Trên cơ sở tìm hiểu về cửa van và kết quả nghiên cứu sơ bộ về phương án chọn loại cửa van xoay trục ngang áp dụng cho công trình Cống Thủ Bộ, luận văn sẽ tập trung nghiên cứu về tiềm năn
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-
Hồ Sỹ Sơn
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG THUỶ LỰC ĐÓNG MỞ CỬA CỐNG DẠNG XOAY CHO CÔNG TRÌNH THUỶ LỢI, THUỶ ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH : MÁY VÀ TỰ ĐỘNG THUỶ KHÍ
Người hướng dẫn khoa học : PGS TS Ngô Sỹ Lộc
HÀ NỘI 2010
Trang 21
MỤC LỤC
Trang Lời cam đoan
Chương 1 - TỔNG QUAN CÁC LOẠI CỬA VAN
LẮP ĐẶT TRÊN CÁC CÔNG TRÌNH NGĂN SÔNG LỚN
10
1.2 Cửa van xoay trục đứng 12
1.4 Cửa van lật 14
1.6 Cửa van phẳng khẩu độ lớn 17
Chương 2 - TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CỬA VAN XOAY
TRỤC NGANG TRÊN CÁC CÔNG TRÌNH NGĂN SÔNG
LỚN Ở VIỆT NAM
20
2.2 Các công trình trên thế giới sử dụng cửa van xoay trục
ngang
21
2.3 Tiềm năng ứng dụng cửa van xoay trục ngang ở Việt Nam 25
Chương 3 - ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG MỞ CỬA VAN XOAY
TRỤC NGANG
28
3.1 Điều khiển đóng mở cửa van xoay trục ngang trên công
trình ngăn sông Thames
28
3.2 Điều khiển đóng mở cửa van xoay trục ngang trên công
trình ngăn sông EMS
Chương 4 - NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ
THỐNG THUỶ LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN TRỤC NGANG
LẮP TRÊN CỐNG THỦ BỘ
34
4.1 Công trình cống thủ bộ 34
4.2 Cửa van xoay trục ngang lắp trên cống Thủ Bộ 36
4.3 Tính toán sơ bộ mô men quay cửa 38
Trang 43
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Gdia Trọng lượng đĩa quay ở hai đầu
Gcua Trọng lượng viên phân cửa
Ncua Trọng lượng nước dằn trong viên phân cửa
Ndia Trọng lượng nước dằn trong đĩa quay ở hai đầu
Ddia Lực đẩy nổi tác dụng lên đĩa quay ở hai đầu
Dcua Lực đẩy nổi tác dụng lên viên phân cửa
P Lực li tâm do trọng lượng lệch tâm của viên phân cửa
N Lực cản của nước tác dụng lên viên phân cửa khi quay
Fms1, Fms2 Lực ma sát giữa bề mặt cửa và nước
Mcq Mô men cản quay
F Diện tích tiết diện cản
Pxl Lực cần thiết do xi lanh tạo ra
Mq Mô men quay
Lxl Cánh tay đòn lực do xi lanh tạo ra đối với với tâm quay
D Đường kính xi lanh
d Đường kính piston
vxl vận tốc của xi lanh
Trang 54
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng biểu Trang Bảng 4.1 Kết quả tính mô men quay cửa (trường hợp không có nước
dằn)
40 Bảng 4.2 Kết quả tính mô men quay cửa (trường hợp có nước dằn) 41
Bảng 4.3 Kết quả tính lực xi lanh đóng mở cửa 43 Bảng 4.4 Kết quả tính lực xi lanh đẩy cóc hãm 50
Bảng 4.5 Các thông số kỹ thuật chính bơm A2FO250 59
Trang 65
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình vẽ Trang Hình 1.1 Nguyên lý làm việc cửa van cung 10
Hình 1.2 Cửa van cung trên cống Haringvliet – Hà Lan 11
Hình 1.3 Cống Maeslant – Hà Lan 13
Hình 1.4 Nguyên lý làm việc cửa van xoay trục ngang 13
Hình 1.5 Công trình ngăn sông Thames - Anh 14
Hình 1.6 Công trình ngăn sông EMS – Đức 14 Hình 1.7 Nguyên lý làm việc cửa van lật 14 Hình 1.8 Cửa van lật trên sông Sein (Pháp) 15
Hình 1.9 Cửa van lưỡi trai, Osaka, Nhật bản 16 Hình 1.10 Cửa van lưỡi trai, Hagenstein, Hà Lan 17
Hình 1.11 Cửa van phẳng, Spijkenisse, Hà Lan 18
Hình 1.12 Cửa van phẳng, EMS, Đức 18 Hình 2.1 Kết cấu cửa van xoay trục ngang 21
Hình 2.2 Nguyên lý đóng mở cửa van xoay trục ngang 21
Hình 2.3 Cửa van xoay trên công trình ngăn sông Thames 22
Hình 2.4 Kết cấu cửa van xoay trên công trình ngăn sông Thames 23
Hình 2.5 Cửa van xoay trục ngang trên công trình ngăn sông EMS,
Hình 3.1 Điều khiển cửa van xoay trục ngang trên sông Thames, Anh 28
Hình 3.2 Cửa van xoay trục ngang trên sông Thames đang đóng 29
Hình 3.3 Điều khiển cửa van xoay trục ngang trên sông EMS, Đức 29
Hình 3.4 Điều khiển cửa van xoay trục ngang bằng khí nén 31
Hình 4.1 Cửa van xoay trục ngang dự kiến lắp trên cống Thủ Bộ 36
Hình 4.2 Kết cấu cửa van xoay trục ngang 37
Trang 76
Hình 4.3 Mặt cắt ngang cửa van xoay trục ngang 37
Hình 4.4 Bố trính xi lanh vận hành cửa 38
Hình 4.5 Sơ đồ lực tác dụng 39 Hình 4.6 Biểu đồ mô men (trường hợp không có nước dằn) 41
Hình 4.7 Biểu đồ mô men (trường hợp có nước dằn) 41
Hình 4.8 Đường thẳng đi qua gối xi lanh 42
Hình 4.9 Vị trí đặt gối xi lanh 42
Hình 4.10 Biểu đồ lực xi lanh nâng hạ cửa 43
Hình 4.11 Biến thiên lực và hành trình xi lanh 45
Hình 4.12 Biến thiên vận tốc theo hành trình xi lanh 46
Hình 4.13 Biến thiên lực theo hành trình xi lanh 46
Hình 4.20 Nguyên lý đồng bộ kiểu bám dùng van tỉ lệ 56
Hình 4.21 Sơ đồ tối giản điều khiển xi lanh đẩy cóc hãm 57
Hình 4.22 Bơm thuỷ lực A2FO250 58
Hình 4.23 Các kích thước bơm A2FO250 59
Hình 4.24 Van phân phối H-4WEH 25 60
Hình 4.25 Đường dầu điều khiển 60 Hình 4.26 Van giảm áp tích hợp 60 Hình 4.27 Đường đặc tính tổn thấp áp suất qua van phân phối 61
Hình 4.28 Các kích thước chính của van phân phối 62
Hình 4.29 Ký hiệu chi tiết 62
Trang 98
MỞ ĐẦU
