NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN TẢI TRỌNG LỚN

Tuy mới thực sự phát triển vào nửa cuối của thế kỷ 20, ngày nay các thiết bị thủy lực đã được áp dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật của các quốc gia phát triển và đang phát triển. Ở thời điểm này, khó có thể tìm thấy bất kỳ một lĩnh vực nào mà trong đó không sử dụng kỹ thuật thủy khí nói chung và thủy lực nói riêng. Đề tài này nghiên cứu hệ thống thủy lực đóng mở các cửa van trong công trình thủy lợi, làm việc trong điều kiện tải trọng lớn và tần suất làm việc rất nhỏ nhằm mục đích làm sáng tỏ cơ sở khoa học để áp dụng loại thiết bị mới mẻ này trong các công trình thủy lợi đầu mối của Việt Nam. Nội dung của Đề tài gồm phần mở đầu, 5 chương và phần kết luận – kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo. Mở đầu Chương 1 – Tổng quan hệ thống đóng mở tải trọng lớn; Chương 2 – Đặc điểm của công trình thủy lợi, thủy điện và ưu nhược điểm của hệ thống thủy lực; Chương 3 – Đề xuất và lựa chọn cấu hình hệ thống thủy lực phù hợp với các đặc điểm làm việc của công trình thủy lợi, thủy điện; Chương 4 – Nghiên cứu một số phần tử trong hệ thống lựa chọn; Chương 5 – Xây dựng phương pháp tính toán lựa chọn các phần tử trong hệ thống; Kết luận và kiến nghị

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI CƠNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập Tự Hạnh phúc BÁO CÁO KHOA HỌC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ NĂM 2008 NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN TẢI TRỌNG LỚN Chủ nhiệm đề tài: NGUYỄN HỮU TUẤN KHOA CƠ KHÍ HÀ NỘI - 2009 BỘ NƠNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI CƠNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập Tự Hạnh phúc BÁO CÁO KHOA HỌC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ NĂM 2008 NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN TẢI TRỌNG LỚN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI CƠ QUAN CHỦ QUẢN NGUYỄN HỮU TUẤN HÀ NỘI - 2009 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI CƠNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập Tự Hạnh phúc BÁO CÁO KHOA HỌC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ NĂM 2008 NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THỦY LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN TẢI TRỌNG LỚN DANH SÁCH THAM GIA ĐỀ TÀI NGUYỄN HỮU TUẤN Chủ nhiệm NGUYỄN ANH TUẤN ĐOÀN YÊN THẾ HỒ SỸ SƠN TRẦN TRIỀU DƯƠNG NGUYỄN NGỌC MINH HÀ NỘI - 2009 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Tuy thực phát triển vào nửa cuối kỷ 20, ngày thiết bị thủy lực áp dụng rộng rãi lĩnh vực khoa học kỹ thuật quốc gia phát triển phát triển Ở thời điểm này, khó tìm thấy lĩnh vực mà khơng sử dụng kỹ thuật thủy khí nói chung thủy lực nói riêng Đề tài nghiên cứu hệ thống thủy lực đóng mở cửa van 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 Nội dung Đề tài gồm phần mở đầu, chương phần kết luận – kiến nghị hướng nghiên cứu Mở đầu Chương – Tổng quan hệ thống đóng mở tải trọng lớn; Chương – Đặc điểm công trình thủy lợi, thủy điện ưu nhược điểm hệ thống thủy lực; Chương – Đề xuất lựa chọn cấu hình hệ thống thủy lực phù hợp với đặc điểm làm việc cơng trình thủy lợi, thủy điện; Chương – Nghiên cứu số phần tử hệ thống lựa chọn; Chương – Xây dựng phương pháp tính tốn lựa chọn phần tử hệ thống; Kết luận kiến nghị MỤC LỤC Trang Tóm tắt Đề tài 01 Mục lục 02 Danh mục hình vẽ, đồ thị 04 Danh mục bảng 07 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt 08 Mở đầu 10 Đặt vấn đề 12 CHƯƠNG – TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÓNG MỞ TẢI TRỌNG LỚN 14 1.1 Phân loại cửa van 1.