Giáo trình Thủy công (Nghề: Vận hành thủy điện) - Trường CĐ Cộng đồng Lào Cai

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI
TRƯỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI

GIÁO TRÌNH
NỘI BỘ
MƠ ĐUN: THỦY CƠNG
NGHỀ : VẬN HÀNH THỦY ĐIỆN
(Áp dụng cho trình độ Trung cấp)

LƯU HÀNH NỘI BỘ
NĂM 2017
LỜI GIỚI THIỆU


Thủy công là một trong những mô đun chuyên môn được biên soạn dựa trên
chương trình khung và chương trình dạy nghề do Bộ Lao động - Thương binh và Xã
hội và Tổng cục Dạy nghề ban hành dành cho hệTrung Cấp Nghề Vận hành nhà máy
thủy điện .
Giáo trình này được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên được xây
dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất, trong mỗi bài đều có ví dụ và bài tập áp dụng
để làm sáng tỏ lý thuyết.
Khi biên soạn, tác giả đã dựa trên kinh nghiệm giảng dậy, tham khảo đồng
nghiệp và tham khảo ở nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội dung chương trình
đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết và thực hành được biên
soạn gắn với nhu cầu thực tế.
Nội dung của môn học gồm có 5 bài:
Bài 1: Khái niệm và phân loại các thiết bị cơ khí thuỷ cơng
Bài 2: Lưới chắn rác và thiết bị vớt rác
Bài 3: Các van xả mặt
Bài 4: Các loại van xả sâu
Bài 5: Hệ thống dẫn động đóng mở các van

Bài 6: Quy định các cánh phai và các quy định khác
Bài 7: Các thao tác khi vận hành
Bài 8: Các thao tác khi bị sự cố
Trong q trình biên soạn mặc dù đã có rất nhiều cố gắng song khó tránh khỏi
những sai sót, nhầm lẫn và khiếm khuyết. Tôi rất mong nhận được sự góp ý của Quý
đồng nghiệp và các bạn Học sinh - Sinh viên trong tồn Trường để giáo trình ngày
càng hồn thiện hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp, cảm ơn Khoa Điện-Điện tử,
Trường Cao đẳng Lào Cai đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho tôi hồn thành giáo trình
này.
Lào Cai, ngày .... tháng .... năm 2017
Người biên soạn

GV Ngô Đức Hiếu


MỤC LỤC
Nội dung
Bài 1: Khái niệm và phân loại các thiết bị cơ khí thuỷ cơng
1.Khái niệm
2.Phân loại

TRANG
6

Bài 2: Lưới chắn rác và thiết bị vớt rác

6
6
9

1. Công dụng:

9

2. Cấu tạo và nguyên tắc bố trí

11

Bài 3: Các van xả mặt

13

1. Van phẳng

13

2. Van cung

15

3. Van hình quạt.

16

4. Van hình mái nhà

17

5. Xác định lực đóng mở cánh phai

18

6. Các hình thức làm kín khít cánh van

19

Bài 4: Các loại van xả sâu

22

1. Van đĩa

22

2. Van kim

24

3. Van khoá

25

4. Van cơn

26

5. Van trụ đứng

28

Bài 5: Hệ thống dẫn động đóng mở các van

31

1. Hệ thống dẫn động đóng mở các van bằng thuỷ lực

31

2. Hệ thống dẫn động đóng mở các van bằng cần trục

35

3. Hệ thống đóng mở các van bằng sức nước

38

Bài 6: Quy định các cánh phai và các quy định khác

39

1. Quy định các phai và các quy định khác

39

2 Tại bể áp lực

41

3. Tại bể lắng

43

4. Các quy định khác

46

Bài 7: Các thao tác khi vận hành

49

1. Thao tác đưa nước về chạy máy

49

2. Thao tác đóng nươc dừng máy

50

Bài 8: Các thao tác khi bị sự cố

53

1. Thao tác khi lũ lụt

53


2. Thao tác khi sự cố dưới gian máy

54

TÀI LIỆU THAM KHẢO

56


GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN THỦY CƠNG
MỤC TIÊU MƠ ĐUN:
1. Kiến thức:
- Trình bày được tác dụng, cấu tạo, vật liệu chế tạo, nguyên lý làm việc, môi trường
làm việc của các loại thiết bị cơ khí thuỷ cơng trong các nhà máy thuỷ điện;
- Phân tích được nguyên lý làm việc, ứng dụng của các hệ thống dẫn động thiết bị
cơ khí thuỷ cơng trong nhà máy thuỷ điện.
2. Kỹ năng:
- Xác định được vị trí lắp đặt và nguyên tắc bố trí các thiết bị thủy cơng.
3. Năng tự chủ và trách nhiệm:
- Nghiêm túc, chủ động trong học tập. Ứng dụng các kiến thức đã học vào thực tế.
NỘI DUNG:


BÀI 1: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ
CƠ KHÍ THỦY CƠNG
Mục tiêu:
Sau khi học xong bài này người học có khả năng:
- Phân biệt được các loại thiết bị cơ khí thuỷ cơng thường gặp trong các cơng trình
thuỷ điện;
- Xác định được vị trí lắp đặt của chúng.
- Nghiêm túc, chủ động trong học tập.
Nội dung:

1. Khái niệm.
Cửa van là một bộ phận của cơng trình thuỷ lợi, bố trí tại các lỗ tháo nước của
đập ,cống... để khống chế mực nước và điều tiết lưu lượng theo yêu cầu tháo nước ở
các thời kỳ khác nhau. Cửa van có thể di động được nhờ sức kéo từ các thiết bị đóng
mở hoặc nhờ sức nước. Khi cửa van chuyển động,nó tựa lên các bộ phận cố định gắn
chặt vào mố hoặc ngưỡng của cơng trình tháo.
Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế cửa van là: cấu tạo đơn giản, lắp ráp, sửa chữa dễ
dàng;
Đóng mở nhẹ và nhanh; đủ khả năng chịu lực, làm việc an toàn và bền; đảm bảo
mỹ quan, giá thành hợp lý. Trong quá trình sử dụng, cửa van phải đảm bảo khống chế
được mọi lưu lượng khác nhau theo yêu cầu khai thác. Chỗ tiếp xúc giữa cửa van với
trụ, ngưỡng đáy, tường ngực phải có thiết bị chắn nước tốt để chống rị rỉ.
Trường hợp phía thượng lưu có nhiều bùn cát hay vật nổi thì cửa van phải có khả năng
tháo bùn cát hay vật nổi dễ dàng
2. Phân loại:
Cửa van được sử dụng rất rộng rãi trong cơng trình thuỷ lợi. Hình thức của
chúng rất đa dạng, phong phú. Có thể phân loại cửa van theo nhiều cách khác nhau.
2.1 Phân loại theo mục đích sử dụng:
Phân thành van chính, van sự cố, van sửa chữa, van thi cơng.
Cửa van chính thực hiện chức năng điều tiết lưu lượng, khống chế mực nước
trong thời gian khai thác cơng trình.
Van sự cố dùng để đóng bịt cửa tháo nước trong trường hợp có sự cố. Các van
này cần đảm bảo yêu cầu đóng nhanh, trong điều kiện nước chảy và với cột nước cao.
Trong đa số các công trình thuỷ lợi, tốc độ đóng van sự cố thường áp dụng là 0,2 0,5m/phút. Còn trong những trường hợp đặc biệt, ví dụ như van ở cửa nhận nước của
nhà máy thuỷ điện, có thể sử dụng thiết bị đóng nhanh với thời gian đóng cửa chỉ tính
bằng giây.


Van sửa chữa chỉ sử dụng để đóng các cửa trong thời gian sửa chữa van chính
hay thiết bị đóng mở nó, cịn van thi cơng thì sử dụng trong thời kỳ xây dựng cơng

trình. Trong nhiều trường hợp thường sử dụng kết hợp các chức năng khác nhau trên 1
cửa van, ví dụ van sự cố sửa chữa, hay sử dụng van chính trong thời kỳ thi cơng, sửa
chữa...
2.2. Phân loại theo vị trí đặt van:

a) Phai; b) Van phẳng kéo lên; c)Van cung; d)Van trụ lăn; đ,e) van quạt; g)Van mái
nhà;
Van phẳng trục ngang; i) Van trụ quay; k) Van dàn quay; l) Van có thanh chống xiên;
m) Van (đập )cao su.
Loại van trên mặt(hình17-1) thường sử dụng ở các đập tràn, cống lộ thiên... Đặc điểm
của loại này là khi đóng, đầu van nhơ lên khỏi mặt nước.
Ở loại van dưới sâu (Hình17-2) thì khi đóng, van ngập sâu trong nước và chịu áp suất
lớn do nước truyền tới.


a) Van phẳng; b) Van cung; c) Van khoá; d) Van đĩa trục ngang; đ) Van kim; e) Van
cơn (nón); g) Van trụ xoay; h) Van cầu; i,k) Van trụ đứng.
2.3.Phân loại theo cách truyền lực
Phân ra loại van truyền lực cho mố(hình17-1a, b, c,d) và van truyền lực chọn ngưỡng
đáy ( Hình17-1d, e,g, h,i,k,l,m).
2.4. Phân loại theo vật liệu
Theo vật liệu xây dựng, phân biệt cửa van bằng thép, gỗ, bê tông cốt thép hoặc chất
dẻo (composit). Khi thiết kế, tuỳ theo quy mô lớn nhỏ, mức độ quan trọng, điều kiện
làm việc của van để chọn vật liệu chot hích hợp.
2.5.Theo hình thức tháo nước qua cửa van:
Tháo nước dưới đáy (hình17-3a), tháo nước trên đỉnh van ( Hình 17-3b) hay tháo nước
đồng thời cả ở dưới đáy và trên đỉnh (hình17-3c).