Việt Nam có nhiều con sông lớn đổ ra bờ biển trải dài hơn 3000 km Cửa sông chịu ảnh hưởng rất lớn của hiện tượng thuỷ triều Trong những năm gần đây, hệ thống sông ngòi trên lãnh thổ Việt Nam thường xuyên bị ngập lụt do nước biển dâng, đặc biệt là hệ thống sông ngòi, kênh rạch ở đồng bằng Sông Cửu Long và Thành phố Hồ Chí Minh Cộng thêm ảnh hưởng của biến đổi khí hậu tình trạng nước biển xâm thực ở các cửa sông ngày càng trầm trọng Trước thực
tế như vậy, nhu cầu xây dựng các công trình ngăn sông đã trở nên cấp thiết Trong đó cửa van và các thiết bị đóng mở giữ một vai trò quan trọng
Trên cơ sở tìm hiểu về cửa van và kết quả nghiên cứu sơ bộ về phương án chọn loại cửa van xoay trục ngang áp dụng cho công trình Cống Thủ Bộ, luận văn sẽ tập trung nghiên cứu về tiềm năng ứng và điều khiển đóng mở cửa van xoay trục ngang trên các công trình ngăn sông lớn ở Việt Nam
Mục đích của luận văn
Phân tích tiềm năng ứng dụng cửa van xoay trục ngang trên các công trình ngăn sông lớn ở Việt Nam
Nghiên cứu lựa chọn và tính toán thiết kế hệ thống đóng mở cửa van xoay trục ngang
Trang 109
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Luận văn trên cơ sở tổng quát về các loại cửa van ứng dụng trên các công trình ngăn sông lớn của thế giới sẽ tập trung nghiên cứu sâu cửa van xoay trục ngang và hệ thống đóng mở của nó
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của luận văn dựa trên kết quả thu thập, phân tính
và đánh giá số liệu
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trên thế giới, cửa van đã được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả kinh tế to lớn Tuy nhiên cơ sở tính toán, phương pháp tính, các bí mật công nghệ… đều được các hãng chế tạo, các nhà thầu xây dựng giữ kín Rào cản này
đã hạn chế rất lớn việc ứng dụng các thành tựu khoa học trong thiết kế, chế tạo
và xây dựng các công trình ngăn sông ở Việt Nam
Xuất phát từ thực tế đó, kết quả nghiên cứu của luận văn hi vọng sẽ là nền tảng cho việc triển khai ứng dụng cửa van xoay trục ngang trên các công trình ngăn sông lớn của Việt Nam
Trang 11Lựa chọn cửa van lắp đặt trên các công trình ngăn sông lớn, tiêu chí hàng đầu là bảo đảm giao thông và vận hành an toàn Do đó chỉ có một số loại cửa van đáp ứng được tiêu chí này
1.1 Cửa van cung
1.1.1 Cấu tạo và nguyên lý
Cửa van cung là cửa van có
bản mặt chắn nước có dạng mặt trụ
cong được đỡ bởi các dầm phụ, các
dầm phụ truyền lực lên dầm chính
(thường là 2 dầm), đầu dầm chính sẽ
truyền lực lên gối qua 2 càng Khi
làm việc cửa van chuyển động quay
xung quanh một trục cố định nằm
ngang
Hình 1.1 Nguyên lý làm việc cửa van
cung
Trang 12- Hạn chế về chiều cao thông thủy
- Cửa van cung có mố và tường biên dài
- Độ cứng của cửa van cung nhỏ hơn cửa van phẳng
- Kết cấu phức tạp và hơi cồng kềnh
1.1.3 Phạm vi ứng dụng
- Cửa van cung được dùng phổ
biến trong các công trình tiêu
và tưới, các công trình tháo lũ,
đặc biệt là cửa van tại các hồ
thủy điện, công trình đầu
mối
- Chỉ dùng làm cửa chính, không
dùng làm cửa sữa chữa Hình 1.2 Cửa van cung trên Cống Haringvliet – Hà Lan
Trang 1312
- Không dùng cửa dẫn nước vào buồng tua bin trong các nhà máy thủy điện trên sông, cửa của các bể áp lực, các ống có áp dẫn vào nhà máy thủy điện
1.2 Cửa van xoay trục đứng
1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý
Cửa van trụ đứng là cửa van có bản mặt chắn nước cong, cửa van có dạng hình quạt nằm ngang, bản mặt của cửa van được đỡ bởi các dầm phụ và hệ giàn, truyền lực lên hai gối qua hệ càng thường có kết cấu giàn Khi làm việc cửa van chuyển động quay xung quanh trục cố định thẳng đứng
1.2.2 Ưu nhược điểm:
+Ưu điểm:
- Khẩu độ lớn, không ảnh hưởng đến giao thông thủy
- Do có kết cấu mặt là một phần của mặt trụ nên áp lực nước đi qua tâm làm cho mô men khi vận hành nhỏ
- Có thể lợi dụng lực đẩy nổi của nước nâng cửa van để giảm lực đóng mở
- Không đòi hỏi trụ pin cao
+ Nhược điểm
- Chế tạo phức tạp đặc biệt các gối đỡ
- Vận hành cửa van khó khăn tiêu tốn năng lượng
- Kết cấu phức tạp và hơi cồng kềnh
Trang 1413
1.2.3 Phạm vi ứng dụng
Sử dụng ở các sông rất rộng,
nhiều tàu bè qua lại như các vùng
cửa sông Cửa van lớn nhất loại này
là cửa van trên sông dẫn vào cảng
Rotterdam (Hoek van Holland,
Netherlands, 1997) với nhịp 360m
chiều rộng 246 m chiều cao 22m Hình 1.3 Cống Maeslant – Hà Lan
1.3 Cửa van xoay trục ngang
1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý
Cửa van xoay trục ngang bao
gồm một hình viên phân gắn vào hai
đầu là hai khối trụ tròn mỏng Khối trụ
tròn hai đầu quay quanh 2 bán trục nằm
ngang được cố định vào trụ pin
Hình 1.4 Nguyên lý làm việc cửa van
xoay trục ngang
1.3.2 Ưu điểm, nhược điểm
+ Ưu điểm
- Tạo thông thoáng cho dòng chảy khi mở, đóng mở nhanh
- Phù hợp với cống triều cường
- Kết cấu chắc chắn
- Không bị ảnh hưởng của bão lũ (mở hết cửa nằm ở đáy công trình) Đóng
mở kết hợp cơ khí và xilanh thủy lực (tay quay-dùng hai xilanh xoay), hành trình của xilanh nhỏ
- Sửa chứa và bảo dưỡng dễ dàng
Trang 1514
- Trụ pin công trình không phải xây quá cao
+ Nhược điểm :
- Đòi hỏi chế tạo chính xác cửa van phải kín để tận dụng lực đẩy nổi
- Chế tạo, lắp đặt đòi hỏi các thiết bị chính xác
Hình 1.5 Công trình ngăn sông
Thames - Anh Hình 1.6 Công trình ngăn sông EMS – Đức
1.4 Cửa van lật
1.4.1 Cấu tạo và nguyên lý
Cửa van lật có thể là tấm
phẳng hoặc cong , một cạnh được