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc ưu nhược điểm loại hệ thống đóng mở 14 19 1.3 Tình hình nghiên cứu Thế Giới 30 1.4 Tình hình nghiên cứu nước 32 CHƯƠNG - ĐẶC ĐIỂM CỦA CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC 34 2.1 Đặc điểm thiết bị cửa van cơng trình thủy lợi 34 2.2 Đặc điểm xi lanh chịu tải trọng lớn 35 CHƯƠNG – ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CẤU HÌNH HỆ THỐNG THỦY LỰC PHÙ HỢP VỚI CÁC ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 37 3.1 Cấu hình hệ thống thủy lực 37 3.2 Bộ chấp hành 40 3.3 Chức hệ thống đóng mở thủy lực 41 3.4 Giới hạn cơng nghệ 46 3.5 Xây dựng hệ thống đóng mở cửa van tải trọng lớn 47 3.6 Chọn điểm đặt gối treo xi lanh hiệu 58 3.7 Đề xuất sơ đồ làm việc hệ thống 60 CHƯƠNG – NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG LỰA CHỌN 68 4.1 Xi lanh thủy lực 68 4.2 Đường ống thủy lực 68 4.3 Trạm nguồn 69 4.4 Các loại bơm thường dùng 70 4.5 Các loại van 74 CHƯƠNG – XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG 84 5.1 Hệ thống sử dụng bơm dung tích khơng đổi, môtơ 84 5.2 Hệ thống sử dụng bơm dung tích khơng đổi, n cấu chấp hành 84 5.3 Hệ thống sử dụng bơm đồng trục 86 5.4 Hệ thống sử dụng bình tích 87 5.5 Tính tốn hiệu mạch: 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95 Kết luận 95 Kiến nghị 96 Tài liệu tham khảo 97 Phụ lục Phụ lục A Hư hỏng biện pháp khắc phục hệ thống đóng mở thủy lực 98 Phụ lục B Một số xi lanh thủy lực thường dùng hệ thống đóng mở thủy lực 100 10 MỞ ĐẦU Đề tài nghiên cứu hệ thống thủy lực đóng mở cửa van 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 Đề tài “Nghiên cứu sơ đồ hệ thống thủy lực đóng mở cửa van tải trọng lớn” bao gồm phần mở đầu, chương phần kết luận – hướng nghiên cứu tiếp theo: CHƯƠNG – TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐỐNG MỞ TẢI TRỌNG LỚN 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 CHƯƠNG – ĐẶC ĐIỂM CỦA CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG THỦY LỰC 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 CHƯƠNG – ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN CẤU HÌNH HỆ THỐNG THỦY LỰC PHÙ HỢP VỚI CÁC ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA CƠNG TRÌNH THỦY LỢI, THỦY ĐIỆN 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 van tải trọng lớn; Các phương pháp đồng xi lanh 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 11 CHƯƠNG – NGHIÊN CỨU MỘT SỐ PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG LỰA CHỌN Giới thiệu kết cấu điều kiện áp dụng phần tử hệ thống thủy lực CHƯƠNG – XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG Giới thiệu hệ thống sử dụng nguồn lượng khác với ưu nhược điểm áp dụng Tính tốn ứng dụng vào toán cụ thể KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết luận hướng nghiên cứu 12 ĐẶT VẤN ĐỀ Nước ta có hàng trăm hệ thống thủy nông lớn vừa, hàng trăm hồ chứa với hàng vạn cửa van thiết bị đóng mở vận hành thực nhiệm vụ đa dạng cơng trình thuỷ lợi, thủy điện Có nhiều cơng trình thuỷ lợi xây dựng với nhiệm vụ quan trọng, là: ngăn mặn, giữ ngọt, tiêu úng, lũ góp phần giải vấn đề dân sinh kinh tế an ninh quốc phịng Cửa van thiết bị đóng mở hạng mục cơng trình quan trọng, làm việc điều kiện tải trọng nặng Hiện nay, nước giới có nhiều nghiên cứu, ứng dụng hệ thống thủy lực đóng mở cửa van tải trọng lớn Họ làm chủ cấu hình hệ thống số phần tử sơ đồ ứng với điều kiện làm việc khác trình độ cao cách đầy đủ, hồn chỉnh có sản phẩm Trong thời gian qua, có số quan, đơn vị nghiên cứu hệ thống đóng mở cửa van dẫn động dây mềm, vít, xi lanh thủy lực Các nghiên cứu chủ yếu ứng dụng lựa chọn sơ đồ, kích thước xi lanh thủy lực tùy vào liệu bên thủy công cung cấp mà chưa đề cập sâu đến cấu hình hệ thống thủy