BÀI 2: LƯỚI CHẮN RÁC VÀ THIẾT BỊ VỚT RÁC

Mục tiêu:
Sau khi học xong bài này người học có khả năng:
- Trình bày được Cơng dụng, cấu tạo và ngun lý làm việc của các loại thiết bị
chắn rác thường gặp trong các cơng trình thuỷ điện;
- Xác định được vị trí lắp đặt của chúng.
- Nghiêm túc, chủ động trong học tập.
Nội dung:
1. Lưới chắn rác.
1.1. Công dụng.
Lưới chắn rác dùng để bảo vệ các bộ phận và thiết bị của các cơng trình dẫn nước
khỏi bị hư hại do bùn cát, vật nổi và rác bẩn gây nên.
1.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí
Lưới chắn rác bao gồm những thanh kim loại có tiết diện hình trịn, hình chữ nhật
hoặc có tiết diện hình lưu tuyến được đặt theo phương thẳng đứng trên hệ thống khung
dầm đặt tựa vào trụ pin hoặc trong các khe nằm trong trụ pin.

Hình 1. Kết cấu lưới chắn rác phẳng:
1- thanh lưới đứng; 2- dầm ngang; 3- dầm dọc; 4- giằng chéo; 5- thanh ngang lưới
chắn rác; 6- dầm biên; 7- khớp nối các tầng lưới.
Cấu tạo lưới chắn rác gồm: khung lưới và các song dọc chắn rác 6. Khi lưới có
chiều cao lớn được phân ra các đoạn và các tầng, nối các tầng với nhau qua các khớp
7. Khung lưới gồm có các dầm tựa biên 1, các dầm ngang 2, các dầm dọc giữa 3, các
thanh dằng xiên 4. Các song dọc chắn rác làm bằng thép trịn đối với lưới nhỏ cịn
phần lớn có dạng mặt cắt dạng lưu tuyến để tăng độ bền và giảm tổn thất thuỷ lực
(hình 2).
Khoảng cách (a - khoảng trống) giữa các thanh phụ thuộc vào kích thước và loại


turbin, vào số lượng và loại rác bẩn trong dòng chảy. Việc lựa chọn kích thước này
phải thơng qua tính tốn sao cho những vật trơi qua khơng làm hư hại các bộ phận

turbin. Khi thiết kế sơ bộ khoảng cách các thanh có thể lấy như sau:
- Đối với turbin cánh quay,cánh quạt:

a = 1/20 D1 (a = 520cm)

- Đối với turbin tâm trục :

a = 1/30 D1 (a=310cm )

- Đối với turbin gáo:
a = 27cm
Ở những cửa lấy nước có kích thước lớn, lưới chắn rác được chia thành nhiều tầng
đặt chồng lên nhau trong các khe thẳng đứng.
Kích thước của lưới có ảnh hưởng lớn đến kích thước toàn bộ cửa lấy nước,
phụ thuộc vào số lượng, loại rác, phượng thức cào rác và phụ thuộc vào tổn thất
cột nước trên lưới. Khi nước mang nhiều rác và ngưỡng cửa lấy nước đặt không
sâu dưới mực nước dâng bình thường (MNDBT) lắm (< 20 - 25 m) và dọn rác
bằng máy thì vận tốc trên lưới chắn rác thường lấy v = (1 - 1,2) m/s. Khi ngưỡng
cửa đặt quá sâu, việc dọn rác không thể tiến hành được thì vận tốc trên lưới thường
chọn v = (0,25 - 0,5) m/s và lưới được đặt cố định. Khi nước ít rác bẩn thì vận tốc
trên lưới lấy không lớn hơn 2 m/s.
Điều kiện này khi vớt rác phải dừng máy hoặc giảm công suất phát điện. Đặt lưới
chắn rác phải đảm bảo thuận dòng chảy để tránh gây tổn thất lớn, kết cấu lưới phải
vững chắc và thuận tiện cho việc lắp đặt và tháo dỡ lưới và dọn rác. Vị trí đặt lưới
thơng thường đặt trước van sửa chữa và van sửa chữa-sự cố (van công tác). Tuy nhiên
khi nước ít rác và có luận chứng thoả đáng có thể lắp lưới chắn rác giữa hai van.

