Nghiên cứu ứng dụng thiết bị thuỷ lực làm máy đóng mở trong các công trình thuỷ lợi

B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

NG

I H C BÁCH KHOA HÀ N I

--------------------------------------

LÝ THANH HÀ

NGHIÊN C U

NG D NG THI T B TH Y L C

LÀM MÁY ÓNG M
TRONG CÁC CƠNG TRÌNH TH Y L I

Chun ngành: MÁY TH Y KHÍ
LU N V N TH C S MÁY TH Y KHÍ

NG

IH

NG D N KHOA H C

PGS. TS. NGƠ S L C

HÀ N I - 2004

- 2 -

L I CAM OAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình c a riêng tơi. Các s li u, k t qu nêu trong lu n
v n là trung th c và ch a đ

c ai công b trong b t k cơng trình nào khác.


- 3 -

L IC M N
Lu n v n t t nghi p cao h c c a tôi v i đ tài “Nghiên c u ng d ng thi t b
th y l c làm máy đóng m trong các cơng trình th y l i” đã đ
trong m t th i gian ng n và đã đ t đ

c các k t qu đ t ra.

c hoàn ch nh

ng th i, giúp nâng

cao kh n ng t nghiên c u c a b n thân tôi trong quá trình ng d ng các thành
t u khoa h c và vi c phát tri n công ngh cho đ t n

c.

Tôi chân thành c m n P.G.S. T.S. Ngô S L c, ng
tơi hồn thành lu n v n này. Nh ng l i khuyên, h

đ

ih

ng d n tr c ti p cho

ng d n b ích c a ông v v n

ng d ng h th ng th y l c đ ng b và h th ng servo đã m ra m t h

ng

nghiên c u ng d ng m i trong k thu t th y l c nói chung, và ng d ng cho h
th ng c a trong th y l i nói riêng.
Tơi c ng xin c m n các gi ng viên B mơn Máy T đ ng th y khí và K thu t
tàu th y, tr

ng

HBK Hà N i đã t o đi u ki n tra c u các tài li u, h

ng d n

cho tơi hồn thành t t đ tài c a lu n v n.
Hà N i, ngày 30 tháng 8 n m 2004
Tác gi lu n v n

Lý Thanh Hà

- 4 -

M CL C
L I CAM OAN
L IC M N
M CL C
DANH M C CÁC CH VI T T T
CH NG 1
M
U
1.1
TÍNH C P THI T C A
TÀI
1.2
TÌNH HÌNH NGHIÊN C U
1.3
V V N
NGHIÊN C U
1.4
Ý NGH A KHOA H C
1.5
Ý NGH A TH C TI N
1.6
IT
NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U
1.7
NHI M V VÀ N I DUNG
1.8
PH NG PHÁP NGHIÊN C U
CH NG 2

H TH NG TH Y L C VÀ C A VAN
2.1
S L C V H TH NG TH Y L C
2.2
PHÂN LO I CÁC D NG C A THÔNG D NG
2.3
CÁC LO I T I TÁC D NG LÊN C A VAN
2.4
CÁC LO I MÁY ÓNG M TH NG DÙNG
2.5
B CH P HÀNH TUY N TÍNH
2.6
H TH NG I U KHI N TH Y L C
2.8
GI I H N V CÔNG NGH
CH NG 3
NGHIÊN C U LÝ THUY T VÀ TH C TI N
3.1
PH NG PHÁP XÁC
NH L C KÉO
3.2
QUY T C TÌM I M
TG NT I U
3.4
V KI U CH P HÀNH
3.5
V N
I U KHI N
NG B
CH NG 4

THÍ NGHI M MƠ HÌNH
4.1
M C ÍCH THÍ NGHI M
4.2
CÁC B C THÍ NGHI M
4.3
CÁC
NG
C TÍNH VAN VÀ S

2
3
4
9
10
10
10
11
12
13
13
13
13
14
15
15
15
17
20
22

29
30
36
37
37
37
49
52
52
71
71
71
71
74


- 5 -

4.4
TH C HI N CÁC B C THÍ NGHI M
4.5
K T LU N
CH NG 5
NG D NG
5.1
THI T K MÁY ĨNG M EAKRƠNGROU
CH NG 6
K T LU N
6.1
K T LU N

6.2
KI N NGH V NGHIÊN C U TI P THEO
TÀI LI U THAM KH O
PH L C
CÁC CÔNG TRÌNH S D NG M M TH Y L C

76
98
99
99
99
108
108
108
109
110
112
112


DANH M C CÁC KÝ HI U
γ:
H1 :

tr ng l
c t áp n

c th

H2 :

c t áp n

c h l u (m)

Hn :

c t áp t mép trên v t ch n n

Ht :

c t áp t tâm v t ch n n
b r ng c a (m)

L:
h0 :
pa :
b:
F:
γ bc :
h bc :

ng riêng c a n

c (N/m3)

37

ng l u (m)

chi u cao v t ch n n

37
37

c ngang đ n m t thoáng th

c ngang đ n m t thoáng th

ng l u (m) 37

ng l u (m)

c (m)

38
2

áp su t chân không (60.000N/m )
b r ng đáy c a (m)
di n tích c a van (m2)
tr ng l

38
38
42
42
42

ng riêng bùn cát l ng (13000÷14000N/m3)

43

ζ:

chi u cao l p bùn cát l ng (m)
góc nghiêng t nhiên c a bùn cát trong n

qw :

áp l c gió (N/m2)

43

fr :

h s ma sát gi a tr c và b c

43

c (rad)

