Thiết kế cửa van phẳng vận hành cửa nhận nước công trình xe caman 3

Đồ án tốt nghiệp Trang khí Ngành : Kỹ thuật TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI HÀ NỘI o0o -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CỬA VAN PHẲNG VẬN HÀNH CỬA NHẬN NƯỚC CƠNG TRÌNH XE CAMAN SỐ LIỆU THIẾT KẾ VÀ YÊU CẦU I Số liệu thiết kế : Cao trình ngưỡng : + 913 m MNDBT : + 960 m Mực nước lũ : +961,27 m Kích thước cửa BxH : Lỗ cống BxH : x 4,5 m 4,4 x 4,5 m Trọng lượng cửa van : 18617 daN Thép bưng phần phía thượng lưu 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 điều kiện sản xuất Dễ bảo dưỡng Kết cấu yêu cầu hợp lí Giá thành hạ SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang khí Ngành : Kỹ thuật LỜI NĨI ĐẦU Nước tài ngun vơ q giá, sống mn lồi trái đất Ở đâu có nước 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 quanh năm mà theo mùa, nhiều ít, vùng nhiều vùng Vì để điều hoà nước quanh năm, phục vụ nhiều mục đích khác người ta phải tích trữ nước vào hồ đập, giữ nước sông … Từ hồ chứa, nước điều tiết nhánh sử dụng khác Muốn đảm bảo lưu lượng nước đủ dùng cho sinh hoạt, cho sản suất, cho giao thơng … cần phải có cửa van để điều tiết lưu lượng khống chế mực nước phù hợp Việt Nam vốn nước nơng nghiệp, có khí hậu nhiệt đới - mưa nhiều, với hệ thống sông ngòi dày đặc bờ biển dài Nguồn tài nguyên nước lớn, cần khai thác tốt, có hiệu Để thúc đẩy kinh tế đất nước nói chung kinh tế nơng nghiệp nói riêng, cần phải trọng cải tạo nâng cấp hệ thống cơng trình thuỷ lợi Trên cơng trình thuỷ lợi cửa van giữ vai trò quan trọng Chính em xin chọn đề tài : “Thiết kế cửa van phẳng vận hành cửa nhận nước cơng trình Xe Caman 3” làm đề tài tốt nghiệp Cửa van sử dụng để xả đáy cho công thuỷ lợi Để đồ án hoàn thành em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo, đặc biệt là: Thầy giáo KS.Bùi Văn Hiệu trực tiếp hướng dẫn, bảo nhiệt tình để em hồn thành đồ án tốt nghiệp Tuy có nhiều cố gắng q trình thực đồ án, xong trình độ hiểu biết có hạn, khó tránh khỏi phần thiếu sót em mong nhận ý kiến đóng góp Thầy giáo, cô giáo bạn để đồ án em hoàn thiện Hà nội, Ngày 09 tháng 09 năm 2012 Sinh viên thực hiện: Lê Văn Khương SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang khí Ngành : Kỹ thuật MỤC LỤC SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang khí Ngành : Kỹ thuật CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI CỬA VAN TRÊN CÁC CƠNG TRÌNH THUỶ LỢI – THUỶ ĐIỆN 1.1 Tầm quan trọng nhiệm vụ cửa van: Cửa van phận quan trọng công trình thuỷ lợi Nó dùng để điều tiết dòng chảy, điều chỉnh mực nước lưu lượng qua cơng trình, dùng để ngăn mặn giữ ngọt, tiêu chua rửa phen vùng thuỷ triều Cửa van thiếu cơng trình thuỷ điện, làm cửa âu thuyền, điều tiết dòng chảy vào tua bin, tích nước vào hồ chứa, xả nước mặt có vật trơi nổi, xả cát, đóng cửa van để sửa chữa tua bin Ở nước ta cửa van ứng dụng rộng rãi cơng trình thuỷ lợi, thuỷ điện đem lại nhiều lợi ích việc cung cấp nước, điện cho việc sinh hoạt nhân dân, nuôi trồng thuỷ, hải sản, hoa màu Đồng thời giữ nước mùa khơ tiêu nước mùa lũ đảm bảo an tồn cho cơng trình Đặc biệt thời điểm trước tình hình biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp việc thiết kế lắp đặt cửa van lấy nước phục vụ cho sản xuất cho nông nghiệp, công nghiêp sinh hoạt trở thành vấn đề thiết Nhà nước ta đẩy mạnh việc nghiên cứu giải pháp nhằm chống lại thiên tai, phòng chống lũ lụt, đảm bảo cho sống nhân