THIẾT kế cửa VAN PHẲNG CỐNG NHIỄU lộc – THỊ NGHÈ

Cửa van không thể thiếu trong các công trình thuỷ điện, làm cửa âu thuyền, điều tiết dòng chảy vào tua bin, tích nước vào hồ chứa, xả nước mặt có vật trôi nổi, xả cát, đóng cửa van để sử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HÀ NỘI

-o0o -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG CỐNG NHIỄU LỘC – THỊ NGHÈ

SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ YÊU CẦU

I Số liệu thiết kế :

BxH = 22,5x6,8m

Mực nước thượng lưu : + 2,2 m

Mực nước thượng lưu (max) : + 2,5 m

Mực nước hạ lưu (min) : -1 m

Cao trình ngưỡng : -4,3 m

II Yêu cầu :

Cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp sửa chữa

An toàn, thuận lợi

Lực đóng mở nhẹ, đóng mở nhanh

Đảm bảo điều kiện bền, ổn định, mĩ quan

Hợp với yêu cầu và điều kiện sản xuất

Dễ bảo dưỡng

Kết cấu yêu cầu hợp lí

Giá thành hạ

LỜI NÓI ĐẦU

Nước là tài nguyên vô cùng quý giá, là sự sống của muôn loài trên trái đất Ở đâu có nước thì ở đó có mầm sống Trong đời sống hàng ngày nước cần cho đời sống, cho chăn nuôi, trồng trọt, cho công nghiệp … Nước ta có khí hậu nhiệt đới mưa nhiều Nhưng mưa không đều quanh năm mà theo mùa, khi nhiều khi ít, vùng nhiều vùng ít Vì vậy để có thể điều hoà được nước quanh năm, phục vụ nhiều mục đích khác nhau người ta phải tích trữ nước vào trong các hồ đập, giữ nước trên sông … Từ hồ chứa, nước được điều tiết về các nhánh sử dụng khác nhau Muốn đảm bảo lưu lượng nước đủ dùng cho sinh hoạt, cho sản suất, cho giao thông … thì cần phải có cửa van để điều tiết lưu lượng và khống chế mực nước phù hợp.

Việt Nam vốn là một nước nông nghiệp, có khí hậu nhiệt đới - mưa nhiều, với hệ thống sông ngòi dày đặc và bờ biển dài Nguồn tài nguyên nước là rất lớn, cần được khai thác tốt, có hiệu quả Để thúc đẩy nền kinh tế đất nước nói chung và nền kinh tế nông nghiệp nói riêng, thì chúng ta cần phải chú trọng và cải tạo nâng cấp

hệ thống công trình thuỷ lợi Trên các công trình thuỷ lợi thì các cửa van giữ vai

trò rất quan trọng Chính vì vậy em xin được chọn đề tài : “Thiết kế cửa van phẳng cống nhiễu Lộc – Thị Nghè” làm đề tài tốt nghiệp Cửa van được sử dụng

để xả đáy cho công thuỷ lợi.

Để bản đồ án này được hoàn thành em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô

giáo, đặc biệt là: Thầy giáo KS.Bùi Văn Hiệu đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo

nhiệt tình để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Tuy đã có nhiều cố gắng trong quá trình thực hiện đồ án, xong do trình độ và sự hiểu biết có hạn, khó tránh khỏi những phần thiếu sót em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy giáo, cô giáo và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Hà nội, Ngày 09 tháng 09 năm

2014 Sinh viên thực hiện:

Phan Văn Khoa.

MỤC LỤC

CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CỬA VAN TRÊN CÁC CÔNG TRÌNH

THUỶ LỢI – THUỶ ĐIỆN 1

1.1 Tầm quan trọng và nhiệm vụ của cửa van: 1

1.2 Cấu tạo cửa van : 1

1.3 Phân loại cửa van dùng trong công trình Thủy lợi: 2

1.3.1 Theo mục đích sử dụng cửa van có thể phân chia thành: 2

1.3.2 Theo nguyên tắc vận hành cửa van được chia ra: 3

1.3.3 Theo dòng chảy tương quan với vị trí cửa: 4

1.3.4 Theo vị trí đặt cửa: 4

1.3.5 Theo chiều cao cột nước tính từ ngưỡng cửa: 4

1.3.6 Theo kết cấu cửa: 5

1.4 Một số loại cửa van thường dùng trong công trình Thủy lợi: 5

1.4.1 Cửa van chữ nhân: 5

1.4.2 Cửa van cung: 7

1.4.3 Cửa van cung trục đứng: 8

1.4.4.Cửa van viên phân: 9

1.4.5.Cửa van cổng ( cửa lưỡi trai): 11

1.4.6 Cửa phai: 12

1.4.7.Cửa van phẳng: 13

1.4.8 Cửa van bánh xe: 16

CHƯƠNG 2:- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG 18

2.1 Các thông số thiết kế cửa van: 18

Nguyên lý: áp lực nước tác dụng lên bản mặt => dầm ngang => dầm đứng => dàn => dầm biên 18

