Nghiên ứu ứng dụng hệ thống xi lanh thuỷ lự đồng bộ làm việ trong điều kiện tải trọng lớn trong ngành thuỷ điện, thủy lợi

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan trên.Tác giả luận văn Trang 3 LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống xilanh thuỷ lực

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG XI LANH THUỶ LỰC ĐỒNG BỘ LÀM VIỆC TRONG ĐIỀU KIỆN TẢI TRỌNG LỚN TRONG NGÀNH THUỶ ĐIỆN, THUỶ LỢI

Chuyên ngành: MÁY THỦY KHÍ

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi nghiên cứu, không sao chép Chưa được công bố trên tài liệu nào trước đây Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

về lời cam đoan trên

Tác giả luận văn

Đỗ Mạnh Cường

LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống xilanh thuỷ lực đồng bộ làm việc trong điều kiện tải trọng lớn trong ngành thuỷ điện, thủy lợi” đã được hoàn thành và đã đạt được các kết quả mong muốn.

Tôi chân thành cảm ơn P.G.S T.S Ngô Sỹ Lộc, thầy hướng dẫn trực tiếp cho tôi hoàn thành luận văn này Những lời khuyên, hướng dẫn bổ ích của thầy về vấn đề ứng dụng hệ thống thủy lực đồng bộ và hệ thống servo đã mở ra một hướng cho việc nghiên cứu ứng dụng mới trong kỹ thuật thủy lực nói chung,

và ứng dụng cho hệ thống cửa van trong thủy lợi nói riêng

Tôi xin cảm ơn các Thầy, Cô Bộ môn Máy Tự động thủy khí trường ĐHBK

Hà Nội Cảm ơn Ban lãnh đạo Tổng công ty Cơ điện Xây dựng Nông nghiệp

và Thủy lợi đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho tôi hoàn thành tốt đề tài của luận văn Cảm ơn Giám đốc Trung tâm CNC Thạc sỹ Lý Thanh Hà đã góp nhiều -

ý kiến quí giá trong thời gian làm luận văn

Hà Nội, ngày tháng năm

Tác giả luận văn

Đỗ Mạnh Cường

2.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NÂNG HẠ TẢI THỦY LỰC TRONG THUỶ

2.4 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA XY LANH CHỊU TẢI TRỌNG LỚN 38

3.1 PHÂN TÍCH TỔNG QUAN VAN 55

4.3 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ THỐNG & MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN 84

4.4 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG THUỶ LỰC NÂNG HẠ CỬA CỐNG DẪN

DANH M C HÌNH VỤ Ẽ

Hình 1-7 Máy đóng mở thủy lực công trình tràn xả lũ EASUP thượng -

Hình 1-8 Toàn cảnh công trình tràn xả lũ với máy đóng mở thủy lực 22

Hình 2.5 Mặt cắt ngang của xilanh thuỷ lực tại vị trí dẫn hướng 44Hình 2.6 Mặt cắt qua cần piston và dẫn hướng 45

Hình 2.8 Biểu đồ mômen và lực tác dụng lên hệ thống xilanh tĩnh 49

Hình 2.14 Tạo điểm đặt xilanh trên công trình 53

Hình 3.8 : Điều khiển vòng mở với van tỷ lệ trực tiếp 70

Hình 3.10 : Đièu khiển vòng kín với van servo 71

Hình 3.13 : điều khiển van bằng điều khiển bản chắn 74

Hình 4.1: Hệ thống nâng đồng bộ dùng kích nâng cầu giao thông 78

Hình 4.4 : đồng bộ bằng bơm thuỷ lưc và bằng van chia lưu lượng 80

Hình 4.6: Sơ đồ dùng bơm chia lưu lượng cho hai mô tơ thuỷ lực 81Hình 4.7 : Sơ đồ điều khiển đồng bộ cho máy sấn thuỷ lực 82 Hình 4.8: Sơ đồ điều khiển đồng bộ bằng van tỷ lệ 82

Hình 4-10 Sơ đồ hệ thống điều khiển servo với hai xilanh 84 Hình 4.11 : Sơ đồ khối hệ thống điều khiển đồng bộ 85

Hình 4.12 : Mô hình vòi phun - bản chắn của van servo 87

Hình 4.14 : Mô hình tính toán hệ thống điều khiển van servo 93

Hình 4.16: Mô hình thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp mô hình mẫu

99Hình 4.17 : Nguyên lý hệ thống nâng đồng bộ ử c a cống d n dòng thi công ẫ

Hình 4.18 : Thiết bị nâng cửa cống d n dòng thi công thuẫ ỷ ệ đi n Sơn la 103 Hình 4.19 Mô hình bộ điều khiển cho một nhánh 105 Hình 4.20 : Đáp ứng của hệ cho một bên xi lanh với sự thay đổi tải 106Hình 4.21 : Hệ thống hoạt động khi chưa bật hệ thống đồng bộ 107 Hình 4.22 : Hệ thống hoạt động khi bật hệ thống đồng bộ 108Hình 4.23 : Sai lệch tại đỉnh của hệ thống hoạt động khi bật hệ thống đồng bộ

108

DANH MỤC CÁC ĐẠI LƯỢNG V T LÝ Ậ

Cd H s x ệ ố ả lưu lượng (≈ 0.61)

Aport Diện tích cổng dầu, m2

Qin Lưu lượng d u vào van, mầ 3/s

Qout Lưu lượng d u ra kh i van, mầ ỏ 3/s

Kq H s ệ ố lưu lượng, m3/s/mA

KC H s ệ ố lưu lượng áp suất, m- 3/s/Pa

ρ Khối lượng riêng của dầu

MT Tổng trọng lượng của Piston & tải, KG

xv Độ ị d ch chuy n c a con trư t van servo, m ể ủ ợ

∆i S ố gia dòng điện trên cu n cộ ảm của van servo, mA

ωh Tần số th ỷ ực tự nhiên không giảm chấn, rad/s u l

δh T s ỷ ố giảm chấn

Kh H s cệ ố độ ứng thuỷ ự l c

MỞ ĐẦU Luận văn với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống xilanh thuỷ lực đồng bộ làm việc trong điều kiện tải trọng lớn trong ngành thuỷ điện, thủy lợi” được chia làm 6 chương:

Chương I: Tổng quan

- Các nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống xilanh thuỷ lực tải trọng lớn trong ngành thuỷ lợi, thuỷ điện trên thế giới và tình hình nghiên cứu trong nước, những tiến bộ về công nghệ chế tạo thiết bị thủy lực - Đặc điểm hệ thống thuỷ lực nâng hạ

- Nội dung nghiên cứu

- Mục tiêu nghiên cứu

Chương II: Hệ thống nâng, hạ tải trọng lớn

- Hệ thống nâng tải trọng lớn trong thuỷ lợi, thuỷ điện

- Chức năng hệ thống điều khiển thuỷ lực

- Các vấn đề cần quan tâm trong việc tính toán thiết kế hệ thống nâng

hạ tải trọng lớn

Chương III: Cơ sở lý thuyết thiết kế hệ thống thủy lực đồng bộ

- Phân tích tổng quan về van servo

- Hệ thống thuỷ lực Servo

Chương IV: Tính toán thiết kế hệ thống đồng bộ

- Một số hệ thống đồng bộ thuỷ lực trong thực tế

- Sơ đồ cấu trúc hệ thống & mô hình điều khiển

- Xử lý số liệu & bộ điều khiển đồng bộ

- Ứng dụng hệ thống điều khiển đồng bộ vào giàn nâng hạ cống dẫn dòng thi công công trình thuỷ điện Sơn la

