Cửa van ở công trình tháo lũ . - +55: +t 222v xxEekerrrkererrrrerrree 14
Nhiệm vụ và phân loại cửa van ở CT tháo lũ 5 5-2 <+s 2 c+s<+szs+<czx 15 1.143 Giải pháp kỹ thuật để tăng khả năng tháo của CT tháo lũ
1 Nhiệm vụ của cửa van ở công trình tháo lũ
Như vậy, cửa van ở công trình tháo lũ có một 36 nhiém vu sau:
(1) Chắn và dâng nước theo đồ án thiết kế;
(2) Vận hành theo quy trình điều tiết lũ và khống chế lưu lượng xả xuống hạ lưu;
(3) Hạ mực nước hồ xuống ngưỡng tràn;
(4) Xả một phần bùn cát trong quá trình xả lũ
2 Phân loại cửa van ở công trình tháo lũ
- Về mặt kết cấu và hình dáng có thé phân thành:
Cửa van quay trục đứng;
Cửa van quay trục ngang
- Về cơ chế thao tác van, có thể phân thành:
Van điều khiển bằng tay;
Van điều khiển bằng điện;
Van điều khiển bằng điện - điện tử;
Van điều khiển bằng thủy lực;
Van tự động điều khiển bằng thủy lực tự hồi phục hoặc không tự hồi phục
- Về vật liệu chế tạo, có thể phân thành:
Van bê tông cốt thép;
Van kết hợp thép và BTCT;
Van bằng cao su tổng hợp;
Van chế tạo bằng các vật liệu đặc biệt
1.143 Giải pháp kỹ thuật để tăng khả năng tháo của CT tháo lũ
Chúng ta đã rất quen thuộc công thức tổng quát xác định khả năng tháo của công trình tháo lũ Đối với tháo mặt:
OQ = mo,e€> b 2g He” (1.1) Đôi với tháo sâu:
Lưu lượng tháo của công trình tháo lũ được tính bằng công thức Q = m * ụ, trong đó m là hệ số lưu lượng của công trình tháo mặt và ụ là hệ số lưu lượng của công trình tháo sâu Hệ số ngập ở công trình tháo mặt cũng cần được xem xét để đảm bảo hiệu quả trong quá trình tháo lũ.
6 : gập ng trìn mặ XÂY DỰNG
Diện tích mặt cắt ngang của ham thao sau được tính bằng m’, trong khi chiều dài một khoang tràn mặt là b (m) Gia tốc trọng trường được ký hiệu là g (m/s²) Cột nước tràn mặt, bao gồm cả cột nước lưu tốc, được ký hiệu là Hạ (m) Cuối cùng, Z đại diện cho chênh lệch mực nước thượng hạ lưu trong tính toán tháo sâu (m).
Theo công thức tính khả năng tháo, diện tích mặt cắt lỗ tháo sâu và chênh lệch mực nước thượng lưu so với ngưỡng tràn là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến lưu lượng tháo Các yếu tố khác cũng có tác động, nhưng mức độ ảnh hưởng không đáng kể.
Để cải thiện khả năng tháo lũ, có hai giải pháp chính được áp dụng: thứ nhất là mở rộng diện tích tháo lũ và thứ hai là giảm cao độ của a Ai TRE.
Tru tn Barbee ngưỡng công trình tháo lũ
1 Giải pháp tăng diện tích tháo lũ Đối với giải pháp tăng diện tích tháo lũ, ở công trình tháo sâu cần tăng œ Để tăng œ có thể tăng số lượng hằm tháo lũ hoặc tăng diện tích tiết diện của hầm Đối với công trình tháo mặt, về lý thuyết thì tăng tổng diện tràn ve lén, nhung hướng tăng tổng diện tràn theo phương vuông góc với dòng chảy (là hướng lợi nhất về chế độ thủy lực) rất có thể gặp khó khăn bởi tuyến tràn tự nhiên hẹp, không thể tăng lên theo như mong muốn Trong trường hợp này người ta đã có một số biện pháp kỹ thuật hiệu quả như:
+ Thiết kế mặt bằng tuyến tràn hình cung lồi về phía thượng lưu;
+ Thiết kế mặt bằng tuyến tran zich zắc (tran phím đàn piano);
+ Thiết kế thêm máng tràn ngang nhô ra phía thượng lưu
Những giải pháp trên rất hiệu quả đối với tràn tự do không cửa van
2s Giải pháp giảm cao độ ngưỡng
Nếu giảm cao độ ngưỡng công trình tháo lũ thì cột nước tràn sẽ tăng và qua đó sẽ tăng khả năng tháo đi?
