Bài giảng công trình trên hệ thống thủy lợi chương 6 GS TS nguyễn chiến

CHƯƠNG 6 : CỬA VAN CỦA CTTL
KIẾN THỨC CHUNG.
 VAN PHẲNG.
 VAN CUNG.
 CÁC VAN ĐÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC.

MỘT SỐ LOẠI VAN DƯỚI SÂU.

1


6-1 KiÕn thøc chung (1)
1- Khái niệm:
-

Là bộ phận của CTTL.

-

Bố trí tại cửa tháo nước của đập, cống.

-

Chức năng: Điều tiết lưu lượng, khống chế mực nước.

2- Các thành phần:
-

Bộ phận chuyển động: thực hiện chức năng điều tiết.

-

Bộ phận cố định: Chôn vào trụ, tường để đỡ và tạo khe
trượt cho bộ phận động.

-

Thiết bị đóng mở: nhiều loại.
(Thủ công, động cơ điện, máy nâng TL, kết hợp).
2


6-1 KiÕn thøc chung (2)
3- Các yêu cầu thiết kế cửa van:
-

Cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp sửa chữa.

-

Lực đóng mở nhẹ, đóng mở nhanh.

-

Đảm bảo điều kiện bền, ổn định, mỹ quan.

-

Giá thành hạ.

4- Phân loại:

a) Theo vị trí đặt: trên mặt, dưới sâu.
b) Theo cách truyền lực: truyền lên mố, lên ngưỡng.
c) Theo vật liệu: gỗ, BTCT, thép, chất dẻo, hỗn hợp.
d) Theo hình thức tháo nước: dưới đáy, trên đỉnh, kết hợp.

3


a)

b)

®)

c)

e)

i)

d)

g)

k)

h)

l)

m)

Một số loại van trên mặt
a) Phai; b) Van phẳng kéo lên; c) Van cung; d) Van trụ lăn; đ, e) van quạt; g) Van mái
nhà; h) Van phẳng trục ngang; i) Van trụ quay; k) Van dàn quay; l) Van có thanh chống
xiên; m) Van (đập) cao su.

4


a)

b)

®)

c)

g)

e)
1
2

d)

2

3

3
1

h)

i)

k)

Các dạng van dưới sâu.
a) Van phẳng; b) Van cung; c) Van khoá; d) Van đĩa trục ngang; đ) Van kim; e) Van côn
(nón); g) Van trụ xoay; h) Van cầu; i, k) Van trụ đứng.

5


a)

b)

c)

Các hình thức tháo nước qua cửa van
a) Dưới đáy; b) Trên đỉnh; c) Kết
hợp.

6


1- Khái quát:

6-2 Cöa van ph¼ng

Đặc điểm: bản chắn nước phẳng, đóng mở bằng kéo lên, hạ xuống.
ưu điểm:
-

Cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp.

-

Chắn nước, khống chế Q, H tốt.

Nhược điểm:
-

Lực mở lớn, tốc độ mở không nhanh.

-

Van kéo lên: cầu công tác phải cao, khó tháo vật nổi.

-

Khe van sâu, trụ phải dày.

Phạm vi áp dụng:
-

Rộng rãi (cả trên mặt, dưới sâu).

-

Thường dùng cho cửa có kích thước không lớn ( ≤ 4 á5m).
7


2 – Lực đóng mở van phẳng:
a) Công thức chung:
 Lực mở:

P1 = K1G + K 2 ( T1 + T2 ) − K '.G d

Lực đóng: P2 = K1.G d + K 2 .(T1 + T2 ) − K '.G
K1, K2, K’: Các hệ số an toàn
Thường lấy K1 =1,1; K2 =1,2; K’ =0,9.
G- Trọng lượng van;
T1- lực ma sát tại bộ phận đỡ tựa.
T2- lực ma sát tại bộ phận khít nước ( chống rò).
Gd –Trọng lượng của đối trọng.
8


2– Lực đóng mở van phẳng (tiếp):
b) Xác định các lực thành phần
♠ Trọng lượng van: G = g.H.L0

(N)

g- trọng lượng đơn vị (N/m2).