43
43

H av : c t áp trung bình ép vào gio ng (m)
L a : chi u dài gio ng ti p xúc v i n c (m)

43

bs :

b r ng gio ng ti p xúc v i khe c a (m)

43

fs :

h s ma sát gi a gio ng và khe c a (N)
l c kéo c a (N)

43
43

T:
n1 :

43

h s b sung cho đ khơng chính xác c a t a đ tr ng tâm c a

44

n2 :

h s b sung cho các l c ph

44

rg

cánh tay đòn l c G đ i v i tâm quay (m)
cánh tay đòn l c Pa đ i v i tâm quay (m)

44

:
ra :

rshaft : bán kính tr c quay c a (m)
xp
: là chuy n v c a t i tr ng Mg
M:
kh i l ng c a t i b l ch (kg)
m / s2
)
G:
gia t c tr ng tr ng (9,81
fi :
ph n l c sinh ra b i các xilanh (i=1,2) (N)
Li :

J:

44
44
57
57
57
57

cánh tay đòn t đi m liên k t c a f i (i=1,2) đ n tr ng tâm c a h (m) 57
mômen quán tính c a kh i l ng quay quanh tr ng tâm c a h (kg.m2) 57


- 7 -

θ:
Pi :

góc quay c a t i quay quanh tr ng tâm (rad)

57

áp su t trong bu ng xilanh th i (Pa)

58

Ai :

di n tích bu ng xilanh th i (m )

58

mi :

kh i l

58

Ffi :

l c ma sát c a xilanh th i (N)

58

l c nh t c a xilanh th i (Ns/m)
mô đun đàn h i c a ch t l ng (N/m2)

58
58

th tích ch t l ng t c ng ra c a van đ n bu ng xilanh (m3)

58

áp su t ngu n (Pa)

58

B pi

2

:

β:
Vi :
Ps :

K qi

ng piston c a xilanh th i (kg)

: h s l ul

ng c a van

58

ui :

đi n áp đi u khi n van (V)

58

Ri :

L c hi u d ng

59

Kp

h ng s b khuy ch đ i P

64

h ng s b khuy ch đ i P

64

h ng s b khuy ch đ i I

65

tham s ch a xác đ nh v h s khuy ch đ i c a van

65

:
K cp
:
K ci :
~
K si :
~
hi :

tham s ch a xác đ nh v nh h ng c a mô đun đàn h i ch t l ng
d1 , d 2 : nhi u
K si : h ng s ph n h i t l (l n h n 0)
dˆ i :
c l ng nhi u
k p , k1

65
66
67
67

: tham s b quan sát nhi u
xˆ 5 , xˆ 6 :nghi m c a ph ng trình áp su t
Q11 : L u l ng d u ch y qua c ng 1 c a xilanh 1 (m3/s)
Q12 : L u l ng d u ch y qua c ng 2 c a xilanh 1 (m3/s)

67

P11 :

Áp su t

trong bu ng 1 c a xilanh 1 (Pa)

77

P12 :

Áp su t

trong bu ng 2 c a xilanh 1 (Pa)

77

Cd :

H s l ul

A0 :

ρ:
P1s :

ng c a ti t l u c a van t l
2

Di n tích l ti t l u c a van t l (m )
Kh i l ng riêng ch t l ng (kg/m3)

Áp su t ngu n (Pa)
Ptan k : Áp su t đ ng h i d u (Pa)
u 1in ( u r1 ) :Hàm l u l ng van t l vào xilanh theo tín hi u vào

67
77
77

77
77
77
77
77
77


- 8 -

u 1out (u r1 ) :Hàm l u l ng van t l ra xilanh theo tín hi u vào
u r1 : Tín hi u đi n áp đi u khi n van t l (V)
x 1 : hành trình c a xilanh (m)

79

A1 :

80

di n tích piston (m2)

A2 :

77
77

di n tích vành kh n (m2)
f fr1 ( x& 1 ) :l c ma sát (N)

80

M t1 : kh i l ng t i và ph n đ ng c a xilanh 1 (kg)
g:
gia t c tr ng tr ng (m/s2)
β:
mô đun đàn h i c a ch t l ng (N/m2)
V1 : th tích ch t l ng trong bu ng áp su t P11 (m3)

80
80
81

'
1

80

81

V : th tích ch t l ng trong bu ng áp su t P12 (m3)
Q 21 : L u l ng d u ch y qua c ng 1 c a xilanh 2 (m3/s)
Q 22 : L u l ng d u ch y qua c ng 2 c a xilanh 2 (m3/s)
P21 : Áp su t trong bu ng 1 c a xilanh 2 (Pa)

82

P22 :

trong bu ng 2 c a xilanh 2 (Pa)

82

Áp su t ngu n (Pa)
u 2in (u r 2 ) :Hàm l u l ng van t l vào xilanh 2 theo tín hi u vào
u 2 out (u r 2 ) :Hàm l u l ng van t l ra xilanh 2 theo tín hi u vào
u r 2 : Tín hi u đi n áp đi u khi n van t l 2 (V)

82

x2 :

82

Áp su t

P2s :

hành trình c a xilanh 2 (m)
f fr 2 ( x& 2 ) :l c ma sát xilanh 2 (m)
M t 2 : kh i l ng t i tr ng và ph n đ ng c a xilanh 2 (m)
V2 : th tích ch t l ng trong bu ng áp su t P21 (m3)
V2' : th tích ch t l ng trong bu ng áp l c P22 (m3)
P1s :

áp su t cung c p cho van t l đi u khi n xilanh 1 (Pa)

P2s :

81
82
82

82
82
82
82
82
82
82
85

áp su t cung c p cho van t l đi u khi n xilanh 2 (Pa)

