mở, cửa van xoay quanh trục nằm ngang Cửa van loại dùng tràn xả lũ đập, cống, âu thuyền Cửa van cung dùng làm cửa Cửa van hình cung phân theo cửa van sâu cửa van mặt Theo kết cấu chia cửa van đơn, cửa van có cửa phụ, cửa van kép Cửa van cung có hai phận: - Bộ phận động gồm: Bản mặt, liên kết với dầm (dầm dầm phụ ngang đứng), giàn ngang, khung chính, giàn chịu trọng lượng, trụ biên, giàn gối phận gối đỡ Vật chắn nước có tác dụng bịt kín khe hở tôn bưng phận cố định, không cho nước rị rỉ qua đóng hết Bộ phận động thường chế tạo hoàn chỉnh nhà máy chuyên ngành Đối với cửa van lớn, để vận chuyển đến công trường người ta phải chế tạo thành nhiều phần liên kết lại bu lông: mặt (Tơn bưng, dàn ngang, khung chính, giàn chịu trọng lượng), van cối quay Trong trường hợp mặt lớn, người ta phải chia nhiều phần hàn ghép lại thành cửa van hoàn chỉnh cơng trình lắp đặt - Bộ phận cố định: Có thể có khe van bố trí mặt ngồi trụ pin Phần cố định có kết cấu tương tự cửa van phẳng Ngồi cửa cung lớp cịn có cửa cung lớp, cửa cung có phao cửa cung có đối trọng để giảm lực đóng mở 21 1.1.4 Theo phương pháp truyền áp lực nước cho công trình - Cửa van truyền áp lực nước qua trụ đỡ tường ngực - Cửa van truyền áp lực nước qua ngưỡng tràn - Cửa van truyền áp lực qua ngưỡng tràn, trụ đỡ tường ngực 1.1.5 Theo đặc tính chuyển động cửa van - Cửa van chuyển động tịnh tiến - Cửa van chuyển động quay - Cửa van tự Mỗi loại cửa van có ưu, nhược điểm khác Lấy ví dụ cho cửa van cung cửa van phẳng Cửa van cung có ưu điểm sau: Có thể dùng tràn với mặt cắt mà khơng cần phải mở rộng đỉnh; Điều kiện thuỷ lực dòng chảy mép van cung tốt cửa van phẳng; Chuyển động cửa xác định liên kết với trục quay cố định; Trọng lượng cửa van nhỏ cửa van phẳng điều kiện làm việc; Lực đóng mở nhỏ cửa phẳng Nhưng chúng có nhược điểm là: Phải có mố tường biên dài; Độ cứng van cung nhỏ cửa van phẳng; Khi cống có chiều cao lớn, chân van phải dài để gối lề không ngâm nước Cửa van phẳng có ưu điểm: Có thể ứng dụng cho đập tràn có hình dạng bất kỳ; khơng địi hỏi phải có kết cấu xây dựng kích thước lớn dọc theo dịng chảy để giữ van; ngăn tháo nước với lỗ có độ lớn, chiều cao lớn; dễ quan sát, theo dõi, vận hành, sử dụng; dễ tháo lắp, sửa chữa; dễ chế tạo, gia cơng xác; giá thành cửa phẳng rẻ 10%÷15% sơ với giá thành chế tạo cửa van kiểu đáy quạt hay cửa van cung, rẻ 50% so với cửa van kiểu phẳng hình cung Tuy nhiên, cửa van phẳng có nhược điểm sau: 95 thiết kế với đáy thùng nghiêng để dễ tháo dầu có gắn kèm van tháo dầu Thùng chứa dầu sơn phủ loại sơn chịu dầu thủy lực mơi trường nóng ẩm Việt Nam 4.4.3 Về phận liên kết - Kiểu xi lanh: Tác dụng kép (hai chiều) Các bích chụp đầu xi lanh bắt bu lông vào vỏ xi lanh để dễ dàng tháo lắp xi lanh trình bảo dưỡng sửa chữa - Kiểu lắp ghép: Ổ cầu tự lựa đầu cần xi lanh Ổ bi cầu tự lựa (bao gồm ổ bạc trục) làm thép không gỉ loại tự bơi trơn Ổ bi cầu tự lựa phía đầu cần có kết cấu làm kín nước có đường kính lỗ Ø160 mm - Xi lanh thiết kế theo tiêu chuẩn DIN 19704 - Các van thủy lực bố trí khối van chức thơng thống, dễ nhìn dễ tháo lắp - Để xả khí tốt cho xi lanh, xi lanh thiết kế đầu đo áp suất bố trí vị trí thích hợp, quy trình lắp ráp điền đầy xi lanh dầu đưa trước bắt đầu thử toàn hệ thống thủy lực - Vỏ xi lanh chế tạo thép hợp kim đúc khơng mối hàn, lịng xi lanh có độ bóng Ra