- Các kết luận

Chương V: Kết luận

Kết luận và kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ THUỶ LỰC CHO HỆ THỐNG NÂNG HẠ

TRONG THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN 1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI

Các thiết bị thuỷ lực đã được nghiên cứu và áp dụng cho các thiết bị đóng mở của các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện từ rất sớm ở các nước công nghiệp phát triển như : Đức, Pháp, Nga, Mỹ, Hà lan,…Xilanh thủy lực được dùng phổ biến rộng rãi từ những năm 50 Ngày nay, xilanh thủy lực được chế tạo đến đường kính 1500mm hoặc hơn nữa, hành trình đến 25000mm cho các ứng dụng đặc biệt như ngành dầu khí, thăm dò địa chất Hiện nay, xilanh thủy lực không chỉ làm việc đến áp suất 1500 bar (trong thăm dò còn sử dụng áp suất cao hơn) mà còn có thể truyền các thông số về áp suất, hành trình, vận tốc về cho người điều khiển theo dõi Xilanh thủy lực với cần piston bằng thép mạ

Cr hoặc Cr Ni sử dụng phổ biến nhất trong các công trình trong đất liền và môi trường ít ăn mòn Xilanh thủy lực có cần piston bằng thép không gỉ được

-sử dụng trong các vùng ven biển, chịu hóa chất Đến những năm 80, một vật liệu phủ mới xuất hiện thay thế cho các vật liệu phủ cổ điển Cr-Ni Đó là gốm kim loại gốc Ti Ni Vật liệu gốm tuy giòn, nhưng có độ cứng bề- mặt lớn, khả năng chịu mài mòn, chịu ăn mòn tốt trong môi trường khắc nghiệt đã nhanh chóng được ứng dụng trong kỹ thuật chế tạo xilanh thủy lực Gốm kim loại phủ trên cần xilanh, đầu tiên được dùng để phủ lên dụng cụ cắt công nghiệp

và gia dụng, sau đó gốm được đưa vào phủ cho các chi tiết trong ôtô như trục khuỷu, ống lót và piston động cơ đốt trong Vật liệu gốm kim loại sử dụng để tạo lớp phủ trên bề mặt xilanh thủy lực được tiến hành bằng cách phun vật liệu phủ trong dòng oxy cao tốc với khí bị ion hóa hoàn toàn (plasma) nên

khó giữ được cơ tính ban đầu của vật liệu gốc Đó cũng chính là lý do chỉ có một số hãng xác định được chế độ phủ thích hợp và thương mại hóa sản phẩm của mình Ngày nay, các van, bơm thủy lực…đặc biệt là các van, bơm điều khiển được bằng điện tỷ lệ như van tỷ lệ, van servo, bơm điều chỉnh lưu lượng đã được nghiên cứu và chế tạo được với chất lượng rất cao Hệ thống thủy lực ngày nay có thể điều khiển thông qua máy tính, qua các hệ thống giám sát Các công trình thủy lợi nổi tiếng nhất thế giới ở Hà Lan, Đức, Braxin… đã sử dụng các thành tựu mới nhất về thủy lực ứng dụng vào ngành thủy lợi

1.2 TRONG NƯỚC

Hiện trạng về tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị thuỷ lực vào các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện ở nước ta trong thời gian những năm gần đây đã được quan tâm, đóng góp một phần rất quan trọng sự nghiệp công nghiệp hoá đất nước Với địa hình nước ta nhiều đồi núi, sông suối Nhiều năm có những thời gian hạn hán, lúc khác lũ lụt Chính vì vậy hệ thống thuỷ lợi, hồ đập với hơn

700 công trình, các công trình đầu mối, kênh mương, được đặc biệt chú trọng.Thêm vào đó là hệ thống các nhà máy thuỷ điện công suất từ lớn đến nhỏ khắp nơi trên cả nước phát triển mạnh mẽ Cùng với các công trình trên là hàng ngàn các cửa van Đại đa số các trường hợp xảy ra sự cố đều liên quan đến hệ thống đóng mở Mặc dù vậy vấn đề quan tâm, nghiên cứu đúng mức

để giảm thiểu những sự cố chua được quan tâm thoả đáng Phần lớn các cửa van, cửa cống của các công trình thuỷ lợi sử dụng máy đóng mở kiểu vít me hoặc máy nâng kiểu tời cáp Các công trình dùng thiết bị thuỷ lực đóng mở rất

ít và chỉ ở các công trình được xây xựng gần đây Nguyên nhân chủ yếu là do chất lượng chế tạo các phần tử thuỷ lực tại Việt nam chưa đảm bảo yêu cầu.Các máy vận hành bằng tay thường rất nặng, thời gian đóng mở dài gây mệt mỏi cho người sử dụng Hầu như các loại máy nâng kiểu tời cáp hay vít

me đều không có hệ thống an toàn, cơ cấu hạn chế hành trình Vấn đề quá tải khi truyền động bằng động cơ chưa được quan tâm đúng mức.

1.2.1 Các loại máy đóng mở thường dùng ở nước ta

a) Máy đóng mở kiểu tời cáp

Tời là một thiết bị nâng hạ cửa van thông qua hệ thống dây mềm (thường bằng cáp hoặc xích) cuốn lên tang hoặc ròng rọc xích Tang cuốn và nhả cáp được nhờ bộ bánh răng truyền động với nguồn động lực có thể là sức người hay động cơ điện

Máy đóng mở kiểu tời có các bộ phận chính như bộ phận nâng cửa; gồm dây cáp, tang quấn cáp, ròng rọc tĩnh và động (trong trường hợp cần tăng bội suất

pa lăng) và kẹp cáp; Đối với cửa van nhỏ thường dùng loại tời 1 tang quấn, còn đối với cửa van có khẩu độ lớn, chịu tải trọng lớn thường dùng loại hai tang Trong cả hai trường hợp nói trên (1 tang hay 2 tang) thì điểm kéo cửa bao giờ cũng là 2 điểm để bảo đảm kéo cân bằng hai bên cửa

Hình 1-1 Máy nâng tời cáp cửa phẳng Hình 1-2 Máy nâng tời cáp cửa cung

Bộ phận truyền động của tời là các khớp nối, cơ cấu phanh, hộp giảm tốc hay các bộ truyền cho tới tang cuốn cáp Bộ phận phát động là động cơ điện hoặc

sức người Tời cáp được sử dụng để nâng hạ cửa van phẳng, cửa van cung, cửa van kiểu quạt ống lăn, kiểu mái nhà, kiểu trụ đứng…, cũng có thể dùng - trong cơ cấu đóng mở cửa van kiểu nổi chữ nhân song phải có cách mắc thích hợp (Hình 1 3) Điều kiện sử dụng bị hạn chế với các cửa van phải có khả -năng tự đóng, hoặc phải thêm gia trọng hay phải mắc cáp để có khả năng kéo được khi đóng Khi dùng máy đóng mở kiểu tời cáp luôn phải đặt trên cầu công tác phía trên đỉnh cửa van.