Q1s : l u l ng cung c p cho van t l đi u khi n xilanh 1 (m3/s)
Q 2s : l u l ng cung c p cho van t l đi u khi n xilanh 2 (m3/s)
A1s : di n tích c ng vào c a van cho van t l đi u khi n xilanh 1 (m2)

85

A 2s : di n tích c ng vào c a van cho van t l đi u khi n xilanh 2 (m2)
Pp
: áp su t b m ngu n (Pa)

85

85
85
85

85


- 9 -

Qp

ng b m ngu n (m3/s)

:

l ul

:

di n tích c a ra b m (m2)

Ap

DANH M C CÁC CH VI T T T
SISO: h th ng m t đ u vào, m t đ u ra
(Single-Input Single-Output)
MIMO: h th ng nhi u đ u và nhi u đ u ra
(Multi-Input Multi-Output)
QFT:ph ng pháp thi t k h th ng đi u khi n c a Horowitz
(Quantitative Feedback design Theory)
M M: máy đóng m

85
85


- 10 -

1.1

CH

NG 1

M

U

TÍNH C P THI T C A

TÀI

Các thi t b c đi n ph c v cho các cơng trình th y l i, th y đi n ln gi vai
trị quan tr ng đ i v i c cơng trình, đơi khi cịn t i c an ninh qu c phòng.
Trong th i gian g n đây,

n

c ta đã b t đ u ng d ng công ngh đi u khi n

b ng th y l c vào thi t k , thi công các công trình th y l i và th y đi n, mà đi n
hình là vi c đi u khi n các c a van kích th

c l n có b r ng đ n 33m, cao đ n

15m, l c nâng đ n 250 t n, hành trình đ n 12m. Tuy nhiên, v n đ thi t k h
th ng th y l c đi u khi n đóng m các c a van trong các cơng trình th y l i
ch a đ

c nghiên c u ng d ng đ y đ

n

c ta. H u h t các thi t k c a các

công ty chuyên ngành nh Cty T v n XDTL1 c ng ch d ng l i trong vi c thi t
k cho m t cơng trình c th v i các thơng s và kinh nghi m qua các tài li u
thi t k s n có

n

c ngồi. Ch c n ng c a h th ng đi u khi n không đ

c xác

đ nh đ y đ nên có nh ng b t c p gi a khâu thi t k và yêu c u th c t t i hi n
tr

ng. M t trong nh ng lý do quan tr ng đó là do đ i ng thi t k th y l i h u

h t có ít thơng tin, tài li u và kinh nghi m thi t k h th ng th y l c, còn các nhà
thi t k h th ng th y l c thì l i ít có kinh nghi m v h th ng th y l c đi u
khi n các lo i c a van trong ngành th y l i. Có l c ng chính vì đi u này mà quy
mơ và kh n ng thi t k các c a van cho các cơng trình th y l i và th y đi n
n

c ta v n còn h n ch .

V n đ c p thi t đ t ra là ph i có m t nghiên c u ng d ng, đ a ra đ

c các tính

n ng, đ c đi m c a h th ng đi u khi n đóng m th y l c (t đây, chúng ta g i
là máy đóng m th y l c) cho các c a van, đ c bi t là c a van cung, c a van ph
bi n nh t trong các cơng trình có quy mơ v a, l n và c c l n, hay s d ng trong
các cơng trình th y l i

n

c ta.


- 11 -

1.2

TÌNH HÌNH NGHIÊN C U

1.2.1 Tình hình nghiên c u và ng d ng n

ng d ng

n

c ngoài v máy đóng m th y l c trong ngành th y l i, th y

đi n có th nói đã đi tr
ng ít đ

th

c ngồi

c chúng ta r t nhi u. Tuy nhiên, h u h t các nghiên c u

c cơng b vì tính th

ng m i cao c a nó. Có th k đ n m t vài nhà

ch t o thi t b th y l c cho các c a van, có nhi u kinh nghi m nh Hãng ABS
Hydrodyne-Rexroth, Hydrowa-Eaton.
1.2.2 Tình hình nghiên c u trong n

c

c ta, vi c thi t k , ch t o các c a van s d ng h th ng đóng m th y l c

n
m iđ

c th c hi n trong th i gian g n đây. Trong nh ng n m 70 - 80 các c a

van trong ngành th y l i ch y u ch dùng máy đóng m ki u t i cáp vào máy
đóng m ki u vít.

n nh ng n m 90 và g n đây, các công ty t v n c a ngành

th y l i nh Công ty t v n xây d ng th y l i, Cơng ty C khí đi n Th y l i m i
s d ng m t ph n thi t b th y l c đ làm máy đóng m . Tuy nhiên, nh ng
nghiên c u c th v h th ng th y l c làm máy đóng m ch a đ

c ti n hành

m t cách bài b n. D n đ n k t qu là các cơng trình khơng phát huy các u đi m
c a ng d ng th y l c. M t khác, vi c hi u không đ y đ v h th ng c ng nh
các đ c đi m khác bi t c a máy đóng m th y l c so v i các lo i máy đóng m
khác là m t trong các nguyên nhân d n đ n thi t k không h p lý c a r t nhi u
cơng trình, gây lãng phí. V các nghiên c u ng d ng c th , có th nói r ng

n

c ta, đã có nh ng nghiên c u b

cđ uđ

ng d ng máy đóng m th y l c

vào th c t nh ng ch a có nhà nghiên c u nào nghiên c u th c s đ a ra đ

c

các yêu c u v h th ng đi u khi n c ng nh tìm cách kh c ph c nh ng nh

c

đi m c a máy đóng m th y l c. Quá trình theo dõi và th ng kê nh ng u,
nh

c đi m c a máy đóng m th y l c, các hi n t

ng th

ng x y ra khi v n

hành đ đ a ra các tiêu chí v các ch c n ng c a h th ng đi u khi n th y l c
máy đóng m . M t ph n các nghiên c u v máy đóng m s đ
ch

c trình bày trong

ng 2.