lực, chưa có nghiên cứu đầy đủ có sở khoa học để áp dụng vào thực tế Mà sử dụng sản phẩm hoàn thiện với sơ đồ tương tự nước Tuy nhiên, việc ứng dụng nghiên cứu nước với điều kiện cụ thể Việt Nam nhiều hạn chế chưa đáp ứng với nhu cầu thực tế, đặc biệt liên quan đến vấn đề đóng mở cửa van tải trọng lớn cơng trình thủy lợi, thủy điện Ngồi ra, cơng trình thủy lợi, thủy điện thường đặt khu vực địa hình phức tạp, nhiều cối, ảnh hưởng đến trình làm việc Vì cần phải có nghiên cứu đầy đủ sâu sắc cấu hình số phần tử sơ đồ Ngoài ra, tài liệu, sách tham khảo giáo trình máy đóng mở cửa van tải trọng lớn dừng lại giới thiệu mang tính ngun tắc mà chưa có nghiên cứu cách đầy đủ, có hệ thống cấu hình số phần tử sơ đồ Vì để làm sở khoa học áp dụng vào thực tế cần có nghiên cứu đầy đủ sâu sắc cấu hình, số phần tử sơ đồ hệ thống đóng mở cửa van tải trọng lớn Hiện nay, thiết kế thiết bị đóng mở kiểu xi lanh thủy lực dừng lại tính tốn xi lanh thường chọn sơ đồ truyền động theo nước ngoài, mà chưa có 13 sở khoa học để lựa chọn phần tử sơ đồ Vì cần có đề tài nghiên cứu sâu vấn đề giúp cho việc nghiên cứu, thiết kế có sở khoa học nhằm nâng cao hiệu hệ thống MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Đề xuất sơ đồ mẫu cấu hình hệ thống thủy lực phù hợp với đặc điểm làm việc cơng trình thủy lợi, thủy điện Việt Nam CÁCH TIẾP CẬN Trên sở tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, xuất phát từ mạch hệ thống thủy lực kết hợp với đặc điểm cơng trình thủy lợi, thủy điện ưu nhược điểm hệ thống thủy lực Từ đề xuất mạch thủy lực mẫu đáp ứng yêu cầu VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU a Vật liệu nghiên cứu: - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống đóng mở cửa van thủy lực - Địa điểm nghiên cứu: Khoa Cơ khí – Trường Đại học thủy lợi - Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 12/2008 đến tháng 5/2009 b Nội dung nghiên cứu Chương Tổng quan hệ thống đóng mở tải trọng lớn Chương Đặc điểm cơng trình thủy lợi, thủy điện ưu nhược điểm hệ thống thủy lực Chương Đề xuất lựa chọn cấu hình hệ thống thủy lực phù hợp với đặc điểm làm việc cơng trình thủy lợi, thủy điện Chương Nghiên cứu số phần tử hệ thống lựa chọn Chương Xây dựng phương pháp tính tốn lựa chọn phần tử hệ thống Chương Các kiến nghị kết luận c Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp thu thập số liệu - Phương pháp phân tích số liệu - Phương pháp đánh giá, so sánh 88 Tíi hƯ thèng pb Qb Hình 5.4 Hệ thống sử dụng bình tích Ưu điểm: Hiệu suất cao Nhược điểm: - Mạch phức tạp 5.5 TÍNH TỐN HIỆU QUẢ CỦA MẠCH: Như trình bày phần trước, thiết kế hệ thống thường người ta quan tâm đến thỏa mãn chức cơng nghệ mà hệ thống phải đảm nhiệm, khía cạnh hiệu suất ý đến Điều chấp nhận hệ thống làm việc khơng liên tục Ví dụ, hệ thống thí nghiệm phịng thí nghiệm, hoạt động có sinh viên làm thí nghiệm Tuy nhiên với hệ thống truyền động thủy lực làm việc công nghiệp, tùy theo nhu cầu, hệ thống làm việc ca, ca, ca chí 24h/24h ngày Trong trường hợp nâng cao hiệu suất hệ thống xem yêu cầu bắt buộc Một mặt hiệu suất cao tiết kiệm lượng đầu vào làm giảm giá thành vận hành hệ thống, mặt khác lượng nhiệt làm nóng dầu giảm làm cho vấn đề làm mát hệ thống trở lên đơn giản Phần chọn đối tượng nghiên cứu hệ thống truyền động thủy lực Máy đóng mở cửa van truyền động thủy lực truyền thống, đơn giản Việc chọn 89 nguồn có cấu hình khác áp dụng cho hệ thống làm bật tính ưu việt phương pháp, qua giúp người sử dụng có sở để giải trường hợp cụ thể 5.5.1 Mơ tả sơ đồ ngun lý hệ thống Tính tốn thiết kế hệ thống nâng hạ cửa van thủy lực với thông số hệ thống nâng hạ cửa van bảng 5.1 Bảng 5.1 Các thơng số hệ thống đóng mở cửa van Tên đại lượng