Nghiên cứu phương án cải tiến hệ thống thuỷ lực đóng mở cửa van cung đập tràn nhà máy thuỷ điện

LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi với đề tài “NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN HỆ THỐNG THUỶ LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN CUNG ĐẬP TRÀN NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN” đã được hoàn chỉnh trong một t

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài trong luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư, Tiến sỹ Ngô Sỹ Lộc Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Phan Linh Sơn

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp cao học của tôi với đề tài “NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN HỆ THỐNG THUỶ LỰC ĐÓNG MỞ CỬA VAN CUNG ĐẬP TRÀN NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN” đã được hoàn chỉnh trong một thời gian ngắn và đã đạt được các kết quả đặt ra Đồng thời, giúp nâng cao khả năng tự nghiên cứu của bàn thân tôi trọng quá trình ứng dụng các thành tựu khoa học và việc phát triển công nghệ cho đất nước

Tôi xin chân thành cảm ơn Phó Giáo sư, Tiến sỹ Ngô Sỹ Lộc, người hướng dẫn trực tiếp cho tôi hoàn thành luận văn này Cảm ơn những lời khuyên, hướng dẫn bổ ích của ông về vấn đề cải tiến hệ thống nâng hạ cửa van cung đập tràn Nhà máy Thuỷ điện

Tôi cũng xin cảm ơn các giảng viên Bộ môn máy và kỹ thuật thuỷ khí, Viện

cơ khí động lực trường ĐHBK Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong công tác nghiên cứu tài liệu và hướng dẫn cho tôi hoàn thành tốt đề tài của luận văn

Hà Nội, ngày 25 tháng 09 năm 2013

Tác giả luận văn

Phan Linh Sơn

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7

MỞ ĐẦU 8

1 Tính cấp thiết của đề tài 10

2 Vấn đề nghiên cứu 11

3 Ý nghĩa khọc và ý nghĩa thực tiễn 12

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 12

5 Nhiệm vụ, nội dung 13

6 Phương pháp nghiên cứu 13

CHƯƠNG 1 CỬA VAN CUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÓNG MỞ TRUYỀN THỐNG 14

1.1 Những kết cấu chính 14

1.2 Các kiểu cửa van cung 16

1.3 Tính toán lực tác động lên cửa van cung 18

1.4 Hệ thống thuỷ lực theo phương pháp đóng mở truyên thống 21

1.5 Lực tác động lên xy lanh theo phương án bố trí truyền thống 30

1.6 Ưu, nhược điểm của hệ thống thuỷ lực theo phương pháp đóng mở truyên thống 45

1.7 Kết luận chương 1 45

CHƯƠNG 2 ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG THUỶ LỰC NÂNG HẠ CỬA VAN CUNG CẢI TIẾN 46

2.1 Sơ đồ bố trí thiết bị phương án cải tiến 46

2.2 Sơ đồ thuỷ lực và mô tả hệ thốngthuỷ lực phương án cải tiến 47

2.3 Tính toán lực tác động lên xy lanh 51

2.4 Tính toán ổn định cần xy lanh bố trí theo phương án cải tiến 65

2.5 Kết Luận chương 2 66

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU SO SÁNH CÁC CHỈ TIÊU VỀ KINH TẾ CỦA HAI PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ 67

3.1 Đơn giá sử dụng tính toán 67

3.2 Bảng tổng hợp và so sánh giá trị 70

3.3 Nguyên nhân tăng giảm của hai phương án 73

3.4 Kết luận chương 3 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG

R: Bán kính cong tôn bưng van cung

LH: Chiều rộng thông thuỷ cửa van

H: Cột nước thiết kế

h: Chiều cao chịu tải

r: Bán kính điểm đặt lực nâng

lH: Khoảng cách từ tâm xoay tới chằn nước đáy

ho: Khoảng cách từ ngưỡng tới tâm xoay

: Góc hợp với phương ngang

PG: Tải trọng theo phương ngang

PV: Tải trọng theo phương đứng

N: lực tác động của xi lanh

E: Mô đun đàn hồi của kim loại

γ: Trọng lượng riêng của nước

Fo: Hệ số mà sát của gối xoay

Ff: Hệ số ma sát của gioăng cao su với thép khe

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 Sơ đồ tổng thể một nhà máy thuỷ điện dạng lòng sông sau đập