Ph n Ph l c cu i lu n v n là tên và đ a đi m các công trình đ

c kh o sát.


- 12 -

1.3

V V N

NGHIÊN C U

V n đ nghiên c u ng d ng thi t b th y l c làm máy đóng m

n

c ta khá

m i m . M t trong nh ng lý do quan tr ng trong vi c ch m có các ng d ng
trong thi t k các h th ng th y l c là do ch a có các nghiên c u c th v các
ng d ng truy n đ ng th y l c cho các c a van.
v n hành c a c a van hình cung là đ tài chính đ

c đi m t i tr ng và ch đ
c trình bày trong lu n v n. H

th ng xilanh th y l c c a máy đóng m s d ng cho c a van cung, khi v n hành,
thay đ i v trí theo v trí c a. Do đó, l c đóng m thay đ i trong su t quá trình
làm vi c. V thi t k , th c t cho th y máy đóng m và cơng trình th y cơng có
nh hu ng l n nhau. V trí đ t xilanh th y l c ch p hành nh h
kéo c a. Nhi u khi l c kéo t ng g p 2-3 l n

ng l n đ n l c

các v trí khác nhau v i cùng m t

cơng trình. Lu n v n gi i quy t v n đ ch n đi m đ t g n t i u v l c kéo c a.
Gi m l c kéo c a có ngh a là gi m đ

c kích th

c xilanh th y l c, gi m đ

c

l

ng d u c n cung c p cho máy đóng m , gi m th i gian đóng m , gi m kích

th

c các tai treo, gi m v t li u gia công ch t o các b ph n liên quan. i u này

có m t ý ngh a quan tr ng vì nó liên quan đ n giá thành tồn b cơng trình.
Trong q trình tính toán l c kéo lý thuy t hai v n đ s l n l
-

t gi i quy t:

thi t k máy đóng m v i cơng trình th y m i; đ i v i cơng trình lo i
thi t k m i có th ti n hành t đ u nên d dàng l a ch n ph

ng án l c

kéo nh nh t phù h p v i các u c u c a cơng trình.
-

và / ho c thay m i máy đóng m vào cơng trình c ; đ i v i lo i nghiên
c u ng d ng này c n ph i t n d ng đ

c k t c u thép c a c , cơng trình

đã xây d ng s n, bài tốn đ t ra là tìm đi m đ t máy đóng m phù h p
đáp ng yêu c u v l c kéo nh nh t trên c s cơng trình c .
i m đ t l c cho máy, ch c n ng c a h th ng và đ ng b chuy n đ ng là các
v n đ chính đ

c gi i quy t trong lu n v n này. M c dù còn r t nhi u v n đ

khác c n ph i gi i quy t nh ng do khuôn kh gi i h n c a lu n v n không th
trình bày h t.


- 13 -

1.4

Ý NGH A KHOA H C

Cơng trình nghiên c u ng d ng thi t b th y l c làm máy đóng m có ý ngh a
quan tr ng trong h tr nghiên c u, thi t k m i ho c c i t o các cơng trình c
sang s d ng máy đóng m b ng th y l c.
Cơng trình nghiên c u đ a ra m t h

ng m i trong đi u khi n đ ng b h th ng

hai hay nhi u xilanh d a trên các nghiên c u m i trên th gi i trong th i gian
g n đây v h th ng đi u khi n th y l c và đi u khi n ch

1.5

ng trình.

Ý NGH A TH C TI N

Cơng trình gi i quy t v n đ quan tr ng c a vi c ng d ng k thu t truy n đ ng
th y l c trong ngành th y l i hi n nay. ó là các thi t k cho h th ng th y l c
cho c a van. Rút ra các tiêu chí ch c n ng quan tr ng tr giúp cho vi c thi t k
máy đóng m th y l c cho các cơng trình th y l i và đ c bi t là các c a van
cung.
Nghiên c u ng d ng m t ph

ng pháp hoàn toàn m i ng d ng trong vi c đi u

khi n đ ng b h th ng nhi u xilanh không s d ng c m bi n hành trình hay v n
t c. H th ng đi u khi n đ ng b d a trên nguyên lý này có th m r ng cho ng

d ng

1.6
it

các l nh v c khác liên quan đ n h th ng đ ng b .

IT

ng nghiên c u chính c a lu n v n này là các c a van cung. C a van cung

là c a van đ
it

NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U
c s d ng r ng rãi trong các công trình th y l i.

ng nghiên c u v h th ng đi u khi n th y l c đ ng b đ

cđ c pđ n

trong lu n v n khơng h n ch , có th là b t c h th ng nào và k t qu đ
d ng trong tr

1.7

cs

ng h p riêng là máy đóng m th y l c cho c a van.

NHI M V VÀ N I DUNG

T ng k t các ki u c a và ng d ng c a t ng lo i c a van th

ng s d ng trong

ngành th y l i.
Nghiên c u lý thuy t v tính tốn l c đóng m c a van cung và ng d ng c a lý
thuy t vào vi c xác đ nh các thông s l c kéo c a máy đóng m .


