Thiết kế kết cấu cửa van cung và thiết bị đóng mở thủy điện lai châu

Ở Việt Nam, chúng ta đã có những nhà máy thủy điện lớn với công suất cao như nhà máy thủy điện HòaBình, Yali, Thác Bà… Một nhà máy thủy điện bao gồm rất nhiều hệ thống cơ khínhư đập tràn

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết bị thủy công là một lĩnh vực không thể thiếu trong ngành Thủy lợi.Chúng ta biết rằng việc ngăn chặn lũ lụt xảy ra do mưa bão là vô cùng quan trọng

và vấn đề này là không thể thiếu trong những vùng ngập nước, điều đó nói nên rằngngành Thiết bị thủy công là một ngành không thể thiếu trong công cuộc xây dựngphát triển đất nước

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của xã hội, đòi hỏi nhu cầunăng lượng ngày càng cao, nhất là điện năng Trong khi những nhiên liệu hóa thạchnhư than đá, dầu mỏ… đang ngày càng cạn kiệt thì việc sử dụng các nguồn nănglượng sạch là một giải pháp rất hữu hiệu, đặc biệt là thủy điện Ở Việt Nam, chúng

ta đã có những nhà máy thủy điện lớn với công suất cao như nhà máy thủy điện HòaBình, Yali, Thác Bà… Một nhà máy thủy điện bao gồm rất nhiều hệ thống cơ khínhư đập tràn, đường ống áp lực, cầu trục chân đê… Đặc biệt phải kể đến cửa vanvận hành , trong đồ án này em xin trình bày việc “ Thiết kế kết cấu cửa van cung vàthiết bị đóng mở thủy điện Lai Châu”

Trong quá trình thiết kế đồ án được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo

trong khoa đặc biệt thầy giáo T.S Nguyễn Anh Tuấn là người trực tiếp hướng dẫn

em để có thể hoàn thành được đồ án em xin trân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ em

Do điều kiện về thời gian cũng như kiến thức chuyên môn nên không thể tránhkhỏi những thiếu sót em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ phía các thầy côtrong khoa và các bạn sinh viên để em có điều kiện hoàn thiện tốt hơn trong côngviệc sau này

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CỬA VAN TRONG THỦY LỢI

1.1.Các loại cửa van và phân loại cửa van

Việt Nam vốn là nước nông nghiệp,có khí hậu nhiệt đới mưa nhiều,với hệ thốngsong ngòi dày đặc và bờ biển dài.Lượng mưa nhiều nhưng không đều quanh năm

mà theo mùa,theo vùng.Vì vậy để có thể điều hòa nước quanh năm,phục vụ nhiềumục đích khác nhua người ta phải tích nước trong hồ đập,giữ nước trên sông…Từ

hồ chứa nước,nước được điều tiết về các nhánh để sử dụng theo các mục đích khácnhau.muốn đảm bảo lượng nước đủ dung sinh hoạt,tưới tiêu,sản xuất nôngnghiệp,giao thông …cần có hệ thống cửa van để điều tiết và khống chế lượng nướcphù hợp đảm bảo cho các công trình thủy lợi đạy hiệu suất cao nhất.Vì vậy các loạicửa van được sử dụng rất phong phú và đa dạng

Tiêu biểu như những cửa van trên các công trình:

Hình 1-1:Cửa van trên công trình thủy điện Sơn La

Hình 1-2:Cửa van phẳng

Từ những cửa van phẳng trượt loại nhỏ bằng bê tông cốt thép để điều tiết nướccho hệ thống kênh mương của các cánh đồng đến những cửa van phẳng, cung bằngthép có khẩu độ lớn hàng chục mét của các công trình thủy lợi, thủy điện Trên rộngkhắp cả nước, hàng trăm công trình thủy lợi lớn nhỏ đã và đang phát huy hiệu quảgóp phần không nhỏ vào sự phát triển vững mạnh không chỉ của nên nông nghiệp

mà còn là sự phát triển kinh tế của nước nhà

Cửa van được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau thuộc kỹ thuậtthủy lợi thủy điện Các ứng dụng chính bao gồm:

