Thiết kế cửa van sau

LINK DOWNLOAD MIỄN PHÍ TÀI LIỆU "Thiết kế cửa van sau": http://123doc.vn/document/568747-thiet-ke-cua-van-sau.htm

Chương 4 - cửa van sâu 141 141

Khác với cửa cung mặt, cửa cung sâu thường được đặt ở phần đầu của công trình
tháo nước (hình 4-4), cửa cung ở sâu có nhịp chưa được rộng, chiều cao cửa chưa được
cao, nhưng chịu đầu nước lên đến 100m, trục bản lề đường kính đạt đến F1000.
Tôn bưng của cửa dày đến 40mm và số dầm chính không phải chỉ 2 mà 3 hoặc 4;
dầm dạng đặc. Chân càng thường cấu tạo bằng thép tấm ghép lại dạng hình hộp có
khoét lỗ thích hợp cho việc lắp ráp.
Cối bản lề cấu tạo theo hai kiểu: trục đồng tâm và trục lệch tâm. Cửa trục đồng
tâm khi đóng mở mép ngoài cửa tôn bưng chuyển động trên 1 quỹ đạo nhất định; nhược
điểm là khi mở cửa từng phần nước sẽ chảy theo khe hở giữa mặt bưng cửa và gioăng
gây chấn động và khí thực bởi những tia bắn vào tường hai bên. Mặt khác gioăng chắn
nước bị mài mòn chóng hỏng. Kiểu trục quay lệch tâm đ khắc phục nhược điểm trên.



1
2
0
0
0
0.0
0.5
39.0
46.5
2
3
4


Hình 4-5. Cửa cung sâu bố trí ở phần đầu công trình tháo nước
1- lưới chắn rác; 2- tời thả phai; 3- phai; 4- máy nâng.

www.vncold.vn
142 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
4.3.2. Một số tính toán cơ bản
a) Tải trọng do áp lực nước tĩnh (thành phần đứng)

R
d
t
H
P
d
h
h
ng
P
t
ng
P
P
t
b
j
h
H
b
1
2
j
j
1
h
o
n
H


Khi tâm quay cao hơn đỉnh cửa cống

( )
( )
t 2
d12
0
1 2
n
1 2
1n.
P RL 2sin.cos
2
180
1
sin 2 sin 2
2
H
2 cossin
r
j
ộ
=g+jj-
ờ
ở
-j+j+
ự
+j+j
ỳ
ỷ

(4-7)


Khi tâm quay ngang bằng đỉnh cửa cống

( )
t 2
d
0
n
1nsin 2
P RL
22
180
H
1cos
R
jj
ộ
=g-+
ờ
ở
ự
+-j
ỳ
ỷ

(4-8)


Khi tâm quay thấp hơn đỉnh cửa cống

( )
t 2
d12
0
2
1 2
n
1 2
1n
P.RL. 2sincos
2
180
1
(sin 2 sin )
2
H
2 coscos
R
j
ộ
=g-jj+
ờ
ở
+j-j+
ự
+j-j
ỳ
ỷ

(4-9)
www.vncold.vn
Chương 4 - cửa van sâu 143 143

b) Trọng lượng bản thân xem biểu đồ hình 3-6 (áp dụng để tính sơ bộ)
c) Tính lực điều khiển trục lệch tâm
Phương trình cân bằng mômen xoắn:

R msch
MMMM
g
=++, (4-10)
M
ms
- mômen trên trục do ma sát ở ổ bi,
mstrpz
MMMM=++;
M
ch
- mômen trên trục do ma sát ở gioăng của ổ,
chch.trch.pch.z
MMMM=++:
M
g
- mômen xoắn do tải trọng tĩnh và động;

y
P
Q
o
8
4
5
o
1060
1
0
0
0
7
5
0


Hình 4-6. Trục lệch tâm

M
tr
+ M
p
- mômen trên trục do ma sát ở ổ bi của tựa không chuyển động bên trái
và bên phải;
M
z
- mômen trên trục do ma sát ở ổ bi của tựa chuyển động ở giữa
M
tr
+ M
p
= Q.f.r
tq

M
z
= Q.f.r
z
(4-11)

cđ
QQ
Q
2
+
=
Trong đó: f- hệ số ma sát;
r
tq
- bán kính của trục tựa tĩnh;
Q
c
- tải trọng tĩnh lên gối;
Q
đ
- tải trọng động lên gối;
r
z
- bán kính của trục tựa động.