H- Chiều cao van (m); L0- Chiều rộng van (m).
Xác định g theo công thức kinh nghiệm:
-

Van có bánh xe lăn:
Van trượt:

(

(

)

g = 640 3 H 0l 2 − 1

)

g = 600 3 H 0l 2 − 1

H0- cột nước đến tâm lỗ;
L- Chiều rộng lỗ.
- Ghi chú: Các công thức này dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.
9


2– Lực đóng mở van phẳng (tiếp):
♠Lực ma sát tại thiết bị chắn nước:
+ Công thức chung:
T2 = f2.W2
f2- hs ma sát giữa vật chắn nước và bộ phận

tỳ trên mố.
W2- Tổng áp lực nước lên vật chắn nước
(hướng vuông góc với hướng chuyển động
của van).
+ Đối với van trên mặt:
1. Thiết bị chắn nước; 2,3. Bộ phận
lót; 4. Thanh đệm.

T2 = f2.a.γh21
a- bề rộng thiết bị chắn nước.
10


2– Lực đóng mở van phẳng (tiếp):
♠Lực ma sát tại bộ phận đỡ:
+ Van chuyển động trượt: T1 = f.W
f- hệ số ma sát tại bộ phận đỡ;
W- tổng áp lực nước lên van (phương vuông góc với
phương chuyển động).

+ Van có bánh lăn:
R- bán kính bánh xe;

W
( f .r + f1 )
T1 =
R

r- bán kính trục bánh xe;
f- hệ số ma sát giữa trục và bánh xe;

f1- hệ số ma sát lăn (đơn vị: m)
11


3– Cửa van phẳng bằng thép:
a) Các bộ phận và cách bố trí:
Hệ thống dầm và bản của cửa van phẳng

1. Dầm chính; 2. Dầm phụ; 3. Cột
đứng; 4. Cột biên; 5. Thanh chống
chéo; 6 Bản mặt chắn nước

Cửa van phẳng bằng thép loại nhỏ

12


3– Cửa van phẳng bằng thép (tiếp):
b) Xác định vị trí dầm chính:
Nguyên tắc: Các dầm chịu lực bằng nhau ⇒ Chia biểu đồ
áp lực nước thành n phần bằng nhau và tìm trọng tâm của
từng phần.
A

H

h3

h2

h1

yk

a

A
b

b'
d'
f'
A
a)

d
f

H/n
H/n
H/n

H

h2

h1

a

yk

C
D
b'
d'
B

H/n

D'
b
d

BC/n
BC/n
BC/n

b)

Sơ đồ xác định vị trí dầm chính của cửa van phẳng
13


♠ Van trên mặt:

(

2 H 3/2
3/2

yk =
k − ( k − 1)
3 n

)

yk- Khoảng cách từ mặt nước đến dầm thứ K
n- tổng số dầm;

♠ Van dưới sâu :
yk =

H- độ sâu nước trước van.

[

2 H
( k + β) 3 / 2 − ( k − 1 + β) 3 / 2
3 n+β

]

na 2
β= 2
H − a2

a- khoảng cách từ mặt nước đến đáy tường ngực.
14

3– Cửa van phẳng bằng thép (tiếp):
c) Tính toán kết cấu:
Nguyên tắc: phân kết cấu chỉnh thể của van thành các hệ
độc lập
Bản mặt: Bản gối lên dầm (chính,
phụ) và cột (đứng, biên).
-

Tải trọng: áp lực nước.

-

Tính toán: Xác định chiều dày δ.

Bố trí dầm hợp lý: các ô có δ xấp xỉ
nhau.
-

Sơ đồ phân tích áp lực nước t/d lên cửa van

15


3– Cửa van phẳng bằng thép (tiếp):
c) Tính toán kết cấu:
Dầm phụ:
-

Chịu lực từ ô bản truyền tới.