2.2 Chọn tiêu chuẩn thiết kế cửa van phẳng: .18

2.3 Chọn vật liệu cho các bộ phận cửa van phẳng: 19

2.3.1 Vật liệu cửa van: 19

2.3.2 Mối hàn: 20

2.3.3.Vật liệu gioăng kín nước: 20

2.3.4 Vật liệu phần tĩnh và các chi tiết phụ: 21

2.3.5 Độ võng và hệ số ma sát: 21

2.6 Tính toán, thiết kế kết cấu cửa van phẳng : 21

2.6.1 Áp lực thủy tĩnh: 21

2.6.2 Lực đẩy và lực thấm: 22

2.7 Tính toán xác định các kích thước của các bộ phận cửa van: 23

2.7.1 Bố trí dầm ngang: 23

2.7.2 Tính toán bản mặt: 24

2.7.3 Tính toán dầm ngang: 26

2.7.4 Tính toán dầm đứng: 30

2.7.5 Tính toán dàn: 32

2.7.6 Tính toán chọn dầm biên: 38

2.7.7 Gioăng kín nước: 40

2.8 Tính lực nâng hạ cửa van : 40

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ 45

3.1 Các loại máy đóng mở dùng trong công trình thủy lợi: 45

3.2 Máy đóng mở van phẳng kiểu vít me đai ốc (gọi là máy vít): 45

3.3 Máy nâng van phẳng kiểu thanh răng bánh răng: 47

3.4 Máy đóng mở van phẳng kiểu dây mềm: 48

3.6 Các loại máy đóng mở cửa van phẳng khác: 51

3.7 Chọn cơ cấu đóng mở cho cửa van: 52

3.8 Tính toán chọn xilanh làm việc cho hệ thống: 55

3.8.1 Tính đường kính xilanh: 55

3.8.2 Xác định đường kính ống dẫn dầu : 59

3.8.3 Tính toán tổn thất cho hệ thống: 59

3.8.4 Chọn động cơ bơm tay : 60

3.9 Lắp ráp và vận hành hệ thống xilanh thủy lực: 60

CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CỬA VAN TRÊN CÁC

CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI – THUỶ ĐIỆN 1.1 Tầm quan trọng và nhiệm vụ của cửa van:

Cửa van là một bộ phận quan trọng trên các công trình thuỷ lợi Nó dùng để điều tiết dòng chảy, điều chỉnh mực nước và lưu lượng qua công trình, dùng để ngăn mặn giữ ngọt, tiêu chua rửa phen ở các vùng thuỷ triều Cửa van không thể thiếu trong các công trình thuỷ điện, làm cửa âu thuyền, điều tiết dòng chảy vào tua bin, tích nước vào hồ chứa, xả nước mặt có vật trôi nổi, xả cát, đóng cửa van để sửa chữa tua bin

Ở nước ta hiện nay cửa van được ứng dụng rất rộng rãi trên các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện đem lại nhiều lợi ích trong việc cung cấp nước, điện cho việc sinh hoạt của nhân dân, nuôi trồng thuỷ, hải sản, hoa màu Đồng thời giữ nước trong mùa khô và tiêu thoát nước trong mùa lũ đảm bảo an toàn cho công trình

Đặc biệt trong thời điểm hiện nay trước tình hình biến đổi khí hậu đang diễn biến phức tạp thì việc thiết kế và lắp đặt cửa van lấy nước phục vụ cho sản xuất cho nông nghiệp, công nghiêp và sinh hoạt đang trở thành vấn đề bức thiết Nhà nước ta đang đẩy mạnh việc nghiên cứu những giải pháp mới nhằm chống lại thiên tai, phòng chống lũ lụt, đảm bảo cho cuộc sống của nhân dân

1.2 Cấu tạo cửa van :

Một cửa van gồm có ba bộ phận chính: phần cửa van, thiết bị đóng mở và hệ thống điều khiển Phần cửa van có hai thành phần: phần động và phần tĩnh

Phần động có thể chuyển động được, hoạt động nhu một vách ngăn để điều tiết dòng nước chảy qua bao gồm bản mặt và các dầm Tấm thép có nhiệm vụ trực tiếp ngăn nước được gọi là tấm thép bưng, thép bưng liên kết với các dầm tăng cứng phía sau gọi là bản mặt Các chi tiết bịt kín nước giữa phần động và phần tĩnh của cửa van gọi là gioăng kín nước Thông thường gioăng kín nước làm bằng gỗ, kim loại hoặc tấm cao su được vít chặt vào bản mặt Trên phần động của cửa van có các

bộ phận hỗ trợ (bánh xe, con lăn, gối đệm) gọi là gối tựa động và bộ phận dẫn hướng (tấm cữ, bánh xe cữ, lò xo), nhằm mục đích làm cho cửa van vận hành đúng hướng, chống dao động và an toàn

Phần tĩnh là các bộ phận gắn liền vào bê tông để dẫn hướng, làm mặt tựa gioăng kín nước, làm đường ray cho cửa van hoạt động và truyền lực tác động lên cửa vào bê tông Phần tĩnh cũng có tác dụng bảo vệ các gờ bê tông và hỗ trợ các bộ phận bịt kín Các chi tiết chính của phần tĩnh : ngưỡng cửa, ray bánh xe hoặc đường trượt, dẫn hướng cạnh, dẫn hướng đối trọng, dầm đỡ, tựa gioăng và thậm chí cả đường rãnh.