dân 1.2 Cấu tạo cửa van : Một cửa van gồm có ba phận chính: phần cửa van, thiết bị đóng mở hệ thống điều khiển Phần cửa van có hai thành phần: phần động phần tĩnh Phần động chuyển động được, hoạt động nhu vách ngăn để điều tiết dòng nước chảy qua bao gồm mặt dầm Tấm thép có nhiệm vụ trực tiếp ngăn nước gọi thép bưng, thép bưng liên kết với dầm tăng cứng phía sau gọi mặt Các chi tiết bịt kín nước phần động phần tĩnh cửa van gọi gioăng kín nước Thơng thường gioăng kín nước làm gỗ, kim loại cao su vít chặt vào mặt Trên phần động cửa van có phận hỗ trợ (bánh xe, lăn, gối đệm) gọi gối tựa động phận dẫn hướng (tấm cữ, bánh xe cữ, lò xo), nhằm mục đích làm cho cửa van vận hành hướng, chống dao động an toàn SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang khí Ngành : Kỹ thuật Phần tĩnh phận gắn liền vào bê tông để dẫn hướng, làm mặt tựa gioăng kín nước, làm đường ray cho cửa van hoạt động truyền lực tác động lên cửa vào bê tơng Phần tĩnh có tác dụng bảo vệ gờ bê tông hỗ trợ phận bịt kín Các chi tiết phần tĩnh : ngưỡng cửa, ray bánh xe đường trượt, dẫn hướng cạnh, dẫn hướng đối trọng, dầm đỡ, tựa gioăng chí đường rãnh Ngưỡng cửa phận nằm ngang thấp phần tĩnh làm việc phận hỗ trợ bịt cửa bịt đáy Trong loại cửa quạt, trống mái nhà, ngưỡng cửa đóng vai trò bịt đáy Ray bánh xe lăn làm việc phận hỗ trợ phân phối lực truyền vào bánh xe lăn Khe van có chức tương tự để nhận tải trọng truyền cữ dừng rãnh trượt dầm đứng Khe van dẫn hướng ngược giới hạn dịch chuyển cửa van mặt phẳng ngang thiết kế để chịu ứng suất tương ứng Dầm đỡ phận sử dụng cửa chìm mặt nước đặt vào tường ngực Dầm đỡ đặt phía ngưỡng đóng kín, làm mặt tựa gioăng bịt đỉnh chống mài mòn lớp bê tơng nước chảy với tốc độ cao Thiết bị vận hành chịu trách nhiệm trực tiếp việc đóng mở cửa Một số cửa khơng cần tang nâng mà di chuyển áp lực nước cửa quạt, trống cửa van mái nhà Thiết bị đóng mở bao gồm: động cơ, hộp số phận liên kết với cửa Hệ thống điều khiển: điện, đường dây, công tắc, bảng điều khiển Tuỳ theo nhiệm vụ hay kết cấu mà cửa van phân thành nhiều loại khác Mỗi loại cửa van có ưu nhược điểm riêng tùy theo mà có phạm vi sử dụng hợp lý 1.3 Phân loại cửa van dùng cơng trình Thủy lợi: 1.3.1 Theo mục đích sử dụng cửa van phân chia thành: a) Cửa van dùng để điều tiết liên tục dòng chảy mực nước - Cửa đập tràn: dùng để xả nước mặt đập lưu lượng nước hồ chứa vượt mực nước cho phép chứa hồ - Cửa xả đáy: dùng để xả nước đáy đập lưu lượng nước hồ chứa vượt mực nước cho phép chứa hồ SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang khí Ngành : Kỹ thuật - Cửa âu thuyền (khoang âu thuyền cống lấy nước): dùng để điều tiết mực nước âu thuyền phép tàu bè, giao thơng qua lại cơng trình ngăn nước - Cửa tự động điều tiết lũ: Tự động đóng mở có lũ thủy triều lên - Cửa bảo hiểm thình thoảng sử dụng để chặn nước ống dẫn kênh.Cửa thiết kế để vận hành bình thường vị trí đóng mở Chỉ vị trí đặc biệt, cửa sử dụng để mở phần Ví dụ như: cửa lấy nước phần dẫn nước vào ống áp lực nâng lên b) Các loại cửa coi khẩn cấp gồm: - Cửa van lắp đặt phía trước cửa van vận hành ống áp lực - Cửa đường ống tuabin Kaplan - Cửa lắp đặt phía trước cửa xả đáy c) Cửa sửa chữa: mở áp suất nước cân chức cửa cho phép tạo khoảng trống, khô kênh đường ống để sửa chữa thiết bị (tuabin, bơm, chí cửa van khác) Loại cửa van sửa chữa thông thường loại phai d) Cửa van thi cơng: Cửa van sử dụng cho dẫn dòng thi cơng Loại sử dụng để đóng kín