Ký hiệu Giá trị Đơn vị Lực nâng P1 300 KN Lực hạ P2 300 KN Vận tốc nâng V1 0,5 m/ph Vận tốc hạ V2 1,0 m/ph Áp suất bơm p 200 bar Tổn hao qua lọc pL 3,0 bar Tổn hao qua van phân phối (VPP) p vpp 2,0 bar Tổn hao qua van tiết lưu p TL 10 bar Tổn hao qua van chiều p 1c 3,0 bar (Để đơn giản, bỏ qua tổn thất thủy lực đường ống) Trong phần sau, để tiện so sánh, giá trị số bảng 5.1 sử dụng để tính tốn cho cấu hình vì: Để thực chức cơng nghệ này, có nhiều cấu hình hệ thống khác nhau, cấu hình đề cập sau 5.5.2 Phương án 1: Cấu hình truyền thống có nguồn bơm cố định Cấu hình truyền thống sử dụng 01 máy bơm có lưu lượng cố định, sơ đồ hình vẽ 5.5 90 Tíi hƯ thèng pb Qb Hình 5.5 Hệ thống sử dụng bơm cố định Hệ thống làm việc sau: Máy bơm cấp lưu lượng Q=const cho cấu chấp hành xi lanh Khi khơng có tín hiệu điều khiển van an tồn van mở xả tồn lưu lượng bơm bể (xả không tải) Khi cần làm việc van điện từ vị trí ON Lúc đó, van an tồn đóng để tăng áp bơm Khi áp suất tăng đến áp suất mở van an tồn, mở để xả lưu lượng máy bơm bể áp suất lớn Khi van phân phối vị trí ON, chất lỏng qua phần tử đến khoang xi lanh đẩy piston lên Trường hợp (Kể đến tổn thất qua phần tử điều khiển): Hành trình nâng thực chất lỏng, hành trình lùi piston tự thực Có nghĩa là, piston nâng với hành trình S=5600mm, thời gian (t + t + t ), áp suất p; piston tự lùi tự trọng thời gian t , hết hành trình S vị trí ban đầu Tới hệ thống Hình 5.6 Hệ thống thủy lực có kể đến tổn thất qua phần tử 91 Khi đó, áp suất bên xi lanh là: p = 200 – – = 195 bar Diện tích piston: P1 = 0,016m p1 A1 = Đường kính piston: D= A1 π = 150mm Chọn theo tiêu chuẩn có: Đường kính piston D = 200 mm; Đường kính cần d = 140mm Khi diện tích xi lanh khoang là: Diện tích piston: A1 = Diện tích hình vành khun: A= πD π = 0,031m ( D − d ) = 0,016m Lưu lượng yêu cầu tốc độ nâng 0,5 m/ph Q = A.V1 = 0,008m / ph = 8,0l / ph Áp suất thắng tải hành trình nâng: p2 = P1 = 187bar A Áp suất thắng tải hành trình hạ: p3 = P2 = 95bar A1 Khi đó, áp suất yêu cầu bơm p = 197 bar Áp suất thắng tải hành trình nâng 187 bar Tổn hao áp suất qua VPP từ P tới A bar 92 Tổn hao áp suất qua VPP từ B tới T bar Tổn hao áp suất qua lọc bar Tổn hao áp suất qua tiết lưu bar (Chiều nghịch) Hiệu suất hệ thống là: η= Q p = 94,9% Q p (5.1) Trường hợp (Kể đến chức công nghệ mà hệ thống đảm nhiệm): Hành trình nâng thực chất lỏng, hành trình lùi piston tự thực Có nghĩa là, Hành trình nâng bao gồm: Nâng chậm với hành trình S = 1.000 (mm), thời gian t = 120 (s), áp suất p = 200 (bar); giảm đến lực tương ứng với áp suất p = 150 (bar) hành trình S = 4600 (mm), thời gian tương ứng t = 216 (s); cuối trì lực thời gian t = 120 (s); piston tự lùi tự trọng thời gian t4, hết hành trình S=S +S vị trí ban đầu Như vậy, chu trình t=t +t +t +t ) Tổng áp lực thực tế nâng hành trình chậm là: P1 = p1 A = 20.10 x0,016 = 320(kN ) Tổng áp lực thực tế nâng hành trình nhanh là: P1 ' = p A = 200.10 x0,016 = 240,3( KN ) a Lưu lượng bơm yêu cầu theo sơ đồ (Để đơn giản tính tốn, ta bỏ qua tổn thất đường ống qua phần tử): - Trong hành trình nâng chậm: Tốc độ thực tế piston V1 = S1 = = 0,083(m / s ) t1 120 Lưu lượng yêu cầu Q1 = A.V1 = 0,016 x0,083 = 8(l / ph) = 1,3.10 (m / s ) - Trong hành trình nâng nhanh: Tốc độ piston V1 ' = S 4,6 = = 0,017(m / s ) t 216 Lưu lượng yêu cầu Q2 = A.V1 ' = 0,016 x0,017 = 16(l / ph) = 2,7.10 (m / s ) 93 Khi cơng suất u cầu lớn bơm với lưu lượng áp suất lớn là: N = Q2 p1 = 2,7.10 −4 x 20.10 = 5,34.10 (W ) = 5,3(kW ) Sau bơm trì áp suất thời gian giữ, phần thừa qua van xả trở bể dầu Từ thông số trên, ta xác định cơng tiêu hao để di chuyển q trình làm việc Cơng để di chuyển hành trình chậm: O1 = P1 S1 = 320.10 x1 = 3,2.10 ( Nm) Công để di chuyển hành trình nhanh: O2 = P1 '.S = 240,3.10 x 4,6 = 11.10 ( Nm) Vậy tổng công tiêu hao để di chuyển chu trình là: O = O1 + O2 = 3,2.10 + 11.10 = 14,2.10 ( Nm) (5.2) b Trong đó, lượng cấp từ bơm trình làm việc sau: - Hành trình chậm: (áp suất 200 bar thời gian 120 s): I = p1 Q2 t1 = 20.10 x3,4.10 x120 = 6,4.10 ( Nm) - Hành trình nhanh, giữ (áp suất 150 bar thời gian 396 s): I = p Q2 (t + t ) = 20.10 x3,4.10 x396 = 16.10 ( Nm) Vậy tổng lượng cung cấp chu trình là: I = I + I = 6,4.10 + 16.10 = 22,4.10 ( Nm) (5.3) Tóm lại, hiệu suất tồn hệ thống là: η= O 14,2.10 100% = 64(%) = I 22,4.10 (5.4) Nhận xét: Như cấu hình thỏa mãn chức cơng nghệ hiệu suất hệ thống thấp Cấu hình áp dụng hệ thống làm việc với thời gian ngắn hoạt động Nếu thời gian làm việc hệ thống đáng kể chi phí hoạt động tăng cao Để xem xét hiệu sơ đồ, ta tìm hiểu sơ đồ mạch khác với đề 5.5.3 Phương án II: Có nguồn sử dụng nhiều máy bơm Cấu hình hệ thống gồm: 1- Các máy bơm (1 bơm áp suất thấp, lưu lượng cao (I), bơm áp suất cao, lưu lượng thấp (II) 94 Tíi hƯ thèng Q1 Q2 Hình 5.7 Hệ thống sử dụng nhiều máy bơm Hệ thống làm việc sau: Khi cuộn từ (a) van phân phối nối điện hệ thống làm việc Khi áp suất ≤ 150bar hai bơm (I) (II) cung cấp lưu lượng để tăng tốc piston Khi piston hết hành trình tăng tốc, áp suất vượt 150bar, máy bơm (I) xả khơng tải bể dầu, cịn máy bơm (II) tiếp tục cung cấp dầu cho hệ thống Bơm (II) có lưu lượng nhỏ, áp suất cao nên vận tốc piston nhỏ lực cần piston tăng lên Với trình hoạt động trên, ta tính lượng cung cấp từ bơm trình làm việc sau: - Hành trình chậm: (áp suất 200 bar thời gian 120 s): I = p1 Q1 t1 = 20.10 x1,3.10 x120 = 3,2.10 ( Nm) - Hành trình nhanh, giữ (áp suất 300 bar thời gian 30 s): I = p Q2 (t + t ) = 20.10 x 2,7.10 x(276 + 120) = 16.10 ( Nm) Vậy tổng lượng cung cấp chu trình là: I ' = I + I = 3,2.10 + 16.10 = 19,2.10 ( Nm) Tóm lại, hiệu suất toàn hệ thống là: O 14,2.10 η= = 100% = 75(%) I ' 19,2.10 (5.5) Nhận xét: Rõ ràng việc sử dụng hai máy bơm làm cho hiệu suất hệ thống tăng lên 15% so với cấu hình truyền thống, chức cơng nghệ hồn tồn đáp ứng theo yêu cầu Nhưng phương án có nhược điểm ta phải dùng hai máy bơm liền trục (như hình vẽ 5.6) hai máy bơm riêng rẽ làm cho giá thành đầu tư ban đầu cao Trong thực tế, cấu hình ngày sử dụng rộng rãi 95 CÁC KIẾN NGHỊ VÀ KẾT LUẬN Từ thực tế sử dụng hệ thống điều khiển thủy lực cho cửa van công trình thủy lợi, thủy điện chứng tỏ tính ưu việt hẳn thiết bị so với máy đóng mở truyền thống điện sử dụng phổ biến phạm vi nước Thiết bị thủy lực máy móc thiết bị toàn chiếm tỷ trọng lớn đắt so với thiết bị khí xác thông thường Hiện số Trường, viện, nhà máy nghiên cứu, chế tạo, phục hồi phần tử thủy lực để phục vụ cho cơng trình thủy lợi, thủy điện nói riêng ngành cơng nghiệp nói chung Mặc dù nhu cầu thực tế thiết bị thủy lực lớn vấn đề sở lý thuyết tính tốn kinh nghiệm ứng dụng thiết bị thủy lực làm máy đóng mở cơng trình thủy lợi cịn mẻ Nội dung báo cáo vấn đề nêu cần thiết cấp bách phục vụ cho sản xuất Những kết luận Báo cáo sau: Kết luận a Báo cáo trình bày chi tiết tổng quan tình hình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo sử dụng loại cửa van phục vụ cơng trình thủy lợi, thủy điện giới Việt Nam Đặc biệt, Báo cáo ứng dụng vào thực tế để điều khiển nâng hạ cửa van cung cơng trình thủy lợi b Báo cáo xây dựng cấu hình hệ thống thủy lực điển hình Các chức thủy lực máy đóng mở mơ tả kỹ lưỡng Từ làm sở thiết kế cho mạch thủy lực đóng mở mạch khác d Báo cáo trình bày đặc điểm thiết bị cửa van, xi lanh chịu tải trọng lớn cơng trình thủy lợi thủy điện Từ đề xuất mạch thủy lực phù hợp với đặc điểm Ngồi ra, cịn có phương án đồng xi lanh e Báo cáo