Điều kiện vật chỡm khi G>P
Trong đú: G trọng lượng của cửa van P Lực đẩy nổi
3.4. Tớnh ổn định của cửa van phao chữnhõn khi nổi
Về cấu tạo, đập gồm hai cửa van phao chữ nhõn, bố trớ theo sơ đồ tam giỏc với gúc giữa cửa van và phương vuụng gúc dũng chảy < 30 độ. Khi làm việc hai cửa van tựa đầu vào nhau và đầu kia tựa vào trụ. Phớa dưới cửa van tựa gờ đập cao khoảng 0,7- 1,0m. Cửa phao chữ nhõn cú hai loại kết cấu. Mỗi cỏnh cửa van cú kớch thước như sau:
- Chiều cao được xỏc định theo yờu cầu điều tiết: H= Zcv – Zng (3-9)
Trong đú: Zcv là cao trỡnh đỉnh cửa van Zng là cao trỡnh ngưỡng cửa van
Theo cụng thức Laupman(Giỏo trỡnh thủy cụng) ta cú:
0 . . ( )
G=g H L N
Trong đú: H - Chiều cao cửa van do yờu cầu nhiệm vụ đề ra H= Zcv – Zng (m) L0- Chiều rộng cửa van (m)
Với 3 2 2 0 640( . 1)(N/ m ) g= H l − Lực đẩy nổi: dn 0 W =B H( −h ) Để đảm bảo độ nổi h0
47 0 0 Wdn G B H h H h = = − − Trong đú:
G trọnglượng cửa van
ho chiều cao phần nổi nằm trờn mặt thoỏng Điều kiện ổn định của tấm bản mặt cửa van:
. u
M m R W
σ = ≤
Hỡnh 3 - 4: Sơ đồ cửa van
Với 2 1. W 6 bm bm δ = ⇒ 6 . i bm u M m R σ ≥ Trong đú: M Là mụ men lớn nhất của bản mặt; m Là hệ số điều kiện làm việc, m = 0,72 Ru Ứng suất phỏp khi chịu uốn.
δbm Là chiều dày tấm bản mặt tớnh toỏn
3.5. Sơđồ lực tỏc dụng
Khi cửa van nổitrong nước
48
Khi cửa van điều tiết
Hỡnh 3 - 6: Sơ đồ lực tỏc dụng cửa van khi đang điều tiết
3.6. Tớnh toỏn lực đúng mở cửa van
Lực đúng mở cửa van chữ nhõn được xỏc định theo cụng thức sau đõy:
M T
l
=
Trong đú:
T: Lực kộo,đẩy cần thiết để mở,đúng cửa (T) M: Mụ men cản tớnh toỏn khi đúng mở cửa (Tm). l: Cỏnh tay đũn từ điểm kộo đến tõm quay (m)
Trị số mụ men cản tớnh toỏn M được xỏc định theo cụng thức: M=M1 + M2 + M3 + M4
49
Hỡnh 3 - 7: Sơ đồ lực đúng mở cửa van
M1-Mụ men do ỏp lực của cột nước thủy tĩnh chờnh lệch lỳc mở cửa
1 0, 5. . .Hc n
M = ∆h l h
∆ - Cột nước thủy tĩnh chờnh lệch lỳc mở cửa lc-Chiều dài tớnh toỏn của cửa
Hn-Chiều cao của cửa ngõm trong nước (m)
M2-Mụ men quỏn tớnh của khối nước do sự di chuyển của cỏnh cửa van tạo ra
2 2
2 0,15. n. .c bq
M = H l V
bq
V
- Vận tốc bỡnh quõn của cửa khi di chuyển (m/s)
0 . 2. c bq l V t ϕ =
ϕ-Gúc quay của cửa (radian)
0
t -Thời gian mở cửa (s)
M3-Mụ men quỏn tớnh của cửa khởi động từ vị trớ ban đầu
2 3 2 0 . 0,15.G lc M t =
M4- Mụ men do tải trọng giú tớnh theo cụng thức
2 4 0, 47. k. .c 1
M = H l q k
50
1
q -Áp suất của tốc độ giú,thường lấy q1=40kg/m2
3.7. Cối quay trong cỏc cửa van thụng dụng3.7.1.Cối quay của cửa van tự động trục đứng 3.7.1.Cối quay của cửa van tự động trục đứng
Cửa van tự động trục đứng là loại cửa van cú trục quay bố trớ thẳng đứng gồm cối quay trờn và cối quay dưới. Giữa cối trờn và cối dưới bố trớ lệch trục một gúc α. Kết cấu cối quay đàm bảo cho cửa quay quanh trục thẳng đứng trong suốt quỏ trỡnh làm việc. Kết cấu cối quay thể hiện trờn hỡnh vẽ.