Hình 2 Nhà máy thuỷ điện dạng lòng sông sau đập nhìn từ hạ lưu

Hình 3 Cửa van cung đập tràn nhà máy thuỷ điện

Hình 1.1 Bố trí chung cửa van cung đập tràn nhà máy thuỷ

Hình 1.2 Cửa van cung loại thông thường

Hình 1.3 Cửa van cung loại có lưỡi tràn

Hình 1.4 Cửa van cung hai lớp

Hình 1.5 Cửa van cung phao

Hình 1.6 Sơ đồ tính toán cửa van

Hình 1.7 Sơ đồ lực tác động

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực điều khiển nâng hạ Van cung theo phương pháp truyền thống

Hình 1.9 Bố trí Cửa van cung và thiết bị nâng theo phương pháp truyền thống

Hình 1.10 Sơ đồ tính toán cửa van

Hình 2.1 Bố trí Cửa van cung và thiết bị nâng theo phương án cải tiến xy lanh đẩy

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực điều khiển nâng hạ Van cung theo phương án đề

xuất cải tiến

Hình 2.3 Sơ đồ tính toán cửa van

MỞ ĐẦU

Trong lĩnh vực cung cấp năng lượng điện, năng lượng Thuỷ điện đang là một trong những nguồn quan trọng năng lượng này chiếm khoảng 40% tổng công suất phát trong lưới điện quốc gia (theo báo cáo tổng hợp của EVN năm 2012) Thuỷ điện là nguồn điện có được từ năng lượng nước Năng lượng thuỷ điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay tuốc bin nước và máy phát điện

Hình 1 Sơ đồ tổng thể một nhà máy thuỷ điện dạng lòng sông sau đập

Nhà máy được bố trí gồm các hạng mục công trình chính như sau:

Hồ chứa nước có chứa năng là nơi tích nguồn năng lượng nước từ lưu vực thượng nguồn đưa về

Cụm đầu mối đập dâng, đập tràn có chức năng ngăn nước tạo ra thế năng của

hồ chứa và điều tiết nước từ hồ chứa xuống hạ du khi lượng nước thượng nguồn đưa về vượt quá qui mô chứa của hồ

Tuyến năng lượng cửa nhận nước có chức năng tiếp nhận nước vào ốn áp lực dẫn xuống nhà máy

Tuyến năng lượng ống áp lực dẫn nước có chức năng dẫn nước từ cửa nhận nước về nhà máy

Tuyến năng lượng nhà máy thuỷ điện có chức năng là nơi biến đổi động năng của nước thành năng lượng điện

Tuyến năng lượng hạ lưu và kênh xả nhà máy có chức năng nối tiếp dòng nước từ sau nhà máy tới phần hạ lưu

Hình 2 Nhà máy thuỷ điện dạng lòng sông sau đập nhìn từ hạ lưu

Năng lượng lấy được từ nước phụ thuộc không chỉ vào thể tích mà cả vào sự khác biệt về độ cao giữa nguồn và dòng chảy ra Sự khác biệt về độ cao được gọi là

áp suất Lượng năng lượng tiềm tàng trong nước tỷ lệ với áp suất Để có được áp

suất cao và thể tích nước lớn người ta xây dựng các hồ chứa nước có thể tích lớn Việc giữ nước được thông Đập nước Việc điều tiết mực nước và lưu lượng hồ chứa

xả về hạ du được thực hiện thông qua đập tràn mà thiết bị cụ thể làm nhiệm vụ này

là Cửa van cung đập tràn

1 Tính cấp thiết của đề tài

Các thiết bị cơ điện bố trí trên đập tràn rất phong phú và đa dạng Bên cạnh việc sử dụng cửa van cung làm công tác điều tiết hồ chứa trong thực tế còn dùng rất nhiều dạng cửa van khác như cửa van phẳng, cửa đối trọng, Kèm theo đó là sự