Ngưỡng cửa là bộ phận nằm ngang thấp nhất của phần tĩnh và làm việc như là bộ phận hỗ trợ bịt cửa hoặc là bịt đáy Trong các loại cửa quạt, trống và mái nhà, ngưỡng cửa đóng vai trò là bịt đáy Ray bánh xe lăn làm việc như bộ phận hỗ trợ và phân phối lực truyền vào bánh xe hoặc con lăn

Khe van cũng có chức năng tương tự để nhận tải trọng truyền bởi cữ dừng và rãnh trượt trên dầm đứng Khe van và dẫn hướng ngược giới hạn dịch chuyển của cửa van trong mặt phẳng ngang và được thiết kế để chịu ứng suất tương ứng Dầm đỡ là một bộ phận được sử dụng chỉ ở những cửa chìm trong mặt nước đặt vào tường ngực Dầm đỡ đặt phía trên ngưỡng được đóng kín, làm mặt tựa gioăng bịt đỉnh và chống mài mòn lớp bê tông do nước chảy với tốc độ cao

Thiết bị vận hành chịu trách nhiệm trực tiếp việc đóng mở cửa Một số cửa không cần tang nâng mà được di chuyển bởi áp lực nước như cửa quạt, trống và cửa van mái nhà

Thiết bị đóng mở bao gồm: động cơ, hộp số và bộ phận liên kết với cửa

Hệ thống điều khiển: điện, đường dây, các công tắc, bảng điều khiển

Tuỳ theo nhiệm vụ hay kết cấu mà cửa van được phân thành nhiều loại khác nhau Mỗi loại cửa van đều có những ưu nhược điểm riêng và tùy theo đó mà có phạm vi

sử dụng hợp lý

1.3 Phân loại cửa van dùng trong công trình Thủy lợi:

1.3.1 Theo mục đích sử dụng cửa van có thể phân chia thành:

a) Cửa van dùng để điều tiết liên tục dòng chảy và mực nước

- Cửa đập tràn: dùng để xả nước trên mặt đập khi lưu lượng nước về hồ chứa vượt quá mực nước cho phép chứa trong hồ

- Cửa xả đáy: dùng để xả nước đáy đập khi lưu lượng nước về hồ chứa vượt quá mực nước cho phép chứa trong hồ

- Cửa âu thuyền (khoang âu thuyền và cống lấy nước): dùng để điều tiết mực nước trong âu thuyền để cho phép tàu bè, giao thông qua lại trên công trình ngăn nước.

- Cửa tự động điều tiết lũ: Tự động đóng hoặc mở khi có lũ và thủy triều lên

- Cửa bảo hiểm thình thoảng được sử dụng để chặn nước trong ống dẫn hoặc kênh.Cửa được thiết kế để vận hành bình thường ở vị trí đóng hoặc mở Chỉ trong những vị trí đặc biệt, có thể những cửa này được sử dụng để mở một phần Ví dụ như: cửa lấy nước ở phần dẫn nước vào ống áp lực có thể nâng lên một ít

b) Các loại cửa được coi là khẩn cấp gồm:

- Cửa van lắp đặt phía trước cửa van vận hành của ống áp lực

- Cửa đường ống ra của tuabin Kaplan

- Cửa lắp đặt phía trước cửa xả đáy

c) Cửa sửa chữa: chỉ được mở khi áp suất nước cân bằng và chức năng chính của cửa là cho phép tạo khoảng trống, khô ráo trong kênh hoặc đường ống để sửa chữa các thiết bị chính (tuabin, bơm, hoặc thậm chí là cửa van khác) Loại cửa van sửa chữa thông thường là các loại phai

d) Cửa van thi công: Cửa van sử dụng cho dẫn dòng thi công Loại này được sử dụng để đóng kín cửa dẫn dòng khi thi công xong công trình, để tích trữ nước vào

hồ chứa

1.3.2 Theo nguyên tắc vận hành cửa van được chia ra:

a) Cửa van tịnh tiến là cửa van khi đóng mở kéo theo chiều thẳng đứng

- Cửa trượt: Đối với cửa trượt, cánh cửa di chuyển dọc theo khe van Khi di chuyển cửa van khắc phục lực ma sát trượt giữa phần tĩnh và gối cửa của phần động và gioăng kín nước

- Cửa bánh xe: Gối tựa động sử dụng bánh xe hay con lăn Như vậy khi nâng hạ cửa van phải khắc phục lực ma sát của gối tự động và ma sát trượt của gioăng kín nước.b) Cửa quay là cửa khi đóng mở quay quanh một trục cố định gọi là trục bản lề:

- Cửa van quay theo trục đứng: cửa van chữ nhân thì trục thẳng đứng ở gần tường của khoang cửa, cửa cung trục đứng (rẻ quạt)

- Cửa quay theo trục bản lề nằm ngang trên ngưỡng: Cửa sập, cửa cung, cửa sập kín, cửa cổng, cửa viên quay

c) Cửa van vừa quay vừa tịnh tiến: Cửa trụ ngang (trụ lăn) là cửa duy nhất khi đóng

mở cửa van vừa tịnh tiến vừa quay quanh mình nó Kết cấu cửa dạng trụ với trục ngang quay trong giá răng lắp ráp đặt ở rãnh nghiêng mỗi trụ pin

1.3.3 Theo dòng chảy tương quan với vị trí cửa:

a) Chảy tràn qua đỉnh cửa: cửa phẳng kéo đứng, viên phân quay, sập kín và rẻ quạt, khi mở cửa được hạ xuống xung quanh trục đặt trên ngưỡng cho phép nước chảy phía trên cửa

b) Chảy phía dưới : cửa cánh trượt, cửa xích, trụ ngang, cung, bánh xe, cổng và Stoney, khi mở cửa di chuyển lên trên và nước chảy phía dưới cửa

c) Chảy cả trên lẫn dưới: cửa phẳng hỗn hợp phẳng kép, cho phép dòng chảy lần lượt chảy cả trên và dưới cửa tùy theo yêu cầu vận hành

1.3.5 Theo chiều cao cột nước tính từ ngưỡng cửa:

Cửa cột áp thấp: đến 15m

Cửa cột áp trung bình: từ 15 - 30m

Cửa cột áp cao: lớn hơn 30m

1.3.6 Theo kết cấu cửa:

Theo kết cấu và hình dạng, chúng ta có các loại cửa van phẳng (hình 1.1 a, b, h), cửa van cung (hình 1.1 c), cửa van rẻ quạt (hình 1.1 g, n) cửa van trụ đứng (hình 1.1 d), cửa van trụ lăn (hình 1.1 e), cửa van mái nhà (hình 1.1 j, k), cửa van chữ nhân (hình 1.1 m), cửa van thủy lực kiểu mái nhà (hình 1.1 n) và một số loại khác Ngày nay nhiều nước trên thế giới đã có nhiều cửa van có khẩu độ lớn đến 80 ÷ 120 mét, cột nước cao từ 40 ÷ 50 mét

1.4 Một số loại cửa van thường dùng trong công trình Thủy lợi:

1.4.1 Cửa van chữ nhân:

*) Cấu tạo và nguyên lý:

+ Cấu tạo:

Hình 1.2 - Kênh đào Panama

- Cửa van chữ nhân là cửa van có bản mặt chắn nước là mặt phẳng, gồm hai cánh , quay quanh hai trục cố định thẳng đứng, nó có dạng như cánh cửa

+ Nguyên lý:

- Khi làm việc hai cánh quay quanh hai trục thẳng đứng song song

*) Ưu nhược điểm:

- Khoang âu thuyền dài hơn có thể mở cửa (chủ yếu là khóa cửa ở phía hạ lưu).

- Không có khả năng đóng trong trường hợp khẩn cấp

*) Phạm vi ứng dụng:

- Thường dùng trong trường hợp âu thuyền làm việc một chiều

- Đóng mở chậm nên không sử dụng được trong việc giữ ngọt

1.4.2 Cửa van cung:

Hình 1.3 - Cửa van cung

*) Cấu tạo và nguyên lý:

+ Cấu tạo:

- Cửa van cung là cửa van có bản mặt chắn nước có dạng hình cung

- Kết cấu gồm các bộ phận: Bản mặt chắn nước, dầm chính, khung đứng, dầm đỡ phía sau, đế cối quay, trục quay, gioăng chắn nước, càng, bu lông đai ốc,…

- Có thể lợi dụng phương hợp lực của áp lực nước không đi qua trục quay van để giảm lực đóng mở.

- Cửa van cung thường được dùng trong đập tràn ở mặt cắt bất kỳ mà không cần

mở rộng đỉnh đập

- Trọng lượng cửa van cung nhỏ hơn các loại cửa van khác

+ Nhược điểm:

- Cửa van cung có mố và tường biên dài

- Độ cứng của cửa van cung nhỏ hơn cửa van phẳng

- Chỉ dùng làm cửa chính, không dùng làm cửa sữa chữa

1.4.3 Cửa van cung trục đứng:

*) Cấu tạo và nguyên lý:

Là loại cửa van có bản mặt chắn nước cong Cửa van có dạng hình quạt nằm ngang Toàn bộ bản mặt được đỡ bởi hệ thống giàn phụ sau đó truyền lực lên gối tựa qua

hệ càng có dạng giàn Khi đóng mở thì cửa van chuyển động quay xung quanh trục

- Trụ pin đòi hỏi thấp

- Khẩu độ lớn, ảnh hưởng đến giao thông thủy nhỏ

- Có thể tận dụng lực đẩy nổi để giảm lực đóng mở

+Nhược điểm:

- Kết cấu cửa tương đối phức tạp và cồng kềnh

- Chế tạo phức tạp, đặc biệt là các gối đỡ

- Đòi hỏi máy đóng mở lớn khi vận hành

*) Phạm vi ứng dụng:

Thường được sử dụng với các sông có chiều rộng lớn, có nhiều tàu bè lớn qua lại

Hình 1.4 - Cửa van zhonglou Trung Quốc

1.4.4.Cửa van viên phân:

*) Cấu tạo và nguyên lý:

Cửa van là một mảnh hình viên phân gắn vào hai đầu là hai khối trụ tròn mỏng.Khối trụ được lắp quay quanh hai bán trục nằm ngang được cố định vào trụ pin

Hình 1.5 - Cửa van trên sông Thames (Anh).

*) Ưu nhược điểm:

+ Ưu điểm:

- Phù hợp với cống ở vùng triều cường

- Ảnh hưởng của lũ bão đến công trình nhỏ do khi đóng thì toàn bộ cửa van nằm sâu dưới nước Kết cấu cửa van chắc chắn, an toàn khi vận hành

- Đóng mở đơn giản, nhanh chóng

- Sửa chữa và bảo dưỡng dễ dàng

- Trụ pin cống không phải xây quá cao

- Thông thủy dễ dàng

+ Nhược điểm:

- Chế tạo tương đối phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao khi lắp đặt

- Bị ăn mòn do khi đóng thì cửa van nằm trong nước và dễ bị kẹt do bùn cát lắng đọng

*) Phạm vi ứng dụng:

Đây là loại cửa van có nhiều ưu điểm đã được sử dụng ở nhiều các nước và đang tiếp tục phát triển Công trình tiêu biểu trên thế giới là hệ thống cửa van chắn triều cường trên sông Thames (Anh) bao gồm 6 cửa với chiều cao 20 m và chiều rộng 61m

1.4.5.Cửa van cổng ( cửa lưỡi trai):

*) Cấu tạo và nguyên lý:

Cửa van lưỡi trai có cấu tạo là một phần của mặt trụ đứng có hình dạng giống đập vòm Khi vận hành nó sẽ quay quanh hai bán trục nằm ngang nhờ hai tời được lắp phía trên

Hình 1.6 -Cửa van lưỡi trai trên sông Rhine – Hà Lan

*) Ưu nhược điểm

- Kết cấu cửa có dạng bản mặt cong lên tăng độ cứng vững

- Khi cửa van mở thì chịu ảnh hưởng của áp lực gió tương đối nhỏ

- Trụ pin đòi hỏi thấp

- Thuận tiện cho giao thông thủy vì khi cửa có dạng cong nên làm tăng chiều cao khi cửa mở

+ Nhược điểm

- Phần cối quay ngâm trong nước nên khó bôi trơn, han gỉ và tuổi thọ không cao

- Thi công công trình khó khăn, phức tạp

- Cơ cấu đóng mở yêu cầu cần có thiết bị dẫn hướng

*) Phạm vi ứng dụng

Sử dụng cho các công trình trên sông với các công trình nổi bật trên thế giới như cửa van trên sông Rhine – Hà Lan, đập AJi ở thành phố Osaka – Nhật Bản

- Lực đóng mở nhỏ do cửa van được chia làm nhiều phai, khối lượng cửa nhỏ.

- Điều chỉnh được chiều cao của bản mặt chắn nước khi mực nước ở thượng lưu dâng lên cao hoặc hạ thấp bản mặt chắn nước xuống khi muốn điều chỉnh mực nước

ở thượng lưu ở một cao trình nào đó

- Cửa van phẳng kép là cửa van có hai cánh khi hạ cánh trên có thể tháo được vật nổi mà không bị mất nhiều nước trong hồ chứa Loại van này dùng thích hợp khi cột nước không nhỏ hơn 5m Kiểu van phẳng kép công sôn

- Cửa van phẳng có cửa phụ có tác dụng tháo vật nổi như cửa van kép, hình dạng mặt trên của cửa phụ cần đảm bảo không xẩy ra hiện tượng chân không khi nước tràn qua làm cho cửa van bị rung động Kết cấu cửa phụ cần có độ cứng vững để chịu mô men uốn và mô men xoắn lớn, đồng thời để chịu lực va chạm do vật nổi sinh ra

*) Cấu tạo và nguyên lý:

+ Cấu tạo:

- Cửa van phẳng là cửa van có bản mặt chắn nước là mặt phẳng Kết cấu cửa gồm có: Dầm ngang chính, dầm đứng chính, dầm ngang phụ, dầm đứng phụ, dầm đáy, dầm biên, bu lông đai ốc,

+ Nguyên lý:

- Khi làm việc cửa van phẳng chuyển động tịnh tiến lên xuống hoặc theo phương ngang Các thiết bị đóng mở thường dùng cho hình thức loại cửa van này thường là: thiết bị đóng mở kiểu dây mềm, vít đai ốc, bánh răng thanh răng

Hình 1.9 - Cấu tạo cửa van phẳng1- Bản mặt 7- Thanh giằng chéo.