Cụm cối trục trên
Hỡnh 3 - 8: Cụm cối quay trờn cửa van tự động trục đứng
Cụm cối trục dưới
51
3.7.2. Cối quay của cửa van cung
Cửa van cung là loại cửa van cú cụm cối quay lắp ở đầu càng van, Tựy theo số lượng càng van mà cú số lượng cối quay tương ứng. Cỏc cối quay của cửa van cung đảm bảo cho cửa van cung quay quanh trục nằm ngang đi qua tõm trục cỏc cối quay. Kết cấu cối quay thể hiện trờn hỡnh vẽ.
Hỡnh 3 - 10: Kết cấu cối quay cửa van cung
3.7.3. Cối quay cửa van Clape
Cửa van Clape là loại cửa dạng kết cấu tấm phẳng, lờn kết với cụng trỡnh thụng qua cỏc cối quay gắn lờn đỏy cụng trỡnh. Tủy theo khẩu độ của cửa van mà bố trớ nhiều cụm cối quay. Quỏ trỡnh hoạt động của cửa Clape quay quanh trục nằm ngang đi qua tõm cỏc trục cối quay. Kết cấu thể hiện trờn hỡnh vẽ.
52
Cối quay cửa Clape
Hỡnh 3 - 11: Kết cấu cối quay cửa van Clape.
3.8. Lựa chọn kết cấu cối quay cho cửa van phao chữ nhõn.
Để quỏ trỡnh hoạt động cửa van cửa van phao chữ nhõn được đảm bảo, kết cấu cối quay phải được phõn tớch tớnh toỏn thiết kế với điều kiện đỏp ứng được trong cỏc trường hợp làm việc của cửa van như đó trỡnh bày ở trờn. Quỏ trỡnh làm việc của cửa van khụng ổn định theo một chiều hướng phạm vi ổn định nào cả mà biến đổi theo nhiều phương khỏc nhau tức là biến đổi đa chiều.
Cửa van được nghiờn cứu để ỏp dụng cho cỏc cụng trỡnh cú khẩu độ lớn cho nờn lực tỏc dụng tại vị trớ neo cửa là rất lớn cho nờn cối quay của cửa van phải đảm bảo điều kiện chịu lực.
Cụm cối quay phải được lựachọn sao cho phự hợp cả về kỹ thuật và đảm bảo điều kiện kinh tế cũng như tớnh khả thi cho quỏ trỡnh gia cụng chế tạo.
Qua phõn tớch cỏc loại kết cấu quay thụng dụng đó ứng dụng trong cỏc loại cửa van cơ bản như: Cửa cung, cửa tự động trục đứng, cửa van Clape . . . Loại cối quay này chỉ đảm bảo cho cửa hoạt động quay theo một trục thẳng cho nờn khả năng ứng dụng vào cho cửa van phao chữ nhõn là rất khú khăn và khụng khả thi.