lắp bản lề quay nằm ở ngưỡng cửa,
khi đóng, mở cửa van quay quanh
cối bản lề này Khi mở cửa van sẽ
nằm xuống đáy sông
Hình 1.7 Nguyên lý làm việc cửa van lật
Trang 16- Tải trọng trải đều trên ngưỡng, do vậy lực không bị tập trung trên trụ pin
+Nhược điểm :
- Hệ thống xilanh ngâm trong nước, do vậy khó sửa chữa và lắp ráp
- Trục quay của cửa van ngâm trong nước khó sửa chữa bảo dưỡng
- Điều khiển khó khăn, hệ thống điều khiển phức tạp
- Lắp đặt phức tạp
- Lực đóng mở ban đầu rất lớn Khi cửa van bắt đầu đóng, do diện tích tiếp xúc với đáy lớn nên lực hút chân không rất lớn, mặt khác do thanh đẩy (hoặc xilanh đẩy ) ban đầu có góc đẩy nhỏ nên lực ban đầu lớn Vì vậy cột nước càng cao , cửa van càng rộng thì xilanh càng lớn
- Kết cấu cửa phải chắc hơn các loại khác do ít điểm tựa
- Do nhiều tấm nên rò rỉ nhiều
1.4.3 Phạm vi áp dụng
Cửa van lật sử dụng tại những
nơi có yêu cầu về độ thông thoáng cho
vận tải thủy và khó xây dựng trụ pin
Tại sông Sein của Pháp đã có 30 cửa
van loại này được lắp đặt trên chiều
rộng 70m, chiều cao mỗi tấm là 3,3 m
chiều rộng mỗi tấm là 2,5 m
Hình 1.8 Cửa van lật trên sông Sein
(Pháp)
Trang 1716
1.5 Cửa van lưỡi trai
1.5.1 Cấu tạo và nguyên lý
Cửa van lưỡi trai có cấu tạo là một phần của mặt trụ đứng có hình dạng giống đập vòm Khi vận hành nó sẽ quay quanh hai bán trục nằm ngang nhờ hai tời được lắp phía trên
1.5.2 Ưu nhược điểm
+ Ưu diểm:
- Do có kết cấu cong về phía áp lực nước làm tăng độ cứng vững của cửa van
- Độ cong làm tăng chiều cao thông thủy thuận lợi cho tàu bè qua lại
- Khi mở cửa van diện tích phần chiu áp lưc gió theo phương dòng chảy rất nhỏ, theo phương vuông góc còn lại cung giảm đi nhiều do kết cấu cong của cửa
- Không phải xây trụ pin quá cao
+ Nhược điểm:
- Đòi hỏi thiết bị dẫn hướng cho thiết bị đóng mở
- Phải thiết kế, thi công phần thủy công phức tạp đòi hỏi chính xác
- Phần cối quay ngâm trong nước nên khó bôi trơn và giảm tuổi thọ
1.5.3 Phạm vi áp dụng:
Ở thành phố Osaka Nhật Bản,
ba cửa đã được lắp đặt vào năm 1970
Mỗi cái chiều rộng 57 m và chiều cao
11,9 m để ngăn thủy triều Hình 1.9 Cửa van lưỡi trai, Osaka, Nhật bản
Trang 1817
Cửa van này được thiết kế với mực nước phía biển là 10,9 m và mực nước phía sông là 6,7m Chiều dài chịu lực là 66 m và mỗi cánh cửa nặng khoảng 5,2
MN
Vào năm 1960 sáu của van
lưỡi trai đã được lắp đặt gần thành
phố Hagenstein trên sông Lech và
sông Low Rhine Hà Lan Cửa van
rộng 48 m và cao 7 m Cửa van được
lắp thành từng đôi và giống với cửa
van ở Osaka, được vận hành bởi tời
và cáp thép
1.6 Cửa van phẳng khẩu độ lớn
1.6.1 Cấu tạo và nguyên lý
Cửa van phẳng là cửa van có bản mặt chắn nước là mặt phẳng, kết cấu chịu lực thường là dầm hoặc giàn Khi vận hành cửa van chuyển động tịnh tiến lên xuống nhờ lực nâng của tời cáp, vít me hoặc xilanh thủy lực
1.6.2 Ưu, nhược điểm
+Ưu điểm:
- Thiết bị đóng mở có thể bằng tời cáp, vít me (nên giá thành rẻ, chủ động trong chế tạo) hoặc dùng xi lanh thuỷ lực
- Dễ bảo dưỡng sửa chữa cửa và thiết bị
- Thời gian mở kéo lên khỏi mặt nước lâu hơn nằm trong nước, nên chống
hà tốt hơn
- Lực đóng mở nhỏ, chủ yếu là trọng lượng cửa
Hình 1.10 Cửa van lưỡi trai, Hagenstein, Hà Lan
Trang 1918
- Hành trình đóng mở thẳng nên các thiết bị đóng mở đơn giản, và làm việc
ổn định hơn các lọai cửa khác
+Nhược điểm:
- Phải xây cột trụ cao đế đảm bảo giao thông thủy
- Tải trọng gió lớn khi kéo lên
1.6.3 Phạm vi ứng dụng
Cửa van phẳng khẩu độ lớn được
áp dụng rất phổ biến tại các công trình
ngăn lũ, chống mặn ven biển trên thế
giới Tiêu biểu là công trình Spijkenisse,
Hà Lan, 1996 với hai cửa van phẳng
(dạng thấu kính) với nhịp 98m và 49,3m
chiều cao 9,3m
Tại công trình đập Ems của Đức
(Ems-Barrrier, Federal State Lower
Saxony Niedersachsen, Germany) Có 4
cửa van phẳng khẩu độ lớn được lắp đặt
vơi nhịp 64,2m chiều cao 10,5 m
Các cửa van phẳng khẩu độ lớn
đều có kết cấu giàn không gian chịu lực,
bản mặt dùng thép ghép dạng hộp Vận
hành cửa van bằng xi lanh thủy lực
Hình 1.11 Cửa van phẳng, Spijkenisse, Hà Lan
Hình 1.12 Cửa van phẳng, EMS, Đức
Trang 2019
Kết luận chương 1
Trên cơ sở nghiên cứu sâu về cấu tạo, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm
và phạm vi ứng dụng của các loại cửa van lắp đặt trên các công trình ngăn sông lớn tác giả thực hiện việc so sánh và phân tích khả năng ứng dụng của từng loại vào điều kiện cụ thể của nước ta Từ đó tác giả nhận thấy rằng cửa van nói chung
và cửa van khẩu độ lớn nói riêng rất phong phú và đa dạng về chủng loại và kết cấu Có nhiều kết cấu cửa mới, mỗi loại cửa van đều có những đặc điểm riêng phù hợp với những điều kiện nhất định, do đó để giải quyết tối ưu bài toán kinh
tế kỹ thuật một công trình có thể sẽ phải lắp nhiều loại cửa van khác nhau Điển hình nhất có thể kế đến là công trình ngăn sông EMS Công trình này sử dụng một cửa van xoay trục ngang để thông thuỷ các con thuyền lớn, một cửa van cung để thông thuỷ các con thuyền nhỏ hơn và 4 cửa van phẳng khẩu độ lớn để ngăn sông