đa dạng các thiết bị dung cho công tác vận hành nâng, hạ các cửa van này Nhưng hiện tại các công trình thuỷ điện tại Việt Nam đa phần thiết bị điều tiết bố trí trên đập tràn là cửa van cung kèm theo thiết bị nâng hạ là xy lanh thuỷ lực bố trí theo phườn pháp truyền thống đó là treo trên trụ pin đập tràn Các cửa van cung được thiết kế có một đặc điểm rất đặc biệt là khi nâng phải dùng lực bên ngoài (thông qua

xy lanh) tác động còn khi hạ thì không cần lực bên ngoài tác động (cửa van có khả năng tự hạ) Chính vì vậy các hệ thống xy lanh này nâng hạ cửa van cung có đặc điểm chung là xy lanh một đầu gắn vào cửa van một đầu treo trên tường trụ pin Các xy lanh này được xử dụng theo thực tế lực kéo lớn hơn so với lực đẩy (lực khi

hạ bằng không) Chính vì việc bố trí như vậy chúng ta không tận dụng hết được các

ưu điểm của xy lanh thuỷ lực là lực đẩy lớn hơn lực nâng

Hình 3 Cửa van cung đập tràn nhà máy thuỷ điện

Ngoài vấn đề về lực tác động phương pháp bố trí xy lanh theo cách truyền thống còn có ưu điểm như độ tin cậy cao do được áp dụng rộng rãi và đúc rút được

từ đó hoàn thiện thêm về tính năng hoặt động và đôộtin cậy của thiết bị Bên cạnh

đó nó cũng còn tồn tại một nhược điểm lớn đó là giá thành xy lanh rất đắt do thiết

bị có kích thước lớn và phải nhập ngoại

Vấn đề đặt ra là phải có một nghiên cứu ứng dụng, tận dụng tối đa các ưu điểm của

xy lanh phục vu công tác đóng mở cửa van cung đập tràn

2 Vấn đề nghiên cứu

Việc sử dụng thiết bị thủy lực làm máy đóng cửa van cung trên các công trình đập tràn đã được xử dụng rất nhiều do các ưu điểm của nó so với các thiết bị nâng hạ khác Nhưng nói chung cách bố trí các thiết bị thuỷ lực này (xy lanh) vẫn chưa tối ưu về sử dụng các ưu điểm của xy lanh dẫn đến việc nâng giá thành của

thiết bị từ đó làm tăng vốn đầu tư công trình Luận án này chọn nội dung nghiên cứu là cải tiến thay thế loại xy lanh dung để nâng, hạ cửa van cung bằng loại xy lanh đẩy có công nghệ chế tạo trong nước

Trong quá trình nghiên cứu sẽ tính toán tối ưu về lực đẩy và tính ổn định của cần xy lanh chúng ta sẽ giải quyết hai vấn đề:

Nghiên cứu tính toán so sánh lực nâng, hạ cho hai cách bố trí xy lanh Một theo cách truyền thống (xy lanh có lực kéo lớn) Một theo cách mới (xy lanh có lực đẩy lớn)

Nghiên cứu tính toán ổn định cần xy lanh và lựu chọn loại xy lanh thích hợp cho việc thực hiện nhiệm vụ nâng cửa van

3 Ý nghĩa khọc và ý nghĩa thực tiễn

Đề tài nghiên cứu cải tiến thay thế xy lanh kéo bằng xy lanh đẩy có ý nghĩa thực tế quan trọng trong việc tận dụng toàn bộ các ưu điểm của xy lanh thuỷ lực từ

đó tối ưu hoá hệ thống thuỷ lực nâng hạ cửa van cung

Công trình giải quyết vấn đề thực tế là việc sử dụng xy lanh đẩy (là loại xy lanh không yêu câu công nghệ chế tạo quá cao Công nghệ trong nước đáp ứng được) trong việc nâng cửa van Cung chưa có nghiên cứu cụ thể từ trước tới này Việc thành công của hướng nghiên cứu mở ra một cách nhìn mới, một cách bố trí mới cho toàn bộ thiết bị bố trí trên đập tràn

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính của luận văn này là thiết bị xy lanh thuỷ lực, nâng hạ cửa van cung Cửa van cung là cửa van được sử dụng rộng rãi trong các công trình điều tiết nước cho hồ chứa thuỷ điện