nghiên cứu phần tử thủy lực hệ thống thủy lực Từ làm sở cho việc ứng dụng vào mạch thủy lực thực tế 96 g Báo cáo tính hiệu mạch thủy lực với hiệu suất khác (Tùy theo chức cơng nghệ mà có cấu hình mạch mà hiệu suất cao như: Sử dụng nhiều bơm; Bộ khuyếch đại lực; Bình tích ) h Các mạch thủy lực hiệu loại máy mà chu trình làm việc có lực, vận tốc thay đổi Kiến nghị a Qua nghiên cứu tác giả nhận thấy, q trình đóng mở cửa van xi lanh thủy lực trình siêu chậm, lực tác động lớn nên việc nghiên cứu biện pháp đồng hai xi lanh cần thiết cần phải tiếp tục nghiên cứu b Mặc dù tần suất đóng mở khơng lớn hệ thống có cơng suất lớn, việc nghiên cứu cấu hình mạch thủy lực có hiệu suất cao áp dụng vào hệ thống đóng mở cửa van đầu mối hướng đáng quan tâm c Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng phần mềm Automation Studio để tính tốn thiết kế, mơ cách trực quan phần tử hệ thống Từ đánh giá q trình làm việc máy thơng qua đường đặc tính hình mô 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Ngô Sỹ Lộc, (1977), Truyền động thủy lực thể tích, NXB ĐHBK, Hà Nội [2] Ngơ Sỹ Lộc, (1977), Máy thủy lực thể tích, NXB ĐHBK, Hà Nội [3] Trương Đình Dụ, Nguyễn Đăng Cường, (2005), Cửa van thiết bị đóng mở Sổ tay kỹ thuật thủy lợi, NXB KHKT, Hà Nội [4] Nguyễn Đăng Cường &nnk, (2003) Giáo trình Máy nâng chuyển thiết bị cửa van, NXB xây dựng, Hà Nội [5] Nguyễn Đăng Cường, Đỗ Văn Hứa, (2001), Bài giảng Cửa van thiết bị đóng mở (giảng dậy Sau đại học), NXB ĐHTL, Hà Nội [6] 14TCN, (2006), cơng trình thủy lợi – máy đóng mở kiểu xi lanh thủy lực - thiết kế, lắp đặt, nghiệm thu, bàn giao-yêu cầu kỹ thuật, NXB Bộ NN PTNT, Hà Nội [7] Vũ Thành Hải, (1995), Kết cấu thép, NXB Nông nghiệp, Hà Nội [8] Nguyễn Ngọc Phương, Huỳnh Nguyễn Hoàng, (2000), Hệ thống điều khiển thủy lực, NXB Giáo dục, Hà Nội Tiếng Anh [9] Japanese Standards., (1993), Technical standards for gates penstock,Japanese Hydraulic Gate and penstocks Association [10] Michael J.Pinches – John G.Ashby, Power Hydraulics, Prentice - Hall [11] Merritt, H.E., (1967), Hydraulic Control Systems, Wiley, New York and 98 Phụ lục A Hư hỏng biện pháp khắc phục Hư hỏng Ngun nhân Khơng có áp, - Chiều quay động sai Biện pháp khắc phục - Đọc hướng dẫn vận hành, khơng có dầu cung - Đường ống cung cấp dầu đổi chiều quay động cấp, bơm khơng bị rị rỉ - Xiết chặt lại khớp nối, hút - Dầu có độ nhớt cao kiểm tra đệm làm kín lạnh - Thay dầu có độ nhớt phù - Van khơng tải khơng làm hợp với nhiệt độ làm việc việc - Thay van không tải Dầu - Thiếu dầu - Đổ thêm dầu cung cấp thời - Đường ống hút bị dị rỉ gian ngắn, sau - Khớp nối bị hỏng ngừng Việc cung cấp bị ngắt - Trục bơm bị gãy - Xem hư hỏng - Thay khớp nối - Gửi đến sửa chữa nơi sản động làm - Áp suất phản hồi bơm suất việc lớn, tức lưu lượng - Giảm áp suất quy định cho cung cấp = lưu lượng dầu máy Kiểm tra độ nhớt dầu rò rỉ (rò bên thuỷ lực bên ngồi) bơm sinh áp suất không cung cấp dầu Bơm cung cấp - Van xả vị trí mở - Kiểm tra hoạt động van xả Nếu cần thiết phải thay dầu, không - Van áp suất hỏng đạt áp suất yêu - Kiểm tra thay - Chỉ thị áp suất hỏng cầu - Mặt côn, bề mặt làm việc - Kiểm tra thay địng hồ Khơng có áp suất 99 Hư hỏng Nguyên nhân Biện pháp khắc phục (trừ vài bar) van giảm áp, van phân áp suất sức cản dòng phối, bị Gioăng - Kiểm tra thay dầu thuỷ lực phớt làm kín bị mịn bị mịn rách hệ thống mòn bị rách Khi vận hành có - Có khơng khí - Xiết chặt khớp nối ống tiếng ồn lớn đường ống hút khơng khí - Đổ thêm dầu cho đủ - Đầu ống hút không - Thay cần thiết nhúng ngập dầu diện tích tiếp xúc với phớt - Phớt chặn dầu trục trục bị hỏng Khi khơng điều - Van khố bị hỏng khiển cửa cung tự - Kiểm tra phớt, lò xo van khoá tụt dần xuống