Có thể thấy công trình ngăn sông EMS là điển hình cho thiết kế các công trình ngăn sông hiện đại, giải quyết được tối ưu bài toán kinh tế kỹ thuật Các cửa van sử dụng trên công trình EMS thì cửa van phẳng và cửa van cung đã có bề dày lịch sử phát triển với nhiều công trình nghiên cứu về nó Cửa van xoay trục ngang giải quyết được nhiều vấn đề đối với công trình ngăn sông lớn, đặc biệt là vấn đề giao thông thuỷ mới được phát triển trong những năm gần đây Trên thế giới mới chỉ có hai công trình lắp đặt loại cửa này là công trình ngăn sông EMS
và công trình ngăn sông Thames
Cửa van xoay trục ngang mặc dù có những ưu điểm vượt trội nhưng chưa
có nhiều đề tài nghiên cứu về nó Công nghệ chế tạo, các bí mật về kỹ thuật lắp đặt điều khiển … vẫn đang được các hãng xản xuất lớn trên thế giới giữ kín Chính vì vậy đề tài này tập trung nghiên cứu về kỹ thuật điều khiển cửa van xoay trục ngang
Trang 2120
Chương 2
TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CỬA VAN XOAY TRỤC NGANG
TRÊN CÁC CÔNG TRÌNH NGĂN SÔNG LỚN Ở VIỆT NAM
Với hơn 3000 km bờ biển chịu nhiều ảnh hưởng của thuỷ triều cộng với ảnh hưởng do biến đổi khí hậu thì việc định hướng xây dựng hệ thống đê biển và các công trình ngăn sông là tất yếu đối với Việt Nam Khác với công trình đầu mối, các công trình ngăn sông, đặc biệt là công trình ngăn sông lớn phải đáp ứng rất nhiều nhiệm vụ:
- Ngăn giữ nước phục vụ dân sinh kinh tế, cải tạo cảnh quan môi trường sinh thái;
- Thoát lũ đảm bảo an toàn khi mùa lũ về;
- Đảm bảo điều kiện giao thông thủy qua công trình;
- Đối với các công trình ở các cửa sông có sự xâm nhập mặn thì cửa van phải đáp ứng được yêu cầu chống nước biển dâng do biến đổi khí hậu
Trên các công trình ngăn sông này, cửa van có nhiều đặc tính kỹ thuật phức tạp hơn so với các công trình thông thường và các công trình đầu mối Hình thức cửa van phải đảm bảo vấn đề chịu lực, phù hợp với đặc điểm, nhiệm vụ của công trình đồng thời hệ thống thiết bị đóng mở cửa van phải đảm bảo tuyệt đối
an toàn trong quá trình vận hành khai thác Đặc biệt cửa van phải đảm bảo điều kiện giao thông thuỷ là yêu cầu hàng đầu
Xuất phát từ mục tiêu cụ thể của công trình như khống chế mực nước, khả năng tiêu thoát, chống sóng triều, đảm bảo giao thông thủy và kết hợp các nguyên lý kết cấu, thủy động lực học, các nhà nghiên cứu đã đề xuất và ứng dụng nhiều loại hình cửa van lớn khác nhau, mỗi loại có một đặc điểm và khả năng đáp ứng nhiệm vụ công trình khác nhau Các loại cửa van này đã trình bày chi tiết trong chương 1 Trong các loại cửa van đó, cửa van xoay trục ngang là cửa
Trang 2221
van khẩu độ lớn đảm bảo mọi cấp giao thông thuỷ độ rộng, độ tĩnh không, thời gian đóng mở …) đã mở ra tiềm năng ứng dụng loại cửa van này ở Việt Nam
2.1 Đặc điểm cửa van xoay trục ngang
Cửa van xoay trục ngang được Charles
Draper giới thiệu những khái niệm đầu tiên và
được áp dụng lần đầu trên sông Thames vào
năm 1982 Cửa gồm có một viên phân ở giữa
để chắn nước Kết cấu viên phân thường là
kết cấu giàn chịu lực bọc tôn bên ngoài hoặc
kết cấu đàm hộp chịu lực Viên phân ở giữa
được liên kết với hai đĩa tròn hai đầu Đĩa
tròn liên kết với trục quay đặt trên hai gối
quay ở trong trụ pin hai đầu
Khi cửa mở, cơ cấu đóng mở làm quay
đĩa tròn hai đầu, phân viên phân cửa quay
xuống dưới, mặt dây cung nằm sát ngưỡng
đáy Khi cửa đóng, đĩa hai đầu quay tròn 900
theo chiều ngược kim đồng hồ, phân viên
phân cửa chắn nước ngăn cách giữa thượng
lưu và hạ lưu
2.2 Các công trình trên thế giới sử dụng cửa van xoay trục ngang
2.2.1 Công trình ngăn sông thames
London thường chịu ảnh hưởng của thuỷ triều xâm nhập vao sông Thames, nhưng trận lũ lịch sử năm 1953 trên sông thames làm chết 58 người và hơn 10.000 phải sơ tán đã làm thay đổi tất cả Ngay sau đó, Chính phủ anh đã
Hình 2.1 Kết cấu cửa van xoay
trục ngang
Hình 2.2 Nguyên lý đóng mở cửa van xoay trục ngang
Trang 2322
quyết định xây dựng một công trình ngăn sông Thames để ngăn lũ và thuỷ triều dâng
Tuy nhiên mọi thứ vẫn tiến triển
rất chậm Mãi đến năm 1965, Greater
London Council thành lập và chịu trách
nhiệm về dự báo và phòng chống lũ khu
vực London Đến năm 1970, tổ chức
này mới đưa ra được bản tóm tắt về dự
án ngăn sông Thames Năm 1974 công
trình bắt đầu được xây dựng và hoàn
thành vào năm 1982
Các thông số chính của công trình:
- Số lượng cửa: 4 cửa van xoay trục ngang khẩu độ 61m, 2 cửa van xoay trục ngang khẩu độ 31m và 4 cửa van cung khẩu độ 31m
- Tổng trọng lượng các cửa van: 7420 tấn
- Tổng trọng lượng bê tông sử dụng cho công trình: 9000 tấn
- Chiều sâu đặt trụ pin: - 27 m
- Tổng chiều cao trụ pin: 65 m
- Đường kính đĩa quay: 22 m
- Cao trình ngưỡng: - 9,25 m
- Mực nước max thiết kế: + 3,65 m
- Mực nước min thiết kế: - 2,85 m
- Chiều cao chắn nước khi cửa đóng: + 6,9 m
- Chiều rộng sông đoạn xây công trình: 520 m
- Năng lượng đóng mở cửa: 3 trạm biến thế 1,5MW
- Nhân viên vận hành công trình: 60 người
- Thời gian đóng mở cửa: 15 phút
Hình 2.3 Cửa van xoay trên công trình ngăn sông Thames
Trang 2423
Cửa van xoay trục ngang trên công trình sông Thames là nhân tố chính làm giảm chiều cao công trình Sông Thames là một trong nhưng con sông có mật độ giao thông thuỷ lớn, vì vậy ngoài yêu cầu chống lũ và ngăn thuỷ triều thì yêu cầu đảm bảo giao thông thuỷ bình thường khi không có lũ cũng được xem xét đến Khi thiết kế công trình ngăn sông Thames có tới hơn 40 phương án cửa van, nhưng chỉ có phương án sử dụng cửa van xoay trục ngang là đảm bảo được