Phạm vi nghiên cứu của luận văn chỉ giới hạn cho xác định lực đẩy yêu cầu và so sánh giá trị thiết bị giữa hê thống thuỷ lực bố trí theo cách truyền thống và hề thống thuỷ lực cải tiến Phần so sánh giá trị được tính áp dụng cho một hệ thống cửa van cung cụ thể có kích thước cỡ trung bình áp dụng cho các công trình đập tràn thuỷ điện

5 Nhiệm vụ, nội dung

* Nêu tổng quan về cửa van cung bố trí trong công trình thuỷ điện

* Nêu các ưu, nhược điểm của hai hệ thống

* Xác định lực nâng, hạ yêu cầu

* So sánh giá trị thiết bị hai phương án

* Kết luận và kiến nghị

6 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu mà tác giả áp dụng là phương pháp truyền thống phân tích các đặc điểm tải trọng đặt lên cửa van và thiết bị nâng trong quá trình vận hành đóng, mở Khảo sát, tính toán trên cả hai hệ thống đóng mở truyền thống và hệ thống đề xuất cải tiến so sánh các ưu nhược điểm từ đó nêu các kiến nghị

CHƯƠNG 1 CỬA VAN CUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

ĐÓNG MỞ TRUYỀN THỐNG 1.1 Những kết cấu chính

Cửa van cung được sử dụng rộng rãi trong các công trình điều tiết nước các

hồ chứa thuỷ lợi, thủy điện do các ưu điểm nổi bật của nó

Hình 1.1 Bố trí đặc trưng Cửa van cung đập tràn nhà máy thuỷ điện

Các kết cấu chính của cửa van cung được thể hiện trong hình H 1.1 gồm những chi tiết cơ bản như sau:

d Càng

Càng là bộ phận nhận áp lực từ dầm chính truyền vào cối quay (trục quay) cửa Kết cấu càng có dạng phẳng và dạng không gian Bố trí càng có thể thẳng góc với dầm chính, hoặc bố trí xiên góc với dầm chính

e Dầm chính

Cửa cung trên mặt thường cấu tạo 2 dầm chính chịu lực đều nhau Kết cấu dầm chính có dạng đặc và dạng giàn Dạng đặc thường là thép chữ I, T hoặc thép tấm ghép thành

f Đế cối quay:

Chế tạo bởi thép đúc hoặc thép hàn

g Trục quay:

Được cố định vào đế cối quay; chế tạo bằng thép Trục và đế cối nhận toàn

bộ áp lực nưóc và trọng lượng bản thân cửa truyền vào trụ pin Đế cối cừa van được

cố định vào trụ pin nhờ các bu lông Khi thiết kế cần chú ý việc bố trí các bu lông này sao cho dẻ thay thế khi sửa chữa

h Gioăng chắn nước

Cửa cung được chắn nưóc ở đáy và 2 bên, vật liệu gioăng thường bằng cao

su vì độ đàn hồi lớn dễ kín nước

Như vậy có thể thấy rằng kết cấu cửa van cung cơ bản gồm hai phần chính

đó là:

- Phần động bao gồm: Bản mặt, gioăng chắn nước, khung, càng, các dầm đỡ

- Phần tĩnh bao gồm: Đế cối quay, trục quay

1.2 Các kiểu cửa van cung

a Cửa van cung thông thường

Hình 1.2 Cửa van cung loại thông thường

b Cửa van cung có lưỡi tràn

Ngoài cửa cung thông dụng ta thường gặp còn có cửa cung có lưỡi tràn bên trên Đây là hình thức cửa kết hợp giữa cửa cung và cửa sập Khi muốn tháo lưu lượng nhỏ, hạ cửa sập (bên trên cửa cung), nước tràn qua cửa cung Khi muốn xả lưu lượng lớn, kéo cả cửa cung lên Hình thức cửa này thường sử dụng ờ công trình tràn có lưu lượng xả lũ thay đổi lớn