Để đỏp ứng cơ bản cỏc yờu cầu trờn cối quay cửa van chữ nhõn cú thể ỏp dụng một sụ kiểu dạng như sau:
53
- Kết cấu neo giữ cối quay dạng cầu;
- Kết cấu neo giữ cối quay kết hợp với dõy mềm.
3.8.1. Kết cấu cối quay dạng cầu
Đối với loại cối quay dạng này đó được nghiờn cứu và ứng dụng trờn thế giới đú là cụng trỡnh ngăn sụng Maeslant - Hà Lan. Đõy là cụng trỡnh bố trớ 02 cửa van cung kết cấu phao nổi quay quanh trục thẳng đứng trờn một khoang cửa.
Quỏ trỡnh hoạt động của cửa van này ngoài chiều quay quanh trục thẳng đứng thỡ cửa cũn chuyển động lờn xuống do phao nổi thay đổi theo mực nước triều lờn xuống.
Kết cấu cụm cối quay cho cụng trỡnh này được thiết kế đa chiều quay của cửa và chịu toàn bộ ỏp lực tỏc dụng lờn cửa van.
Một số hỡnh ảnh về kết cấu này như sau:
54
Hỡnh 3 - 13: Mụ hỡnh cối quay cụng trỡnh Maeslant - Hà Lan
55
Hỡnh 3 - 15: Trọng lượng cỏc bộ phận kết cấu
3.8.2.Kết cấu cối quay dạng bạc trục quay kết hợp với dõy mềm
Qua nghiờn cứu về nguyờn lý hoạt động của cửa van tàu thủy, quỏ trỡnh làm việc của cửa van rất phức tạp. Để đỏp ứng được cho cửa van thực hiện nhiệm vụ ngăn nước khi cửa van đúng quỏ trỡnh di chuyển cửa cửa van vẫn đảm bảo. Một dạng kết cấu cối quay vừa đỏp ứng chuyển động quay vừa biến đổi lờn xuống và nghiờng về hai phớa theo sự biờn đổi của mực nước đú là kết cấu cối quay kết hợp dõy mềm.
Đặc điểm kết cấu của dạng cối quay này:
- Đảm bảo chuyển động quay theo trục thẳng đứng là kết cấu bạc và trục quay; - Để khắc phục cỏc chuyển động cũn lại dựng kết cấu dõy mềm.
- Đõy là loại kết cấu đơn giản và khả năng ứng dụng rất dễ dang. Kết cấu được thể hiện trờn cỏc hỡnh vẽ sau:
56
A A
A - A
Hỡnh 3 - 16: Kết cấu cối quay cửa
Cỏc chi tiết bộ phận chớnh: - Gối đỡ trục quay ở dưới; - Trục quay (ống trục); - Gối trục trung gian; - Bạc trục;
57
Hỡnh 3 - 17: Kết cấu gối đỡ trục quay ở dưới
A A
A - A
58
Hỡnh 3 - 19: Kết cấu bạc trục quay và dõy xớch
Đầu neo phía của van Đầu neo phía cố định
Hỡnh 3 - 20: Chi tiết bạc trục - trục quay
3.9. Kết luận chương 3
Chương 3 tỏc giả đó trỡnh một số tớnh toỏn cơ bản về tớnh ổn địnhkhi cửa van nổi để kộo về vị trớ cần thiết,điều kiện chỡm,tớnh lực đúng mở và một số kết cấu cối quay nhưng ở mức sơ bộ và nguyờn tắc làm cơ sở cho tớnh toỏn một cụng trỡnh cụ thể ở chương 4.
59
Chương 4.ỨNG DỤNG CỬA VAN PHAO CHỮ NHÂN CHO
ĐẬPĐIỀU TIẾT KHUYẾN LƯƠNG
4.1. Giới thiệu chung về cụng trỡnhKhuyến Lương. 4.1.1.Vị trớ địa lý của cụng trỡnh KhuyếnLương. 4.1.1.Vị trớ địa lý của cụng trỡnh KhuyếnLương.