đoạn do đó có thể dễ dàng tháo được vật trôi nổi trên mặt đồng thời cũng có thể hạ được chiều cao của mố

- Cửa van phẳng có cấu tạo đơn giản nên dể bảo quản, kiểm tra và sữa chữa

- Cửa van phẳng có thể được sử dụng làm cửa van chính, cửa van bảo hiểm , cửa van sữa chữa và thi công

+ Nhược điểm:

- Nếu dùng trong các công trình lớn cửa van phải có kết cấu dàn thiết kế khó khăn

- Chiều cao và chiều dày của mố tương đối lớn thì mới đủ khả năng chịu lực khi nâng cửa van

- Lực nâng cửa van lớn do đó máy đóng mở phải có công suất lớn

- Khi đặt dưới sâu thì áp lực nước có tác dụng nâng hoặc hạ cửa van làm tăng lực khi nâng van

- Khi mực nước hạ lưu cao hơn lỗ cống thì cần phải có thêm bộ phận cân bằng áp với phần sau cửa van

Hình 1.8 - Cửa van thấu kính

1.4.8 Cửa van bánh xe:

*) Cấu tạo và nguyên lý

+ Cấu tạo:

Cửa van phẳng kéo đứng có lắp gối tựa động là bánh xe được gọi là cửa van bánh

xe Bao gồm bản mặt, bánh xe, trục và gioăng Bản mặt là dạng tấm phẳng và được tăng cứng bởi các dầm ngang và gân đứng Trên mỗi cạnh của bản mặt, ở phần cuối dầm ngang được hàn vào dầm biên đứng Bánh xe được gắn vào trục cố định ở mặt bên dầm biên đứng và có chức năng kép: giảm lực ma sát và truyền áp lực nước lên phần cố định

Hình 1.10 - Cửa fixed-wheel cho cửa xả đáy của nhà máy thuỷ điện Passu real

*) Ưu nhược điểm :

+ Nhược điểm:

- Chế tạo bánh xe yêu cầu độ chính xác cao

*) Phạm vi ứng dụng:

Người ta sử dụng cửa van bánh xe như là thiết bị dự phòng để chặn dòng chảy cửa

xả đáy công trình với cửa van điều tiết là loại cửa van cung

Cửa van bánh xe lắp đặt trên các hồ chứa được lắp gioăng cả cạnh và ngưỡng Tấm thép bưng được đặt về phía thượng lưu của dầm đỡ Tấm thép bưng ở thượng lưu.Kết luận

Sau một thời gian tìm tòi và nghiên cứu về các loại cửa van, em đã sơ bộ nắm được hình dạng kết cấu, nguyên lý hoạt động và phạm vi ứng dụng của các loại cửa van Cửa van rất phong phú và đa dạng về chủng loại, kích cỡ, chức năng phù hợp với điều kiện cụ thể của từng công trình Vì vậy để sử dụng hiệu quả ta cần tìm hiều

về nhiều loại cửa van khác nhau

Cửa van phẳng là loại của van ra đời sớm nhất và hiện nay vẫn được sử dụng rộng rãi trên công trình thủy lợi nhờ những ưu điểm của nó so với các loại cửa van khác.Trên cơ sở xem xét và kết hợp với điều kiện công trình, trong chương tiếp theo

em tiến hành thiết kế cửa van phẳng vận hành cửa nhận nước Cụ thể, yêu cầu của

đề tài :

“Thiết kế cửa van phẳng cống Nhiễu Lộc - Thị Nghè” với :

BxH = 22,5x6,8m

Mực nước thượng lưu : + 2,2 m

Mực nước thượng lưu (max) : + 2,5 m

Mực nước hạ lưu (min) : -1 m

Cao trình ngưỡng : -4,3 m

CHƯƠNG 2:- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG

2.1 Các thông số thiết kế cửa van:

thông thủyThượng

2.2 Chọn tiêu chuẩn thiết kế cửa van phẳng:

Quá trình thiết kế dựa trên “TCVN 8299 : 2009 - Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế cửa van, khe van bằng thép” ; theo quy định tại khoản 1 điều

69 của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a, khoản 1 điều 7 của Nghị định số 127/2007/NĐ – CP ngày 1/8/2007 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật

Khi tính toán kết cấu cửa van phẳng phải căn cứ vào tổ hợp tải trọng bất lợi nhất và điều kiện cụ thể công trình có thể phát sinh để tính toán, kiểm tra độ bền, độ cứng

và tính ổn định của cửa van

Tính toán, thiết kế đảm bảo tiết kiệm kim loại, chọn sơ đồ tối ưu của công trình và tiết diện của cấu kiện trên cơ sở kinh tế - kỹ thuật Có biện pháp chống ăn mòn hợp lý