Áp suất thị - Van an toàn bị hỏng - Kiểm tra điều chỉnh lại áp đồng hồ áp suất xả van Nếu suất lên giá trị không cần phải thay quy định van an tồn Khơng điều - Hỏng van điều chỉnh lưu - Kiểm tra thay van chỉnh tốc độ lượng cửa van điều chỉnh lưu lượng 100 Phụ lục B.1 Xi lanh thuỷ lực dùng máy đóng mở với áp suất 200 bar Hành trình Đường Đường kính kính Piston cần x MD ZO Ø Ø AH ZH M max 16 35 20 50 19 38 25 16 42 20 50 19 38 25 15 16 x 1,5 38 9˚ 15 16 x 1,5 41 - 20 50 25 55 23 45 9˚ 28 20 16 x 1,5 45 219 - 22 60 30 65 28 7˚ 51 33 20 22 x 1,5 50 64 244 - 25 80 35 83 6˚ 30 61 42 20 28 x 1,5 65 35 83 282 317 28 95 40 6˚ 94 35 69 55 20 35 x 1,5 73 120 45 93 335 375 35 115 7˚ 50 120 40 88 75 30 45 x 1,5 88 19 150 58 98 365 415 35 6˚ 145 50 120 40 88 75 30 58 x 1,5 103 6˚ 3/4" 19 165 58 108 393 453 1" 23 190 65 118 423 493 44 160 60 160 50 100 95 30 58 x 1,5 110 6˚ 44 185 60 160 50 100 95 35 65 x 123 1500 1" 23 220 80 120 475 6˚ 555 49 210 70 190 55 115 115 35 80 x 135 110 125 140 1500 1" 23 230 90 130 6˚ 511 591 55 230 80 220 60 141 130 35 90 x 145 220 125 140 160 2000 1/4" 28 254 100 6˚ 145 555 655 60 254 90 250 65 150 150 35 100 x 162 5˚ 250 140 160 180 2000 1/4" 28 298 280 160 180 200 2000 1/4" 28 323 110 145 587 687 70 298 100 280 70 165 170 35 110 x 184 7˚ 120 165 637 757 70 323 110 310 80 185 190 35 120 x 197 320 160 180 - 2500 1/2" 40 6˚ 368 125 180 710 830 85 368 120 335 90 200 215 40 125 x 224 320 200 220 - 2500 1/2" 6˚ 40 368 125 180 710 830 85 368 120 335 90 200 215 40 125 x 224 360 180 200 - 2500 6˚ 1/2" 43 419 125 190 780 930 90 419 140 390 110 230 245 50 125 x 250 360 220 250 - 7˚ 2500 1/2" 43 419 135 190 780 930 90 419 140 390 110 230 245 50 135 x 250 400 200 220 7˚ - 2500 1/2" 43 457 135 205 840 990 105 457 160 450 130 260 275 50 135 x 275 400 8˚ 250 280 - 2500 1/2" 43 457 150 205 840 990 105 457 160 450 130 260 275 50 150 x 275 8˚ 450 220 250 - 3000 1/2" 50 508 150 220 930 1110 105 508 180 500 140 280 300 60 150 x 294 6˚ 450 280 320 - 3000 1/2" 50 508 170 220 930 1110 105 508 180 500 140 280 300 60 170 x 294 6˚ 500 250 280 - 3000 1/2" 50 572 170 230 985 1165 130 572 200 560 160 300 330 60 170 x 326 7˚ 500 320 360 - 3000 1/2" 50 572 190 230 985 1165 130 572 200 560 160 300 330 60 190 x 326 7˚ Ø Ø1 25 32 A AB G/BSP BD SL AK L1 L2 Ø2 Ø3 16 - - - 3/8" 13 35 16 57 183 - 18 22 - - 3/8" 13 42 16 60 186 - 40 22 28 - - 3/8" 13 55 16 60 213 50 28 35 - - 3/8" 13 65 22 60 65 35 45 - - 1/2" 15 80 28 80 45 55 - 800 1/2" 15 95 100 60 70 - 800 3/4" 19 125 70 80 90 1200 3/4" 140 80 90 100 1200 160 90 100 110 1500 180 100 110 125 200 ZB Ø ZBB ZD ZHB ZLB SH SD 101 Phụ lục B.2 Xi lanh thuỷ lực dùng máy đóng mở với áp suất 250 bar Hành trình Đường Đường kính kính Piston cần x MD ZO Ø Ø 16 35 20 50 19 38 25 15 16 x 1,5 38 9˚ 16 42 20 50 19 38 25 15 16 x 1,5 41 9˚ - 20 50 25 55 23 45 28 20 16 x 1,5 45 7˚ 219 - 22 60 30 65 28 51 33 20 22 x 1,5 50 6˚ 64 244 - 25 80 35 83 30 61 42 20 28 x 1,5 65 6˚ 35 83 282 317 28 95 40 94 35 69 55 20 35 x 1,5 73 7˚ 120 45 93 335 375 35 120 50 120 40 88 75 30 45 x 1,5 90 6˚ 19 150 58 98 377 427 44 150 60 160 50 100 95 30 58 x 1,5 105 6˚ 3/4" 19 165 58 108 393 453 44 165 60 160 50 100 95 30 58 x 1,5 113 6˚ 1500 1" 23 190 65 118 438 508 49 190 70 190 55 115 115 35 65 x 125 6˚ 100 110 125 1500 1" 23 220 80 120 501 581 55 210 80 220 60 141 130 35 80 x 135 6˚ 200 110 125 140 1500 1" 23 244 90 130 520 600 60 244 90 250 65 150 150 35 90 x 152 5˚ 220 125 140 160 2000 1/4" 28 267 100 145 570 670 70 267 100 280 70 165 170 35 100 x 169 7˚ 250 140 160 180 2000 1/4" 28 298 110 145 607 707 70 298 110 310 80 185 190 35 110 x 184 6˚ 280 160 180 200 2000 1/4" 28 343 120 165 652 772 85 343 120 