Mômen xoắn do tải trọng tĩnh M
cm

M
cm
=
c
Q
2
r
g
(r
g
-bán kính lệch tâm) (4-12)
www.vncold.vn
144 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
M
g
= M
cm
.
cđ
c
QQ
Q
+
(4-13)
Lực tác dụng lên cơ cấu máy:
P =
M.
r
g
(4-14)
r - tay đòn của cơ cấu máy đến tâm 0.

d) Tính tần số dao động riêng của cửa theo hướng ngang
Công thức có dạng:

1K
d .
2. 2.M
v
==
pp
(4-15)
K - hệ số phụ thuộc độ cứng của cửa:

1000
K =
D
(kg/cm)
M =
G
9,81
(kg)
G - trọng lượng của phần động;
D - chuyển vị ngang của cửa tại điểm B khi đặt lực.
P = 1000kg.
Nếu tần số dao động riêng của cửa lớn hơn tần số dao động của tải trọng theo
hướng ngang thì ổn định cửa đảm bảo. Theo kinh nghiệm tần số dao động của tải trọng
theo hướng ngang biến thiên từ 0á6,7H
z
. Trong đó 90% tần số dao động có biên độ
3á4H
z
.
Tính lực nâng hạ xem công thức (37-43), (37-44), (37-45).

4.3.3. Phạm vi ứng dụng
Cửa cung sâu được áp dụng rộng ri trong công trình xả sâu, công trình lấy nước
điều tiết lưu lượng.

4.4. Van đĩa
4.4.1. Cấu tạo
Cửa van đĩa (hình 4-7) là một cái đĩa phẳng quay được, thường có hình tròn, quay
quanh một trục thẳng đứng hay trục nằm ngang, trục này nối chặt với đĩa (thí dụ tại
giữa đĩa). Trục xuyên qua vỏ cửa van và được nối với máy điều chỉnh. Khi quay trục
này, đĩa có thể nằm ở một vị trí bất kỳ, vì vậy mà tiết diện ống được mở rộng hay thu
hẹp lại. Trục quay của đĩa phải đặt thế nào để áp lực ở hai phần của đĩa gần như bằng
nhau, do đó khi quay cửa van chỉ cần một lực tương đối nhỏ. Đĩa làm bằng thép đúc,
www.vncold.vn
Chương 4 - cửa van sâu 145 145

trục cũng bằng thép có ổ đỡ và ổ bạc bằng đồng ở hai đầu, vỏ bằng gang, vật chắn nước
là những gioăng cao su, gioăng được lót giữa các mặt mài nhẵn của vỏ.
Khi lỗ chỉ mở được một phần thì
phía sau đĩa hình thành một vùng áp
suất thấp, đó là vùng nước xoáy, vì vậy
cửa van bị chấn động và có thể xảy ra
hiện tượng bị xâm thực. Để tránh hiện
tượng chân không, người ta dẫn không
khí trực tiếp vào dưới cửa, làm tăng áp
lực phía dưới cửa van bằng cách làm
hẹp tiết diện ra của cống xả hoặc làm
cho đĩa có dạng thuôn, làm cho dạng
của lỗ được hoàn thiện khi lỗ mở ra
hoàn toàn (bằng cách đặt trước và sau
đĩa các đường dẫn dòng có dạng thuận).
Khu vực xoáy

Hình 4-7. Cửa van đĩa
Cửa van đĩa được sử dụng rộng ri tại các công trình tháo nước, dùng làm cửa van
chính ứng với mọi loại cột nước khác nhau, nếu như không đòi hỏi điều tiết lưu lượng
nước. Khi cần điều tiết lưu lượng thì cửa van đĩa được dùng cho cột nước dưới 25á30m
khi đó cửa được đặt ở dưới công trình tháo nước, và nó được đặt lộ hẳn ra ngoài. Nhờ
lực đóng mở nhẹ và mở cửa nhanh nên loại van đĩa được sử dụng khi cần điều tiết lưu
lượng (với cột nước thấp) và để đảm bảo đóng kín lỗ thì cửa van chính có thể sẽ là một
loại cửa van khác, vì cửa van đĩa không được kín nước. Ngày nay nhờ công nghệ chế
tạo hiện đại nên độ kín của van đĩa tương đối tốt hơn.
Cửa van đĩa được dùng với cột nước đến 800m, đường kính 0,7m và lớn hơn;
đường kính lớn nhất đ dùng cửa van là 8,2m (khi cột nước 25m).
Kết cấu van đĩa gồm 2 phần chính: vỏ và đĩa quay. Phần vỏ gồm 2 nửa liên kết
với nhau bằng các bulông; vật liệu bằng thép (hàn, đúc) hoặc bằng gang đúc.
Nửa dưới có bộ phận gắn vào nền và phía trong vỏ có gắn gioăng chắn nước.
Phần đĩa thường cấu tạo 2 kiểu:
Kiểu 1: bản lướt là 1 tấm phẳng được gia cường bởi các gân ngoài và hàn vào trục.
Kiểu 2: bản lướt gồm 2 tấm trên và dưới có các gân kẹp bên trong.
Tỷ lệ
d
D
cả 2 kiểu chọn từ 0,05 á 0,3; thường gặp
d
D
= 0,15.