Hình 1-3 Tời cáp kéo cửa chữ nhân Hình 1-4 Máy nâng cửa phẳng bằng tời cáp

- Các ưu điểm của máy đóng mở tời cáp

Độ dẻo của cáp cho phép khắc phục được độ không chính xác do lắp đặt, chỉ

có một thành phần duy nhất là lực kéo dọc theo dây cáp, linh động trong móc tải, khả năng tăng bội suất pa lăng để điều chỉnh lực nâng tải khi thiết bị có sẵn và không hạn chế tốc độ nâng, hiệu suất bộ truyền khá cao (trừ trường hợp dùng hộp giảm tốc bánh vít trục vít có khả năng tự hãm), tiết kiệm được - công suất máy, có khả năng tự động hoá, có khả năng điều khiển từ xa, lắp đặt trên công trình gọn gàng, tăng vẻ đẹp cho công trình, không bị ảnh hưởng bởi khoảng cách từ đỉnh cửa đến cao trình đặt máy nên áp dụng rất hiệu quả ở những cửa van cung trên tràn xả lũ khi khoảng cách này lớn, có thể áp dụng tốt cả ở những nơi có hoặc không có điện, dễ chế tạo, lực kéo khá lớn, vận

hành đơn giản, dễ bảo dưỡng, dễ bố trí, phương lực đóng mở ổn định, đồng

bộ chuyển động khá dễ dàng, hành trình đóng mở lớn, dễ chế tạo, giá thành tương đối thấp có thể kết hợp hoặc dùng cầu trục như một máy đóng mở

- Nhược điểm của máy đóng mở tời cáp

Do có tang, puly nên chiều cao đặt máy cao hơn, phức tạp hơn các loại máy đóng mở khác Khó sử dụng trong trường hợp cửa van không tự đóng, sơ đồ

bố trí hệ thống dây cáp khá phức tạp, nhất là đối với các cửa van chịu tải lớn cần tăng bội suất pa lăng, hay với các loại cửa van phẳng nhiều tầng và cửa van dưới sâu khi đóng cần lực ấn, việc bảo quản cáp trong điều kiện khắc nghiệt của thời tiết, ẩm ướt, khó bôi trơn, chất bôi trơn dễ bị lão hoá và trôi, trong các trường hợp khi làm việc dây cáp ngập trong nước ảnh hưởng đến độ bền, khả năng làm việc của cáp, khó bảo dưỡng (như đối với cửa van đập Lại Giang, Bình Định), dây cáp tích tụ rác, vật trôi nổi, dễ bị ách tắc và ngăn cản dòng chảy, khó làm vệ sinh, đối với các cửa van có khẩu độ (bề rộng) B < 2,5m không thích hợp, với bộ truyền trục vít bánh vít có hiệu suất thấp, tốc -

độ nâng hạ chậm đến vài giờ, kém an toàn do dễ đứt, tuột cáp, thường phải bố trí cáp phía thượng lưu, chìm trong nước nên hay bị gỉ, chống rung cửa kém, cáp hay bị rung động trong quá trình vận hành, điều khiển tốc độ khá khó khăn

Đối với cửa cung, hệ thống máy đóng mở bằng tời các có ưu điểm về góc kéo cửa gần như không đổi khi bố trí cáp ở phía trước tôn bản mặt Do

đó, dễ xác định lực đóng mở và thông thường vị trí máy đóng mở được đặt sao cho trùng với một tiếp tuyến với cửa cung trên công trình thủy

- Tình hình áp dụng máy đóng mở tời

Trong thực tế, tời thường được sử dụng cho các cửa van khẩu độ trung bình

và có khả năng tự đóng do trọng lượng bản thân cửa; đặc biệt với loại tời 2 tang được sử dụng nhiều cho các cửa van cung do giá thành rẻ, tạo được cánh

tay đòn ổng định cho lực nâng; thao tác đơn giản và không bị hạn chế bởi cao trình đặt tời; đối với các cửa không sử dụng lực đẩy thì rất thích hợp.

Qua khảo sát thực tế thấy rằng:

- Hầu hết các cửa van phẳng ở các cống lấy nước có cột nước thấp, có bề rộng cửa lớn hơn 5m sử dụng thiết bị đóng mở bằng tời như công Xuân Quan (Hưng Yên), cống Lộc Động (Thanh Hóa)…

- Cửa sập hiện tại cũng sử dụng hình thức đóng mở bằng tời cáp như 12 cửa van đập Lại Giang (Bình Định)

- Hầu hết các cửa van cung cũng sử dụng máy đóng mở bằng tời như thủy điện Trị An, cửa van cung hồ Núi Cốc (Thái Nguyên), hồ Khe Mây (Quảng Trị) và rất nhiều cửa van cung trên các hồ chứa khác

- Một số cửa van đặc biệt như cửa van Đập Đáy (Hà Tây), cửa xả cát Đô Lương (Nghệ An) còn sử dụng xích để hỗ trợ cho đóng mở cửa

b) Máy đóng mở cửa van trục vít đai ốc

-Máy đóng mở kiểu vít thường dùng phổ biến trong cửa phẳng, ít dùng cho các loại cửa khác vì cơ cấu chuyển hướng phức tạp hơn máy đóng mở kiểu tời cáp

Máy đóng mở kiểu vít dựa trên nguyên lý truyền động vít-đai ốc Đối với máy đóng mở cửa van, đai ốc quay tại chỗ xung quanh đường tâm trục vít và chịu lực nén của trục vít, trục vít chuyển động tịnh tiến thực hiện nhiệm vụ đóng

mở cửa van Truyền động vít đai ốc có ưu điểm nhưng cũng có những nhược điểm không thể khắc phục Trục vít gắn liền với tai cửa làm nhiệm vụ đóng

mở cửa Đai ốc chịu lực làm nhiệm vụ truyền mô men từ các bộ truyền trước

nó hay từ tay quay đến trục vít Đai ốc thường lắp trong hộp chịu lực Đai ốc thường liên động với các bộ phận truyền động Bộ phận truyền động là các cặp bánh răng, bộ truyền đai gắn liền với các trục, ổ trục, các khớp nối để truyền mô men từ động cơ tới đai ốc Nếu quay tay thì quay trực tiếp đai ốc

Khi lực kéo >10T, các máy đóng mở cửa van này phải vừa chạy điện khi có điện (thường xuyên chạy điện) và vừa quay tay (để điều chỉnh máy và dùng nâng hạ cửa van khi không có điện).

- Ưu điểm của máy đóng mở trục vít

Ưu điểm của máy đóng mở kiểu vít đai ốc là giá thành rẻ, chế tạo, lắp đặt bảo dưỡng, quản lý và vận hành dễ dàng, thuận lợi, có thể áp dụng tốt cả ở những nơi có hoặc không có điện, yêu cầu mặt bằng bố trí thiết bị hẹp, có thể đóng

mở cửa van ở độ mở bất kỳ nên có thể điều tiết được lưu lượng qua cống khi cần thiết, chịu được rung động cửa van do thuỷ động của dòng chảy gây nên, khi sử dụng máy đóng mở kiểu vít kép, hai vít me được dẫn động chung từ động cơ (hay 1 tay quay) qua hộp giảm tốc chung, qua trục chính và truyền tới 2 hộp chịu lực ( gồm hai bánh răng nón và đai ốc) và truyền tới 2 vít me Hai vít me này nối với cửa van bằng chốt qua các tai được hàn trên đỉnh cửa van, loại máy này nâng cửa cân bằng hai phía, giảm được lực ma sát của cạnh lên thành khe van nên lực nâng nhẹ, cửa van chuyển động tương đối ổn định, dùng được cho cửa van có kích thước lớn