Hình 2. Hình dạng mặt cắt ngang song lưới và dầm ngang đỡ lưới. a - mặt
cắt ngang hệ thanh; mặt cắt ngang dầm đỡ ngang

Để giảm kích thước cửa lấy nước và khẩu độ cầu trục phục vụ lưới, nhiều trường
hợp người ta dùng chung khe lưới chắn rác và khe van sửa chữa làm một, tuy
nhiên cách này gây khó khăn cho vận hành và rác có thể xâm nhập vào van cơng tác
khi kéo lưới lên. Ở trạm thuỷ điện nhỏ, vớt rác thủ công muốn vớt rác tiện lợi phải
đặt lưới nghiêng một góc750sovới phương đứng và vận tốc dịng chảy qua lưới phải
lấy nhỏ hơn vớt máy.
2. Cấu tạo và nguyên tắc bố trí
2.1. Cấu tạo
Việc dọn rác bẩn trên lưới chắn rác nhờ các thiết bị chuyên dụng, phụ thuộc vào
đặc điểm các loại rác bẩn, vị trí lưới chắn rác mà có thể bố trí các thiết bị cào vớt rác
khác nhau. Các thiết bị này thường được bố trí trên cầu trục sử dụng chung cho tồn
bộ cửa lấy nước, trong một số trường hợp chúng được đặt trên xe lăn hoặc xe chuyên
dụng.
2.2. Nguyên tắc bố trí.

Hình 3. Các thiết bị dọn rác bằng máy.
a- máy dọn rác với thiết bị cào rác; b- thiết bị cào rác; c- gầu xúc rác; d- cạp; e- cạp
kiểu hàm răng; f- ủi dọn rác; g- cạp polip: 1- hàm trên; 2- hàm dưới; 3- lưỡi dao.
Hình 3. mơ tả một số thiết bị dọn rác bằng cơ giới được dùng dọn rác trên các lưới
chắn rác. Tuỳ đặc điểm các loại rác và vị trí đặt lưới mà có thể chọn để trang bị.
- Thiết bị cào rác (b) dùng cào rác nhỏ như rong rêu, cỏ, lá. Nó có khả năng cào được


rác bám trong các khe giữa các song lưới.
- Gàu xúc (c) xúc và cào rác vào trong gàu nhờ trọng lượng bản thân gàu và áp lực
nước.
- Gàu ngoạm (d) dùng để ngoạm các vật nổi lớn phía trước lưới.
- Gàu kiểu hàm răng (e) dùng cắt rác bẩn bám trên mặt lưới; khi hạ xuống dưới
lưỡi dao 1 sẽ gạt lớp rác trên lưới dồn vào phía trong cạp, cạp móc 2 khép lại và

nhấc rác lên nhờ cầu trục.
- Loại cạp pôlip (g) dùng để vớt rác và vật nổi từ nhỏ đến lớn phía trước lưới và
ở đầu cạp có bố trí thêm các tấm thép, chúng có thể khép kín để đựng rác nhỏ.


BÀI 3: CÁC LỌAI VAN XẢ MẶT
Mục tiêu:
Sau khi học xong bài này người học có khả năng:
- Phân biệt được những loại van xả mặt thường gặp;
- Trình bày được đặc điểm, cấu tạo và nguyên tắc bố trí của chúng.
- Nghiêm túc, chủ động trong học tập.
Nội dung:
1. Van phẳng ( Cửa van phẳng)
1.1. Khái quát.
Cửa van phẳng là loại được sử dụng phổ biến nhất vì có cấu tạo đơn giản hơn
so với một số loại khác, lắp ráp dễ dàng, dùng được cho cả van trên mặt và dưới sâu.
Loại này có tác dụng chắn nước và điều tiết lưu lượng khá tốt. Song loại này lực kéo
khi mở tương đối lớn, tốc độ đóng mở cửa không nhanh, khe van khá sâu nên trụ phải
dày.Vật liệu thường là thép, gỗ, đôi khi bằng bê tông cốt thép.