1. Công việc chống lụt;

2. Bảo vệ các thiết bị, cửa cấp cứu lắp đặt phía trước tuabin;

3. Điều khiển mực nước trong hồ chứa cho các mục đích dự phòng hoặc ở gầnkhu dân cư hoặc khu vực không có lũ;

4. Giữ ổn định mực nước trong hồ chứa;

5. Làm sạch đáy hồ chứa, xả rác trôi nổi trong hồ (thân cây gãy, băng đá);

6. Điều tiết dòng chảy trong đập;

7. Bảo dưỡng các thiết bị lắp đặt sau tuabin, phía trước đập tràn;

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

- Cửa xả đáy: Dùng để xả nước dưới đáy đập khi lưu lượng nước về hồ chứa vượtquá mực nước cho phép trong hồ

- Cửa âu thuyền (Khoang âu thuyền và cống lấy nước): Dùng để điều tiết mực nướctrong 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 thỉnh thoảng được sử dụng để chặn dòng nước trong ống dẫn hoặckênh Cửa được thiết kế để vận hành bình thường ở vị trí đóng hoặc mở Chỉ trongnhững vị trí đặc biệt, có thể những cửa này được xử dụng để mở một phần

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

- 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 phéptạo 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 được sử dụng cho dẫn dòng thi công Loại này được sử dụng để đóng kíncửa dẫn dòng khi thi công xong công trình, để tích trữ nước vào hồ chứa

1 1 2 Theo nguyên tắc vận hành phân thành

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

Cửa bánh xe: Gối tựa động dùng bánh xe hay con lăn Khi nâng hạ cửa van phảikhắc phục ma sát lăn của gối tựa động và ma sát trượt của gioăng kín nước

Cửa trượt: Đối với cửa trượt, cánh cửa được di chuyển dọc theo khe van Khi dichuyển cửa van khắc phục lực ma sát trượt giữa phần tĩnh và gối tựa của phần động

và 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 chữ nhân thì trục đứng ở gần tường của khoangcửa, cửa cung trục đứng (rẻ quạt)

- Cửa quay theo trục bản lề nằm ngang trên ngưỡng: Cửa sập, cửa cung, cửa sậpkín, cửa cổng, viên phân 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 quayxung quanh mình nó Kết cấu cửa dạng trụ với trục ngang quay trong giá răng lắpđặt ở rãnh nghiêng mỗi trụ pin

1 1 3 Theo dòng chảy tương quan với vị trí đặt cửa

a Chảy tràn qua đỉnh cửa

Cửa phẳng kéo đứng, viên phân quay, sập kín và rẻ quạt, khi mở cửa được hạ xuốngxung quanh trục đặt trên ngưỡng cho phép nước chảy phía trên cửa

b Chảy phía dưới:

Cửa cánh trượt, của 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 và dưới : Cửa phẳng hỗn hợp và phẳng kép, cho phép dòng chảy

lần lượt chảy ở phía trên và phía dưới cửa tùy theo yêu cầu vận hành

1 1 4 Theo vị trí đặt cửa

a Cửa van trên mặt:

Cửa lắp trên cống lộ thiên, mực nước thượng lưu thấp hơn đỉnh cửa Cửa trên mặtkhông cần bịt kín cạnh trên đỉnh

b Cửa van dưới sâu:

Cửa van lắp trên cống ngầm, mực nước cao hơn đỉnh cửa Loại cửa van này phải bịtkín bẳng gioăng chắn toàn chu vi Tất cả các cửa có thể ứng dụng cho các côngtrình trên cạn, nhưng chỉ có một số ít được sử dụng để lắp đặt dưới sâu bao gồm:Cửa van bánh xe, cung, viên phân quay, cửa xích, trượt, dầm nâng, trụ đứng vàStoney

1 1 5 Theo nguyên lý hoạt động

- Tự động điện, tự động bằng thủy lực

- Bán tự động

- Có thiết bị đóng mở (bằng tay, điện, thủy lực)

1 1 6 Theo kích thước của cửa van

- Cửa van loại nhỏ: < 15 mm

- Cửa van trung bình: 15-30 mm

- Cửa van khẩu độ lớn > 30 mm

1 1 7 Theo chiều cao cột nước tĩnh từ đỉnh ngưỡng cửa

- Cửa cột áp thấp: đến 15m

- Cửa cột áp trung bình: từ 15- 30m

- Cửa cột áp cao: lớn hơn 30m

1 1 8 Theo kết cấu của cửa van

Theo mục đích sử dụng mà chúng ta có thể chế tạo những cửa van có hìnhdạng khác nhau và kết cấu khác nhau như : cửa van phẳng, cửa van cung, cửa sập…Sau đây là hình dạng của một số cửa van :

Hình 1 - 3 Các loại cửa van theo hình dạng khác nhau.