- Nhược điểm của máy đóng mở vít đai ốc

-Các loại máy đóng mở của cửa van thuộc loại vít me đai ốc, chỉ có thể nâng

-hạ các loại cửa van phẳng, nâng thẳng đứng Các nhược điểm từ nguyên lý này không thể thay đổi được Máy đóng mở kiểu vít đai ốc có hiệu suất rất thấp Khi tải trọng lớn, bước vít phải nhỏ để giảm lực trên tay quay, vì vậy thời gian quay rất chậm Đối với cửa có tải trọng nâng trên 10 tấn thời gian nâng kéo dài 4, 5 giờ

Nếu vít me và đai ốc chế tạo với độ chính xác kém, các bước vít không đều nhau, không thẳng góc, sẽ gây ra ma sát và lực kẹt lớn Ngay cả khi chế tạo chính xác nhưng lắp đặt trên công trình không cân bằng cũng gây ra lực kẹt,

dễ bị cong trục khi có lực xô ngang tác động, trong trường hợp đó phải sử dụng cơ cấu cardan để khử độ lệch Khi tải trọng lớn, kết cấu của máy nặng

nề, công suất động cơ lớn, quay tay rất nặng và chậm Khó khăn trong việc lắp đặt và vận hành khi chiều cao nâng quá 6 m Hạn chế đối với tải trọng và khẩu độ cửa Đồng bộ chuyển động hai máy hai bên cửa khá phức tạp về mặt lắp ráp, điều chỉnh vận tốc khá khó khăn

Hình 1-5 Máy đóng mở kiểu vít đai ốc- Hình 1-6 Máy vít đập Bái Thượng

- Tình hình ứng dụng máy đóng mở kiểu vít

Máy vít được sử dụng hầu hết ở các cửa van có bề rộng nhỏ, trên các công cấp nước, hoặc cống lấp nước dưới sâu trên các hồ chứa hay công trình đầu mối Đặc biệt, loại máy vít 2 trục được áp dụng rất hiệu quả cho các cửa van dưới sâu do giá thành rẻ, thao các đơn giản, vận hành dễ dàng như đập Bái Thượng (Thanh Hóa)

Qua khảo sát thực tế thấy rằng hầu hết các cửa van phẳng đều sử dụng máy nâng kiểu vít Đa số các cửa van tự động kiểu cánh cửa đều sử dụng máy vít như cửa tự động Diễn Thành (Nghệ An), Sông Cui (Long An)

Một số cửa clapé cũng sử dụng máy đóng mở kiểu vít như cửa van đập dâng Đồng Láng (Nha Trang), cửa van nâng tràn hồ chứa nước Kinh Môn (Quảng Trị).

c) Máy đóng mở bằng thủy lực

Máy đóng mở bằng thủy lực sử dụng trong thực tế thường là máy đóng mở kiểu điện thủy lực hoặc động cơ nhiệt thủy lực Bộ phận phát động cửa – – máy là động cơ điện hoặc động cơ đốt trong Trong một số trường hợp, để giải quyết vấn đề về vận hành ở vùng sâu, vùng xa, máy được trang bị cả động cơ điện và máy phát điện dẫn động bởi động cơ đốt trong Máy đóng mở bằng thủy lực sử dụng bộ phận truyền động là các bơm thủy lực với cơ cấu phân phối và điều khiển bằng van có khả năng tự động hóa cao và rất dễ sử dụng Bộ phận tác động trong các máy đóng mở thủy lực thường là xilanh thủy lực tuyến tính, động cơ thủy lực

- Ưu điểm của máy đóng mở thủy lực

Ưu điểm máy đóng mở thủy lực đó là cơ cấu xi lanh thuỷ lực có thể tác động theo phương thẳng đứng, nghiêng một góc bất kỳ, hoặc đẩy ngang, thời gian đóng mở cửa van ngắn rất hữu ích đối với nhiệm vụ tưới và tiêu úng, đặc biệt vào thời kỳ bão lụt, có kích thước nhỏ gọn nhưng đẩy được lực lớn, có lực quán tính nhỏ, chỉ bằng một phần mười so với các thiết bị đóng mở (thiết bị truyền động) cơ khí khác cùng công suất, có khả năng điều chỉnh vận tốc nâng, hạ theo ý muốn, an toàn cho cơ cấu nâng và các bộ phận khác, dễ điều khiển, dễ tự động hoá và cơ giới hoá đóng mở, dễ khống chế và kiểm tra lực đóng mở của máy, khắc phục được sự không chính xác do lắp ráp

- Nhược điểm của máy đóng mở thủy lực

Nhược điểm của máy đóng mở thủy lực đó là giá thành thiết bị khá cao so với các thiết bị khác, chỉ áp dụng hiệu quả đối với các công trình đã có nguồn điện, đòi hỏi độ chính xác cao trong chế tạo lắp đặt thiết bị, vật liệu có chất

lượng tốt, hệ thống đường ống dẫn dầu thường rất phức tạp và dài vì xilanh đặt xa trạm nguồn thủy lực, tổn thất thuỷ lực đường ống khá lớn và dễ xẩy ra

sự cố rò rỉ dầu qua các cút nối gây ô nhiễm môi trường so với việc áp dụng xi

lanh thuỷ lực thông thường, thì xi lanh thuỷ lực dùng trong thủy lợi phức tạp

hơn, lực lớn, hành trình dài và môi trường làm việc khắc nghiệt, khi có rò rỉ xi lanh khó khắc phục, môi trường làm việc tại các cống thường có độ ẩm rất cao, thậm chí có độ ăn mòn rất lớn, như ở các cống vùng triều, nên các chi tiết được chế tạo từ thép cacbon dễ bị ăn mòn, ảnh hưởng đến độ an toàn làm việc của thiết bị, khả năng đồng bộ khá khó khăn ngay cả khi sử dụng các van chia đều lưu lượng

Về việc ứng dụng thiết bị thủy lực, mà cụ thể là xilanh lực làm máy đóng mở cửa phẳng thì khá đơn giản Do lực tác dụng chỉ thẳng đứng từ trên xuống, việc thay thế máy đóng mở cũ và thiết kế mới không có gì thay đổi

Tuy nhiên, việc ứng dụng máy đóng mở cho cửa cung và âu thuyền thì có vấn

đề cần quan tâm Đó là phương của lực đóng mở luôn thay đổi Do đó, người thiết kế cần phải tìm ra một vị trí đặt xilanh sao cho có lợi nhất về lực kéo, độ

ổn định, giá thành hạ, dễ lắp đặt bảo dưỡng…Mặt khác, đối với cửa cung sử dụng hai xilanh đóng mở, vấn đề cửa rung động do chuyển động không đều hai bên khe cửa gây ra độ lệch hai xilanh hai bên càng cửa cần được giải

Hình 1-7 Máy đóng mở thủy lực công trình tràn

xả lũ EASUP thượng Đắclak(cửa van -

cung)

quyết triệt để Nếu không đồng bộ chuyển động, cửa rất dễ bị kẹt và không thể vận hành được.