Sơ đồ tính toán, những giả thiết tính toán cơ bản phải thể hiện được điều kiện làm việc thực tế của cửa van

Trị số ứng suất lớn nhất của kết cấu khi tính toán không được vượt quá 5% ứng suất cho phép của vật liệu

Tính toán, thiết kế các cấu kiện cửa van được thực hiện theo phương pháp ứng suất cho phép

Áp lực nước tác dụng trực tiếp vào bản mặt cửa, từ đó truyền đến các dầm ngang, dầm đứng, dầm biên cũng như các bộ phận khác của cửa van Việc xác định tải trọng tác dụng lên bản mặt cửa là cơ sở cho tính toán các bộ phận kết cấu khác của cửa van

2.3 Chọn vật liệu cho các bộ phận cửa van phẳng:

2.3.1 Vật liệu cửa van:

Đối với công trình nằm trong vùng nước ngọt thì tính ôxy hóa của thép trong môi trường sẽ chậm, đồng thời kết cấu cửa van có sơn phủ kẽm và chống rỉ nên dùng thép CT38 hoặc loại tương đương để chế tạo cửa sẽ tiết kiệm được giá thành gia công Đối với công trình nằm trong vùng biển hoặc vùng có độ chua phèn lớn thì nên dùng thép inox loại SUS304 để chế tạo cửa vì đối với loại thép này về hóa học thì trơ trong môi trường nước mặn và môi trường có độ phèn chua lớn

Với vùng đồng bằng sông hồng độ ngọt hóa cao thì nên kết cấu cửa van nên dùng thép CT51, còn một số chi tiết kín nước và chi tiết cố định như khe van thì dùng thép SUS304

Đối với công trình, thì ta nên dùng thép CT38 để chế tạo cửa

Để chống phá hủy do quá trình điện hóa gây ra han gỉ, ta sử dụng các loại sơn lót, sơn phủ được quy định kỹ thuật

Phần kết cấu cửa : Thép hợp kim thấp 19Mn theo TCVN 8298:2008

Do ứng suất ở đây không cho trước nên ta sẽ dựa vào σch và σb của vật liêu theo nhà cung cấp chế tạo Ứng suất cho phép hay cường độ tính toán theo trạng thái giới hạn của vật liệu được xác định theo công thức:

-k là hệ số kể đến tính đồng chất của vật liệu Với thép 19Mn thì k = 0,85;

-m là hệ số lấy theo điều kiện làm việc m = 0,85;

-mv là hệ số tính theo cấp công trình Công trình mà ta đang đi thiết kế cửa van là công trình cấp II: mv = 0,95

Như vậy [σu] = RTC.C.k.m.mv = 32.1,05.0,85.0,85.0,95= 23 kN/cm2

[τ] = RTC.C.k.m.m = 32.0,6.0,85.0,95= 15,504 kN/cm2

Theo điều kiện thực tế tính toán ta có bảng sau :

Cường độ tính toán mối hàn (Hàn thép CT38 dùng que hàn E42)

Loại đường hàn Trạng thái ứng suất

Cường độ tính toán của đường

hàntrong kết cấu bằng thép CT38(daN/cm²)

Bảng 2.2 - Cường độ tính toán mối hàn

2.3.3.Vật liệu gioăng kín nước:

Cao su làm gioăng chắn nước, tính chất cơ lý theo nhà máy cao su Sao vàng-Hà Nội chế tạo với các chỉ tiêu cần đạt : (TCVN 8299 : 2009) :

- Giới hạn ổn định khi dựt đứt : 180 daN/cm²

- Độ giãn dài tương đối không bé hơn (%) : 500

- Độ giãn dài dư không lớn hơn (%) : 40

- Sức kháng rạn nứt không bé hơn (daN/cm²) : 70

- Độ cứng theo Shor không bé hơn : 70

- Hệ số lão hóa theo “Gh” sau 144 giờ ở 70ºc : 0,7

- Độ trương nở trong nước 70ºc sau 24 giờ không lớn hơn (%) : 2

- Sức kháng mài mòn không lớn hơn, cm³/kN : 450.

- Độ đàn hồi : 45÷65

2.3.4 Vật liệu phần tĩnh và các chi tiết phụ:

Các chi tiết đặt sẵn trong bê tông (khe van) thường sử dụng thép hợp kim SUS304

Do phần này được cố định, khó kiểm tra, sửa chữa, thay thế

- Bulông dùng bulông bằng thép 45 hay 40X theo TC ΓOCT 4543-61

- Bộ phận cữ dùng hợp kim đồng do yêu cầu độ cứng tránh cửa van bị lắc ngang

- Bạc ở tai treo cửa có thể dùng hợp kim đồng với [ ]δ CM= 150 kg/cm² có dầu bôi trơn

- Các loại chốt , trục : 40X13 ( tiêu chuẩn ΓOCT 6532-72)

- Các loại bạc , con trượt : ACM-K-112( tiêu chuẩn TY GM -015-84 )