cửa dẫn dòng thi cơng xong cơng trình, để tích trữ nước vào hồ chứa 1.3.2 Theo nguyên tắc vận hành cửa van chia ra: a) Cửa van tịnh tiến cửa van 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 phần tĩnh gối cửa phần động gioăng kín nước - Cửa bánh xe: Gối tựa động sử dụng bánh xe hay lăn Như nâng hạ cửa van phải khắc phục lực ma sát gối tự động ma sát trượt gioăng kín nước b) Cửa quay cửa đóng mở quay quanh trục cố định gọi trục lề: - Cửa van quay theo trục đứng: cửa van chữ nhân trục thẳng đứng gần tường khoang cửa, cửa cung trục đứng (rẻ quạt) SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang khí Ngành : Kỹ thuật - Cửa quay theo trục lề nằm ngang 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) cửa đóng mở cửa van vừa tịnh tiến vừa quay quanh Kết cấu cửa dạng trụ với trục ngang quay giá lắp ráp đặt rãnh nghiêng 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 rẻ quạt, mở cửa hạ xuống xung quanh trục đặt ngưỡng cho phép nước chảy phía cửa b) Chảy phía : cửa cánh trượt, cửa xích, trụ ngang, cung, bánh xe, cổng Stoney, mở cửa di chuyển lên nước chảy phía cửa c) Chảy lẫn dưới: cửa phẳng hỗn hợp phẳng kép, cho phép dòng chảy chảy cửa tùy theo yêu cầu vận hành 1.3.4 Theo vị trí đặt cửa: a) Cửa van mặt: cửa lắp cống lộ thiên, mực nước thượng lưu thấp đỉnh cửa Cửa mặt khơng cần bịt kín cạnh đỉnh b) Cửa van sâu: cửa van lắp cống ngầm, mực nước cao đỉnh cửa Loại cửa phải bịt kín gioăng tồn chu vi Tất cửa ứng dụng cho cơng trình cạn, có số sử dụng để lắp đặt sâu bao gồm: cửa van bánh xe, cung, viên phân quay, cửa xích, trượt, dầm nâng, trụ đứng Stoney 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 30m 1.3.6 Theo kết cấu cửa: SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp a) Trang khí b) Ngành : Kỹ thuật c) d) e) h) g) k) j) n) l) m) p) Hình 1.1 - Một số loại cửa van Theo kết cấu hình dạng, có 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) số loại khác Ngày nhiều nước giới có nhiều cửa van có độ lớn đến 80 ÷ 120 mét, cột nước cao từ 40 ÷ 50 mét SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang khí Ngành : Kỹ thuật 1.4 Một số loại cửa van thường dùng cơng trình Thủy lợi: 1.4.1 Cửa van chữ nhân: *) Cấu tạo nguyên lý: + Cấu tạo: Hình 1.2 - Kênh đào Panama - Cửa van chữ nhân cửa van có mặt chắn nước mặt phẳng, gồm hai cánh , quay quanh hai trục cố định thẳng đứng, có dạng cánh cửa + Nguyên lý: - Khi làm việc hai cánh quay quanh hai trục thẳng đứng song song *) Ưu nhược điểm: + Ưu điểm: - Cửa van chữ nhân đơn giản kết cấu vận hành mở đóng nhanh loại cửa âu thuyền khác - Khi cửa mở hai cánh cửa ép sát vào trụ pin nên khơng chiếm diện tích dòng chảy cho thơng tàu thuyền + Nhược điểm: - Cối quay, gioăng đáy phần cửa van ln ngập nước, đòi hỏi phải rút kiểm tra bảo dưỡng SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 10 khí Ngành : Kỹ thuật - Tính nhạy cảm gioăng bị nguy hiểm từ mảnh vỡ cửa - Khoang âu thuyền dài mở cửa (chủ yếu khóa cửa phía hạ lưu) - Khơng có khả đóng trường hợp khẩn cấp *) Phạm vi ứng dụng: - Thường dùng trường hợp âu thuyền làm việc chiều - Đóng mở chậm nên không sử dụng việc giữ 1.4.2 Cửa van cung: Hình 1.3 - Cửa van cung *) Cấu tạo nguyên lý: + Cấu tạo: - Cửa van cung cửa van có mặt chắn nước có dạng hình cung - Kết cấu gồm 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,… + Nguyên lý: - Khi làm việc cửa van chuyển động quay xung quanh trục cố định nằm ngang, trục liên kết với