- 14 -

Nghiên c u ng d ng máy đóng m tuy n tính và các đ c đi m yêu c u trong
vi c thi t k h th ng trên c s các đ c đi m c a các c a van trong ngành th y
l i. T đó, rút ra các yêu c u v ch c n ng ng d ng th y l c đ c thù cho các
c a van trong ngành th y l i.
Nghiên c u lý thuy t h th ng đi u khi n đ ng b cho hai xilanh. Nghiên c u
các đ c đi m quan tr ng nh t c a h th ng đi u khi n đ ng b và đ

n đ nh

đi u khi n c a h th ng.
Ti n hành thí nghi m s b ki m nghi m thi t k lý thuy t v h th ng đ ng b .
Áp d ng vào m t cơng trình g n nh t đ kh o nghi m k t qu trong th c t

ng

d ng.

1.8

PH

NG PHÁP NGHIÊN C U

Các nghiên c u trình bày trong lu n v n d a trên ph

ng pháp phân tích logic

các đ c đi m t i tr ng đ t lên các c a van và đ c đi m đi u khi n c a các ph n
t th y l c trong vi c nghiên c u ng d ng máy đóng m tuy n tính.
K t h p v i kinh nghi m s d ng c a van trong ngành th y l i và các k t qu lý
thuy t, t đó rút ra các k t lu n liên quan đ n thi t k h th ng th y l c c a máy
đóng m .


- 15 -

CH

NG 2

H TH NG TH Y L C VÀ C AVAN
2.1

S L

C V H TH NG TH Y L C

Trong th c t , vi c truy n n ng l
Vi c truy n n ng l

ng có th th c hi n đ

c thông qua ch t l ng.

ng thông qua ch t l ng làm v t mang n ng l

th c hi n vi c phân ph i và đi u khi n dòng n ng l

ng d dàng

ng h n so v i các truy n

đ ng khác. Máy đóng m thu l c c ng là m t h th ng th y l c và đ

c thi t

k đ đáp ng yêu c u truy n đ ng c a c a van.

H2-1. Truy n n ng l

ng trong h th ng th y l c

Nói chung, h th ng th y l c th

ng có nh ng b ph n chính nh H2-2. Trên

th c t , vi c th c hi n truy n đ ng th y l c th

ng có đ

nh t so v i các lo i truy n đ ng khác. i u này đ t đ
l

ng d

c công su t riêng l n

c là nh vi c truy n n ng

i áp su t r t cao trong các m ch th y l c. Thông th

ng áp su t này

trong kho ng 150 bar đ n 500 bar. V i h th ng th y l c trong các thi t b và
cơng trình th y l i và dân d ng thì áp su t c a h th ng ph bi n vào kho ng 150
bar ÷ 300 bar. V t ng quan, m t h th ng truy n đ ng th y l c bao g m các
ph n t nh b m th y l c (1) hút d u t thùng ch a d u (2). B m (1) đ y d u áp
l c qua van m t chi u (3) đ n van phân ph i (6). T van phân ph i (6) d u d n
đ n van ti t l u (7) đ n bu ng nh xilanh (5). Xilanh th y l c (5) chuy n đ ng


- 16 -

lùi đ y d u v thùng ch a (2) qua van phân ph i (6). Van phân ph i (6) có th
đi u khi n d u ch y theo chi u ng

c l i. T c là d u ch y t van phân ph i (6)

vào bu ng l n xilanh (5). D u h i t bu ng nh ch y qua van ti t l u (7) v
thùng ch a qua van phân ph i (6). Trên đ

ng r nhánh tr

c khi d n đ n van

phân ph i (6) cịn có van an toàn áp su t (4), van s x d n v b khi xilanh (5)
chuy n đ ng h t hành trình ho c/và khi d u ch y ng
nguyên nhân nào đó (quá t i).

H2-2. H th ng th y l c đi n hình

c v b m t xilanh vì m t


- 17 -

Các ch c n ng và yêu c u ch c n ng c a h th ng th y l c máy đóng m s
đ

c trình bày k trong ch

ng sau, ph n “Ch c n ng th y l c c a máy đóng

m ”.

2.2

PHÂN LO I CÁC D NG C A THÔNG D NG

C a van là b ph n không th thi u trong các cơng trình th y l i. C a van có
nhi u d ng, nhi u lo i. Vì v y, vi c phân lo i c a van th
m t quy

ng không tuân theo

c nh t đ nh nào.

H2-3. Các lo i c a thông d ng trong th y l i
1. C a ph ng

2. C a cung

3. C a tr l n

4. C a s p

5. C a hình qu t

6. C a ph ng xích

7. C a mái nhà

8. C a khung quay

9. C a ch nhân

10. C a tr đ ng

11. C a tr

12. C a âu thuy n

D a vào tính ch t ch u áp l c c a c t n
m t và c a d

c th

t

ng chia c a làm 2 lo i: c a trên

i sâu

Theo hình d ng c a c a, các lo i c a đ

c chia thành c a cung, c a hình qu t,

c a ph ng…
Theo hình th c, có c a đ y ngang, c a quay, c a s p…


- 18 -

Theo tính ch t đi u khi n có c a t đ ng, c a bán t đ ng, c a thông minh…
Theo ch c n ng c a c a, cịn phân thành c a chính, c a s a ch a, c a s c ho c
c a s c s a ch a.
Các c a đi u ti t n

c và ng n m n trên th c t có th chia thành 12 lo i chính

nh H2-3, ph thu c vào m c đích ng d ng mà chúng có ph m vi s d ng khác
nhau.
2.2.1 C a ph ng

M t trong nh ng lo i c a ph bi n nh t là c a ph ng.