Hình 1-8 Toàn cảnh công trình tràn xả lũ với máy đóng mở thủy lực

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Sau khi phân tích ưu nhược điểm của các công trình đóng mở trong và ngoài nước, có thể thấy rõ rằng xu hướng tự động hoá các công trình đóng mở cửa cống mang tính thời sự và phổ biến

Với mục đích truyền bá và áp dụng vào Việt nam, luận văn này chọn đề tài nghiên cứu hệ thống đóng mở thuỷ lực làm việc trong điều kiện tải trọng lớn áp dụng cho các công trình thuỷ điện và thuỷ lợi có công suất lớn Nội dung chủ yếu gồm :

• Xây dựng cấu hình của hệ thống đóng mở thuỷ lực

• Đặc điểm hệ thống thuỷ lực làm việc trong điều kiện tải trọng lớn

• Phân tích thiết kế hệ thống trên mô hình

• Ứng dụng vào việc nâng hạ cửa cống dẫn dòng thi công công trình thuỷ điện Sơn la

CHƯƠNG II

HỆ THỐNG NÂNG HẠ TẢI TRỌNG LỚN

2.1 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG THUỶ LỰC NÂNG HẠ

Việc đóng mở các cửa van, cửa cống trong công trình thuỷ lợi, thuỷ điện dùng

hệ thống thuỷ lực nâng hạ là là một phương pháp được các nước phát triển trên thế giới áp dụng Các đặc điểm nổi bật của hệ thống thuỷ lực nâng hạ được mô tả dưới đây :

- Các ưu điểm :

• Tác dụng lực theo nhiều phương khác nhau: Cơ cấu xy lanh thuỷ lực có thể tác động theo phương thẳng đứng, nghiêng một góc bất kỳ, hoặc đẩy ngang

• Có thể truyền lực lớn trong không gian nhỏ

• Tập trung được năng lượng

• Thời gian tác động ngắn : Hệ thống xy lanh thuỷ lực ứng dụng vào đóng mở các cửa cống, van thuỷ lợi, thuỷ điện có thời gian vận hành đóng mở so với các truyền động khác là nhanh hơn

• Kích thước nhỏ, gọn : Hệ thống xy lanh thuỷ lực có kích thước nhỏ, gọn nhưng lại tác động được lực lớn, quán tính nhỏ, chỉ bằng một phần mười so với thiết bị đóng mở (thiết bị truyền động) cơ khí khác cùng công suất

• Điều chỉnh dễ dàng : Hệ thống thuỷ lực đóng mở có thể điều chỉnh vận tốc nâng, hạ theo ý muốn mà không ảnh hưởng đến kết cấu công trình

• An toàn : Thiết bị thuỷ lực làm việc an toàn và có độ tin cậy cao, ngay

cả trong trường hợp có sự cố

• Dễ dàng điều khiển, tư động hoá ở các mức độ khác nhau Dễ dàng khống chế và kiểm tra được lực của cơ cấu tác động máy Khắc phục được sự không chính xác trong chế tạo và lắp ráp cửa van.

• Tuổi thọ của hệ thống thuỷ lực cao

- Các nhược điểm :

• Sự tổn thất áp suất trên đường ống và thiết bị điều khiển

• Độ nhớt dầu thuỷ lực thay đổi khi nhiệt độ và áp suất thay đổi

• Vấn đề rò rỉ dầu làm ảnh hưởng đến môi trường sinh thái

• Vấn đề nén được của dầu thuỷ lực và sự biến dạng của thiết bị khi áp suất lớn

• Khó khăn trong bảo dưỡng và yêu cầu người sử dụng có trình độ cao

Vì mục tiêu của đề tài này là nghiên cứu hệ thống thuỷ lực đóng, mở cửa cống

có lực lớn Muốn có lực lớn phải tăng kích thước của cơ cấu chấp hành, hoặc tăng áp suất làm việc

• Tăng kích thước của cơ cấu chấp hành sẽ làm tăng thời gian đóng mở cửa, và tăng khối lượng thiết bị của công trình làm cho giá thành sẽ cao

• Tăng áp suất làm việc sẽ giảm kích thước của hệ thống nhưng sẽ có một loạt vấn đề kéo theo đó là : độ nén được của dầu, độ biến dạng(nở ra) của đường ống dẫn và các thiết bị Nếu chọn áp suất quá cao, bản thân thiết bị cao áp cũng có giá thành cao làm ảnh hưởng đến giá thành chung của hệ thống

Xét thấy khả năng chế tạo các thiết bị làm việc ở áp suất cao của chúng ta còn hạn chế, trong luận văn này sẽ xem xét sự hài hoà giữa tăng kích thước và tăng áp suất Đảm bảo hệ thống làm việc ở giới hạn trên của áp suất trung bình hoặc giới hạn dưới của áp suất cao (≤ 300 bar)

2.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NÂNG HẠ TẢI THỦY LỰC TRONG THUỶ LỢI THUỶ ĐIỆN

Trong thuỷ lợi, thuỷ điện thì hệ thống nâng hạ điều khiển thuỷ lực luôn giữ vai trò đặc biệt quan trọng Tuỳ thuộc vào kết cấu và các đặc tính vận hành công trình thuỷ lợi, thuỷ điện mà người ta dùng những hệ thống thuỷ lực khác nhau Nếu phân loại theo các loại cửa van ta có :

a) Theo vị trí lắp thân cửa van phân thành cửa trên mặt và cửa dưới sâu:

- cửa van trên mặt được lắp trên ngưỡng của công trình (trên thân đập, hồ

chứa)

- cửa van dưới sâu với toàn bộ thân van ngập trong nước, mép trên cùng

của van vẫn ngập trong nước

b) Theo chức năng vận hành, khai thác :

- cửa van chính làm việc thường xuyên khi khai thác công trình và phục vụ

cho việc giữ ổn định mức nước thượng lưu (trạm thủy điện hay công trình thủy lợi): các cửa van tràn xả lũ, cửa lấy nước, âu thuyền, cửa cống

- cửa van sửa chữa phục vụ cho việc đóng lỗ tháo của công trình khi sửa

chữa van chính

- cửa van an toàn (cửa sự cố) phục vụ cho việc đóng lỗ tháo của công trình

khi có sự cố làm hư hỏng các cửa van chính, máy bơm, tuabin…

- cửa van sửa chữa - an toàn phục vụ khi cần sửa chữa và trường hợp xảy

ra sự cố (thường lắp phía truớc cửa van sự cố)

- cửa van xây dựng phục vụ thời kỳ xây dựng công trình và lắp đặt các cửa van khác, có thể sử dụng cửa van xây dựng làm cửa van chính hoặc cửa van sửa chữa sau khi đưa công trình vào vận hành

c) Theo kết cấu cánh van :

- Cửa van phẳng là hình thức cửa ra đời sớm nhất trong các loại cửa sử dụng trong các công trình thủy lợi, song đến nay vẫn còn được áp dụng hết sức rộng rãi

Cửa phẳng nằm trong nhóm cửa ván mặt, được sử dụng nhiều trong các công trình trên kênh, cống lấy nước, tiêu nước, xả nước, đập tràn các công trình cần điều tiết lưu lượng, cửa đóng nhanh (sự cố) trong nhà máy thủy điện

Cửa có chiều rộng từ 0,6m÷45m, thường gặp cửa có bề rộng nhỏ hơn 20m Dẫn hướng cho cửa phẳng chuyển động thường là bánh xe lăn hoặc thanh trượt Khi chiều cao cột nước lớn, để giảm lực đóng mở, người ta còn sử dụng cửa 2 lớp hoặc dùng đối trọng hoặc kết hợp cả hai biện pháp

- Cửa van cung được sử dụng rộng rãi trong các công trình thủy lợi đặc biệt

ở đập tràn, đập dâng và cống trong vùng ảnh hưởng của thủy triều Hệ thống điều tiết nước sử dụng cửa cung đều là loại cửa có độ an toàn cao, chắc chắn Ngoài cửa cung thông dụng, trong thực tế còn gặp cửa cung có cửa sập bên trên, cửa sập bên trên sử dụng khi xả tràn lưu lượng nhỏ, khi xả lưu lượng lớn toàn bộ cửa cung được kéo lên (Hình 1-4, trang sau)