cửa van thông qua hai - Các thiết bị đóng mở thường dùng cho hình thức cửa van thường là: thiết bị đóng mở kiểu dây mềm, thiết bị đóng mở xi lanh thuỷ lực *) Ưu nhược điểm: + Ưu điểm: - Ưu điểm lớn cửa van cung mô men sinh áp lực nước tác dụng vào cửa tâm quay bé nên lực nâng giảm nhỏ SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 63 khí Ngành : Kỹ thuật - Pa lăng: Được sử dụng kết hợp với thiết bị đóng mở khác nhằm giảm lực đóng mở Trong cơng trình nhỏ thường dùng pa lăng tay - Tời thuỷ lực: Ít sử dụng dùng làm thiết bị để đóng mở cửa van mà thường sử dụng làm thiết bị đóng mở phụ Tổng kết: Qua phân tích hình thức cửa van sử dụng cơng trình thuỷ lợi ta nhận thấy loại hình thức cửa van có ưu nhược điểm riêng, tuỳ nhiệm vụ cơng trình quy mơ mà lựa chọn loại cửa van để phù hợp với điều kiện làm việc, có đem lại hiệu kinh tế cho cơng trình Ở nước ta mơ hình cửa van phẳng cửa van cung sử dụng nhiều nhất, đặc biệt cửa van phẳng, loại phù hợp với cơng trình lớn, trung bình nhỏ, cơng trình lớn trung bình cửa van phẳng thường chế tạo thép, cơng trình nhỏ, cửa van phẳng thường chế tạo bê tơng cốt thép Còn cửa van cung sử dụng nhiều dạng cơng trình chủ yếu cơng trình lớn trung bình, cửa van cung hầu hết chế tạo thép Một số loại hình thức cửa van khác nước ta sử dụng nhiều cửa van Clape, cửa van lệch trục đứng, cửa van lệch trục ngang, cửa phai, cửa van chữ nhân, cửa van mái nhà Đặc biệt cơng trình thuỷ điện cửa van phẳng sử dụng nhiều, cửa van phẳng thường sử dụng kết hợp với thiết bị đóng mở kiểu xi lanh thuỷ lực, vừa có lực đóng mở lớn, thời gian đóng mở nhanh, lại có tính thẩm mỹ cao, nguyên tắc hoạt động điều khiển khơng phức tạp Thơng thường, việc lựa chọn hình thức cửa van cơng trình thuỷ lợi, tiêu quan trọng xét đến nhiệm vụ cơng trình phải kể đến tính thẩm mỹ nên điều kiện cụ thể cơng trình mà có biện pháp lựa chọn hình thức cửa van phương thức đóng mở hợp lý 3.6 Chọn cấu đóng mở cho cửa van: Để khai thác tốt cơng trình cửa van phẳng cửa nhận nước cơng trình Xe Caman 3, đạt mục tiêu thiết kế, việc phụ thuộc vào vận hành cửa van Máy đóng, mở cửa van phải phù hợp với loại kết cấu, quỹ đạo chuyển động (trong đề tài chuyển động tịnh tiến thẳng lên, xuống), phù hợp tải trọng nâng SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 64 khí Ngành : Kỹ thuật Làm việc môi trường khắc nghiệt độ ẩm cao, nước mặn điều kiện cụ thể khác chế độ làm việc cửa van cơng trình thủy lợi Như ta biết loại máy đóng mở cửa van thường gặp máy nâng kiểu vít- đai ốc, bánh - răng, kiểu dây mềm, kiểu xilanh thủy lực Chúng làm việc không khác so với loại máy nâng thông thường Tuy nhiên có đặc trưng riêng tính chất làm việc mà thực tế yêu cầu : Ngoài trọng lượng nâng cố định có loại tải trọng nâng khác tác động lên cửa van thay đổi chiều trị số áp lực thủy tĩnh, áp lực thủy động, sóng, gió, lực kẹt vật trơi nổi… Làm việc không thường xuyên, dễ han gỉ, hoạt động không trơn tru Làm việc khắc nghiệt ẩm ướt, nước muối… Vị trí đặt máy thường khơng phẳng, dễ gây sai số lắp ráp, gây lực đóng mở lớn ngồi khả tính tốn Muốn nâng, hạ cửa van cần phải tạo đủ lực cấu nâng, để thắng lực cản nâng Các loại tải trọng tác dụng lên cửa van có tác động trực tiếp lên máy nâng cửa van Khi thiết kế máy đóng mở cửa van phải xét tổ hợp lực bất lợi Toàn áp lực thủy tĩnh tác dụng lên tồn diện tích cửa van gây nén trượt, tạo lên lực ma sát chống lại chiều chuyển động tịnh tiến lên xuống cửa van Đây