Hỡnh 4 - 1: Vị trớ tuyến cụng trỡnh
Qua quỏ trỡnh nghiờn cứu tài liệu, đi thực địa, phõn tớch, trong phạm vi bỏo cỏo của đề tài này nhúm nghiờn cứu đề xuất việc bố trớ xõy dựng cụng trỡnh trong vựng tuyến thuộc địa phận thủ đụ Hà Nội. Đõy là vựng tuyến đặc biệt quan trọng trong việc phỏp triển kinh tế của thủ đụ Hà nội núi riờng và của cả vựng đồng bằng Bắc Bộ núi chung.
- Tuyến số 1: Nằm ở phớa hạ lưu cảng Khuyến Lương - Tuyến số 2: Nằm ở hạ lưu cống Xuõn Quan
- Tuyến số 3: Ở sỏt phớa thượng lưu cảng Khuyến Lương
* Tuyến số 1: Là tuyến nằm trờn gần trục đường vành đai 4 trong quy hoạch dự kiến (của Ban chỉ đạo quy hoạch và đầu tư xõy dựng cụng trỡnh vựng Hà Nội). Phớa bờn bờ phải thuộc địa phận xó Yờn Mỹ huyện Thanh Trỡ – Hà Nội, ở dưới cửa ra của
60
trạm bơm Yờn sở khoảng 1km, bờn kia sụng là một khu bói bồi gần thị trấn Văn Giang (tỉnh Hưng Yờn). Vị trớ đập ngăn sụng dự kiến nằm trờn đoạn khủy sụng cú bói bồi cao và rộng, nằm cỏch bến phà Khuyến Lương về phớa hạ lưu khoảng 2,5km; bề rộng lũng sụng tại vị trớ tuyến khi cạn hiện nay khoảng 700m, đoạn eo sụng rộng khoảng 900m.
* Ưu điểm:
- Vị trớ cụng trỡnh nằm ở phần cuối của dự ỏn quy hoạch Sụng Hồng (đoạn qua Hà Nội) gần với thị trấn Văn Giang của tỉnh Hưng Yờn. Phớa trờn và phớa dưới cụng trỡnh làm hai cảng đúng tàu, dịch vụ thương mại thuận lợi, vị trớ làm cảng phớa đầu õu thuyền và sau õu thuyền tương đối rộng tói, thuận tiện cho phương tiện giao thụng thủy qua lại.
- Kết hợp với giao thụng bộ là trựng hợp với đường giao thụng đó cú dự định trờn cơ sở quy hoạch (là tuyến đường vành đai 4).Tuy nhiờn nếu chọn xõy dựng cụng trỡnh tại vị trớ này thỡ chiều dài nhịp cầu nối tiếp với hai bờn bờ sẽ rất lớn.
- Đặt vị trớ õu thuyền bờn phớa Văn Giang, khu vực này nằm trờn bói cạn, điều kiện thi cụng tương đối dễ dàng, cú thể thi cụng độc lập. Sau khi thi cụng xong đào và thỏo nước Sụng Hồng qua Âu thuyền, tiến hành xõy dựng đập ngăn sụng, dự kiến trong 1 mựa khụ là thi cụng xong cụng trỡnh, quy trỡnh thi cụng khỏ đơn giản.
* Nhược điểm:
- Tại vị trớ này dũng sụng bị uốn cong, gấp khỳc, việc xử lý cỏc vấn đề về thủy lực, lưu vực dũng chảy, đặc biệt là dũng chảy đỏy qua õu thuyền và qua lũng cụng trỡnh sẽ rất phức tạp. Đồng thời việc nghiờn cứu chống xúi lở hai bờn bờ hạ lưu phải được tiến hành bằng cỏc mụ hỡnh thớ nghiệm thủy lực nờn sẽ khú khăn hơn.