Biện pháp truyền thống nhằm hạ ngưỡng công trình xuống mức tối thiểu, cần xem xét các yếu tố như bôi lắng lòng hồ và khả năng chế tạo, vận hành cửa van sâu Phương pháp này thường áp dụng cho các hồ chứa có kích thước trung bình và lớn, với dung tích điều tiết lớn và khả năng điều tiết sâu.
Giải pháp cải tiến tràn tự do không cửa van thành tràn có cửa van với ngưỡng thấp hơn đang được nghiên cứu và chú ý nhiều gần đây Giải pháp này giúp tạo ra dung tích điều tiết, nâng cao hiệu quả sử dụng nước đồng thời kiểm soát mực nước lũ tối đa Đặc biệt, với hồ chứa quy mô nhỏ và lưu lượng lũ lớn, phương án này rất hiệu quả, nhất là khi kết hợp với cửa van tự động điều khiển thủy lực tự hồi phục.
1⁄22 Tinh hình nghiên cứu ngoài nước
1.2.1 Tổng quát về các loại van lật và tràn
In the June 2005 publication "Design of Movable Weirs and Storm Surge Barriers" by InCom Working Group 26, twelve types of movable weirs and flap gates are detailed The document outlines the operating principles and typical applications of these twelve weir types in Table 1.1.
Bảng 1.1: Thống kê các loại tràn van lật trên thế giới
Gate type - Loại van in English (Tiếng Anh) Sketch of gate- type
Code | Germany (D) - Tiếng Đức Sơ đồ cấu tạo van
Dutch (NL) - Tiéng Ha Lan
1 Radial or taintor with Upstream compression gate arms (Van cung với cánh tay đòn chịu nén)
F: Vanne segment avec bras an compression
Radial gate (or Taintor Gate) with compression gate arms and upper flap gate (Van cung voi cánh tay đòn chịu nén và van lật phía trước)
F: Vanne segment avec un clapet supéricur
Radial gate (or Taintor Gate) with tension gate arms (Van cung với cánh tay đòn chịu kéo)
D: Zugsegment mit Aufsatzklappe F: Vanne segment a bras tendu NL: Segmentschuif met trekarmen
Flap gate (Fishbelly-type) - (Van lật hình cá)
D: Stauklappe, Fischbauchklappe F: Vanne Clapet NL: Bodemklep jowstream
Sector gate (van hinh quat)
Drum gate (Van hình trồng)
D: Trommel F: Vanne Tambour NL: Luchtkistdeur (Trommeldeur)
Roller drum gate (Van hinh trong tron)
D: Walze F: Vanne Cylindrique NL: Cilinderdeur
Vertical lift gate (one-piece gate) - (Van nhac thang dimg một phân đoạn)
D: Einteiliges Hubschiitz F: Vanne levante (en une pièce) NL: Hefschuif
Double leaf gate (Upper gate:
Lifting hook type) - (Van nhac thang dimg hai phan doan, doan trên loại kéo móc)
D: Hakendoppelschiitz F: Vanne levante avec hausse supéricure
NL: Dobbele hefschuif met overlaat Upstream | ⁄⁄⁄⁄⁄2 a + Dowstream
10 Vertical lift gate (lifting hook
| type) - (Van nhac thang đứng Upsteam yy mrxerrcrs[rreerrrmrree loại kéo móc)
F: Vanne levante avec lame ==ĂÄ déversante Ws ⁄ MM
NL: Hefschuif met overlaat ⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄⁄ Mis
11 Beartrap gate, roof weir (Van kiêu bây gâu hoặc kiêu mái nhà)
(Van kiéu dap cao su) Dammingyy Í_
D: Schlauchwehr F: Vanne gonflable NL: Balgstur
Nguôn tai liu: "Design of Movable Weirs and Storm Surge Barriers", thang 6/2005 cua InCom Working Group 26
Tràn cầu chì (Fusegates) là một giải pháp an toàn hiệu quả cho các đập đất đá trong trường hợp lũ lớn, đặc biệt là trong những tình huống mà việc nâng cao quy mô đập hoặc cải thiện công trình tháo lũ gặp khó khăn hoặc tốn kém Việc sử dụng tràn cầu chì giúp tăng cường độ an toàn cho các công trình trước các trận lũ cực hạn PME.