cả hai yêu cầu chống lũ và giao thông thuỷ Đồng thời phương án này có thiết kế thẩm mỹ nhất do trụ pin không cần phải làm cao như các loại cửa khác và khi cửa mở thì nằm sâu dưới ngưỡng
Phần viên phân cửa van xoay trục
ngang lắp trên công trình ngăn sông Thames
có kết cấu kiểu dầm, bên ngoài bọc tôn Hai
bên là hai đĩa tròn cũng kết cấu kiểu dầm
hộp
Có thể nói công trình ngăn sông Thames là đỉnh cao của sự kết hợp công nghệ thông tin, điện, điện tử, cơ khí và kỹ thuật xây dựng của thập kỷ 70 thế kỷ trước Đến nay các cửa van trên công trình đã 27 lần đóng mở để thực hiện vai trò chống lũ Hàng tháng cửa đóng trong vòng 2 giờ để kiểm tra các điều kiện kỹ thuật và vận hành Hàng năm cửa đóng trong vòng 1 ngày để kiểm tra tổng thể tình trạng của công trình Theo thiết kế ban đầu công trình ngăn sông Thames sẽ phục vụ cho đến năm 2030, nhưng do mực nước biển không dâng nhiều như dự kiến nên có thể công trình này còn phục vụ ngăn sông Thames cho đến năm
2070
2.2.2 Công trình ngăn sông EMS
Công trình ngăn sông EMS được xây dựng năm 1998 và hoàn thành vào năm 2002 với chi phí lên đến hơn 200 triệu € Công trình nằm gần khu vực
Hình 2.4 Kết cấu cửa van xoay trên công trình ngăn sông Thames
Trang 2524
Emden vùng đông bắc nước Đức Công trình bao gồm bảy khoang với ba loại cửa van khác nhau có nhiệm vụ ngăn lũ và bảo vệ lưu vực sông EMS Ngoài ra còn phải đảm bảo giao thông thuỷ bình thường giữa Papenburg (gồm cầu cảng và sửa chữa tàu thuyền) và Emden Công trình ngăn sông EMS còn đảm bảo thêm một nhiệm vụ khác nữa mà các công trình ngăn sông khác không có là bơm nước
từ biển vào sông EMS trong mùa kiệt để đảm bảo giao thông thuỷ trên sông EMS hoạt động bình thường
Các tàu thuyền đi lại qua hai
trong số bảy khoang của công trình Các
tàu nhỏ và trung bình đi qua khoang cửa
van cung có khẩu độ 50m, các tàu lớn đi
qua khoang cửa van xoay trục ngang có
khẩu độ 60m Năm khoang còn lại là
bốn cửa van phẳng khẩu độ 63,5m và
một cửa van phẳng khẩu độ 50m
Toàn bộ công trình có chiều dài 476m với phần lớn nằm dưới nước Các cửa van trên công trình được đóng mở bằng xi lanh thuỷ lực (hai xi lanh cho mỗi cửa) Điều khiển đóng mở xi lanh được thực hiện từ phòng điều khiển đặt ở phía bắc của công trình
Cửa van xoay trục ngang cũng có kết cấu dạng giàn, bọc tôn bên ngoài Yêu cầu về kín khít của cửa van xoay trục ngang trên công trình EMS rất cao vì nước sẽ được bơm vào bên trong viên phân cửa và đĩa hai đầu trong quá trình làm việc của cửa van
Một số thông số chính cửa van xoay trục ngang trên công trình ngăn sông EMS:
- Đường kính đĩa quay: 24m
Hình 2.5 Cửa van xoay trục ngang trên công trình ngăn sông EMS, Đức
Trang 2625
- Chiều dày đĩa quay: 1,5m
- Trọng lượng đĩa quay: 220t
- Chiều dài phần viên phân cửa: 60m
- Trọng lượng phân viên phân cửa:
Cửa van trên công trình ngăn sông EMS hội tụ đầy đủ các tiến bộ khoa học công nghệ của thế kỷ 20 Tư duy thiết kế, vật liệu, công nghệ chế tạo, phương pháp điều khiển đều được vận dụng và tối ưu trong từng chi tiết của công trình Công trình ngăn sông EMS là một công trình thuỷ lợi có kiến trúc đẹp không chỉ của nước Đức mà của cả Châu Âu Đây là một thành tựu mà các nước đang phát triển có thể học hỏi và vận dụng vào điều kiện cụ thể của mỗi nước
2.3 Tiềm năng ứng dụng cửa van xoay trục ngang ở Việt Nam
Việt Nam với hơn 3000km bờ biển đang phải đối mặt với tình trạng nước biển dâng do biến đổi khí hậu Hệ thống sông ngòi, kênh rạch ở đồng bằng sông Cửu Long đang bị xâm thực mạnh, có những vị trí nước biển xâm thực vào sâu tới hơn 100km Thành phố Hồ Chí Minh thường xuyên phải chịu hậu quả của hiện tượng triều cường Chính vì vậy, nâng cấp hệ thống đê biển và xây dựng các
Hình 2.6 Kết cấu cửa van xoay trục ngang trên công trình ngăn
sông EMS, Đức
Trang 27Để đảm bảo được chiều cao thông thuỷ theo yêu cầu thì cửa van phẳng phải được nâng lên khá cao và cửa van cung phải chế tạo với càng van tương đối dài Mặt khác khi nâng cửa van lên cao thì lực gió tác dụng lên cửa van rất lớn dẫn đến yêu cầu trụ pin phải to hơn để đủ độ cứng vững
Để đảm bảo giải quyết được hai vấn đề cơ bản trong các công trình ngăn sông là chắn nước và đảm bảo giao thông thuỷ với chi phí xây dựng và vận hành thấp nhất thì phải phối hợp nhiều loại cửa van trên một công trình Có thể thấy bài toán phối hợp các cửa van của công trình ngăn sông EMS đạt được giá trị tối
ưu nhất Các công trình ngăn sông ở Việt Nam hoàn toàn có thể áp dụng theo mô hình này
Mô hình sử dụng cửa van phẳng để chắn nước, cửa van cung để thông thuyền có chiều cao hạn chế và cửa van xoay trục ngang để thông thuyền cỡ lớn Hai loại hình cửa van phẳng và cửa van cung, chúng ta đã có bề dày nghiên cứu
và chế tạo nên hoàn toàn có thể áp dụng được Còn đối với cửa van xoay trục ngang, là một loại cửa van mới và cả thế giới mới chỉ có hai công trình sử dụng Loại hình này đã phát huy được ưu thế của nó trong việc giải quyết vấn đề giao thông thuỷ nhưng bí mật về thiết kế, vật liệu, công nghệ chế tạo, vận hành … vẫn đang được các hãng nước ngoài giữ trong vòng bí mật Do đó, đầu tư nghiên cứu