H2-4. C a ph ng s d ng làm c a âu

H2-5. C a cung đi n hình s d ng máy

thuy n

dóng m th y l c

C a ph ng là hình th c c a ra đ i s m nh t trong các lo i c a s d ng trong các
công trình th y l i, song đ n nay v n còn đ

c áp d ng h t s c r ng rãi. C a

ph ng n m trong nhóm c a ván m t, đ

c s d ng nhi u trong các cơng trình

trên kênh, c ng l y n

c, đ p tràn các cơng trình c n đi u ti t

l ul

c, tiêu n

c, x n

ng, c a đóng nhanh trong nhà máy th y đi n.

C a có chi u r ng t 0,6m÷45m, th
h

ng cho c a ph ng chuy n đ ng th

chi u cao c t n

ng g p c a có b r ng nh h n 20m. D n
ng là bánh xe l n ho c thanh tr

c l n, đ gi m l c đóng m , ng

dùng đ i tr ng ho c k t h p c hai bi n pháp.

t. Khi

i ta s d ng c a 2 l p ho c


- 19 -

2.2.2 C a cung

H th ng đi u ti t n
ch n. C a cung đ

c s d ng c a cung đ u là lo i c a có đ an tồn cao, ch c
c s d ng r ng rãi trong các cơng trình th y l i đ c bi t

đ p tràn, đ p dâng và c ng trong vùng nh h

H2-6. C a ph ng

ng c a th y tri u.

H2-7. C a cung có đ i tr ng

Ngồi c a cung thơng d ng, trong th c t còn g p c a cung có c a s p bên trên,
c a s p bên trên s d ng khi x tràn l u l
c a cung đ

ng nh , khi x l u l

ng l n toàn b

c kéo lên. Ngoài c a cung m t l p cịn có c a cung 2 l p, c a cung

có phao và c a cung có đ i tr ng đ gi m l c đóng m .
trong các cơng trình th y l i còn s d ng c a cung k t h p c a s p, c a s p
đ

c b trí

ph n trên, dùng đ x m t ph n l u l

b ng cách kéo toàn b lên.

H2-8. C a cung k t h p c a s p

ng n

c và x l u l

ng l n


- 20 -

2.2.3 C a s p

C as pđ

ng đ

c th

c s d ng

đ p tràn, đ p dâng v i dàn n

c 4-6m, cá

bi t đ n 10m.
C a s p là c a quan tr ng trong ng n m n và trong các âu thuy n

nh ng vùng

bùn cát l ng vì đ t nh khơng h n ch , th i gian nâng h nhanh.

2.3

CÁC LO I T I TÁC D NG LÊN C A VAN

2.3.1 Nguyên lý các máy đóng m
Ph

ng pháp c b n đ xây d ng m t k t c u máy đóng m c a van là ph i xác

đ nh đ

c m c đích và nh ng nh h

ng chính c a c c u đó. Tr

c tiên c n

quy t đ nh v lo i truy n đ ng cho lo i và ki u máy đóng m nào, n ng l
s d ng là gì (ví d n ng l

ng đi n, s c ng

ng

i, ch t l ng, khí nén...), ti p theo

ng pháp cơng tác, lo i truy n đ ng và hàng lo t nh ng thông s

là l a ch n ph

k thu t khác nh ph ng pháp đi u ch nh t c đ (c ho c đi n) và m c tiêu kinh
t ph i đ t đ

c.

Trong m t c c u hay máy đóng m c a van bao gi c ng có ba ph n chính: b
ph n công tác, b ph n truy n đ ng và b ph n phát đ ng.
B ph n công tác là chi ti t, b ph n máy nh n n ng l
b ph n tr

ng ho c c n ng c a các

c đó truy n cho đ th c hi n m c đích chính, nhi m v chính c a c

c u, ví d : tang, dây cáp, puly, móc treo trong máy đóng m b ng dây m m,
xilanh th y l c, vít me trong c c u nâng đ nâng h v t, c a van theo ki u có
k t c u c ng.v..v.
B ph n truy n đ ng là ph n trung gian nh n, bi n đ i, phân ph i và truy n n ng
l

ng t b ph n d n đ ng đ n b ph n cơng tác. Trong máy đóng m th

ng

dùng các lo i truy n đ ng: truy n đ ng c khí (bao g m các kh p n i tr c, tr c,
các c p bánh r ng,

đ s p x p theo m t th t nh t đ nh), truy n đ ng đi n

(bao g m máy phát đi n, đ
l c (bao g m máy b m, đ

ng dây truy n d n, đ ng c đi n); truy n đ ng thu
ng ng d n ch t l ng, đ ng c thu l c).


- 21 -

B ph n phát đ ng là ph n phát ra l c ban đ u, s n sinh ra n ng l
cung c p cho b công tác th c hi n đ

ng đ đ

c ch c n ng công vi c. B ph n d n đ ng

g m các lo i đ ng c đi n, tuabin, đ ng c đ t trong, bình khí nén; s c ng

i…

Nh v y, đ th c hi n công vi c c a m t b công tác, ta có th s d ng b ph n
d n đ ng và truy n đ ng khác nhau. M i lo i d n đ ng và truy n đ ng có nh ng
u nh

c đi m riêng v k thu t, kinh t và ph m vi ng d ng. Vì v y, khi l a

ch n s đ d n đ ng và truy n đ ng cho m t c c u đ thi t k , c n quan tâm t i
các thông s làm vi c nh công su t, t c đ , đ c tính đ ng l c h c, ph

ng pháp

đi u khi n, kh n ng quá t i, kh n ng tiêu chu n hoá và t đ ng hoá, kh n ng
l p đ t, v n hành, an toàn, các ch tiêu kinh t nh
kh u hao, chi phí b o d

ng s a ch a, nh h

giá thành, chi phí s n xu t,

ng đ n môi tr

ng sinh thái.