Theo kết cấu và hình dạng, chúng ta có các loại cửa van phẳng (hình 1.3 a, b,h), cửa van cung (hình 1.3 c), cửa van rẻ quạt (hình 1.3 g, n), cửa van trụ đứng (hình1.3 d), cửa van trụ lăn (hình 1.3 e),cửa van mái nhà (hình 1.3 j, k), cửa van chữ nhân(hình 1.3 m), cửa van thủy lực kiểu mái nhà (hình 1.3 n) và có một số loại khác.Ngày nay nhiều nước trên thế giới đã có những cửa van có khẩu độ đến 80- 120 m

1.2 Các bộ phận của cửa van

a) Phần động : Là bộ phận có thể chuyển động được, hoạt động như một vách ngăn

để điều dòng chảy, bao gồm bản mặt và dầm chịu tải Tấm thép bưng có nhiệm vụtrực tiếp ngăn nước gọi là thép bưng hay tôn bưng Thép bưng liên kết với các dầmtăng cứng phía sau gọi là bản mặt Các chi tiết bịt kín nước giữa phần động và phầntĩnh của cửa van gọi làm gioăng kín nước Trên phần động của cửa van có các bộphận hỗ trợ ( bánh xe, con lăn, gối đệm) gọi là gối tựa động Ngoài ra còn có bộphận dẫn hướng (tấm cữ, bánh xe cữ, lò xo), nhằm mục đích làm cho cửa vanchuyển động đúng hướng định trước, chống dao động và đảm bảo an toàn

b) Phần tĩnh:

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

1.3 Cửa van cung trong công trình thủy lợi

Cửa van cung có mặt cắt ngang hình cung, khi đóng mở xoay quanh trục ngang cốđịnh Đơn giản nhất là cửa bao gồm tấm bán mặt hình cung tròn được đỡ bởi càngchịu nén hướng kính để truyền lực nước từ bản mặt lên gối đỡ cố định

Cũng như cửa van phẳng, cửa van cung được sử dụng rộng rãi trong các công trìnhthủy lợi đặc biệt là trên đập tràn, đập dâng và vùng cống ảnh hưởng thủy triều, nhất

là ở những nơi có cột nước cao thì ưu điểm càng nổi bật

Ưu nhược điểm của cửa van cung :

- Độ cao của giá đỡ máy và độ dày của trụ pin cống nhỏ

-Rãnh cửa không ảnh hưởng tới trạng thái của dòng chảy

-Số lượng cấu kiện ít

• Nhược điểm:

- Trụ pin cống đòi hỏi dài

- Vị trí không gian cánh cống chiếm tương đối lớn

- Không thể đưa ra ngoài khoang cống để kiểm tra sửa chữa

Một số hình ảnh về cửa van cung trên các công trình:

Hình 1 – 6: Công trình thủy điện Shuhe lớn nhất châu

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐÓNG MỞ 2.1 Đặc điểm và cấu tạo thiết bị đóng mở cửa van

2.1.1 Đặc điểm của thiết bị đóng mở cửa van

- Phải phù hợp với loại kết cấu,quỹ đạo chuyển động,tải trọng nâng hạ,môi trườngkhắc nghiệt nắng gió ẩm ướt và các điều kiện cụ thể của từng công trình thủylợi,thủy điện

- Tải trọng tác động lên thiết bị đóng mở cửa van biến thiên rất phức tạp theo độđóng mở cửa van,thời gian làm việc ngắn,thời gian nghỉ dài

- Đôi khi lực đóng cửa van còn lớn hơn lực mở cửa van,do vậy có nhiều trường hợpđòi hỏi phải có lực đóng mở cả 2 chiều

- Không làm việc thường xuyên mà chỉ đóng mở khi cần thiết,điều đó dẫn đến hangỉ,hoạt động không trơn tru