Trang 2827
ứng dụng loại hình cửa van này vào Việt Nam sẽ mang lại hiệu quả kinh tế vô cùng to lớn
Kết luận chương 2
Cửa van xoay trục ngang là một dạng cửa van mới, trên thế giới mới chỉ
có hai công trình sử dụng loại cửa van này là công trình ngăn sông Thames và công trình ngăn sông EMS Qua thực tế sử dụng cho thấy: loại cửa van này đã giải quyết rất tốt hai vấn đề cốt lõi của vấn đề ngăn sông là chắn nước và giao thông thuỷ
Ứng dụng loại cửa van này trên thế giới trong thời gian tới là xu thế tất yếu Ở Việt Nam cần phải tập trung nghiên cứu ứng dụng loại hình cửa van xoay trục ngang này để bắt kịp với xu hướng phát triển của thế giới cũng nhưng đưa ra được giải pháp tối ưu để xây dựng hàng loạt công trình ngăn sông suốt dọc hơn
3000 km bờ biển
Trang 2928
Hình 3.1 Điều khiển cửa van xoay trục ngang trên sông Thames, Anh
Chương 3
ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG MỞ CỬA VAN XOAY TRỤC NGANG
Trên thế giới hiện có hai công trình sử dụng cửa van xoay trục ngang là công trình ngăn sông Thames và công trình ngăn sông EMS Cửa van xoay trên hai công trình này sử dụng hai hình thức điều khiển đóng mở hoàn toàn khác nhau Ngoài ra còn một số hình thức điều khiển đóng mở cửa van xoay trục ngang khác
Trong chương này sẽ đi sâu phân tích các phương pháp điều khiển đóng
mở cửa van xoay trục ngang và lựa chọn ra phương pháp phù hợp nhất đối với cửa van xoay trục ngang áp dụng cho các công trình ngăn sông của Việt Nam
3.1 Điều khiển đóng mở cửa van xoay trục ngang trên công trình ngăn sông Thames
Cửa van xoay trục ngang lắp
trên công trình ngăn sông Thames
được điều khiển đóng mở bằng hệ
thống xi lanh và thanh truyền Khi
không làm việc cửa van ở vị trí mở
(phần viên phân cửa nằm ở dưới đáy)
Khi triều cường dâng lên, nước biển
xâm nhập vào sông thì cần đóng cửa
van lại Khi đó, xi lanh thuỷ lực phía trên co vào, xi lanh thuỷ lực phía dưới duỗi
ra làm cho thanh truyền quay ngược chiều kim đồng hồ Thanh liên kết chuyển động song phẳng trong mặt phẳng đứng làm cho cửa van từ từ quay tròn ngược chiều kim đồng hồ đến vị trí viên phân cửa thẳng góc thì dừng lại
Khi cần bảo dưỡng sửa chữa cửa van thì tiếp tục co xi lanh trên và duỗi xi lanh dưới để thanh truyền tiếp tục quay ngược chiều kim đồng hồ Khi đó phần
Trang 3029
Hình 3.2 Cửa van xoay trục ngang trên sông Thames đang
đóng
viên phân cửa tiếp tục quay ngược chiều kim
đồng hồ đến vị trí mà thanh liên kết đi qua tâm
quay Tại vị trí này cửa không thể tiếp tục quay
được nữa vì lực quay cửa đi qua tâm quay nên
mô men quay bằng không Để khắc phục điểm
chết này trong quá trình làm việc, người ta bố
trí thêm một cơ cấu cơ khí - thuỷ lực phía bên
phải trụ pin Cơ cấu cơ khí - thuỷ lực là một
khoá liên kết có thể tự động điều khiển liên kết
với cửa van và một xi lanh thuỷ lực liên kết với
khoá để kéo đẩy khoá theo hành trình của xi
lanh Khi cửa van quay đến góc chết, cơ cấu cơ
khí sẽ đẩy cửa van đi qua điểm chết (trong
trường hợp cửa van quay ngược trở lại thì cơ cấu này lại kéo cửa van qua điểm chết) Sau khi vượt qua khỏi góc chết, cửa van tiếp tục quay đến vị trí viên phân cửa nằm ngang phía trên mực nước Tại vị trí này có thể tiến hành bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng
3.2 Điều khiển đóng mở cửa van xoay trục ngang trên công trình ngăn sông EMS
Cửa van xoay trục ngang lắp trên
công trình ngăn sông EMS cũng được
đóng mở bằng hệ thống xi lanh thuỷ lực
Tuy nhiên, khác với hệ thống đóng mở
cửa van xoay trục ngang lắp trên công
trình ngăn sông Thames, ở đây xi lanh
được bắt trực tiếp vào đĩa quay hai đầu
thay vì phải qua hệ thống thanh truyền
Hình 3.3 Điều khiển cửa van xoay trục ngang trên sông EMS, Đức
Trang 3130
Khi cửa van ở trạng thái mở, xi lanh duỗi ra hết, muốn đóng cửa để ngăn triều thì co xi lanh lại Khi đó, lực xi lanh sẽ tạo ra mô men quay làm cửa xoay ngược chiều kim đồng hồ, phần viên phân cửa từ từ được nâng lên, cửa đóng lại làm nhiệm vụ ngăn triều Khi cần mở, xi lanh duỗi ra, cửa từ từ hạ xuống
Khi cần bảo dưỡng, sửa chữa cửa van thì cần phải quay góc 180o để phần viên phân cửa lên trên mực nước Trong trường hợp này sẽ có một vị trí mà ở đó, phương xi lanh nâng hạ sẽ đi qua tâm quay nên không tạo ra được mô men để quay cửa Để cửa van có thể vượt qua được điểm chết này, người ta thiết kế một
hệ thống bơm nước dằn vào hai đĩa quay hai đầu Khối nước dằn lệch tâm này sẽ làm quay cửa vượt qua điểm chiết Sau đó, xi lanh nâng hạ đổi chiều chuyển động, xi lanh duỗi ra để tiếp tục quay cửa theo ngược chiều kim đồng hồ đến góc quay 180o để phần viên phân cửa hoàn toàn nằm phía trên mực nước Tại vị trí này, các kỹ thuật viên dễ dàng bảo dưỡng sửa chữa các hỏng hóc
Sau khi bảo dưỡng sửa chữa xong, xi lanh chuyển động theo chiều ngược lại để hạn cửa xuống Khi đến điểm chết thì trọng lượng lệch tâm của phần viên phân xoay sẽ đóng vai trò tạo ra mô men làm quay cửa qua điểm chết