2.3.2 Các l c tác d ng vào c a van
ng l c h c c a c a van đ
t

ng do nh h

c tính toán khá đ n gi n. Tuy nhiên r t nhi u hi n

ng c a các tác đ ng khách quan x y ra khi v n hành.

i u đó

d n t i h th ng th y l c đi u khi n máy đóng m khá ph c t p.
Mu n đóng m c a van, thì ph i t o đ

cđ l c

c c u nâng đ th ng đ

c

l c c n khi nâng c ng nh khi h c a van. Các t i tr ng tác d ng lên c a van có
tác đ ng tr c ti p lên máy đóng m c a van. Trong tính tốn thi t k c a van
ng

i ta đã đ a vào 9 lo i t i tr ng tác d ng lên c a van đ tính tốn thi t k k t

c u thép c a c a, b o đ m cho c a ch u đ

c t i tr ng b t l i nh t. Khi thi t k

máy đóng m đ đóng m c a van, ph i quan tâm t i các lo i t i tr ng này. M t
đi u c n quan tâm là các lo i t i tr ng này đ u bi n thiên v tr s trong q trình
đóng và m c a, riêng l c ma sát còn thay đ i ph
chuy n đ ng. Ng

ng c a l c khi thay đ i chi u

i thi t k c n n m v ng s bi n thiên đó đ tính tốn l a ch n

t h p t i tr ng thích h p nh t, tính ch n đ

c đ ng c làm vi c an toàn, khơng

lãng phí cơng su t .
C a van th

ng ch u tác d ng ch y u c a áp l c n

c t nh, áp l c th m, t

tr ng c a, l c quán tính (khi chuy n đ ng), áp l c gió, áp l c khơng khí, áp l c
sóng, l c va c a các v t trôi n i, l l ng, áp l c bùn cát l ng, l c giãn n vì
nhi t, l c do đ ng đ t, t i tr ng các thi t b l p ráp, ph

ng ti n giao thông và


- 22 -

ng

i đi l i trên c a, l c c a máy đóng m , l c hút chân khơng (khi khơng đóng

hồn tồn). Ngồi ra, cịn có l c k t do v t trôi n i theo dịng ch y chèn vào khe
van khơng th xác đ nh đ y đ và chính xác.
h n l c m c a van, do v y có nhi u tr
hai chi u, nh t là đ i v i c a van d
gió th

ơi khi, l c đóng c a van còn l n

ng h p ph i có l c đóng m đ

i sâu. H n n a, mơi tr

ng m

cc
t, m a

ng xun gây ra khó kh n cho vi c b o qu n thi t b . Máy đóng m , nói

chung ,khơng làm vi c th

ng xuyên mà ch đóng m khi c n thi t, đi u đó d

d n đ n han r , ho t đ ng không tr n tru, khi kh i đ ng d gây quá t i cho đ ng
c . V trí đ t máy th

ng không b ng ph ng, r t d gây ra sai s khi l p ráp; gây

ra l c đóng m l n ngồi tính tốn. Vì v y, vi c l a ch n nguyên lý, k t c u máy
đóng m sao cho h p lý, ho t đ ng an toàn, nh nhàng là vi c làm khó kh n địi
h i ph i nghiên c u c n th n, k l

ng theo đ c đi m c a t ng cơng trình c th ,

t ng vùng.
Các t i tr ng trên luôn luôn bi n thiên trong q trình đóng m c a van. Do v y,
c n ph i l a ch n m t t h p t i tr ng phù h p v i đ c đi m c a cơng trình đ

thi t k máy đóng m có hi u qu .
Trên c s các l c trên, khi thi t k c a van phân ra các t h p l c đ tính tốn.
Các l c chính bao g m áp l c n
th m c a n

c t nh ho c đ ng, t tr ng, áp l c sóng, áp l c

c, áp l c khơng khí, áp l c bùn cát, l c kéo c a máy đóng m , t i

tr ng thi t b l p ráp, đi l i trên c a, l c quán tính, t i tr ng gió, l c giãn n vì
nhi t
T h p l c trong các tr

ng h p đ c bi t bao g m t h p các l c chính, l c b

sung c a máy đóng m khi c a b k t, l c va c a tàu thuy n, v t n i, l c do đ ng
đ t, t i tr ng do l p táp, t i tr ng thi t b th t i.

2.4

CÁC LO I MÁY ĨNG M TH

NG DÙNG

2.4.1Máy đóng m ki u t i cáp

T i là m t thi t b nâng h c a van thông qua h th ng dây m m (th
cáp ho c xích) cu n lên tang ho c rịng r c xích. Tang cu n và nh cáp đ
b bánh r ng truy n đ ng v i ngu n đ ng l c có th là s c ng
đi n.

ng b ng
c nh

i hay đ ng c


- 23 -

Máy đóng m ki u t i có các b ph n chính nh b ph n nâng c a; g m dây cáp,
tang qu n cáp, ròng r c t nh và đ ng (trong tr
và k p cáp;

i v i c a van nh th

ng h p c n t ng b i su t pa l ng)

ng dùng lo i t i 1 tang qu n, cịn đ i v i

c a van có kh u đ l n, ch u t i tr ng l n th

ng dùng lo i hai tang. Trong c

ng h p nói trên (1 tang hay 2 tang) thì đi m kéo c a bao gi c ng là 2

hai tr

đi m đ b o đ m kéo cân b ng hai bên c a.