Ngoài cửa cung một lớp còn có cửa cung 2 lớp, cửa cung có phao và cửa cung

có đối trọng để giảm lực đóng mở

d) Theo phương pháp truyền áp lực nước cho công trình :

- cửa van truyền áp lực nước qua trụ đỡ và tường ngực

- cửa van truyền áp lực nước qua ngưỡng tràn

- cửa van truyền áp lực qua ngưỡng tràn, trụ đỡ và tường ngực

e) Theo đặc tính chuyển động của cửa van :

- cửa van chuyển động tịnh tiến

Hình 2.1 Hệ thống thuỷ lực đóng tràn xả lũ

- cửa van chuyển động quay

- cửa van nổi tự do

Mỗi loại cửa van có những ưu, nhược điểm khác nhau Lấy ví dụ cho cửa van phẳng

Cửa van phẳng có các ưu điểm: Có thể ứng dụng cho các đập tràn có hình dạng bất kỳ; không đòi hỏi phải có kết cấu xây dựng kích thước lớn dọc theo dòng chảy để giữ van; có thể ngăn và tháo nước với lỗ thoát có khẩu độ lớn, chiều cao lớn; dễ quan sát, theo dõi, vận hành, sử dụng; dễ tháo lắp, sửa chữa;

dễ chế tạo, có thể gia công chính xác; giá thành cửa phẳng rẻ hơn 10%÷15%

sơ với giá thành chế tạo các cửa van kiểu đáy quạt hay cửa van cung, rẻ hơn 50% so với cửa van kiểu tấm phẳng hình cung Tuy nhiên, cửa van phẳng cũng có những nhược điểm sau: Lực nâng yêu cầu rất lớn với kích thước lỗ thoát lớn; giá thành thiết bị nâng hạ tăng; tăng chiều dày trụ đỡ khi phải nâng van lên sửa chữa

2.3 CẤU HÌNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THUỶ LỰC

Hệ thống thủy lực được thiết kế để đáp ứng yêu cầu truyền động của cửa van

Hình 2-2 Sơ đồ truyền năng lượng trong hệ thống thủy lực

Nói chung, hệ thống thủy lực thường có những bộ phận chính như hình 2-2 Trên thực tế, việc thực hiện truyền động thủy lực thường có được công suất riêng lớn nhất so với các loại truyền động khác Điều này đạt được là nhờ việc truyền năng lượng dưới áp suất rất cao trong các mạch thủy lực Thông thường áp suất này trong khoảng 150 bar đến 500 bar Với hệ thống thủy lực trong các thiết bị và công trình thủy lợi và thông dụng thì áp suất của hệ thống phổ biến vào khoảng 150 bar 300 bar, tức là giới hạn dưới củ÷ a dải áp suất cao

2.3.1 Thùng chứa dầu

Thùng dầu có các chức năng chính sau đây :

- Chứa đủ lượng dầu để cung cấp cho hệ thống làm việc trong mọi chế độ

- Là nơi tách cặn bẩn và không khí ra khỏi dầu

- Là nơi để làm mát dầu

- Là nơi để thu và tái sử dụng rò rỉ

- Là nơi để thay dầu mới

Thùng dầu có trang bị thêm một nắp kiểm tra, bộ lọc dầu, bộ lọc không khí, các ống và các phụ kiện cần thiết, một que thăm mức dầu, cũng như các công tắc báo tín hiệu mức dầu thấp hoặc báo tín hiệu cắt khi mức dầu quá thấp Trạm nguồn này có một hệ thống van by pass cho phép kiểm tra các bơm và -công tắc áp lực mà không cần tháo Tổ hợp này cũng bao gồm tất cả các van tiết lưu loại cố định và có thể điều chỉnh để hiệu chỉnh và kiểm soát lưu lượng

và có một van cầu được thao tác thủ công để có thể hạ thấp cửa van bằng tay.2.3.2 Bình tích năng bù dầu rò rỉ

Trạm nguồn được trang bị một cơ cấu tích áp ( bình tích áp) tạo áp bằng ni tơ cho hệ thống thủy lực để ngăn ngừa cửa van tự hạ xuống do rò rỉ trong hệ thống tương ứng Bình tích năng kiểu màng cao su hoặc xi lanh Bình tích năng được nạp áp suất bằng bơm để duy trì áp suất hệ thống Công tắc áp lực tối đa P1 sẽ ngắt bơm khi áp suất nạp đạt tới giá trị mong muốn Áp suất đảm bảo để giữ được cửa van ở vị trí mong muốn trong bất kỳ thời điểm nào Khi

áp suất giảm xuống tới giá trị P2, bơm chính tiếp tục nạp áp suất vào hệ thống tích áp Nếu áp suất giảm xuống tới giá trị P3 (P3 = P2 -20 bar) thì bơm dự phòng khởi động Nếu áp suất giảm xuống tới P4 (P4 = P3 – 10 bar) thì phát tín hiệu báo động Đây là đặc điểm mà chỉ các bộ nguồn đóng mở cửa cống mới áp dụng với mục đích nâng cao độ an toàn của công trình

2.3.3 Hệ thống đường ống

Các đường ống thủy lực nối từ các xi lanh thủy lực tới các trạm cấp dầu áp lực trong nhà điều khiển cửa van được chế tạo bằng thép không mối hàn Toàn bộ đường ống và thiết bị đấu nối trong hệ thống thủy lực có thể được chế tạo từ thép các-bon DIN 2391 và được bảo vệ chống ăn mòn thích hợp

Có khả năng chạy quá tải tới 150%

2.3.4 Cấu hình bộ nguồn thủy lực

Để tăng độ an toàn cho công trình và độ tin cậy của hệ thống đóng mở thuỷ lực, bộ nguồn thủy lực thường bao gồm 02 bơm thủy lực dẫn động bởi 02 động cơ điện Hai bơm thủy lực làm việc như một bơm chính và một bơm dự phòng Hai bơm được cách ly với nhau bằng van một chiều để đảm bảo một trong hai bơm vận hành không ảnh hưởng đến bơm còn lại

Cụm chức năng điều khiển tích hợp được chế tạo từ thép nguyên khối thực hiện một loạt các chức năng điều khiển hai chiều, mạch tái sinh, hãm tốc độ rơi, chống xâm thực, liên thông các trạm nguồn và cung cấp dầu trong chế độ trợ cứu Các công tắc áp lực và van an toàn được đặt ở những vị trí phù hợp

để điều chỉnh đúng áp lực yêu cầu

Trạm nguồn phải được thiết kế để có thế vận hành ở 5 chế độ làm việc:

- chế độ không tải / chế độ chờ (unloading mode / stanby mode)

- chế độ làm sạch (flushing mode) phù hợp tiêu chuẩn CETOP RT 117 H-87 (Hydraulic fluid power Flushing of hydraulic systems)-

- chế độ vận hành (running mode)

- chế độ trợ cứu (emergency mode)

- chế độ bảo dưỡng (maintenance mode)

- Các chức năng chính của trạm nguồn điều khiển máy đóng mở như sau: a) Mạch không tải :

Hệ thống thủy lực được trang bị van không tải điều khiển bằng áp lực hoặc điện từ Chức năng không tải của hệ thống được tự động hồi phục khi không

có tín hiệu điều khiển để đảm bảo tiết kiệm năng lượng và tránh nóng dầu Trong trường hợp sử dụng bình tích năng để điều khiển trợ cứu van không tải

có thể chuyển mạch tự động nhờ áp lực hệ thống Trong trường hợp hệ thống trợ cứu độc lập, hệ thống được trang bị van không tải điều khiển điện từ thông qua các công tắc áp lực.