Ngoài ra, thiết kế cửa van xoay trục ngang lắp trên công trình ngăn sông EMS còn có hệ thống bơm nước dằn vào phần viên phân ở giữa Khối nước dằn này sẽ đóng vai trò giữ cửa không bị đẩy lên bởi áp lực đẩy nổi
3.3 Phương pháp khác điều khiển đóng mở cửa van xoay trục ngang
Ngoài hai phương pháp điều khiển đóng mở trên, còn có một phương pháp đóng mở khác nữa đã được các nhà thiết kế đề cập đến khi phân tích lựa chọn các phương án đóng mở cho cửa van xoay trục ngang lắp trên công trình ngăn sông Thames
Trang 3231
Hình 3.4 Điều khiển cửa van xoay trục ngang bằng khí nén
Theo phương pháp này, thì phần
viên phân cửa phải làm rỗng, bên trong
có thể chứa nước và không khí nén
Bình thường, cửa ở trạng thái mở, bên
trong chứa đầy nước Khi cần đóng cửa,
người ta bơm khí nén vào bên trong
phần viên phân cửa và mở van phía
dưới Khi đó, khí nén sẽ đẩy nước trong
viên phân cửa ra ngoài làm trọng lượng của cửa giảm xuống Khi giảm đến giá trị nhỏ hơn lực đẩy nổi thì cửa sẽ từ từ đóng lại Để mở cửa người ta lại làm thao tác ngược lại: xả khí nén trong cửa và bơm nước vào Khi đó trọng lượng riêng của cửa tăng lên đến giá trị lớn hơn lực đẩy nổi thì cửa từ từ mở ra
Phương pháp đóng mở này khá đơn giản, tuy nhiên lại không thể quay cửa
180o đến vị trí bảo dưỡng sửa chữa Chính vì vậy, phương án này đã không được chọn để điều khiển đóng mở cửa van xoay trục ngang trên công trình ngăn sông Thames
3.4 Phân tích đánh giá các phương pháp điều khiển cửa van xoay trục ngang
Từ nguyên lý làm việc của cửa van xoay trục ngang có thể thấy các vấn đề
kỹ thuật cần khắc phục trong quá trình vận hành:
- Xoay cửa van vượt qua điểm chết (là điểm mà lực đóng mở của van đi qua tâm quay)
- Khắc phục hiện tượng đẩy nổi khi cửa ở dưới đáy
Các phương pháp đóng mở khác nhau đều đưa ra được biện pháp để giải quyết được vấn đề kỹ thuật này Tuy nhiên mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế của nó
Trang 3332
Đường kính đĩa quay của cửa van lắp trên công trình ngăn sông Thames là 22m, với đường kính này để cửa hoạt động nhịp nhàng thì thanh truyền phải có chiều dài lên đến 24m Vì vậy, kết cấu điều khiển cửa van tương đối cồng kềnh
Do phương pháp điều khiển này không sử dụng bơm nước để cân bằng lực đẩy nổi nên trọng lượng cửa nặng hơn Điều này dẫn đến, lực đóng mở lớn và lãng phí vật liệu
Còn với cửa van xoay trục ngang lắp trên công trình ngăn sông EMS sử dụng phương pháp điều khiển có nhiều ưu điểm hơn Xi lanh đóng mở được liên kết trực tiếp vào đĩa quay hai đầu mà không sử dụng khâu trung gian là thanh truyền Với kết cấu như vậy, khối lượng tổng thể cửa van giảm đáng kể nhưng lực đóng mở lớn hơn Tuy nhiên do giảm khối lượng cửa van nên giá trị tuyệt đối
về lực đóng mở lại nhỏ hơn so với phương pháp sử dụng khâu trung gian là thanh truyền Ngoài ra, phương pháp đóng mở này sử dụng nước dằn bơm vào trong viên phân và hai đĩa quay để giúp cửa van vượt qua điểm chết và triệt tiêu lực đẩy nổi khi cửa van nằm dưới đáy
Tóm lại, phương pháp đóng mở áp dụng cho cửa van xoay trục ngang lắp trên công trình ngăn sông Thames chỉ cần hệ thống thuỷ lực – cơ khí để giải quyết các yêu cầu đặt ra nên kết cấu đơn giản hơn, nhưng thanh truyền tương đối dài và trọng lượng cửa van lớn để cân bằng lực đẩy nổi Ngược lại, phương pháp đóng mở áp dụng cho cửa van xoay trục ngang lắp trên công trình ngăn sông EMS ngoài hệ thống thuỷ lực điều khiển xi lanh đóng mở liên kết trực tiếp vào đĩa quay hai đầu còn cần thêm hệ thống bơm để bơm và tháo nước ở trong phân viên phân cửa và đĩa quay hai đầu
Kết luận chương 3
Từ việc tìm hiểu nguyên lý của các phương pháp đóng mở cửa van xoay trục ngang và phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp, có thể thấy
Trang 3433
phương pháp đóng mở có nhiều ưu điểm hơn cả là phương pháp được áp dụng cho cửa van xoay trục ngang lắp trên công trình ngăn sông EMS
Vì vậy, các cửa van xoay trục ngang lắp đặt trên các công trình ngăn sông
ở Việt Nam có thể áp dụng phương pháp đóng mở này Khi áp dụng cần tính toán cẩn thận các thông số để lựa chọn được đúng các thiết bị
Trang 3534
Chương 4
NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THUỶ LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN TRỤC NGANG LẮP TRÊN CỐNG THỦ BỘ 4.1 Công trình cống Thủ Bộ
Công trình “Cống Thủ Bộ” nằm trên sông Cần Giuộc, một nhánh của sông Soài Rạp thuộc địa phận huyện Cần Giuộc, Cần Đước tỉnh Long An Khu vực nghiên cứu bố trí công trình dự kiến từ cầu Thủ Bộ về hạ lưu đến vị trí ngã ba sông Cần Giuộc và kênh Nước Mặn 4km
Khi nghiên cứu ban đầu đã đưa ra hai phương án :
Vùng tuyến PA 1 : Dự kiến xây dựng công trình tại lòng sông, cách cầu Thủ Bộ hiện hữu khoảng 500m về phía biển Khi đó diện tích mất đất sẽ nhỏ kinh phí đền bù ít, khối lượng đằo đắp không lớn, tuy nhiên công nghệ thi công dưới nước sẽ phức tạp, chi phí cao
Vùng tuyến PA 2 : Vị trí dự kiến xây dựng công trình bên bờ trái, cách cầu Thủ Bộ hiện hữu khoảng 2km về phía biển Khi đó công trình sẽ được xây dựng trong hố móng khô, kỹ thuật đơn giản hơn tuy nhiên khối lượng đào đắp sẽ lớn, diện tích mất đất nhiều làm chi phí đền bù tăng lên
Cống Thủ Bộ là một trong 12 cống lớn trên đê bao tiểu vùng I có diện tích 2179km2 thuộc hệ thống công trình chống ngập úng TP Hồ Chí Minh Cống Thủ