Loại tràn cầu chì với van bố trí trên ngưỡng tràn có khả năng tự động hoạt động khi lũ lớn xảy ra, giúp hạ thấp ngưỡng tràn và tăng cường khả năng thoát lũ Sau mùa lũ, van cầu chì được xây dựng lại, nhưng trong những năm có lũ lớn, nó lại bị phá hủy Việc này tương tự như cầu chì trong mạch điện, nhằm ngăn chặn quá tải và đảm bảo mực nước lũ không vượt quá mức cho phép.
Tràn cầu chì bao gồm các bộ phận chính như tường răng cưa (Labryrinth), khoang chứa nước giúp cân bằng, ống thu nước lũ tạo áp lực ngược và khe, mồ giữ nước.
(Lỗ thoát nước) Abutment block
Hình 1.1: Sơ đồ tràn cầu chì
1.2.2 Van lật tự động thủy lực trục trên
Based on the research conducted by Xavier Litrico, Gilles Belaud, Jean-Pierre Baume, and José Ribot-Bruno, titled "Hydraulic Modeling of an Automatic Upstream Water-Level Control Gate," published in the Journal of Irrigation and Drainage Engineering in May 2005, the M6 model and the calculation process for this type of gate are described in detail below.
Van lật tự động thủy lực trục trên, hay còn gọi là Begemann hay Flap gate, được ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới nhờ hiệu quả trong việc kiểm soát mực nước thượng lưu với chi phí thấp Nghiên cứu về loại van này đã được thực hiện bởi Vlugter vào năm 1940, Brouwer vào năm 1987 và Brants.
Nhiều mô hình toán học đã được nghiên cứu để tính toán loại van này, bao gồm đề xuất của Stiekney vào năm 1912 cho quy trình tính toán trên đỉnh đập Đặc biệt, Neyrtec GEC-ALSTHOM đã chế tạo loại van nổi tiếng AVIS/AVIO từ những năm 1998 Các nghiên cứu của de Graaff (1998) và Brurt cùng đồng sự (2001) cũng đóng góp quan trọng vào lĩnh vực này.
1950 và nhiều mô hình của các tác giả khác, trong đó có Jiong (1990) của Trung Quốc
Loại van này bao gồm van phẳng được kết nối với đối trọng phía trên mực nước qua trục quay nằm ngang Khi van đóng hoàn toàn, mô men của đối trọng vượt qua mô men áp lực nước thượng lưu Khi mực nước thượng lưu tăng, mô men áp lực nước tăng và vượt qua mô men đối trọng, khiến cửa van mở ra cho dòng lũ thoát qua Ngược lại, khi mực nước thượng lưu giảm, mô men áp lực nước giảm và nhỏ hơn mô men đối trọng, dẫn đến việc cửa van từ từ đóng lại.