4.4.2. Tải trọng và lực tác dụng
- Trọng lượng bản thân: Khi lập nhiệm vụ thiết kế và lập đơn hàng thiết bị, trọng
lượng van đĩa được tính theo công thức:
www.vncold.vn
146 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4

2,25 0,28
G 0, 91.D.H= , (T); (4-16)
(Phần tĩnh 60% toàn bộ)
1) áp lực nước tĩnh khi cửa đóng hoàn toàn:
P =
g
.H.F (4-17)
2) Mômen lực tĩnh khi cửa đóng hoàn toàn (Khi trục quay của đĩa nằm ngang):

4
P D
M
64
g
= , (T.m). (4-18)

4.4.3. Tính sức bền của vỏ và đĩa
a) Vỏ
Kiểm tra độ bền theo công thức:
- ứng suất vòng s
z
=
p.D
2.d
(4-19)
- ứng suất trục s
x
=
N
S
(4-20)
Hình 4-8. Mặt cắt ngang van đĩa

b) Đĩa và trục

s
u1
=
B
1
M
W
; (4-21)
M
B
- mômen uốn ở tiết diện thẳng góc với trục ngõng,

3
B
D
M1,36 H
12
=g ; (4-22)
W
1
- mômen kháng uốn của trục,
W
1
= 0,1d
3
.

s
u2
=
A
2
M
W
; (4-23)
M
A
- mômen uốn ở tiết diện trùng với trục ngõng,

3
A
D
M.H.
12
=g ; (4-24)
W
2
- mômen kháng uốn của đĩa theo mặt cắt A A.
Ký hiệu trong các công thức như sau:
D - đường kính van đĩa (m);
H - cột nước tính toán khi cửa đóng (m);
F - diện tích chịu lực của đĩa (m
2
);
D
B
B
A A
www.vncold.vn
Chương 4 - cửa van sâu 147 147

p - áp lực của nước bên trong khi đóng vai van đĩa (kg);
d - chiều dày vỏ (cm);
N - lực theo hướng trục (kg);
S - tiết diện ngang của vỏ ống (cm
2
);
d- chiều dày đĩa (mm).

4.4.4. Phạm vi ứng dụng
Van đĩa sử dụng rộng ri để đóng các cửa tháo nước như đặt trước tuabin, cửa
đóng nhanh bảo vệ đường ống đặt ở đầu đường ống áp lực với mọi cột nước. Ưu điểm:
Kết cấu gọn, đơn giản trong chế tạo và lắp ráp, song nhược điểm là chỉ mở cửa khi 2
bên cửa áp lực cân bằng và không dùng van đĩa để điều tiết lưu lượng nên có thể làm
cửa dự trữ thứ 2 khi cần điều tiết lưu lượng. Hiện nay van đĩa đ thi công với:
F8m23 H 27m
F6m H 120m
F5m H 170m

4.5. Van cầu
4.5.1. Cấu tạo
Van cầu gồm 2 phần chính: phần vỏ và phần quay. Phần vỏ hợp thành bởi 2 nửa, 2
đầu dạng hình trụ có mặt bích, ở giữa dạng cầu có khoét lỗ để cố định ở trục quay
(hình 4-9).

4
3
2
1
5


Hình 4-9. Cấu tạo van cầu
1- vỏ ngoài; 2- cầu có khoét lỗ; 3- trục quay; 4- tay đòn, 5- bánh vít trục vít.