335 90 200 215 35 120 x 207 6˚ 320 160 180 - 2500 1/2" 40 394 125 190 750 870 90 394 140 390 110 230 245 40 125 x 224 7˚ 320 200 220 - 2500 1/2" 40 394 125 190 750 870 90 394 140 390 110 230 245 40 125 x 224 7˚ 360 180 200 - 2500 1/2" 43 419 125 200 820 970 105 419 160 450 130 260 275 50 125 x 250 8˚ 360 220 250 - 2500 1/2" 43 419 135 200 820 970 105 419 160 450 130 260 275 50 135 x 250 8˚ 400 200 220 - 2500 1/2" 43 470 135 220 875 1025 105 470 180 500 140 280 300 50 135 x 275 6˚ 400 250 280 - 2500 1/2" 43 470 150 220 875 1025 105 470 180 500 140 280 300 50 150 x 275 6˚ 450 220 250 - 3000 1/2" 50 521 150 230 960 1140 130 521 200 560 160 300 330 60 150 x 301 7˚ 450 280 320 - 3000 1/2" 50 521 170 230 960 1140 130 521 200 560 160 300 330 60 170 x 301 7˚ 500 250 280 - 3000 1/2" 50 610 170 250 1055 1235 140 610 240 670 190 350 385 60 170 x 345 8˚ 500 320 360 - 3000 1/2" 50 610 190 250 1055 1235 140 610 240 670 190 350 385 60 190 x 345 8˚ Ø2 Ø3 A AB G/BSP BD SL AK L1 L2 Ø Ø1 25 16 - - - 3/8" 13 35 16 57 183 - 32 18 22 - - 3/8" 13 42 16 60 186 - 40 22 28 - - 3/8" 13 55 16 60 213 50 28 35 - - 3/8" 13 65 22 60 65 35 45 - - 1/2" 15 80 28 80 45 55 - 800 1/2" 15 95 100 60 70 - 800 3/4" 19 125 70 80 90 1200 3/4" 140 80 90 100 1200 160 90 100 110 180 ZB Ø ZBB ZD ZHB ZLB SH SD AH M ZH max 102 Phụ lục B.3 Xi lanh thuỷ lực dùng máy đóng mở với áp suất 320 bar Hành trình Đường Đường kính kính Piston cần x ZO Ø 16 35 20 50 19 38 25 15 16 x 1,5 38 9˚ 16 42 20 50 19 38 25 15 16 x 1,5 41 9˚ - 20 55 25 55 23 45 28 20 16 x 1,5 48 7˚ 219 - 22 65 30 65 28 51 33 20 22 x 1,5 53 6˚ 64 252 - 28 80 40 94 35 69 55 20 35 x 1,5 65 7˚ 45 83 301 336 35 100 50 120 40 88 75 20 45 x 1,5 75 6˚ 120 58 93 347 387 44 120 60 160 50 100 95 30 58 x 1,5 90 6˚ 19 150 58 98 377 427 44 150 60 160 50 100 95 30 58 x 1,5 105 6˚ 3/4" 19 165 65 108 408 468 49 170 70 190 55 115 115 30 65 x 115 6˚ 1500 1" 23 190 80 118 464 534 55 200 80 220 60 141 130 35 80 x 130 6˚ 100 110 125 1500 1" 23 220 90 120 510 590 60 220 90 250 65 150 150 35 90 x 140 5˚ 200 110 125 140 1500 1" 23 254 100 130 535 615 70 254 100 280 70 165 170 35 100 x 157 7˚ 220 125 140 160 2000 1/4" 28 273 110 145 590 690 70 273 110 310 80 185 190 35 110 x 172 6˚ 250 140 160 180 2000 1/4" 28 323 120 145 622 722 85 323 120 335 90 200 215 35 120 x 197 6˚ 280 160 180 200 2000 1/4" 28 355 125 165 682 802 90 355 140 390 110 230 245 35 125 x 213 7˚ 320 160 180 - 2500 1/2" 40 406 125 205 795 915 105 406 160 450 130 260 275 40 125 x 243 8˚ 320 200 220 - 2500 1/2" 40 406 135 205 795 915 105 406 160 450 130 260 275 40 135 x 243 8˚ 360 180 200 - 2500 1/2" 43 445 135 220 860 1010 105 445 180 500 140 280 300 50 135 x 263 6˚ 360 220 250 - 2500 1/2" 43 445 150 220 860 1010 105 445 180 500 140 280 300 50 150 x 263 6˚ 400 200 220 - 2500 1/2" 43 508 150 235 910 1060 130 508 200 560 160 300 330 50 150 x 294 7˚ 400 250 280 - 2500 1/2" 43 508 170 235 910 1060 130 508 200 560 160 300 330 50 170 x 294 7˚ 450 220 250 - 3000 1/2" 50 559 170 250 1030 1210 140 559 240 670 190 350 385 60 170 x 320 8˚ 450 280 320 - 3000 1/2" 50 559 190 250 1030 1210 140 559 240 670 190 350 385 60 190 x 320 8˚ 500 250 280 - 3000 1/2" 50 622 190 270 1105 1285 150 622 260 730 200 380 415 60 190 x 351 7˚ 500 320 360 - 3000 1/2" 50 622 240 270 1105 1285 150 622 260 730 200 380 415 60 240 x 351 7˚ G/BSP BD SL AK L2 Ø Ø3 AB L1 MD Ø2 A Ø Ø1 25 16 - - - 3/8" 13 35 16 57 183 - 32 18 22 - - 3/8" 13 42 16 60 186 - 40 22 28 - - 3/8" 13 55 16 60 213 50 28 35 - - 3/8" 13 65 22 60 65 35 45 - - 1/2" 15 80 35 80 45 55 - 800 1/2" 15 95 100 60 70 - 800 3/4" 19 125 70 80 90 1200 3/4" 140 80 90 100 1200 160 90 100 110 180 ZB Ø ZBB ZD ZHB ZLB SH SD AH M ZH max