Như vậy tham gia vào quá trình đóng mở van, có hai phương trình quan trọng là:
- Phương trình (hay quy luật) thay đổi lưu lượng Q qua tràn ứng với độ sâu mực nước trên đập hạ và độ mở cửa van ð cho trước
- Phương trình cân bằng mô men đối với trục quay của van
Nghiên cứu [8] giới thiệu một mô hình hiệu quả của loại van lật tự động thủy lực trục trên khi xử lý hai phương trình trên
Hình 1.2: Van Begemamn tại Kênh chính Bắc của Dự án Hadejia Valley Irrigation
Mô tả cơ cấu van:
Van lật tự động thủy lực trục dưới ¿5 + + + 2s se xex+ecsxzreeexeersrersrs 30
Van lật tự động thủy lực trục trên sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật, nhưng cũng gặp phải một số nhược điểm, đặc biệt là về giá thành và kết cấu chưa hoàn toàn đáp ứng nhu cầu thực tế.
Chưa có bài viết hay nghiên cứu nào được công bố về loại van này Gần đây, nghiên cứu về tràn và van cho thấy Trung Quốc đang dẫn đầu trong công nghệ thiết kế, chế tạo, lắp đặt và cung ứng loại van này ra toàn cầu, bao gồm cả thị trường Việt Nam.
Công nghệ van lật tự động thủy lực trục dưới đã được các nhà khoa học Trung Quốc phát triển và hiện đang được coi là bí quyết nghề nghiệp Dưới đây là một số hình ảnh về van lật tự động thủy lực trục dưới từ các hãng cung cấp thiết bị của Trung Quốc.
Hình 1.7: Một số hình ảnh van lật tự động trục dưới của Trung Quốc
1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước
Van và van lật nói chung đã được ứng dụng ở Việt Nam từ khá lâu cùng với sự nghiệp xây dựng các công trình thủy lợi
Các loại van phẳng, van cung, van clap trục dưới điều khiển bằng thủy lực hay bằng điện, điện tử được lắp đạt khá phổ biến
Loại đập tràn cao su cũng được áp dụng ở một số hồ thủy lợi
Hình thức tràn phím đàn piano đã thu hút sự chú ý của các nhà khoa học công nghệ trong nước Chế độ chảy qua tràn phím đàn tương tự như chế độ chảy trên mặt van lật tự động thủy lực trục dưới.
Khi nghiên cứu dự án "Khôi phục, nâng cấp hệ thống thủy lợi Bắc Nghệ An"
Các chuyên gia của Viện KHÍTL Việt Nam đã đề xuất thay thế van cũ, được xây dựng bởi Pháp từ năm 1937, bằng van lật trục dưới sử dụng xi lanh thủy lực theo cơ chế điện - điện tử.
Hình 1.8: Van nỗi thủy lực tại đập tràn Đô Lương do Pháp xây dựng
| [ maoxskxxessraaaa, i, TU X3 XE 8 Xi Gee XS: aS
Hình 1.9: Van lật Clap trục dưới kiến nghị sử dụng tại tràn Đô Lương 1.3.3 Van lật tự động thủy lực trục dưới
Vũ Hoàng Hưng đã giới thiệu về van lật tự động thủy lực của Trung Quốc, nhấn mạnh tính năng và ứng dụng của sản phẩm này trong việc kiểm soát dòng chảy Van sập tự động khống chế thủy lực mang lại hiệu quả cao trong việc điều chỉnh áp lực và bảo vệ hệ thống, góp phần nâng cao độ an toàn và ổn định cho các công trình thủy lợi.
Cửa van sập tự khống chế thủy lực, do ông YAN tianen (Trung Quốc) nghiên cứu và phát minh, là một công trình thủy công hoàn toàn mới Sau gần 30 năm nghiên cứu và thử nghiệm, loại cửa van này đã được áp dụng cho một số công trình tại Trung Quốc Hình thức cửa van này được tác giả gọi là “cửa van sập tự khống chế thủy lực”.