thành phần lực cản quan trọng để tính tốn lực đóng mở cửa van Đối với cửa van phẳng dạng nhiều dầm đề tài giao, với chiều dài (khẩu độ) L=4,4m, chiều cao H = 4,5m, có trọng lượng lớn, áp lực thủy tĩnh lớn việc chọn loại máy nâng sau không phù hợp : - Đối với máy nâng kiểu vít – đai ốc : Hiệu suất thấp (truyền động học, xuất ma sát trượt vít đai ốc) Chiều cao nâng lớn chiều dài vít lớn ⇒ dễ cong, vênh, khơng thẩm mỹ Khi làm việc với tải trọng lớn ⇒ máy nặng nề, yêu cầu động lớn, làm việc chậm Dễ bị han gỉ làm việc cửa sông, bị mài mòn ma sát trượt SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 65 khí Ngành : Kỹ thuật Hai vít làm việc khó đồng thời cửa van có độ lớn ⇒ dễ dẫn tới kẹt, hỏng vít - Đối với máy nâng kiểu – bánh : Chế tạo khó, vật liệu sử dụng phải tốt có xử lý bề mặt, lực nén làm việc không tâm Khi chiều cao nâng lớn, bị đẩy lên cao ⇒ dễ ổn định Việc nối dài gặp khó khăn Khơng có khả tự hãm - Đối với máy đóng mở cửa van kiểu dây mềm (cáp, xích) : Dây mềm (cáp, xích) chịu kéo mà khơng thể chịu nén theo chiều thẳng đứng Khó bảo quản, chăm sóc kỹ thuật cáp, vùng nửa khơ, nửa ướt, cáp dễ bị han gỉ Khi có bội suất palăng chiều cao đặt máy phải lớn để đảm bảo chiều cao nâng Tuy nhiên việc không đáp ứng yêu cầu máy đóng mở cho cửa van phẳng dưới, trọng lượng chịu áp lực thủy tĩnh lớn lại máy đóng mở kiểu xilanh (truyền động thủy lực) thủy lực đáp ứng : − Máy đóng mở kiểu xilanh thủy lực làm việc dựa nguyên lý thủy lực thể tích − Mơi trường làm việc chất lỏng, chất lỏng dùng dầu thủy lực BPcs 46 hay dầu khống theo tiêu chuẩn DIN 51524 Do chi tiết làm việc tiếp xúc với chất lỏng bơi trơn thường xun ⇒ làm việc trơn tru, hiệu − Xilanh thủy lực có tính ưu việt hẳn loại máy khác lắp đặt tư khác : đẩy, kéo, nâng, hạ − Làm việc êm môi trường làm việc chất lỏng − Có khả điều chỉnh vơ cấp, đóng mở cửa van có tai trọng lớn − Có khả khống chế lực nâng cách dễ dàng − Làm việc hai chiều hiệu quả, linh hoạt − Kích thước nhỏ gọn, lại truyền công suất cao lực lớn, độ tin cậy làm việc cao, phải chăm sóc, bảo dưỡng − Lực quán tính nhỏ tránh va đập mạnh gây hư hỏng cửa van − Điều chỉnh vận tốc nâng, hạ theo ý muốn − Dễ điều khiển, tự động hóa giới hóa đóng mở SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LĨP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 66 khí Ngành : Kỹ thuật − Khắc phục khơng xác lắp ráp − Tốc độ đóng mở nhanh, đáp ứng yêu cầu thiết kế, nên có khả điều tiết lưu lượng − Giảm khối lượng, kích thước nhờ chọn áp suất thủy lực cao − An toàn dễ đề phòng q tải hệ thống có van an tồn − Hiệu suất tính kinh tế cao mát, tổn thất ma sát thấp (hiệu suất từ 70% ÷ 80%) Tuy có nhiều ưu điểm máy nâng kiểu xilanh thủy lực số nhược điểm : − Giá thành đầu tư ban đầu đắt loại máy khác, xét mặt lâu dài lại kinh tế − Tổn thất thủy lực lớn, dễ xảy rò rỉ dầu, khó khắc phục Chỉ áp dụng hiệu cho cơng trình có nguồn điện Có thể khắc phục bơm tay máy phát điện 3.7 Tính tốn chọn xilanh làm việc cho hệ thống: 3.7.1 Tính đường kính xilanh: Xilanh thủy lực dùng đóng mở cửa van phẳng nên phương đóng mở phương thẳng đứng Do hành trình pittơng S = 4,5m Lực tác dụng lên xi lanh : Theo tính tốn để nâng cửa van cần tác dụng lực nâng : Q = 2020 kN ⇒ Lực tác dụng lên xilanh : P = Q = 2020 kN Tính chọn đường kính xilanh: Diện tích làm việc cần thiết xilanh : ( F - f)p = P ⇒ - p = P Trong : F : Diện tích phần khơng gian có cán pittơng f : Diện tích cán pittông p : Áp