- Vị trớ đập dự kiến nằm dưới cửa xả nước của trạm bơm Yờn Sở, nờn sau khi cú cụng trỡnh thỡ toàn bộ nước thải của khu vực Hà Nội sẽ xả ra hồ và đõy là một điều bất lợi.
* Tuyến số 2: Tuyến cụng trỡnh nằm ở vị trớ Km70.00 đờ Sụng Hồng, thuộc địa phận xó Xuõn Quan, huyện Chõu Giang, tỉnh Hưng Yờn. Nhiệm vụ nghiờn cứu là nhằm tỡm ra giải phỏp dõng nước Sụng Hồng vào cống Xuõn Quan, lấy nước và phục vụ tưới tiờu theo thiết kế cống Xuõn Quan phải lấy được 75m3/s. Tuy nhiờn
61
với mực nước ngày càng cạn kiệt như hiện nay trờn Sụng Hồng thỡ chỉ lấy được khoảng 40-:-60m3/s, diện tớch tưới tự chảy chỉ đạt 70-:-80%.
* Ưu điểm:
- Mặt cắt ngang sụng ngắn (khoảng 450m), cụng trỡnh đập dõng để đảm bảo chiều sõu cột nước vào cống Xuõn Quan đạt 2m cú cao trỡnh đập là thấp nhất. Kết cấu đập đơn giản, việc thi cụng tương đối nhanh và thỏa món được việc dõng đầu nước phục vụ tưới tiờu trong thời gian sớm nhất.
- Âu thuyền và đập ngăn sụng đều cấu tạo từ dạng xà lan phao, chế tạo tại hố đỳc sau đú di chuyển đến vị trớ tuyến cụng trỡnh để đỏnh đắm và hoàn thiện. Âu thuyền được đặt cố định tại cụng trỡnh cũn cỏc phao đập cú thể thỏo dỡ trước mựa lũ hoặc đặt cố định tại vị trớ cụng trỡnh. Việc thoỏt lũ qua cả lũng sụng tự nhiờn và õu thuyền là đảm bảo và thuận dũng.
* Nhược điểm:
- Lũng sụng tại vị trớ này là hẹp nhất (lỳc cạn bề rộng khoảng 400m), dũng chảy xiết, vận tốc dũng chảy lớn hơn. Trong mựa khụ, mặc dự nước trờn hệ thống sụng Hồng cạn kiệt nhưng tại vị trớ này nước vẫn sõu, việc xử lý thủy lực cho cả mựa khụ và mựa lũ vẫn khú khăn. Hiện tại vị trớ này chưa khảo sỏt được một cỏch đầy đủ. - Tuyến này khụng kết hợp được với hệ thống giao thụng trong quy hoạch chung của thành phố hà Nội.
* Tuyến số 3: Vị trớ tuyến nằm ngay phớa trờn của cảng Khuyến Lương, đối diện bờn kia sụng là bến đũ Văn Đức (Hưng Yờn), hiện trạng giao thụng đó cú đường nối tiếp ra đường quốc lộ 5.
Tuyến này nằm giữa tuyến số I, và tuyến số II, vị trớ tuyến cỏch cửa cống Xuõn Quan khoảng 2,5km. Cỏch tuyến số II núi trờn khoảng 2km về phớa thượng lưu và cỏch tuyến số I khoảng 900m về phớa hạ lưu. Lũng sụng tại vị trớ này rộng khoảng 400m (lỳc cạn nhất). Phạm vi từ mộp sụng vào đến bờ hai bờn cũn khỏ rộng, cú đường giao thụng lớn (đường bờ tụng) nối từ bến đũ hai bờn ra cỏc đường trục chớnh.
* Ưu điểm:
- Xõy dựng cụng trỡnh tại vị trớ này thỡ về kết cấu tương tự như xõy dựng tại tuyến số II đó được nghiờn cứu nhưng bề rộng lũng sụng lớn hơn bề rộng sụng tại vị trớ