1 Cửa van sập tự khống chế thủy lực có sẵn công năng tự đóng mở so với cửa van bằng thép phẳng thông thường, không cần thiết bị cơ điện với thao tác xả lũ bằng thủ công, xả lũ chuẩn xác và kịp thời, tiếp kiệm nhân lực và vật lực; nó hoàn toàn nhờ nâng cao cột nước, tăng lớn áp lực nước dần dần tự động mở cửa van mà còn duy trì được mực nước tích không thay đổi; khi cửa van mở hoàn toàn tình trạng xả nước qua cửa với đáy sông thiên nhiên sai khác không nhiều, khi mực nước giảm thấp cửa van dần dần đóng tích nước Ngoài ra thời gian xây dựng ngắn, giá thành thấp, suất đầu tư thấp Cửa van sập tự khống chế thủy lực bình thường hầu như không cần phải thay thế phụ tùng và duy tu bảo dưỡng
2 Dùng trong đường tràn hồ chứa nước; có khả năng tự điều tiết hồ chứa, phát huy hiệu quả lớn nhất hồ chứa, bảo đảm an toàn hồ chứa Thực tế chứng minh, công năng của nó không giống với các loại cửa van bình thường khác.
Trong trạm thủy điện, việc sử dụng các điều kiện thủy văn hiện có giúp tận dụng hiệu quả trong việc phòng chống lũ lụt và nâng cao cột nước Hệ thống tự động xói cát bồi lắng trong hồ không chỉ đảm bảo tuổi thọ của hồ chứa mà còn phát huy tối đa hiệu quả kinh tế cho nhà máy điện.
4 Dùng trong vận tải thủy với thủy lợi; có khả năng tự động điều tiết nước, thỏa mãn yêu cầu độ sâu nước thông thuyền với dùng nước cho nông nghiệp
5: Dùng trong môi trường đô thị; sau khi tích nước cải thiện môi trường sinh thái đô thị, thỏa mãn yêu cầu phòng lũ thành phố
Nguyên lý hoạt động của cửa van thủy lực dựa trên sự cân bằng giữa mô men áp lực thủy động và mô men trọng lượng của cửa van Khi mô men áp lực thủy động vượt quá mô men trọng lượng và lực ma sát tại điểm gối tựa, cửa van sẽ tự động mở đến một góc cố định, tạo ra trạng thái cân bằng mới Nếu lưu lượng không thay đổi, góc mở cửa cũng sẽ giữ nguyên Tuy nhiên, khi lưu lượng thượng lưu giảm xuống dưới một mức nhất định, mô men trọng lượng sẽ lớn hơn mô men áp lực thủy động, dẫn đến việc cửa van tự động đóng lại đến một góc nhất định, thiết lập lại trạng thái cân bằng mới khi lưu lượng đạt đến mức này.
Có thể mô tả vận hành cửa van sập tự động khống thủy lực qua các hình vẽ sau:
Hình 1.10: Van lật tự động thủy lực trục dưới khi đóng hoàn toàn
Hình 1.11: Van lật tự động thủy lực trục dưới khi mở ở độ mở nhỏ
Hình 1.12: Van lật tự động thủy lực trục dưới khi mở với độ mở lớn hon
Viện KH&CN CTT đã cung cấp tư vấn cho Chủ đầu tư về việc xây dựng tràn tại công trình thủy điện Suối Tráng, huyện Cao Phong, tỉnh Hòa Bình, cùng với công trình thủy điện Ta Loi.
2, huyện Bát Xát, tỉnh Lào Cai [2] bố trí van lật tự động thủy lực
Dưới đây là một số hình ảnh van lật tại công trình thủy điện Suối Tráng
Hình 1.14: Van lật tự động thủy lực tại TÐ Suối Tráng khi hồ chưa tích nước
Hình 1.15: Van lật tự động thủy lực tại TÐ Suối Tráng khi hồ xả lũ nhỏ
1.4 _ Hướng nghiên cứu van lật tự động thủy lực trục dưới cúa đề tài
Từ phần tổng quan về nghiên cứu tràn và van lật trên thế giới và Việt Nam, có thể rút ra những kết luận sau:
1.4.1 Sự cần thiết nghiên cứu van lật tự động thủy lực trục dưới
Van lật tự động thủy lực trục trên, được nghiên cứu từ những năm 1940, đã được ứng dụng rộng rãi trong các công trình thủy lợi nhỏ trên toàn thế giới Loại van này mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao khả năng điều tiết của hồ chứa và kiểm soát mực nước thượng lưu.