H2-9. M M t i cáp cho c a ph ng

H2-10. M M t i cáp kéo c a cung

B ph n truy n đ ng c a t i là các kh p n i, c c u phanh, h p gi m t c hay
các b truy n cho t i tang cu n cáp. B ph n phát đ ng là đ ng c đi n ho c
s c ng

i. T i cáp đ

c s d ng đ nâng h c a van ph ng, c a van cung, c a

van ki u qu t - ng l n, ki u mái nhà, ki u tr đ ng…, c ng có th dùng trong c
c u đóng m c a van ki u n i ch nhân song ph i có cách m c thích h p (H211).

i u ki n s d ng b h n ch v i các c a van ph i có kh n ng t đóng,

ho c ph i thêm gia tr ng hay ph i m c cáp đ có kh n ng kéo đ

c khi đóng.

Khi dùng máy đóng m ki u t i cáp luôn ph i đ t trên c u công tác phía trên
đ nh c a van.


- 24 -

H2-11. T i cáp kéo c a ch nhân

H2-12. Máy đóng m c a ph ng b ng t i cáp

- Các u đi m c a máy đóng m t i cáp
d o c a cáp cho phép kh c ph c đ

c đ khơng chính xác do l p đ t, ch có

m t thành ph n duy nh t là l c kéo d c theo dây cáp, linh đ ng trong móc t i,
kh n ng t ng b i su t pa l ng đ đi u ch nh l c nâng t i khi thi t b có s n và
khơng h n ch t c đ nâng, hi u su t b truy n khá cao (tr tr

ng h p dùng

h p gi m t c bánh vít - tr c vít có kh n ng t hãm), ti t ki m đ

c cơng su t

máy, có kh n ng t đ ng hố, có kh n ng đi u khi n t xa, l p đ t trên cơng
trình g n gàng, t ng v đ p cho cơng trình, không b nh h

ng b i kho ng cách

t đ nh c a đ n cao trình đ t máy nên áp d ng r t hi u qu

nh ng c a van

cung trên tràn x l khi kho ng cách này l n, có th áp d ng t t c

nh ng n i

có ho c khơng có đi n, d ch t o, l c kéo khá l n, v n hành đ n gi n, d b o
d

ng, d b trí, ph

ng l c đóng m

n đ nh, đ ng b chuy n đ ng khá d

dàng, hành trình đóng m l n, d ch t o, giá thành t

ng đ i th p có th k t

h p ho c dùng c u tr c nh m t máy đóng m .
- Nh

c đi m c a máy đóng m t i cáp

Do có tang, puly nên chi u cao đ t máy cao h n, ph c t p h n các lo i máy đóng
m khác. Khó s d ng trong tr

ng h p c a van khơng t đóng, s đ b trí h

th ng dây cáp khá ph c t p, nh t là đ i v i các c a van ch u t i l n c n t ng b i
su t pa l ng, hay v i các lo i c a van ph ng nhi u t ng và c a van d

i sâu khi

đóng c n l c n, vi c b o qu n cáp trong đi u ki n kh c nghi t c a th i ti t, m
t, khó bơi tr n, ch t bơi tr n d b lão hố và trôi, trong các tr

ng h p khi

- 25 -

làm vi c dây cáp ng p trong n
cáp, khó b o d

c nh h

ng đ n đ b n, kh n ng làm vi c c a

ng (nh đ i v i c a van đ p L i Giang, Bình

nh), dây cáp

tích t rác, v t trôi n i, d b ách t c và ng n c n dịng ch y, khó làm v sinh, đ i
v i các c a van có kh u đ B < 2,5m khơng thích h p, v i b truy n tr c vítbánh vít có hi u su t th p, t c đ nâng h ch m t vài gi đ n vài ngày, kém an
toàn do d đ t, tu t cáp, th

ng ph i b trí cáp phía th

ng l u nên hay b g ,

ch ng rung c a kém, cáp hay b rung đ ng trong quá trình v n hành, đi u khi n
t c đ khá khó kh n.

H2-13. Máy đóng m b ng t i cáp,

H2-14. Máy đóng m bánh r ng và máy

đ ng b b ng thanh truy n

đóng m th y l c âu thuy n Panama

i v i c a cung, h th ng máy đóng m b ng t i các có u đi m v góc kéo
c a g n nh khơng đ i khi b trí cáp
đ nh l c đóng m và thơng th

phía tr

c tơn b n m t. Do đó, d xác

ng v trí máy đóng m đ

c đ t sao cho trùng

v i m t ti p tuy n v i c a cung trên cơng trình th y.
2.4.2 Máy đóng m c a van tr c vít-đai c

Máy đóng m ki u vít th

ng dùng ph bi n trong c a ph ng, ít dùng cho các

lo i c a khác vì c c u chuy n h

ng ph c t p h n máy đóng m ki u t i cáp.

Máy đóng m ki u vít d a trên nguyên lý truy n đ ng vít-đai c.
đóng m c a van, đai c quay t i ch xung quanh đ

i v i máy

ng tâm tr c vít và ch u l c

nén c a tr c vít, tr c vít chuy n đ ng t nh ti n th c hi n nhi m v đóng m c a
van. Truy n đ ng vít đai c có u đi m nh ng c ng có nh ng nh

c đi m không

th kh c ph c. Tr c vít g n li n v i tai c a làm nhi m v đóng m c a.
ch u l c làm nhi m v truy n mô men t các b truy n tr
đ n tr c vít.

ai c th

ng l p trong h p ch u l c.

ai c

c nó hay t tay quay

ai c th

ng liên đ ng v i