Hình17-4.Van phẳng có lưỡi gà (a) và van hai tầng (b)
Vật liệu gỗ thường dùng ở những cửa có chiều rộng không quá 4-5m và áp lực
nước khoảng 4- 5m. Cửa van thép dùng ở những nhịp lớn hơn và chịu áp lực nước lớn
hơn.
Cửa van phẳng chuyển động theo phương thẳng đứng. Khi mở, nước chảy luồn bên
dưới cửa van cho đến khi cửa kéo hẳn lên trên mặt nước. Ngồi tác dụng tháo nước nó
cịn có tác dụng tháo các vật dưới đáy rất tốt, thí dụ tháo bùn cát đáy. Nhưng nếu ở
thượng lưu có các vật nổi (nhất là về mùa lũ) thì việc tháo gặp khó khăn. Thậm chí khi
cửa mở đến một độ mở nhất định, dòng chảy sẽ hút cả vật nổi xuống dưới cánh cửa,
vật nổi dễ xô vào đáy làm hỏng cửa. Để khắc phục nhược điểm này, ở một số cửa van

phẳng người ta làm lọai gỡ chắn nước phía trên (hình17-4a). Loại gỗ có thể xoay được


quanh một trụ gắn ở đỉnh van. Khi cần tháo nước, tháo vật nổi trên mặt chỉ cần hạ loại
gỗ xuống. Loại gỗ có hình dạng sao cho dịng chảy qua được thuận. Cũng có thể làm
theo hình thức van hai tầng (hình17-4b) để chủ động khi tháo nước trên mặt hoặc dưới
đáy.
1.2. Cấu tạo.
1.2.1. Van phẳng bằng thép.
Loại cửa van này được sử dụng phổ biến ở những nơi có nhịp lớn và chịu áp lực
lớn.
Loại này bền vững, thời gian sử dụng lâu dài. Các bộ phận của cửa van gồm: bản mặt
chắn nước, các dầm chính, dầm phụ, đứng, cột biên, thanh chống chéo (hình17-8).
Trong hình vẽ hệ thống dầm bố trí theo hình thức dầm phụ dựa vào dầm chính, dầm
chính dựa vào cột biên. Đồng thời các dầm đều trực tiếp tham gia chịu áp lực nước từ
bản truyền tới. Các thanh chống chéo chỉ có tác dụng chống biến hình của hệ thống
dầm.
Ở những cửa van nhịp nhỏ nhưng chịu áp lực lớn có thể dùng lại van đơn giản.
Loại này bao gồm một khung dầm thép nối với bản mặt (hình17-9). Nếu cửa khá cao
có thể thêm một vài dầm ngang ở khoảng giữa để tăng độ cứng cho van.

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


Trị số hk và yk được tính theo cơng thức:
hk = H

[(k+ )3/2- ( k-1+

yk =

)3/2

]

Trong đó:
=

–

Phân tích tình hình chịu lực của bản vẽ hệ thống dầm theo sơ đồ hình (17-11).
Các dầm phụ đựợc xem như dầm liên tục chịu áp lực của nước do bản truyền
tới(hình17-11b). Các cột đứng chịu lực tập trung của dầm phụ truyền tới và đồng thời
chịu áp lực nước từ bản truyền tới(hình17-11c). Dầm chính vừa chịu áp lực nước do
bản truyền tới và chịu lực tập trung do cột đứng truyền tới(hình17-11d). Dựa vào sơ đồ
lực tác dụng để tính tốn chọn kích thước của dầm đảm bảm đủ yêu cầu chịu
uốn.Ngồi ra cịn cần kiểm tra độ võng đảm bảo khơng vượt qua trị số cho phép

a.

b.

c.
Hình 17-11. Sơ đồ phân tích áplực nước tác dụng lên van
a)Sơ đồ chung; b) Dầm phụ; c) Cột đứng;
1.2.2. Van phẳng bằng gỗ.
Loại van này được sử dụng ở những cơng trình tháo, lấy nước loại nhỏ. Chiều
rộng khoảng 1-3m và cột nước tác dụng khoảng 2- 3m. Loại này cấu tạo đơn giản,
trọng lượng nhỏ. Thường dùng cho loại van trượt và nơi sẵn gỗ. Thời gian sử dụng

khơng lâu vì gỗ chóng bị mục. Cửa van do các dầm gỗ ghép nhau theo hình thức ghép


chốt hay ghép mộng. Ngồi ra cịn có các thanh nẹp bằng thép bắt đinh bu lơng.
Hình(17-12) cho thấy một vài kiểu van gỗ thường gặp.
Đối với các dầm gỗ ghép, áp lực nước phân bố lên cửa van theo dạng tam giác,
do đó dầm đáy chịu lực lớn nhất. Song trong thiết kế để cấu tạo và thi công đơn giản,
kích thước dầm chọn như nhau và lấy dầm ở đáy làm đại diện. Khi tính tốn xem nó
như những dầm hai đầu tự do và làm việc theo yêu cầu chịu uốn. Thường chiều dày
dầm gỗ khoảng 8- 12cm. Các thanh thép nẹp thường có chiều dày

8mm, chiều rộng

ít nhất bằng bốn lần đường kính của bu lơng và trong trường hợp đó nói chung thanh
nẹp thoả mãn được u cầu chịu lực, khơng cần tính tốn kiểm tra.
Khi cửa van đóng mở bằng cần thép cứng thì dùng hai bả nghép hình thang để
nối cần với cửa van nhờ các đinh bu lơng(hình17-12,a). Trong thiết kế cần kiểm tra
khả năng chống cắt của bu lông hay đinh tán. Trong tính tốn dùng trị số lớn nhất của
lực đóng hoặc lực mở cửa.