- Sơn bảo vệ : Do cửa van là loại sử dụng không vĩnh cửu , thời hạn sử dụng ngắn

do bảo vệ chống rỉ do ăn mòn hóa học là không cao lên chọn loại sơn phù hợp

2.3.5 Độ võng và hệ số ma sát:

Dầm chính của cửa van làm việc trong dòng chảy là : f ≤ 1/1000

Các bộ phận của ô dầm : f ≤ 1/250 (TCVN 8299 : 2009/19)

Hệ số ma sát lấy theo TCVN 8299 : 2009 (Bảng B.3/40)

2.6 Tính toán, thiết kế kết cấu cửa van phẳng :

Các tải trọng cơ bản tác dụng lên cửa van:

Đối với các cửa van cả hai mặt của thép bưng tiếp xúc với nước, áp lực nước từ phía thượng là:

γ - trọng lượng riêng của nước, γ =9,81 KN/m3;

B – chiều rộng cửa van, m;

t

P - chiều cao cột nước thượng lưu so với ngưỡng, m;

h

P - chiều cao cột nước hạ lưu so với ngưỡng, m;

Tổng ấp lực nước tác dụng lên cửa van:

Trong đó : H là cột nước thượng lưu

a là bề rộng diện tích chịu áp lực nước

l là chiều dài chịu áp lực nước

Áp lực thấm tác dụng lên mặt tiếp giáp giữa vật chắn nước với ngưỡng, hướng từ dưới lên trên :

P = 0,5.γ.H.b.l

Trong đó : b là bề rộng diện tích tiếp xúc của vật chắn nước với ngưỡng

l là chiều dài vật chắn nước

2.7 Tính toán xác định các kích thước của các bộ phận cửa van:

Khi ta đã xác định được áp lực thủy tĩnh tác động lên cửa van, cũng như cách bố trí kết cấu cửa van, bước tiếp theo là đi xác định các kích thước các bộ phận cửa van

Vậy dầm thứ 7 cách đáy 3,248 m

Phần 3: bố trí 3 dầm, vị trí các dầm tính như cửa van phẳng trên mặt( vị diện tích phần 3 giống diện tích áp lực nước cửa cửa van phẳng có nước 1 phía).

Chiều sâu của dầm ngang

13

• Khi ô có cạnh dài < 2 lần cạnh ngắn: Ô được tính như tấm tựa trên 4 cạnh Trường hợp này chiều dầy bản mặt được xác định theo công thức:

δ = a

Trong đó:

- δ : chiều dài bản mặt (mm);

- a : Cạnh ngắn của ô bản mặt (mm);

- b : Cạnh dài của ô bản mặt b = 22500/10 = 2250 (mm);

- Pi : Cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt được xét (N/mm2);

- Ru : Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt (N/mm2) R = 230mm2);

- k : là hệ số ứng suất trung điểm biên dài của bệ đỡ tấm móng đàn hồi tính theo A.4 phụ lục A(TCVN8299:2009/29);

- pi : Cường độ áp lực thủy tĩnh tại tâm của ô bản mặt được xét (daN/cm2)

- Ru : Cường độ chịu uốn của thép làm bản mặt (daN/cm2).R = 230mm2)

Để tính toán ta lập bảng tính như sau:

Từ bảng kết quả trên và xét đến điều kiện ăn mòn ta chọn chiều dày bản mặt:

P là lực tác dụng lên dầm ngang: P = 346,1 kN

Như vậy trên sơ đồ nhịp dầm ta xác định được bậc siêu tĩnh là n = 9

Do dầm đối xứng nhau nên số bậc siêu tĩnh sẽ là n = 5

Tung độ treo của biểu đồ mô men trên 1 nhịp dầm là :

Phương trình của hệ phương trình cơ bản hay còn gọi là phương trình 3 mô men có dạng như sau : (dầm không chịu sự thay đổi của nhiệt độ và chuyển vị của gối tựa) l.M + 2(l + l).M + l.M + 6 + = 0.

Khi cho i = 1 ÷ 5, ta sẽ xác định được hệ phương trình chính tắc

L là chiều dài quy ước của nhịp thứ i

W là diện tích phần biểu đồ mômen của ( )o

p

M trên nhịp thứ i, dấu của w được lấy theo dấu của M Trên biểu đồ mô men thì ta đều thấy các giá trị dương (căng dưới)

A , b là khoảng cách từ trọng tâm diện tích của biểu đồ M đến gối tựa trái và phải của nhịp thứ i

Việc đi giải hệ phương trình này sẽ tìm được M, M, M… (dầm đối xứng lên

Trong đó :Q là lực cắt bên trái thứ nhịp i

Q là lực cắt bên phải của nhịp thứ i

q là lực phân bố đều tác dụng lên dầm biên

M là mô men bên trái của nhịp thứ i

M là mô men bên phải của nhịp thứ i.

Ta có bảng tính giá trị lực cắt như sau:

Hình 2.7 - Biểu đồ nội lực dầm ngang.

Trên biểu đồ mô men ta thấy |M| = 8,2 kN.m,