Phần cầu quay là quả cầu có khoét lỗ hình trụ, đường kính lỗ khoét bằng đường
kính trong của ống dẫn nước. Khi cửa mở hoàn toàn, nước trong ống chảy qua lỗ của
cầu quay về phía sau; dòng chảy không gặp trở ngại gì nên tổn thất cột nước qua van
cầu rất nhỏ.
www.vncold.vn
148 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
Để đóng mở van cầu người ta sử dụng cơ cấu kiểu pittông dầu. Liên kết giữa
pittông và cửa bởi tay đòn một đầu nối với trục quay có rnh then, một đầu nối pittông
có khớp quay. Có thể đóng mở van cầu bằng cơ cấu máy theo kiểu bánh vít trục vít.
Bánh vít gắn vào trục quay có rnh then, trục vít ăn khớp với bánh vít và dựng trong hộp
kín có dầu, gắn vào vỏ. Khi động cơ chuyển động làm quay trục vít và dẫn đến quay
bánh vít.

4.5.2. Phạm vi sử dụng
Van cầu thường đặt tuabin, thích hợp với trạm có đầu nước cao.
Ưu điểm: tổn thất cột nước bé, kết cấu chịu lực chắc chắn ổn định.
Nhược điểm: không điều tiết lưu lượng, khối lượng van lớn, kết cấu phức tạp so
với van đĩa; vì vậy van cầu sử dụng không được rộng ri như van đĩa.
Để xác định sơ bộ trọng lượng van cầu có thể dùng công thức:

nm
1max
G K.D.H= , (T); (4-25)
K = 0,058; n = 2,4; m = 0,9;
D
1
- đường kính van.


4.6. Cửa Van hình kim
4.6.1. Cấu tạo và vận hành

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

Hình 4-10. Cửa van hình kim
1- vỏ; 2- lõi; 3- phần hình nón của lõi; 4- pittông; 5- đầu hình kim của pittông; 6- lưỡi gà
hình kim của pittông (đóng lỗ tháo nước của khoang pittông); 7- khoang pittông; 8- thước
răng cưa của pittông; 9- bánh xe răng khía của pittông; 10- trục thẳng đứng của pittông;
11- bộ phận điều khiển pittông; 12- ống dẫn nước vào khoang pittông; 13- ống tháo nước
từ khoang pittông ra; 14- lỗ tháo nước của khoang pittông; 15- khoang của lõi; 16- lỗ tháo
nước của khoang trong lõi; 17- ống tháo nước của khoang trong lõi; 18- vòng chống rò rỉ;
19- vòng nhô ra của pittông; 20- ống dùng để tháo nước từ khoang trống hình khuyên giữa
vỏ và lõi từ pittông ra.
www.vncold.vn
Chương 4 - cửa van sâu 149 149