Van lật trục trên có một số nhược điểm đáng lưu ý: thứ nhất, thiết kế không thẩm mỹ do vật đối trọng nằm ở phía trên; thứ hai, cơ cấu truyền động không gọn gàng vì trục quay được đặt cao hơn so với van; thứ ba, vật chắn nước khó đảm bảo kín khít, dẫn đến áp lực tỳ không lớn và lượng nước rò rỉ cao; thứ tư, không thể tháo dỡ cây cối hay vật nổi; và cuối cùng, không thể kiểm soát góc mở lớn nhất của van.
Hướng nghiên cứu van lật tự động thủy lực trục dưới của đề tài
Sự cần thiết nghiên cứu van lật tự động thủy lực trục dưới
Van lật tự động thủy lực trục trên, được nghiên cứu từ những năm 1940, đã được ứng dụng rộng rãi tại các công trình thủy lợi nhỏ trên toàn thế giới Loại van này mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao khả năng điều tiết của hồ chứa và kiểm soát mực nước thượng lưu.
Van lật trục trên có một số nhược điểm đáng lưu ý: thứ nhất, thiết kế không đẹp mắt do vật đối trọng nằm ở phía trên; thứ hai, cơ cấu truyền động không gọn gàng vì trục quay được bố trí cao hơn so với van; thứ ba, vật chắn nước khó có thể kín do áp lực tỳ không đủ lớn, dẫn đến lượng nước rò rỉ cao; thứ tư, không thể tháo dỡ cây cối hay vật nổi; và cuối cùng, không thể kiểm soát được góc mở lớn nhất của van.
Van lật tự động thủy lực trục dưới đã khắc phục những nhược điểm của van lật thủy lực trục trên, mặc dù việc tính toán thủy lực trở nên phức tạp hơn.
Trung Quốc đã phát triển công nghệ van lật tự động thủy lực trục dưới trong nhiều năm, nhưng quy trình sản xuất vẫn được giữ kín Mặc dù vậy, thiết kế và chế tạo loại van này không quá phức tạp, vì vậy cần thiết phải tiến hành nghiên cứu về van lật trục dưới tại Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu van lật tự động thủy lực trục dưới của đề tài
Đề tài "Nghiên cứu nguyên lý thiết kế van lật tự động thủy lực trục dưới ở công trình tháo lũ đầu mối thủy lợi", mã số: 127-2011-KHXD-TĐ, tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các nguyên lý thiết kế cho van lật tự động, nhằm cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống tháo lũ trong các công trình thủy lợi Nội dung chính bao gồm phân tích cấu trúc, chức năng và ứng dụng của van lật tự động trong quản lý nước, cũng như các yếu tố kỹ thuật liên quan đến thiết kế và vận hành.
(1) _ Thiết lập sơ đồ cơ - thủy lực của van;
(2) Tính toán tải trọng và điều kiện cân bằng ở các trạng thái khác nhau;
(3) Xây dựng mối quan hệ giữa: cột nước tràn, góc mở van và tổng lưu lượng xả qua tràn;
(4) Lựa chọn góc đóng và góc mở hoàn toàn;
(5) _ Xây dựng quy trình trình thiết kế tự động hóa;
(7) Kiến nghị những nội dung nghiên cứu tiếp theo.