Hình: Cửa van phẳng bằng gỗ
1.2.3. Van phẳng bằng vật liệu khác.
Phai gồm các dầm đơn, khi chắn nước nó nằm trong khe phai. Tác dụng của
phai lỡ để chắn nước tạm thời trong thời kỳ cần sửa chữa van chính hoặc một số bộ
phận của cơng trình. Phai cũng dùng để bảo vệ cửa van chính trong trường hợp cửa
van phải chắn nước khi có lũ lớn, nhất là khi có nhiều vật nổi trơi về. Trong một số
trường hợp phải dùng thay cửa van để chắn nước hoặc chắn phần nước dưới sâu có
nhiều bùn cát để nước tương đối trong tràn qua.
Vật liệu làm phai có thể là gỗ, bê tơng hoặc thép. Hình(17-13) biểu thị một số
hình thức phai chắn nước. Để đóng mở cho tiện, ở gần hai đầu dầm phai thường làm

các móc thép để kéo chúng lên cao hoặc thả xuống. Các dầm phai chủ yếu chịu tác
dụng của áp lực nước và trọng lượng bản thân.


a)

Hình 7-13.Một số hình thức phai
a) phai gỗ; b) phai bê tụng cốt thép; c) phai thép.
Các trường hợp cần xét để đảm bảo các yêu cầu của dầm phai bao gồm:
Trong quá trình vận chuyển, chịu tác dụng của trọng lượng bản thân.
Khi thả xuống nước, dầm chịu tác dụng của áp lực thuỷ động. Áp lực này bao gồm lực
ngang W’ và áp lực theo phương thẳng đứng W” được tính tốn theo các cơng thức
sau:


Khi dầm phai đã thả xuống nằm ở vị trí cuối cùng của nó thì lực W” có tác
dụng kéo phai lên, vì vậy trọng lượng bản thân cần phải lớn hơn lực này để phai
không bị đẩy nổi.
- Khi các dầm phai được thả xuống hoàn toàn để chắn nước thì chúng chỉ chịu áp lực
thuỷ tĩnh. Trong các trường hợp trên, dầm phai được xem như dầm đơn hai đầu tự do
và chịu uốn dưới tác dụng của ngoại lực. Dựa vào sơ đồ ngoại lực xác định mô men
uốn lớn nhất phát sinh trong dầm và xác định kích thước hợp lý dầm phai.
Ngồi ra về mặt cấu tạo yêu cầu chiều rộng của dầm phai phải

10 - 15cm.

Một số bộ phận của cửa van phẳng
Đối với cửa van phẳng loại trượt, bộ phận đỡ tựa vỡ trượt tiếp xúc của cửa van
được thể hiện trong hình (17-15). Hình (17-15a) lỡ hình thức đơn giản nhất, thường
dùng cho van nhỏ hoặc van gỗ. Một thanh thép hình được gắn chặt vào mố trụ để làm

nơi cho cửa van tỳ vỡ trượt khi đóng mở. Ở cửa van, tại chỗ tiếp xúc gắn một thanh
kim loại để truyền lực lên mố trụ. Đồng thời thanh kim loại có tác dụng cải thiện điều
kiện tiếp xúc, lỡm giảm lực ma sát khi đóng mở cửa van. Ở hình (17-15b) ngỡi bộ