suất làm việc xilanh D : Đường kính xilanh d : Đường kính cán pittơng Ta chon áp suất làm việc xilanh p = 25 Mpa = 25.10 N/m Tỉ lệ = 0,5 ÷ 0,8 (TCVN 8300-2009/10) Ta chọn d = 0,5 D ⇒ - p = P P = p ⇒ D = = = 0,370 mm SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 67 khí Ngành : Kỹ thuật Xilanh thuỷ lực loại động thuỷ lực sử dụng rộng rãi cấu chấp hành truyền động thuỷ lực Nó có vai trò quan trọng, chịu lực tác dụng lớn tải trọng Các phận xylanh ống xylanh (thường gọi xylanh), Piston, cán Piston số vòng (phớt) làm kín Xylanh thuỷ lực sử dụng hệ thống cần có đáp ứng thơng sau: Áp suất làm việc hệ thống : p = 25 Mpa Hành trình xilanh S = 4,5 m Đường kính lòng xilanh : D = 400 mm Đường kính cán pittơng: d = 250 mm Xilanh thủy lực thiết kế theo tiêu chuẩn ISO6022 DIN24333 Hình 3.4 - Kiến trúc xilanh Chọn vật liêu: Theo bảng 5-3 trang 100 giáo trình kết cấu thép: Chi tiết Xylanh Pittông Vật liệu C45 GX21-40 SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG σ b (Mpa) 610 210 σ ch (Mpa) 360 LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 68 khí Cán pittơng C45 610 Nắp C45 610 Dẫn hướng Nhựa tổng hợp 210 Bảng 3.1 - Bảng vật liệu chọn chế tạo xylanh Ngành : Kỹ thuật 360 360 Kiểu xilanh Với sơ đồ bố trí hệ thống nâng hạ chọn phần trên, ta chọn xilanh cần thiết kế kiểu sở 1R có kết cấu kích thước hình đây: Hình 3.5 - Xilanh kiểu sở 1R Các thông số xilanh chọn theo tiêu chuẩn theo bảng : SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 69 khí Ngành : Kỹ thuật Bảng 3.2 Kích thước kiểu sở 1R SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 70 khí Ngành : Kỹ thuật Kiểu lắp ghép xilanh Chọn lắp ghép cho xilanh theo kiểu MS3 hình : Hình 3.6 - Kiểu lắp MS3 Bảng 3.3 - Kiểu lắp ghép cho xilanh MS3 Lưu lượng cần thiết cung cấp cho nguồn thủy lực : Diện tích làm việc khoang xilanh ( xilanh): SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 71 khí Ngành : Kỹ thuật F = π.D = π.0,4 = 0,13 m Diện tích làm việc khoang xilanh ( xilanh): F = π ( D - d) = = 0,147 m Thể tích làm việc hữu ích khoang xilanh : V = F.S = 0,13.4,5 = 0,72 (m) Thể tích làm việc hữu ích khoang xilanh: V = F.S = 0,147.4,5 = 0,662 Lưu lượng cần thiết cung cấp cho khoang xilanh : Q= = = 2,4.10 m/s Lưu lượng cần thiết cung cấp cho khoang xilanh : Q= = = 2,21.10 m/s Trong : t - thời gian cần thiết đóng mở cửa van Chọn t = 5phút = 300s Kết luận : Vậy ta chọn Q = Q = 2,4.10 m/s = 2,4 mm/s lưu lượng cần cung cấp cho hệ thống Do Q > Q 3.7.2 Xác định đường kính ống dẫn dầu : Để tránh tượng vận tốc chất lỏng đường ống lớn Vận tốc dòng chảy chất lỏng ống hút tính theo cơng thức sau : v = Thơng thường v = ( 0,5 ÷ 1,5 m/s) Ta chọn v = 1,5 m/s ⇒d = = = 0,046 m Chọn d = 50 mm Tương tự với ống đẩy chọn v = m/s < v = m/s để giảm tổn thất thủy lực đường ống Đường kính ống đẩy : d = = = 0,032 m Chọn d = 35 m 3.7.3 Tính tốn tổn thất cho hệ thống: Để đơn giản tính toán ta xem tổn thất hệ thống 15% áp suất dầu xilanh Khi ta có tổn thất toàn hệ thống : Hp = 0,15.200 = 30 (bar) Áp suất yêu cầu toàn hệ thống : P = 250 + 30 = 280 (bar) SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 72 khí Ngành : Kỹ thuật Hệ số an toàn hệ thống lấy 1,2 nên áp suất yêu cầu hệ thống : P = 280.1,2 = 336 bar Lưu lượng cần thiết Q = 2,4.60 = 144 lít/phút Để bù lại lượng dầu rò rỉ, bay tổn hao khác trình hoạt động hệ thống, lưu lượng yêu cầu hệ thống là: Q = 1,1Q = 1,1.144 = 158,4 lít/phút Với lưu lượng áp