-

Gối lên các cột đứng (dầm liên tục).

Cột đứng:
-

Chịu lực từ dầm phụ, dầm đỉnh, dầm đáy.

-

Gối lên dầm chính.

Dầm chính:
-

Chịu lực từ các cột đứng.

-

Gối lên cột biên.

 Cột biên:
-

Chịu lực từ các dầm chính.

-

Gối lên các gối tựa ( bánh xe).

16


d) Các cấu tạo chi tiết:
Chi tiết bánh xe:
3
3

1

4

6

7

2

1. Bánh xe; 2. Trục; 3.

2

6
5

Vật chắn nước; 4.

4

5

Dầm chính; 5. Bộ
a)

b)

phận đỡ; 6. Cột
3

3
9

chính; 7. Cột phụ; 8.

9

Bản lề; 9. Bánh xe

1
4

4
1

2

2

5

c)

định hướng

5

d)

17


Chi tiết chắn nước đáy cửa van phẳng

a,b) Vật chắn nước bằng gỗ; c, d) Vật chắn nước bằng kim loại;
e, f, g) Vật chắn nước bằng cao su;
18


Chi tiết chắn nước bên cạnh cửa van
phẳng

a)

b)

d)

c)

e)

a và b) Vật chắn nước bằng gỗ; c, d, e) Bằng cao su.
19


20


6-3 Cöa van h×nh cung (1)
1- Đặc điểm chung:
a) Khái niệm:
-

Bản Chắn nước cong (mặt trụ)

-

Chuyển động quay quanh trục nằm ngang.

b) ưu nhược điểm:
 ưu điểm:
- Lực mở nhỏ, đóng mở nhanh.
-

Điều tiết lưu lượng tương đối tốt.

-

Mố trụ có thể mỏng; cầu công tác không cao.

 Nhược điểm:
-

Mố trụ phài dài.

-

áp lực nước tập trung lên tai van ⇒ bố trí thép tai van phức tạp (mật độ
dày).

-

Cấu tạo và lắp ráp khó hơn van phẳng.

21


6-3 Cöa van h×nh cung (2)
1- Đặc điểm chung:
 ứng dụng: khi van có nhịp lớn, yêu cầu đóng mở nhanh.
c) Quan hệ giữa tâm quay và tâm cung:
 Tâm quay thấp hơn tâm cung: lực mở giảm; khó kín nước đáy;
van kém ổn định (khi đóng).
 Tâm quay cao hơn tâm cung: Có các đặc điểm ngược lại.
 Tâm quay trùng tâm cung: thông dụng nhất (van làm việc ổn
định).

22

6-3 Cöa van h×nh cung (3)
2- Lực tác dụng lên van cung:
a) Trọng lượng van:
Công thức kinh nghiệm (Bêrêzinxki):

G = 1500F4 F

(N)

F- diện tích bản chắn nước (m2).
b) áp lực nước thượng lưu:

Sơ đồ áp lực nước tác dụng lên van cung
23


6-3 Cöa van h×nh cung (3)
2- Lực tác dụng lên van cung:
b) áp lực nước thượng lưu:
W = W12 + W22

- Thành phần ngang: W1 = 0,5.γ.H21 .L
γ- Trọng lượng riêng của nước;
L- chiều dài nhịp van.
H1- độ sâu nước thượng lưu.
- Thành phần đứng: W2 = γ.Ω2.L
Ω2- diện tích vật áp lực;
c) áp lực nước hạ lưu: tính tương tự.
24

6-3 Cöa van h×nh cung (4)

3- Lực mở van cung:

Công thức chung:

T2
T1

P1 = K1.T0 + K2.(T1 + T2).

T0
W
α

Q

G

g0

h1
W

Sơ đồ xác định lực
mở van cung

l3

T0- lực để thắng trọng lượng bản thân;
T1- lực để thắng ma sát tại khớp quay.
T2- lực để thắng ma sát tại thiết bị khít
nước.
K1, K2: các hệ số an toàn.

25