Cửa van hình kim gồm có một cái vỏ cố định hình bầu dục và một cái hình thuôn:
lối ra ở giữa hai vỏ này được đóng lại bằng cách di chuyển một pittông hình kim đặt
trong lỗ. Các loại cửa van hình kim khác nhau đ dùng được phân biệt theo phương
pháp điều khiển hoặc theo cấu tạo của pittông; theo phương pháp điều khiển các cửa
van hình kim có thể chia thành 2 nhóm: (1) Điều khiển bằng sức nước, hoặc là loại cân
bằng (về phương diện áp lực nước tác dụng lên hình trụ) và (2) điều khiển bằng máy,
hay là không cân bằng. Loại thông dụng nhất là các cửa van cân bằng.
Trên hình 4-10 trình bày một kiểu của cửa van hình kim cân bằng hoàn chỉnh.
Cửa van gồm có vỏ 1, lõi 2 gắn vào vỏ bằng những sống hướng tâm, lõi có đầu hình nón
3 và pittông 4 với đầu có dạng kim 5. Pittông có lưỡi gà hình kim 6 dùng điều tiết nước
chảy từ khoang 7 ra, tại đầu trái của nó có một thước răng cưa 8, thước đó ăn khớp với
bánh xe 9 nhờ trục thẳng đứng 10 của bánh xe và tiếp nhận tác dụng của bộ phận điều
khiển 11. Nước có áp sẽ chảy vào khoang 7 theo ống 12 (khi mở cửa van) và chảy ra
khỏi khoang theo lỗ 14, lỗ này được đóng bằng lưỡi gà hình kim 6. Việc tháo khô hoàn
toàn khoang 7 có thể tiến hành nhờ ống 13. Nước chảy vào khoang 15 nhờ lỗ 16, và
chảy ra khỏi khoang 15 nhờ ống 17. Việc tháo khô cho khoang trống hình khuyên giữa
vỏ 1, lõi 2 và pittông 4 được tiến hành nhờ ống 20.
Để đóng cửa van người ta tháo nước từ khoang 15 ra và cho nước có áp vào khoang 7.
Nước gây áp lực lên mặt trong của pittông làm cho nó di chuyển sang bên phải cho đến
khi nó tựa lên vòng chống thấm 18. Để mở cửa van người ta tháo nước của khoang 7 ra,
và cho nước có áp vào khoang 15. Nước sẽ gây áp lực lên vòng nhô ra của pittông và
làm cho nó di chuyển sang phía trái đến phải mở hoàn toàn vòng trống nằm giữa vỏ 1
và pittông 4. Việc điều chỉnh độ mở hoặc đóng cửa van được tiến hành nhờ lưỡi gà hình
kim 6. Trong lưỡi gà, diện tích của lỗ này lớn hơn diện tích lỗ của ống dẫn vào 12.
Cửa van có mặt cắt hình lưu tuyến nên tránh được khả năng bị chân không và xâm
thực; tổn thất cột nước tại cửa van nhỏ.
Các cửa van hình kim loại cân bằng đảm bảo được khả năng điều tiết lưu lượng,
đóng kín, không bị chấn động và làm việc chắc chắn. Người ta đ dùng loại cửa van này
với đường kính đến 0,5m và cột nước đến 100m. Ngoài ra người ta thường đặt chúng ở
phía sau công trình tháo nước, ở đó nước được phun thành tia vào không khí, hơn nữa
lại có lắp một bộ phận đặc biệt, làm nước phun thành bụi để tiêu năng của tia nước.
Nhược điểm của cửa van hình kim là giá thành cao, kết cấu và chế tạo phức tạp. Khi
trong nước nhiều phù sa thì loại cửa van này hoạt động không tốt. Cửa van hình kim là
loại có cấu tạo hoàn chỉnh nhất, chúng có thể dùng để đóng mở các cửa dưới sâu có cột
nước cao và dùng để điều chỉnh lưu lượng một cách chính xác.

4.6.2. Phạm vi sử dụng
Van kim tạo dòng chảy thuận, tổn thất đầu nước nhỏ, điều tiết lưu lượng tốt nên
thường dùng ở các ống tưới ở sâu hoặc đặt trước tuabin để làm nhiệm vụ sửa chữa và sự
cố bảo vệ tuabin. Song kết cấu van kim phức tạp, gia công khó, khối lượng lớn, đắt tiền
nên phần sử dụng có hạn chế.
www.vncold.vn
150 sổ tay KTTL * Phần 2 - công trình thủy lợi * Tập 4
4.7. Van côn
4.7.1. Cấu tạo
Van côn gồm 3 phần chính (hình 4-11).
a) Phần tĩnh bằng thép đúc hoặc thép hàn (1) (có thể gang đúc) có từ 4 đến 8 gân
(2) góc nối với đầu tựa hình côn (3), góc côn a lấy trong khoảng a = 90
0
á 120
0
. Mặt
đầu vỏ (1) có bích và trong nhiều trường hợp có bố trí võng ôm có lỗ thông khí.
b) Bộ phận động là ống hình trụ (4) chuyển động trượt trên vỏ (1) nhờ các thanh
trượt gắn vào các gân. Giữa (1) và (4) còn có bộ phận dẫn hướng (5) và gioăng chắn
nước (6). Chiều dài di chuyển của (4) chính là chiều dài đóng mở của van côn (S).
Trong thiết kế thường chọn S = 0,6 á 0,7D (D - đường kính ống); với hệ số lưu lượng sơ
bộ chọn m = 0,8.
3
2
5
4
1
5
6


Hình 4-11. Cấu tạo cửa van côn

c) Bộ phận thứ ba là cơ cấu máy điều khiển đóng mở. Khác với van kim, cơ cấu
đóng mở van côn gắn bên ngoài bộ phận động, chuyền chuyển động theo 2 dạng: trục
vít và pittông thủy lực đặt song song 2 bên trong mặt phẳng ngang chứa tim cửa.

4.7.2. Tính độ bền
- Vỏ kiểm tra theo công thức:
s
z
=
P.D
2.d

s
x
=
N
F

- Gân cứng kiểm tra ổn định theo công thức thực nghiệm của Mercer:

P
Q.C
P 0,115
D.T.E
=Ê
; (4-26)
Trong đó: P - trị số giới hạn cho phép;
www.vncold.vn