suất ta chọn loại bơm cung cấp cho hệ thống : AGA 200M có Q = 200 lít/phút, p = 250 bar - Chọn động điện Chọn động điện kéo bơm phải vào thông số làm việc bơm hệ thống Áp suất lớn hệ thống p = 336 bar, để đạt áp suất bơm phải đạt áp suất tối thiểu p = 336 bar Công suất yêu cầu động điện : N = với η hiệu suất bơm Chọn η = 0,85 ⇒N = = 103 kW Dựa vào catalog động điện ta chọn động điện có thơng số sau : - Hãng sản xuất : Nhà máy động điện Việt Hùng ( Việt Nam) - Model : 4A280S2Y3 - Công suất : 110 kW - Vận tốc quay : 2970 vòng/phút - Hệ số cos ϕ = 0,89 Chọn thông số: Loại dầu sử dụng dầu khống có tác dụng chống han rỉ, ơxi hóa bọt độ nhớt 150SSU 38 C Để hệ thống đóng mở cửa van làm việc ổn định cần đảm bảo yêu cầu chung: Bể dầu phải có mức dầu tối thiểu òn mà bơm hút 100 mm, ống hút bơm chìm sâu bể dầu : 50 mm phải có màng lọc, đường ống sử dụng thường màu đen Nhiệt độ tối đa cho phép hệ thống 55 - 80 C SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 73 khí Ngành : Kỹ thuật Các van điểu chỉnh lắp đặt đường ống nối đáy xilanh để quản lí tốc độ đóng mở cửa van Bố trí đường ống hệ thống dẫn dầu hợp lí để tránh tổn thất thủy lực tới mức tối đa 3.7.4 Chọn động bơm tay : Để tăng độ tin cậy cho hệ thống ta lắp thêm vào hệ thống bơm tay để đề phòng điện cung cấp dầu cho hệ thống đóng mở cửa van để đóng mở cửa van theo yêu cầu cơng trình Dựa vào áp suất làm việc hệ thống, theo catalog ta cọn bơm sau : Hãng sản xuất : Galtech Model : CS 45 - 3.8 Tính tốn thiết kế cần nối xilanh: Cần nối xi lanh tính chịu kéo, nén tâm với lực kéo nén lực nâng hạ cửa van Lực kéo tác dụng lên cần: P = 2020 kN, P = 732,3 kN Tính tốn tiết diện cần ta dùng cơng thức(theo giáo trình KCT): ≤ [σ] Trong : P - lực tác dụng lên cần F - tiết diện cần [σ] - ứng suất vật liệu chế tạo cần kéo nén Chọn tiết diện cần hình vành khăn để tiết kiệm vật liệu làm giảm khối lượng cần Chọn vật liệu chế tạo cần thép CT38 có [σ] = 2300 daN/cm Tiết diện cần: F ≥ = = 105,4 cm ⇒ - ≥ 105,4 cm ⇒ d - d ≥ 134,3 cm Sơ chọn d= 12 cm ta tính d = 17,68 cm Chọn d = 18 cm Kiểm tra điều kiện bền cho cần: σ= ; SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 74 khí Ngành : Kỹ thuật F = ( d - d) = (18 - 12) = 124,4 cm ⇒ σ = = 1917,7 daN/cm ≤ [σ] = 2300 daN/cm Kiểm tra độ ổn định cần: σ = Trong P - lực tác dụng lớn lên cần ϕ - Hệ số độ mảnh λ = ; L = 0,7L Vì cần dài lên ta phải chia cần làm nhiều đoạn Ta chia đoạn dài 5m ⇒ L = 0,7.5 = 3,5 m ⇒ λ = = 93,33 Từ λ, ta tra bảng 5.1 ta chọn ϕ = 0,89 ⇒ σ = = 2189,4 daN/cm ≤ [σ] = 2300 daN/cm Vậy với tiết diện cần chọn đảm bảo độ bền độ ổn định 3.9 Lắp ráp vận hành hệ thống xilanh thủy lực: Thiết bị đóng mở xilanh thủy lực thuộc loại thiết bị chính, truyền lực chất lỏng Độ xác lắp đặt ảnh hưởng lớn đến chế độ làm việc thiết bị - Các phận cửa van sau chế tạo xong vận chuyển tới công trường thi công - Xilanh thủy lực, trạm nguồn, phụ kiện hệ thống bao gói cẩn thận tránh trầy xước, bẹp méo vận chuyển tới công trường - Các thiết bị kèm: xe cẩu palăng xích, đồ nghề lắp ráp, thiết bị kiểm tra xách tay *) Lắp đặt: Bước 1: Lắp đặt phận cửa van với sau dùng cẩu palăng đưa cửa van vào khe mố cơng trình Bước 2: Đưa xilanh thủy lực vào vị trí lắp đặt cẩu palăng bảo đảm không bị va đập Bước 3: Lắp đặt đường ống dẫn dầu theo vẽ kĩ thuật, lắp đặt van hệ thống thủy lực, hệ thống van điều khiển Sau lắp cần nối xilanh cửa van lại với Bước 4: Đấu dây điện cần phải bảo đảm chắn nguồn điện