CHƯƠNG 2 ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG VÀ KHẢ NĂNG THÁO
2.1 Sơ đồ nghiên cứu và chế độ làm việc
2.1.1 Sơ đồ cấu tạo chính
Hình 2.I trình bày sơ đồ cấu tạo của van lật tự động thủy lực trục dưới Tên
"Van lật tự động thủy lực trục dưới" là do đề tài đặt, xuất phát từ tên tiếng Anh
"Hydraulic Self-Control Flap Gate" dang dugc 4p dung phé bién 6 Trung Quéc va mét số công trình ở Việt Nam ơ
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo van lật tự động thủy lực trục dưới
Cửa van là một loại van phẳng với kích thước hình học bao gồm chiều cao (H) và chiều rộng (B), được đặt trên ngưỡng đập tràn thực dụng hoặc đỉnh rộng Phần quay của van, bao gồm tắm chắn nước, cấu kiện liên kết và cơ cấu truyền động, có trọng tâm ký hiệu là G, nằm thấp hơn mép trên van, cao hơn ngưỡng tràn và lệch về phía thượng lưu Trục quay của van, ký hiệu là O, nằm cao hơn ngưỡng tràn, thấp hơn mép trên van và ở phía hạ lưu của van.
Hệ tọa độ XOY đi qua tâm quay O và được thiết kế với bệ ty FF để kiểm soát góc mở lớn nhất của van Tọa độ trong tam giác 1a được xác định là (XG, Ya), với tam giác G nằm trong góc 1/4 thứ tư.
Điều kiện cân bằng của van thay đổi theo mực nước và áp lực nước thượng lưu, dẫn đến sự thay đổi độ mở của cửa van từ đóng hoàn toàn đến mở hoàn toàn Trong quá trình này, ba yếu tố quan trọng là cột nước tràn (h), góc mở van (ơ) và tổng lưu lượng xả (Q) có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Nếu coi một trong ba yếu tố là tham số cố định, hai yếu tố còn lại sẽ là biến Tổng lưu lượng xả Q bao gồm lưu lượng xả đáy qua khe giữa van và ngưỡng tràn (Q¿), lưu lượng xả mặt qua đỉnh van (Qm) và lưu lượng rò rỉ (Q,) Việc xử lý mối quan hệ này là một bài toán thủy lực phức tạp, đóng vai trò then chốt trong nghiên cứu của đề tài Sự thay đổi tự động của điều kiện cân bằng của van theo diễn biến cột nước tràn là điểm quan trọng thứ hai trong nghiên cứu về quy luật cân bằng động của quá trình van làm việc.
2.1.2 Các trường hợp làm việc đặc biệt
Van lật tự động thủy lực trục dưới hoạt động qua năm trường hợp đặc biệt: (a) Đóng hoàn toàn, (b) Van bắt đầu mở, (c) Đỉnh van nh
1 Trường hợp đóng hoàn toàn ơ
Hình 2.2: Trường hợp đóng hoàn toàn
Trong trường hợp van đóng hoàn toàn, mép dưới van tiếp xúc với ngưỡng tràn bê tông, và góc mở (ơ) được xác định là góc giữa mặt van và phương nằm ngang Khi van ở trạng thái đóng hoàn toàn, góc mở sẽ bằng góc mở ban đầu (œ = dœọ) Cột nước tràn được quy định từ 0 đến hạ, tính từ mép trên van khi đóng hoàn toàn, và lưu lượng xả tương ứng với lưu lượng rò rỉ Q Đồng thời, mô men đóng van (Mạ) lớn hơn mô men mở van (M,).
2 Trường hợp van bắt đầu mở
Khi mức nước thượng lưu vượt quá mép trên của van, cột nước tràn (h,) sẽ tăng lên, dẫn đến tình trạng h, > ho Dù một phần lưu lượng bắt đầu tràn qua đỉnh van, van vẫn giữ trạng thái đóng hoàn toàn Khi h, tiếp tục tăng, lượng xả cũng gia tăng cho đến khi đạt trạng thái cân bằng với h, = hy, tại đó giới hạn md My = Ma được thiết lập.