b) Kiểm soát áp l c :ự

Trạm nguồn được trang bị hệ thống các công tắc áp lực hoặc cảm biến áp lực

để người sử dụng và hệ thống điều khiển nhận biết trạng thái làm việc Công tắc áp lực với áp suất đặt 210 bar dùng để phát hiện trạng thái toàn tải của bơm nguồn Công tắc áp lực với áp suất đặt 50 bar dùng để phát tín hiệu "cho phép điều khiển" truyền về tủ bảng điện điều khiển Công tắc áp lực 20 bar đặt dọc trên đường ống cho phép phát hiện các đường ống bị vỡ

Để đo áp lực tại các điểm trên đường ống, trong cụm chức năng thủy lực và các vị trí khó lắp được đồng hồ áp lực, trạm nguồn có sẵn các đầu kiểm tra áp.c) Kiểm soát mức dầu và nhiệt độ dầu :

Ngoài mức dầu kế quang học có nhiệt kế, hệ thống còn được trang bị công tắc mức dầu và công tắc nhiệt dầu Công tắc mức dầu trả về tủ điều khiển tín hiệu thể tích dầu trong phạm vi làm việc của hệ thống khi vận hành Nếu dầu bay hơi, rò rỉ hoặc hao hụt vì nguyên nhân nào đó quá mức cho phép, công tắc sẽ báo cho người sử dụng biết để bổ sung Khi mức dầu thấp đưới quy định công tắc sẽ ngắt không cho phép điều khiển và phát tín hiệu báo động Trong trường hợp hệ thống điều khiển van không tải không làm việc, dầu có thể bị quá nóng Khi nhiệt độ dầu tăng đến nhiệt độ đặt trước, công tắc nhiệt độ dầu

sẽ phát tín hiệu ngừng điều khiển Dầu quá nóng thường ảnh hưởng lớn đến

độ nhớt của nó, áp lực của hệ thống có thể bị tụt Lúc đó hệ thống điều khiển

mở van nước làm mát dầu để đảm bảo an toàn vận hành

Về mùa đông, độ nhớt dầu giảm nhanh chóng và có thể gây ra hiện tượng xâm thực cổng hút bơm khi quá nhớt Trạm nguồn được trang bị bộ sấy nóng dầu trước khi vận hành Trong khoảng thời gian từ 15 đến 30 phút trước khi điều khiển, dầu được sấy nóng (chế độ chờ) hoặc duy trì nhiệt độ dầu ở một nhiệt độ tối thiểu vào mùa đông (chế độ làm việc).

e) Liên thông các trạm nguồn :

Trên các trạm nguồn được trang bị các đầu nối nhanh và van bi áp lực cao, tại các điểm bố trí đầu nối trên đường áp lực và từ thùng chứa có thể nối được sang các trạm nguồn kế bên bằng các ống mềm dẫn dầu Hệ thống các trạm nguồn được nối liên thông nhau như thế tạo ra độ an toàn vận hành cao ngay

cả khi gặp sự cố nhiều trạm

f) Mạch tái sinh (dùng cho cửa tự hạ) :

Trạm nguồn thủy lực cung cấp dầu điều khiển xilanh thủy lực chỉ khi xilanh chuyển động kéo Khi xilanh điều khiển hạ, bơm không cần cung cấp năng lượng cho quá trình này Hệ thống chuyển sang chế độ tái sinh Dầu từ buồng nhỏ của xilanh chảy trực tiếp sang buồng lớn Hệ thống chỉ duy trì một áp lực điều khiển hạ tải khoảng 50 bar Toàn bộ năng lượng bơm sẽ chuyển thành

nhiệt Thùng dầu được chế tạo với thể tích đủ lớn để có thể tỏa được nhiệt lượng này.

g) Mạch đồng bộ không phản hồi :

Để cho hai xilanh điều khiển cửa không bị lệch nhau vì ma sát không đều giữa hai khe cửa, và cũng vì lý do an toàn một cụm van tích hợp được gắn vào đầu mỗi xilanh Trong cụm van gắn sẵn các van ổn tốc để điều chỉnh vận tốc nâng hạ hai xilanh đều nhau Mạch bù dầu tự động cũng được lắp trong cụm van này Để tăng tính an toàn trong vận hành cụm van đồng bộ được lắp van chống tụt Đây thực chất là một van một chiều có điều khiển luôn đảm bảo cho xilanh chuyển động lên khi có áp lực của bơm và đảm bảo chắc chắn khi

có áp lực điều khiển hạ thì cửa mới hạ xuống

h) Mạch nâng cửa không dùng bơm dẫn động điện :

Hệ thống thủy lực được trang bị cụm điều khiển đóng/mở cửa không dùng bơm dẫn động điện Mạch thủy lực này đảm bảo trong trường hợp các bơm dẫn động điện bị sự cố (cả bơm chính và bơm dự phòng) vẫn có thể đóng/mở cửa hoàn toàn Kết hợp với bơm tay 25÷40cm3/hành trình kép có thể đóng/mở cửa trong thời gian khoảng 1,5 giờ 4 giờ Tùy từng công trình có thể thiết kế – thêm bơm dẫn động bởi động cơ đốt trong

i) Hệ thống bình tích năng cho chế độ trợ cứu :

Hệ thống bình tích năng được cung cấp đi kèm và làm việc hoàn toàn độc lập với hệ thống thủy lực chính Khi không sử dụng bình tích hoặc bảo dưỡng bình tích, hệ thống hoạt động bình thường Bình tích năng sử dụng là loại bình tích năng kiểu túi khí Mỗi bình có dung tích khoảng 5L 50L và được ÷lắp thành giàn bình tích để thỏa mãn lưu lượng và thời gian vận hành nâng hạ

cửa Hệ thống bình tích năng có van an toàn áp lực và van xả không tải bằng tay và điều khiển được bằng điện (tương thích với các hệ thống điện điều khiển) Hệ thống bình tích cách ly khỏi hệ thống bơm chính bằng các van bi

Hệ thống bình tích được thiết kế sao cho khi nạp vào bình tích bơm luôn ưu tiên nạp dầu đầy trong lần vận hành đầu tiên hoặc sau khi bảo dưỡng Ngay sau đó, hệ thống bình tích có thể làm việc ở chế độ trợ cứu (vận hành sự cố).j) Mạch bù dầu, chống xâm thực :

Trạm nguồn được trang bị các van một chiều cỡ lớn làm việc như các van bù dầu vào buồng lớn xilanh khi xilanh hạ cửa cung Van này hoạt động khi áp lực trong buồng lớn xilanh nhỏ hơn áp suất khí trời, tự động bù dầu vào buồng lớn khi xilanh hạ cửa với tốc độ nhanh

k) Điều khiển đồng bộ :

Để đảm bảo cho hai xilanh chuyển động đồng bộ hai xilanh hệ thống điều khiển đồng bộ sử dụng 1 van thủy lực thực hiện việc xả bớt dầu từ buồng nhỏ xilanh qua tiết lưu về thùng chứa Mạch đồng bộ này được mô tả chi tiết hơn

bộ lọc bị tắc Khi chạy chế độ làm sạch (flushing mode) dầu thủy lực trong thùng chứa sẽ được lọc sạch hoàn toàn nhờ bộ lọc Trong trường hợp cần

chạy lọc liên tục khi vận hành, có thể thiết kế thêm bộ lọc độc lập trên thùng chứa.