cung cấp phù hợp với số liệu ghi nhãn động thiết bị Sau nối dây SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 75 khí Ngành : Kỹ thuật vào động điện với tủ điều khiển Phải đảm bảo chắn chắn nút điều khiển đấu Bước 5: Kiểm tra tổng thể Bước 6: Đổ dầu thủy lực vào thùng chứa dầu, thiết bị phải Thùng dầy lên đổ đầy đến tâm mắt báo dầu phía loại dầu đạt tiêu chuẩn có độ nhớt tính tốn *) Vận hành: - Hệ thống khởi động chế độ không tải Trước khởi động phải đảm bảo chắn van hệ thống thủy lực phải hoàn toàn mở Thực chạy thử: Khi máy vận hành lần hệ thống điền đầy dầu thủy lực, mức dầu hệ thống phải kiểm tra lại để đảm bảo chắn mức dầu mức cho phép Nếu bơm có tiếng rít lớn (có khơng khí) phải ngắt bơm phải đổ thêm dầu Chú ý việc làm đầy hệ thống, van thiết bị ban đầu đòi hỏi phải có dầu bổ sung Nhiệt độ dầu, bơm, đường ống động phải theo dõi kiểm tra liên tục để tìm chỗ rò rỉ xiết chặt lại Nâng cửa van: Khởi động động điện theo dẫn ( START) Ấn nút nâng cửa (UP) Nếu có cố dừng tồn hệ thống kiểm tra lại Hạ cửa van: Khởi động động điện theo dẫn ( START) Ấn nút hạ cửa (DOWN) SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 76 khí Ngành : Kỹ thuật KẾT LUẬN Sau 14 tuần làm đồ án tốt nghiệp, hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy giáo: KS Bùi Văn Hiệu, thầy giáo khoa Cơ khí, bạn lớp với cố gắng nỗ lực thân em hoàn thành đồ án theo thời gian quy định Tuy nhiên trình độ kiến thức hạn chế, lại chưa có kinh nghiệm thực tế nên đồ án em không tránh khỏi sai sót Mặt khác đề tài đòi hỏi áp dụng kiến thức mơn học Truyền động thuỷ lực, Kỹ thuật thủy khí, Cơ học kết cấu, M áy nâng chuyển mà mơn học q trình học tập em học nên q trình tính tốn thiết kế khơng thể tránh khỏi sai sót Vậy em kính mong nhận bảo Thầy, Cơ giáo để em có thêm kiến thức bổ ích phục vụ cho q trình cơng tác sau Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: KS Bùi Văn Hiệu tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình em thực đồ án Đồng thời em xin chân thành cảm ơn Thầy Cơ giáo khoa Cơ khí bảo cho em kiến thức vơ bổ ích quý báu để đồ án em hoàn thành Hà Nội, Ngày 30 tháng 11 năm 2012 Sinh viên : Lê Văn Khương SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC Đồ án tốt nghiệp Trang 77 khí Ngành : Kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Nguyễn Đăng Cường Giáo trình thiết bị thủy cơng [2] PGS TS Nguyễn Đăng Cường Máy nâng chuyển thiết bị cửa van -Nhà xuất Xây dựng , Hà nội 2003 [3] Vũ Thành Hải, Trương Quốc Bình, Vũ Hồng Hưng Kết cấu thép - Nhà xuất Xây dựng, Hà nội 2006 [4] PGS TS Nguyễn Đăng Cường Sổ tay kĩ thuật thủy lợi - Nhà xuất Xây dựng, Hà nội 2006 [5] PGS TS Nguyễn Đăng Cường Tiêu chuẩn thiết bị thủy công: cửa van, chế tạo cửa van, cấu đóng mở xilanh thủy lưc [6] PGS TS Nguyễn Đăng Cường Các tiêu chuẩn cửa van SINH VIÊN : LÊ VĂN KHƯƠNG LÓP : 50M - CKTC ... xác mực nước hồ chứa khả nước chỗng lũ lụt ta cần phải thiết kế cửa van sâu Trên sở xem xét kết hợp với điều kiện cơng trình, chương em tiến hành thiết kế cửa van phẳng vận hành cửa nhận nước Cụ... chọn đề tài : Thiết kế cửa van phẳng vận hành cửa nhận nước cơng trình Xe Caman 3 làm đề tài tốt nghiệp Cửa van sử dụng để xả đáy cho công thuỷ lợi Để đồ án hoàn thành em xin chân thành cảm ơn... kép, cửa van nhiều tầng, cửa van có cửa phụ - Cửa van đơn: Loại cửa van khụng cho phép nước tràn qua đỉnh Nó dựng làm cửa van chính, van bảo hiểm, van thi công cống đập tràn, - Cửa van phẳng