Van bắt đầu mở khi nó đạt trạng thái cân bằng giới hạn mở, đặc trưng thủy lực của trường hợp này là: h, = Ig (2.1)
3 Trường hợp đỉnh van nhô cao nhất
Khi hị > hy, van sẽ bắt đầu mở và mép trên của van quay theo chiều kim đồng hồ Quá trình này tạo ra một cung tròn với tâm O, đi qua các điểm A, B, C và D Van sẽ dừng lại tại điểm tỳ D.
Hình 2.3: Trường hợp đỉnh van nhô cao nhất
Trường hợp đỉnh van nhô cao nhất, như minh họa trong hình 2.3, có đỉnh van tại điểm B trên trục tung OY, với đặc điểm là chiều nước tràn qua đỉnh van đạt giá trị nhỏ nhất ngay khi bắt đầu mở Lưu lượng xả bao gồm cả phần xả mặt qua đỉnh van và xả đáy qua ngưỡng tràn.
4 Trường hợp mở hoàn toàn
Khi van tỳ lên tắm đệm F-F, van sẽ mở hoàn toàn và không thể mở thêm Điểm D là điểm mép trên van gối lên tắm đệm F-F như thể hiện trong hình 2.4.
Trong trường hợp mở hoàn toàn, độ mở đạt giá trị lớn nhất với góc mở nhỏ nhất (0min), dẫn đến lưu lượng xả mặt và lưu lượng xả đáy đều đạt mức cao nhất Tổng lưu lượng xả trong tình huống này cũng đạt giá trị lớn nhất, thể hiện đây là trường hợp thiết kế tối ưu.
(với mực nước thượng lưu lớn nhất thiết kế, lưu lượng xả lớn nhất thiết kế) Đặc trưng thủy lực cho trường hợp này là: lạ = đu (2.3)
Van sẽ giữ ở độ mở tối đa trong thời gian ngắn, và khi đỉnh lũ giảm đến một mức nhất định, cột nước tràn sẽ giảm dần cho đến khi van bắt đầu quá trình đóng lại.
2: Trường hợp van bắt đầu đóng
Hình 2.5: Trường hợp van bắt đầu đóng
Hình 2.5 minh họa quá trình van bắt đầu đóng, dẫn đến sự giảm lưu lượng xả và mức nước thượng lưu Khi mực nước tràn giảm đến đỉnh van, chỉ còn lưu lượng xả đáy Lưu lượng xả và mực nước tràn tiếp tục giảm cho đến khi đạt mực nước hưmin, tại đó trạng thái cân bằng được thiết lập với Mm = Ma.
Van bắt đầu đóng khi nó đạt trạng thái cân bằng giới han đóng, đặc trưng thủy lực của trường hợp này là: - h ah :min (2.5)
Sau thời điểm cân bằng giới hạn đóng, van sẽ từ từ đóng lại cho đến khi đóng hoàn toàn
2.1.3 Các chế độ làm việc
Năm trạng thái làm việc của van được chia thành năm chế độ cơ bản Chế độ làm việc thứ nhất bắt đầu khi cột nước tràn h lớn hơn cột nước tràn gidi han hy, dẫn đến xả tràn mặt và đạt trạng thái đỉnh van nhô cao nhất Chế độ thứ hai diễn ra từ trạng thái đỉnh van nhô cao nhất cho đến khi van mở hoàn toàn Chế độ thứ ba tính từ khi van mở hoàn toàn đến khi mực nước thượng lưu đạt bằng đỉnh van Chế độ thứ tư bắt đầu khi mực nước thượng lưu bằng đỉnh van và kéo dài đến khi van bắt đầu đóng Cuối cùng, chế độ thứ năm diễn ra từ khi van bắt đầu đóng cho đến khi van đóng hoàn toàn.
1 _ Chế độ làm việc thứ nhất
Chế độ làm việc thứ nhất bắt đầu khi cột nước tràn h vượt quá cột nước tràn giới hạn hy, dẫn đến việc xả tràn mặt xảy ra Trong giai đoạn này, lưu lượng xả bao gồm cả xả đáy và xả mặt, đạt trạng thái làm việc tối đa khi đỉnh van nhô cao nhất.