Trạm nguồn thủy lực vận hành ở khu vực có độ ẩm cao Do đó, phải đảm bảo lọc sạch không khí trao đổi trong thùng chứa dầu khi hệ thống vận hành, các

bộ lọc chứa đầy silicagel được lắp trên mặt thùng chứa Trong bộ lọc có 2 van một chiều để chỉnh dòng khí lưu thông sao cho khi hút vào không khí đi vào qua bộ lọc là không khí khô và khi ra thì tự do

m) Tự động mở :

Hệ thống thủy lực được trang bị một bộ tự động mở cửa khi mức nước đến cao trình đặt trước Hệ thống điều khiển xả bao gồm van phao điều khiển xilanh kéo lên khi mức nước đạt trị số cực đại Đầu thu nước được đặt ở vị trí cao trình cần mở cửa tự động Nếu mức nước dâng lên đủ đảm bảo lưu lượng thoát ra từ phao nước trong đơn vị thời gian, không chế bằng van tay gạt, thì thùng dần dần đầy nước và tác động vào đòn bẩy thắng đối trọng Đối trọng tác động vào công tắc hành trình thủy lực làm mở cửa Để đảm bảo chắc chắn cửa chỉ mở khi nước đạt tới cao trình mà không bị ảnh hưởng bởi nước do mưa, đầu thu nước nếu có thể nên đặt vào chỗ lõm trên thành trụ pin Hệ thống đòn bẩy sức nước này có thêm bộ phận lò xo tạo độ trễ cho cửa mở chắc chắn trong một đơn vị thời gian bằng thời gian xả hết nước trong thùng thu nước

n) Phụ kiện trên trạm :

Trạm nguồn thủy lực được trang bị thước thăng bằng để định vị trí cân bằng, vòi tháo dầu đáy, cửa làm sạch, mức kế chiều cao chất lỏng trong thùng chứa

Toàn bộ các khớp nối động cơ điện và bơm trên trạm đều dùng loại khớp mềm tiêu chuẩn, tháo lắp dễ dàng Khả năng thay động cơ điện mà không cần tháo bất cứ bộ phận nào khác.

Toàn bộ các thiết bị sử dụng điện đều dùng đầu nối để nối Các van điều khiển bằng điện đều có các đèn LED để chỉ thị vị trí làm việc Riêng van phân phối điều khiển điện có nút điều khiển xoay bằng tay và có thể các ly hoàn toàn trong chế độ trợ cứu Hầu hết các thiết bị thủy lực được bố trí trên một cụm chức năng gắn trực tiếp lên trên trạm nguồn, hạn chế tối đa đường ống đi trên trạm Toàn bộ các công tắc áp lực là loại có độ chính xác 1% và có núm xoay đặt thang áp lực Các vị trí lắp đặt công tắc áp lực và các chuyển mạch thủy lực khác ở các vị trí dễ tháo lắp Toàn bộ các áp kế sử dụng là loại có giảm chấn bằng glicerine, chống va đập, và lắp qua một van cách ly Tùy theo yêu cầu có thể dùng một van cách ly có núm xoay để kiểm tra tất cả các điểm cần kiểm tra áp lực mà không phải thao tác nhiều lần Các điểm kiểm tra áp lực và áp kế được nối tới tất cả các vị trí quan trọng trên trạm nguồn Nút xả khí được đặt ở vị trí cao nhất trên trạm nguồn, cho phép xả hoàn toàn khí khi vận hành hệ thống

2.4 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA XY LANH CHỊU TẢI TRỌNG LỚN

2.4.1 Tính toán lựa chọn chế độ làm việc, kết cấu xi lanh thu l c, áp l c làm ỷ ự ựviệc c a hủ ệ thống

Đối với các cửa van cỡ lớn trong thuỷ lợi, thuỷ điện tuỳ theo từng trường hợp

cụ thể, yêu cầu về tính năng làm việc ví dụ như đối với cửa cung tràn của thuỷ lợi thì chế độ làm việc là không liên tục, tốc độ nâng hạ chậm Đối với cửa vận hành của nhà máy thuỷ điện là loại cửa phẳng, chế dộ làm việc liên tục Thêm vào đó loại cửa này phải có tính năng hạ khẩn cấp khi có sự cố…

Kết cấu xi lanh thuỷ lực áp dụng cho các công trình cỡ lớn và quan trọng được thiết kế theo tiêu chuẩn ISO 6022 Kết cấu đầu xi lanh thường được thiết

kế kiểu bulông vòng Đầu dẫn hướng thường được làm bằng vật liệu đồng đỏ

Xi lanh dùng trong các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện thường được thiết kế với giảm chấn ở cuối hành trình Bố trí các lỗ thoát khí và hệ thống cảm biến báo dầu dò

2.4.2 Tính toán độ mảnh của xi lanh thuỷ lực

Việc xác định độ võng của xilanh thường được thực hiện với các xilanh có hành trình dài, mảnh và đặt theo phương thẳng đứng chịu ngoại lực tác động theo công thức Euler Trong thực tế, các điều kiện theo công thức Euler rất khó thực hiện được (Độ thẳng trục, lực tác động lên trục, vật liệu dẻo lý tưởng,…) do đó, để có thể đạt tới gần các điều kiện Euler, người ta cần giảm lực tác động F cho phép bằng cách sử dụng hệ số an toàn vb theo công thức

b bk phép

- vb là hệ số an toàn được lựa chọn theo kinh nghiệm và lĩnh vực sử dụng.

Các xilanh được lắp đặt theo phương nằm ngang hoặc xiên cũng chịu ảnh hưởng của lực tác động bên phía góc phải so với đường tâm của cần Những ảnh hưởng này không được miêu tả đầy đủ trong lý thuyết Euler Do đó, việc

sử dụng lý thuyết Euler tính toán độ võng của xilanh phải được thay thế bởi lý thuyết biến dạng mức 2, [18] kể cả đối với những xilanh được lắp đặt theo phương thẳng đứng

Trong lý thuyết biến dạng mức 2, các tham số mặt cắt ngang của trục được xác định dựa trên điều kiện cân bằng khối lượng tại các vị trí biến dạng Do

sự biến dạng không đồng đều do vậy tất cả các tải trọng đều phải được nhân với hệ số an toàn

Thậm chí trong các trường hợp rất đơn giản, hệ thống xilanh tĩnh (hình 2.4) với bước nhảy mômen quán tính (chiều dài xilanh l1, chiều dài cần l2) ở đó yêu cầu một điều kiện cơ bản là cần được lắp cố định trong xilanh, thì việc tính toán thủ công cũng tốn rất nhiều thời gian Ngoài ra các điều kiện thực tế cũng không đáp ứng được yêu cầu tính toán

Hình 2.3 Các kiểu lắp đặt xilanh thuỷ lực.

Để có thể tính toán lựa chọn xilanh các thông số sau cần phải được biết trước:

- Vị trí lắp đặt

- Kiểu lắp ráp (linh động hoặc cố định)

- Trọng lượng của xilanh bao gồm cả trọng lượng dầu

- Tải trọng sinh ra do ngoại lực hoặc lực tác động, mô men ngoại lực tại các vị trí lắp ráp

- Khe hở giữa cần và dẫn hướng đầu xilanh, khe hở giữa piston và thân xilanh

- Độ không thẳng của thân xilanh (phụ thuộc vào nhà sản xuất)

- Độ lệch tâm của thân xilanh (phụ thuộc vào nhà sản xuất)

Vị trí lắp đặt (xem hình 2.3 và hình 2.4)