bộ là công trình cấp 1 với nhiệm vụ cùng với các công trình khác trong hệ thống chống ngập úng khu vực TP.HCM đảm bảo :
- Kiểm soát mực nước trong các sông rạch không vượt quá mực nước cho phép để không ngập do triều về mùa khô và do mưa cùng với thủy triều về mùa mưa
Trang 3635
- Góp phần cải tạo môi trường bằng cách vận hành tạo dòng chảy một chiều lấy nước sạch từ sông Sài Gòn và sông Vàm Cỏ chảy vào nội đồng rồi tiêu thoát về phía Nam ra Soài Rạp
- Đảm bảo giao thông thủy
Thông số kỹ thuật chủ yếu:
- Mực nước max thiết kế (0,2%) +2,78 m
- Mực nước min thiết kế (0,2%) +0,60 m
- Mực nước triều max kiểm tra (0,01%) +3,01 m
- Mực nước triều min kiểm tra (0,01%) +0,60 m
- Mực nước triều max kiểm tra do biến đổi khí hậu +3,08 m
- Mực nước triều min kiểm tra do biến đổi khí hậu +0,60 m
- Cao trình ngưỡng đáy -4, -6, -8; -6; -4 m
- Khẩu độ 45 x 45 x 60 x 45 x 45 m
Căn cứ vào nhiệm vụ công trình đã được phê duyệt, các đặc điểm của công trình, các yêu cầu vận hành, giao thông, địa chất, khí hậu và nghiên cứu các công trình tương tự đã xây dựng trên thế giới và nghiên cứu đặc điểm của các loại cửa van để đưa ra các phương án cửa van khác nhau có thể ứng dụng vào công trình, từ đó phân tích và lựa chọn, đề xuất phương án khả thi, hợp lý nhất với công trình cống Thủ Bộ
Trong giai đoạn thiết kế cơ sở phải xác định được các chủng loại thiết bị
cơ khí sử dụng, các kích thước của các bộ phận chính của thiết bị, các hình thức, hình dạng kết cấu của các bộ phận để có thể xác định được sơ bộ khối lượng, công suất động cơ sử dụng, dự trù giá thành sản phẩm Các thông số này cùng với các thông số bổ sung sau khi đo đạc khảo sát công trình sẽ phải bảo đảm để tiếp tục triển khai giai đoạn thiết kế kỹ thuật, đáp ứng các mục tiêu của công trình đặt ra
Trang 3736
Sau khi tổng hợp phân tích các phương án đưa ra, thì phương án khả thi nhất là sử dụng bốn cửa van phẳng cho các khoang 45m và một cửa xoay trục ngang cho khoang 60m
4.2 Cửa van xoay trục ngang lắp trên cống Thủ Bộ
Cửa van xoay trục ngang
lắp trên cống Thủ Bộ được bố trí
vào khoang giữa BxH= (60 x 16)m,
cao trình đáy -8,0m Khi mở, cửa
van quay xuống dưới, mặt dây cung
cửa nằm sát ngưỡng đáy -8,0m Khi
đóng, cửa quay lên 750 (trường hợp
giữ ngọt) hoặc 850 (trường hợp ngăn
mặn) theo chiều ngược kim đồng
hồ, phần viên phân cửa chắn nước
ngăn cách thượng và hạ lưu mực
nước Khi cần sửa chữa, bảo dưỡng
cửa, cho quay tiếp lên 900 nữa, lúc
đó toàn bộ viên phân nằm bên trên
mặt nước
Vận hành cửa van này bằng hệ thống xi lanh thủy lực kết hợp bơm nước dằn để vượt qua điểm chết khi xi lanh thẳng góc với tâm quay
Kết cấu cửa van xoay trục ngang có hai phần chính: phần đĩa tròn hai đầu
có gắn trục quay và xi lanh thủy lực để vận hành, đồng thời liên kết với cửa van chính hình viên phân Phần thứ hai là cửa van có hình viên phân có khẩu độ 60m, chiều dày viên phân là 3,9m, chiều dài dây cung viên phân khoảng 16,8m
Hình 4.1 Cửa van xoay trục ngang dự kiến lắp trên cống Thủ Bộ
Trang 3837
Hai đĩa có đường kính Ф 22m
hàn từ các tấm thép bọc ngoài, bên
trong là rỗng, có các vách ngăn tăng
cứng và chứa nước dằn Ở tâm đĩa có
kết cấu liên kết với trục quay cố định
Ở đây sử dụng khớp dạng hình cầu để
tạo khả năng tự lựa khi lắp đặt không
chính xác và khi trụ lún không đều vẫn
có thể hoạt động (hình 21, 22)
Phần viên phân cửa: mặt cong và mặt dây cung đều hàn bằng thép tấm có chiều dày khác nhau tùy theo từng vị trí chịu tải Lớn nhất là phần đáy sử dụng thép có chiều dày đến 50mm, được lốc cong với bán kính 11m Tiếp theo là các thép mỏng dần 36mm về hai phía và cuối cùng là 15mm Trong lòng của viên phân được hàn các vách ngăn dọc theo chiều dài 60m của cửa, có các tấm gân
Hình 4.2 Kết cấu cửa van xoay trục ngang
Hình 4.3 Mặt cắt ngang cửa van xoay
trục ngang
Trang 3938
liên kết tăng cứng cục bộ Các ngăn cũng được phân bố sao cho thuận tiện cho việc bơm và tháo nước dằn trong quá trình đóng, mở cửa Như vậy các vách ngăn vừa bảo đảm bền và ổn định của cửa van vừa phải chứa nước dằn : thể tích chứa phù hợp lực đóng mở, thuận tiện việc bơm vào và tháo nước ra
4.3 Tính toán sơ bộ mô men quay cửa
Do cửa van nằm trong nước, nếu cửa van rỗng không có nước dằn, lực đẩy nổi cửa van rất lớn Đóng mở cửa là phải tạo ra mô men trên xi lanh đủ lớn
để thắng được mô men cản quay của cửa Trong thiết kế cơ sở, tính toán sơ bộ với cột nước 8m Ngoài ra mô men do trọng lượng phần cửa viên phân, độ lệch cánh tay đòn lớn dần khi mở, mô men ma sát trong ổ trục quay cũng khá lớn Do
đó tổng mô men quay phụ thuộc nước dằn và xuất hiện không đều ở các vị trí khác nhau của góc quay Khi không có nước dằn, lực đẩy nổi lớn, phải tạo lực giữ cửa khi đóng và đẩy lớn khi mở Khi cần sửa chữa, cửa không quay qua được điểm chết, do đó phải sử dụng nước dằn để điều tiết quá trình đóng mở
Các thông số để tính toán sơ bộ mô men quay
- Khẩu độ: 60 m
- Đường kính viên phân: 22 m
- Chiều dày viên phân: 3,9 m
- Chiều dài dây cung: 16 m
- Chiều dày hai đĩa: 1,5 m
- Bố trí bộ xi lanh thuỷ lực để
vận hành cửa như hình 4.4
Hình 4.4 Bố trính xi lanh vận hành cửa