2.1.2 Cấu tạo chung của thiết bị

Gồm có 4 phần chính:

- Bộ phận dẫn động:là bộ phận tọa ra năng lượng hay cơ năng ban đầu để cung cấpcho bộ công tác thực hiện nhiệm vụ đóng mở hay giữa cửa van.Bộ phận này thường

là động cơ điện,lực cơ bắp con người,động cơ đốt trong

- Bộ phận truyền động:là bộ phận trung gian nhận biến đỏi phân phối và truyền nănglượng hay cơ năng từ bộ phận đến bộ phận công tác.Các hệ thống truyền động hay

sử dụng trong đóng mở cửa van:truyền động cơ khí,truyền động thủy lực,truyềnđộng điện

- Bộ công tác:là bộ phận nhận năng lượng hay cơ năng của bộ phận trước đó truyềncho để thực hiện trực tiếp đóng mở hoặc giữ cửa

- Hệ thống điều khiển:là hệ thống nhận tín hiệu,xử lí và điều khiển quá trình hoạtđộng của các bộ phận của thiết bị theo yêu cầu đặt ra và đảm bảo an toàn cho quátrình hoạt động

- Theo phương thức thao tác:

+Điều khiển tại chỗ

+Điều khiển từ xa

- Theo kiểu thiết bị

+Thiết bị đóng mở bằng dây mềm

+Thiết bị đóng mở kiểu vít me-đai ốc

+Thiết bị đóng mở kiểu xi lanh thủy lực

- Thiết bị đóng mở xi lanh thủy lực:sử dụng nhiều trên các công trình thủy lợi,cửa van cung là thông dụng nhất và các loại cửa van phẳng dưới sâu

2.3 Một số thiết bị đóng mở

2.3.1 Thiết bị đóng mở vit me

Đăc điểm:sử dụng nguyên lí đai ốc quay tại chỗ và vít me tịnh tiến kéo theo cửa vanđóng mở.Đai ốc có chức năng giằng,giữa và thường được tựa trên các ổ bi.Thiết bị này được lắp đặt trong các hộp gang đúc hoặc thép hàn được vít chặt vào sàn vận hành gọi là hộp chịu lực

Ưu điểm

- Kết cấu cứng,có khả năng tang lực ấn khi đóng cửa xuống tận ngưỡng

- Dễ chế tạo,giá thánh rẻ,bền và dễ thay thế

Nhược điểm

2.3.2 Thiết bị đóng mở kiểu dây mềm

Đặc điểm thiết bị:dung dây cáp hoặc xích quấn lên tang hoặc ròng rọc xích để đóng

mở cửa van,tang cuốn và nhả cáp bằng động cơ điện hay tya quay được truyền độngqua các cặp bánh rang đến tang cuốn cáp

Ưu điểm:

- Dễ lắp đặt và điều chỉnh

- Có khả năng hạn chế tốc độ nâng,hiệu suất cao

- An toàn khi hạ cửa,giá thành rẻ

Nhược điểm:

- Khó sử dụng trong trường hợp cửa van không tự động đóng bằng trọng lực bản thân

- Sơ đồ bố trí hệ thống dây cáp phức tạp,khó bảo dưỡng cáp

2.3.3 Thiết bị đóng mở xi lanh thủy lực

Nguyên lí hoạt động:làm việc trên nghuyên lí thủy lực thể tích.Môi trường truyền lực là chất lỏng,áp lực chất lỏng được bơm vào xilanh ép lên pit tông chuyển động qua lại trong xi lanh.Một đầu của pít tông chuyển động liên kết với cửa van,do vậy cửa van cũng chuyển dộng theo.Trong khi làm việc,xilanh thủy lực thực hiện 2 chuyển động:tịnh tiến và quay.Xi lanh thủy lực cso thể lắp đặt ở mọi tư thế khác nhau:đẩy,kéo,nâng,hạ.Thiết bị đóng mở cửa van bằng xilanh thủy lực làm việc cả 2 chiều rất linh hoạt

Ưu điểm:

- có thể đóng mở ở mọi tư thế

- Kích thước nhỏ gọn nhưng nâng được lực lớn,lực quán tính nhỏ

- Dễ điều khiển,dễ tự động hóa

Nhược điểm:

- Gía thành thiết bị cao so với thiết bị khác

- Đòi hỏi cán bộ vận hành quản lí có trình độ

- Đòi hỏi chính xác cao trong chế tạo,lắp ráp

- Khó khắc phục khi có rò rỉ

Kết luận:qua tìm hiểu 3 loại thiết bị đóng mở cửa van em thấy thiết bị nâng viet me không dung được cho cửa van cung,thiết bị nâng dây cáp mềm có thể sử dụng nhưng cáp mắc phức tạp,cửa van phải tự đóng bằng trọng lượng bản thân…so với thiết bị đóng mở bằng xi lanh thủy lực thì có nhiều ưu điểm hơn,và có thể tự động hóa,tốc độ đóng mở thùy theo yêu cầu và có thể kiểm soát khi có sự cố.Do đó em xin trình bày về loại cửa van cung đóng mở bằng xi lanh thủy lực

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỬA VAN CUNG Thiết kế kết cấu cửa van cung và thiết bị đóng mở thủy điện Lai Châu

Máy đóng mở:xi lanh thủy lực

Các thông số cho trước:

- Chiều rộng thông thủy :4m

- Cao trình cột nước thượng lưu :113,5m

- Cao trình mực nước hạ lưu :0m

- Cao trình ngưỡng :108m

- Bán kính thép bưng :7m

- Trọng lượng riêng của nước :9,81kg/

Chọn tiêu chuẩn thiết kế cửa van bằng thép

Qúa trình thiết kế dựa trên “TCVN 8299:2009- Công trình thủy lợi-Yêu cầu kĩ

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 kĩ thuật và điểm a,khoản 1 điều 7 của nghị định

số 127/2007/NĐ-CP ngày /8/2007 của chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của luật và quy chuẩn kĩ thuật

TCVN 8299:2009 do Trung tâm Khoa học và Triển khai kĩ thuật thủy lợi thuộc trường đại học thủy lợi biên soạn,Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đề

nghị,Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường Chất lượng thẩm định,Bộ khoa học và công nghệ công bố

Khi tính toán kết cấu cửa van cung phải căn cứ vào tổ hộp tải trọng bất lợi nhất và điều kiện cụ thểcông trình có thể phát sinh để tính toán,kiểm tra độ bền,độ cứng và tính ổn định của cửa van

Khi dầm chính,dầm phụ được hàn với bản mặt thì phải xem xét bản mặt cùng thamgia chịu lực

Tính toán thiết kế tiết kiệm kim loại,chon sơ đồ tối ưu của công trình và tiết diện của kết cấu trên cơ sở kinh tế-kĩ thuật,có biện pháp chống ăn mòn hợp lí

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

Sai lệch của khoảng cách đường tâm hướng ngang và hướng dọc của lỗ tai treo hình cung là Lỗ tai treo và trục kéo phải đảm bảo độ đồng tâm,độ võng cho phép không lớn hơn 1/1000.Sai lệch vị trí tại mối ghép tổ hợp không lớn hơn 2,0mm

Áp lực nước tác dụng trực tiếp vào bản mặt cửa,từ đó truyền tới các dầm

phụ(đứng,ngang)đến dầm rồi truyền đến càng van và gối quay cũng như các bộ phận khác của cửa van

3.1 Chọn vật liệu cho các bộ phận cửa van

Đối với công trình nằm trong vùng nước ngọt thì tính oxy hóa của thép trong môi trường sẽ chậm,đồng thời kết cấu cửa van có sơn phủ kẽm và chống rỉ nên dung thép CT35 hoặc loại tương đương để chế tạo cửa sẽ tiết kiệm được giá thành gia công

3.1.1 Vật liệu cửa van

Ta chọn vật liệu thiết kế cửa van là thép các bon chất lượng thường có mã

CT35.Để chống phá hủy do quá trình ăn mòn điện hóa gây rah an gỉ,ta sử dụng các loại sơn lót,sơn phủ được quy định kĩ thuật

Xác định ứng suất cho phép của vật liệu cửa van CT35

Ứng suất cho phép theo trạng thái giới hạn chảy của vật liệu được xác định bởi công thức:

Trong đó:Cường độ tiêu chuẩn của vật liệu

R – Cường độ tính toán của vật liệu

C – Hệ số chuyển đổi từ cường độ chính sang cường độ tiêu chuẩn

k- Hệ số tính đến cường độ đồng chất vật liệu

- Hệ số tính theo cấp công trình

m- Hệ số điều kiện làm việc

Theo điều kiện thực tế,tính toán cho trong bảng sau:

ST

T

Trạng thái ứng suất Vật liệu CT35 Kí hiệu

1 Ứng suất pháp khi kéo,nén dọc trục 1200(daN/)

Bảng 2.1.Cường độ tính toán thiết kế thép chế tạo cửa van 3.1.2.Vật liệu mối hàn

Cường độ tính toán của mối hàn(hàn thép CT35 dùng que hàn E42)

Loại mối hàn Trạng thái ứng suất Kí hiệu

Cường độ tính toán của đườnghàn trong kết cấu bằng thép

Bảng 2.2.Cường độ tính toán mối hàn

3.1.3 Vật liệu gioăng kín nước

Bộ phận làm kín nước có tác dụng không cho nước chảy qua cửa van và ngưỡngcũng như 2 bên cửa van,giảm được các chấn động khi đóng mở,do vậy ta chọn bộphận làm kín nước là cao su mềm dạng tấm và dạng củ tỏi có các tính chất cơ lí nhưsau:

- Giới hạn ổn định khi kéo đứt không nhỏ hơn :180daN/

- 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/ :70

- Độ cứng theo Shor không bé hơn :70

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

3.1.4 Vật liệu bộ phận khác:

- Bu long dung thép 45 hoặc thép CT51,thép không gỉ

3.2 Lựa chọn kết cấu cửa van

3.2.1 Tấm thép bưng

Các tấm thép bưng của cửa van cung được chế tạo từ tấm mặt cong và liên kết bằng các mối hàn.Tấm thép nên có đọc dày tối thiểu 8mm,trừ các cửa van trên mặt nhỏ,tấm có thể được sử dụng với chiều dày 6,5mm.Tấm thép bưng với độ dày khác nhau được sử dụng ở cửa van có chiều cao lớn,các tấm dày nằm ở phần thấp

hơn,nơi mà áp lực nước lớn.Các tấm mỏng hơn nằm phía trên,tấm dày hơn 18mm ít khi được sử dụng trong các cửa đập tràn.

Để chế tạo và vận chuyển,tấm bản mặt cửa cung thường được chia làm các phân đoạn theo chiều ngang.Chiều dài cung các phân đoạn khác nhau với kích thước lớn nhất có thể để giảm số lượng mối hàn.Hàn nối bản mặt và dầm phụ dọc các phân đoạn được thực hiện tại công trình khi lắp đặt.Nhờ có điều kiện thuận lợi dễ kiểm tra và bảo dưỡng định kì nên trong cửa đập tràn không cần phải tính them độ dày thép bưng để chống han gỉ

3.2.2 Các dầm chính và dầm phụ

Cụ thể các kích thước và phương án bố trí ở đây là phải làm sao cho tất cả các dầm đều phải chịu những áp lực nước truyền vào.Cách tính và chọn hình thức tiết diện được tính toán chi tiết cụ thể trong phần tính chon tiết diện mặt cắt ngang các dầm

Kết cấu càng van làm hai nhánh bao gồm nhánh trên và nhánh dưới mỗi nhánh được nối trực tiếp vào đàm chính để đỡ tải trọng áp lực nước truyền từ bản mặt tới dầm chính,và qua đó các nhánh càng van truyền áp lực nước tới gối quay phần đỡ toàn bộ áp lực truyền tới

- Khoảng cách từ mực nước đến tâm quay:

- Khoảng cách từ ngưỡng tới gioăng chắn nước đỉnh:

Do vậy ta có:

Cos = 0,958 sin = -0,286Cos = 0,866 sin = 0,5

- Thành phần áp lực nước lên cửa theo phương ngang:

Thành phần áp lực theo phương thẳng đứng:

Thay các thông số, ta được:

Áp lực tổng cộng:

Phương áp lực so với phương ngang:

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

Các càng chịu tải như nhau theo hướng tâm trục: Tình trạng này xảy ra khi hướngtác dụng của áp lực nước lớn nhất trùng với đường phân giác của góc giữa các càngvan trên và dưới ở cửa van cung có hai nhánh càng Đối với cửa van trên công trìnhthủy điện Lai Châu là cửa van cung trên mặt:

- Chiều dài khai triển của tấm thép bưng

Chiều dài nằm trên mặt chiếu là:

Hình 2.3a

- Chiều dài nằm trên mặt chiếu là:

Hì

nh 2.3b

Ta có: Chiều dài khai triển của tấm thép bưng:

- Xác định vị trí càng van để có các mô men gối đỡ bằng nhau:

Ta chọn cửa van cung càng hai nhánh liên kết với hai dầm ngang chính

 Xác định được vị trí đặt hai dầm chính ở tại A và D (như hình vẽ)

L3

L2

L1 A D

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán phân bố áp lực

Hình 2.10 Sơ đồ xác định lực mô men

Mô men đứng trong các dầm uốn:

Mô men uốn tựa tại điểm tựa A:

Mô men uốn tựa tại điểm tựa D:

Mô men uốn tai điểm B bất kì gối đỡ A-D:

Thay số vào ta được:

Khoảng cách của các dầm theo phương thẳng đứng được trải thẳng đặt nhưbảng sau:

3.4 Tính toán chọn chiều dày bản mặt

Từ sơ đồ bố trí dầm phụ dọc và ngang tiến hành tính toán chiều dày bản mặttrong từng ô dầm Ô dầm được tạo bởi dầm phụ ngang và dầm phụ đứng, bản mặttựa trên dầm phụ ngang Do vậy tính toán bản mặt tựa trên hai cạnh của dầm phụngang

Tính độ dày đại diện cho ô dầm thuộc hàng 1

Mỗi hàng chịu một giá trị áp lực như nhau nên ta chỉ cần tính cho một ô dầmtrong hàng là được

Cơ sở tính toán : Đối với các ô dầm ở đỉnh cửa van trên mặt, tính toán theo điềukiện tải trọng phân bố tam giác

a P

- Chiều dày bản mặt được tính theo công thức sau:

Trong đó:

- là chiều dày bản mặt (mm)

- là chiều dài biên ngắn (

- là chiều dài biên dài (

- là hệ số ứng suất trung điểm biên dài của bệ đỡ tấm móng đàn hồi tính theobảng A.5 phụ lục A – TCVN 8299:2009 Ta có hệ số uốn cong

Ta có:

- là cường độ áp lực tĩnh ở trung tâm của ô dầm tính toán (

- là hệ số điều chỉnh đàn hồi:

- cường độ chịu uốn cho phép của vật liệu:

Thay số vào công thức tính chiều dày ô bản mặt I ta được:

Vậy chiều dày bản mặt tính cho ô dầm 1 là 2,92 mm

- Tính tương tự cho các ô dầm tiếp theo ta được bảng sau:

m

mm1

1

5 2,922

1

5 4,433

1

5 5,44

1

5 6,25

- Ta thấy chiều dày bản mặt của ô dầm lớn nhất là 6,17 mm

Tuy nhiên theo điều kiện thực tế thì chiều dày tối thiểu cho bản mặt của cửavan cung cũng như một số loại cửa van khác là khoảng 6 mm nên để đảm bảođiều kiện làm việc thì ta chọn chiều dày bản mặt là 8 mm

Áp lực nước phân bố lên mỗi dầm chính là:

76,625

Hình 2.5 Sơ đồ nhịp dầm

Bố trí khoảng cách giữa các gối tựa như trong sơ đồ

Xác định mô men tại gối tựa A và B:

Xét đoạn AB tại điểm B có:

Xét đoạn BD tại điểm C giữa dầm có

Xét đoạn DE tại điểm D có:

83,52 69,73

45,5

13,8

45,5 kN.m

kN.m kN.m

kN kN

3.5.2 Xác định tiết diện dầm

Theo biểu đồ mô men ta có

Dựa vào công thức tính mô men chống uốn yêu cầu theo TCVN 8299:2009, ta có:

- Xác định chiều cao dầm chính:

- Theo điều kiện kinh tế:

Chọn

- Theo điều kiện độ cứng:

Trong đó: là mô đun đàn hồi thép