phận trượt cịn bố trí bánh xe định hướng, có tác dụng giúp cho cửa van ổn định không
xê dịch ngang trong quá trình chuyển động. Ở hình (17- 15c) người ta dùng gỗ ép làm
bộ phận tiếp xúc nhằm giảm lực ma sát, tránh han rỉ vỡ mài mòn do trượt tiếp xúc gây
nên. Đối với cửa van có bánh xe lăn, có nhiều hình thức gắn bánh xe (hình 17-16).
Hình (17-16a) là cách lắp bánh xe trên trục công son gắn ở đầu dầm. Loại này việc lắp
bánh xe khơng địi hỏi độ chính xác cao, hay dùng ở những khoang rộng khoảng 5 m
6m. Sơ đồ hình (17-16b) khi gắn bánh xe vào cửa van, ngoài cột chính cịn có cột phụ
ngắn để giữ vỡ làm điểm tựa cho trục bánh xe. Loại nỡy kết cấu cứng hơn loại đầu,
việc lắp ráp bánh xe đơn giản hơn kích thước của van cũng dùng như trên. Loại (1716c) địi hỏi khe phải rộng hơn. Bánh xe khơng có khe nên phải lắp thêm một số bánh
xe định hướng để giữ cho bánh xe chính ln chuyển động theo đúng vị trí. Khi các
khoang khá lớn, làm độ võng dầm có thể lớn hơn, bánh xe dễ bị nghiêng, chóng mịn.
Để giữ áp lực ln tác dụng chính tâm bánh xe vỡ để bánh xe khơng bị nghiêng có thể
dùng kiểu bản lề (hình 17-16d).

1
2
5

3
6

4

Hình 17-15. Bộ phận đỡ tựa và trượt tiếp xúc của cửa van phẳng
1. Thanh thép hình gắn vào mố trụ; 2. Thanh kim loại tỳ; 3. Thanh ray;

4. Bánh xe định hướng; 5. Gỗ ép; 6. Lớp kim loại không rỉ.

3

3

3

1

9

4

4

6

7

2

2

2

6
5

1

4
5

5


Hình 17-16. Một số hình thức bánh xe cửa van phẳng
1. Bánh xe; 2. Trục; 3. Vật chắn nước; 4. Dầm chính; 5. Bộ phận đỡ;
6. Cột chính; 7. Cột phụ; 8. Bản lề; 9. Bánh xe định hướng
Để tránh nước rò rỉ qua các lỗ tiếp xúc giữa cửa van với đáy, khe mố trụ vỡ với tường
ngực, người ta đặt các thiết bị chắn nước. Thiết bị chắn nước có thể làm bằng gỗ, thép,
cao su. Yêu cầu chung của các thiết bị này là phải khít, đảm bảo nước khơng rị rỉ.
Hình (17-17) giới thiệu một số thiết bị chắn nước ở đáy. Loại này ngoài yêu cầu kín
nước cịn cần có hình dạng thích hợp để trong quá trình mở cửa nước chảy luồn bên
dưới được dễ dàng khơng gây rung động.

Hình 17-17. Thiết bị chắn nước đáy cửa van phẳng
a,b) chắn nước bằng gỗ; c, d) Vật chắn nước bằng kim loại;
e, f, g) Vật chắn nước bằng cao su;1. Cao su chèn; 2. Dầm gỗ; 3. Bản thép; Bộ phận
đệm; 5. Cao su đúc; 6. Cao su cứng.
Hình (17-18) biểu thị một số thiết bị chắn nước bên cạnh để chống nước rò rỉ tại khe
cửa van vỡ thiết bị chắn nước ở tường ngực.


Hình 17-18. Thiết bị chắn nước bên cạnh (a, b, c) và tường ngực (d, e


BÀI 4: CÁC LOẠI VAN XẢ SÂU
Mục tiêu:

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:
- Phân biệt được những loại van xả sâu trong các nhà máy thuỷ điện;
- Trình bày được khái niệm, cấu tạo và nguyên tắc bố trí của chúng.
Nội dung:
1. Van đĩa:
1.1 Khái niệm;
Cửa van đĩa là một cái đĩa phẳng quay được, thường có hình trịn quay quanh
một trục thẳng đứng hay trục nằm ngang, trục này nối chặt với đĩa ( ví dụ tại giữa đĩa)
trục được xiên qua vỏ cửa van và được nối với máy điều chỉnh. Khi quay trục này đĩa
có thể nằm ở vị trí bất kỳ vì vậy mà tiết diện ống được ở 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.
1.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí.
1.2.1 Cấu tạo.

Hình 1-6. Ngun lý cấu tạo các loại van đĩa.
a- Mặt đĩa lồi; b- mặt đĩa phẳng; c- Đĩa dạng khung dầm với một mặt chịu áp; d- Dạng
khung dầm với hai mặt đối xứng. 1- Hộp van; 2- đĩa; 3, 4- các loại gioăng chèn; 5, 6 –
bộ phận hướng dịng đặt cố định; 7- rãnh thốt nước rò rỉ; 8 - dầm gân; 9, 10 - thép
mặt; 11- gioăng nối ống.
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. Đĩa làm bằng thép đúc, 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.

Trên hình 1-6 là sơ đồ cấu tạo của các loại cửa van đĩa. Điểm đặc trưng của cấu
tạo van đĩa là phần hộp van của nó giống như một đoạn ống hai đầu có bích để nối tiếp
với đường ống bằng bu lông, trong hộp van là đĩa thép có gioăng chèn quay xung
quanh trục và được điều khiển bằng thuỷ lực từ bên ngoài. Ở vị trí đóng mặt đĩa vng
góc với dịng chảy, trục quay của đĩa về nguyên tắc luôn nằm ngang. Trước và sau cửa
van người ta bố trí ống cân bằng áp lực để giảm lực mở cửa van.
Các loại van đĩa khác nhau cơ bản là hình dạng của đĩa van như thể hiện trên hình
1-6. Van đĩa đường kính khơng lớn lắm có thể làm bằng thép đúc kết hợp hàn, hộp van
thường làm thành hai phần và hàn ghép lại với nhau. Ổ trục thượng dưới dạng bạc
đồng bôi trơn bằng mỡ.
Đặc điểm làm việc khi lỗ chỉ mở được một phần thì phía sau đĩa hình thành một
vùng áp suất thấp, đó là vùng nước xốy, vì vậy cửa van bị chấn động và có thể xảy ra
hiện tượng bị xâm thực. Để tránh hiện tượng chân khơng, người ta dẫn khơng 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 đĩ a có dạng thn, 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 xốy.

1.2.2. Ngun tắc bố trí.
Cửa van đĩa được sử dụng rộng rãi tại các cơng trình tháo nước, dùng làm cửa
van chính ứng với mọi loại cột nước khác nhau, nếu như khơng địi hỏi điều tiết lưu
lượng nước. Khi cần điều tiết lưu lượng thì cửa van đĩa được dùng cho cột nước dưới
25÷30m khi đó cửa được đặt ở dưới cơng trình tháo nước, và nó được đặt lộ hẳn ra
ngồi. 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 khơng được kín nước. Ngày nay nhờ
cơng 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 đã dùng cửa van là 8,2m (khi cột nước 25m).
2. Van kim :
2.1 Khái niệm;
Van hình kim là loại van dùng để điều tiết lưu lượng những nơi có cột nước lớn.
Van có thể làm việc trong những trường hợp đóng hoặc mở hồn tồn hay ở vị trí
trung gian mà khơng có rung động
2.2 Cấu tạo và ngun tắc bố trí;
2.2.1 Cấu tạo.

Cửa van hình kim gồm có một cái vỏ cố định hình bầu dục và một cái hình
thn: lối ra ở giữa hai vỏ này được đóng lại bằng cách di chuyển một pittơng hình
kim đặt trong lỗ. Các loại cửa van hình kim khác nhau đã 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 thơng dụng nhất là các cửa van cân bằng.
Trên hình trình bày một kiểu của cửa van hình kim cân bằng hồn chỉnh. Cửa
van gồm có vỏ 1, lõi 2 gắn vào vỏ bằng những sống hướng tâm, lõi có đầu hình nón 3
và pittơng 4 với đầu có dạng kim 5. Pittơng 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 khơ hồn
tồn 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 khơ 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 pittơng làm cho nó di chuyển sang bên

phải cho đến khi nó tựa lên vịng 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 vịng nhơ
ra của pittơng và làm cho nó di chuyển sang phía trái đến phải mở hồn tồn vịng
trống nằm giữa vỏ 1 và pittơng 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.
2.2.2. Nguyên tắc bố trí.
Phạm vi sử dụng Van kim tạo dịng 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. Ngoài ra người ta thường đặt chúng ở phía
sau cơng trình tháo nước, ở đó nước được phun thành tia vào khơng khí, hơn nữa lại có
lắp một bộ phận đặc biệt, làm nước phun thành bụi để tiêu năng của tia nước. Cửa van
hình kim là loại có cấu tạo hồn 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.
Các cửa van hình kim loại cân bằng đảm bảo được khả năng điều tiết lưu
lượng, đóng kín, khơng bị chấn động và làm việc chắc chắn. Người ta đã dùng loại cửa
van này với đường kính đến 0,5m và cột nước đến 100m.
Nhược điểm của cửa van hình kim là giá thành cao, kết cấu và chế tạo phức tạp,
gia cơng khó, khối lượng lớn, đắt tiền nên phần sử dụng có hạn chế. Khi trong nước
nhiều phù sa thì loại cửa van này hoạt động khơng tốt.
3. Van khố:
3.1 Khái niệm;
Van khóa là dạng van được sử dụng cho các đường ống dẫn nước và dẫn khí.
Phổ biến nhất là dạng van khóa hình trịn.
3.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí;
3.2.1. Cấu tạo