Hình 1.3 Cửa van cung loại có lưỡi tràn

c Cửa cung hai lớp

Hình 1.4 Cửa van cung hai lớp

Cừa cung 2 lớp đặt chồng lên nhau và quay cùng tâm quay Đồng trục quay Loại cửa cung 2 lóp có lợi ở chỗ khi cần tháo lưu lượng nhỏ thì mở lớp trên, vẫn giữ nước trong hồ cao hơn ngưỡng cửa; khi xả lũ lớn mở cả hai lóp

d Cửa cung phao

Hình 1.5 Cửa van cung phao

Tác dụng của phao là giảm nhẹ lực nâng hạ Loại cửa này thích hợp khi công trình có tường ngực và có thể thiết kế thêm cơ cấu đối trọng để đóng mở tự động hoặc bán tự động

Các lực tác dụng chính lên cửa van cung

Lực tác dụng lên xiỉanh thủy lực chỉnh là lực kéo cửa Lực này phụ thuộc vào trụng lượng cửa, áp lực nước, ma sát gioăng, lực hút chân không Do đó, cần phân tích các lực và tìm ra quy tắc tìm điểm đặt lực sao cho có lợi nhất

Ảp lực thủy tĩnh Đối với của van hình cung áp lực thủy tĩnh tác dụng xuất hiện cả theo phương thẳng đủng và nằm ngang Do hình dạng khá đặc biệt của nó nên lực thủy tĩnh thay đổi trong quá trình vận hành và bằng 0 khi cửa không còn tiếp xúc với nước Dạng cửa hình cung nên áp lực chính luôn hướng vào tâm quay của cửa Đây là một ưu điểm rất lớn của cửa hình cung so với các loại cửa khác Bởi

vì áp lực nước chỉ ảnh hưởng đến lực kéo cửa qua ma sát ở cụm cối quay

1.3 Tính toán lực tác động lên cửa van cung

Phần này trình bày nguyên lý tính toán các lực tác động lên cửa van cung

Hình 1.6 Sơ đồ tính toán cửa van

Chú thích các đại kí hiêu trong hình vẽ:

lH: Khoảng cách từ tâm xoay tới chằn nước đáy

ho: Khoảng cách từ ngưỡng tới tâm xoay

lp, hp: Vị trí đặt lực nâng

lG, hG: Vị trí trọng tâm

PV: Tải trọng theo phương đứng

PG=0.5R2LH[2sincos0.5(sin2sin2+(H-h)(coscos/R]

Xét bài toán cân bằng mô men tại gối xoay với các mô men tác động bao gồm:

- Mô men do Xy lanhtác động N.L

- Mô men do tự trọng của van MG = GlG

- Mô men do áp lực nước gây ra truyền qua tôn bưng tới càng và gây ra ma sát tại bạc gối xoay MO = f0Pr

- Mô men do ma sát của gioăng chắn nước MY = fFPYLRY

1.4 Hệ thống thuỷ lực theo phương pháp đóng mở truyên thống

Trong thực tể, việc truyền năng lượng có thể thực hiện được thông qua chất lỏng Việc truyền năng lượng thông qua chất lỏng làm vật mang năng lượng dễ dàng thực hiện việc phân phối và điều khiển dòng năng lượng hơn so với các truyền động khác Máy đóng mở thuỷ lực cũng là một hệ thống thủy lực và được thiết kế

để đáp ứng yêu cầu truyền động của cửa van

Nói chung, hệ thống thủy lực thường dùng nâng hạ cửa van cung có những

bộ phận chính như H2.2 Về tồng quan, một hệ thống truyền động thủy lực bao gồm các phần tử như bơm thủy lực hút dầu từ thùng chứa dầu Bơm đẩy dầu áp lực qua van một chiều đến van phân phối Từ van phân phối dầu đẫn đến van tiết lưu đến buồng nhỏ xy lanh Xy lanh thủy lực chuyển động lùi đẩy dầu về thùng chứa qua van phân phối Van phân phối có thể điều khiển dầu chảy theo chiều ngược lại Tức

là dầu chày từ van phân phổi vào buồng lớn xy lanh Dầu hồi từ buồng nhỏ chày qua van tiết lưu về thừng chứa qua van phân phổi

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực điều khiển nâng hạ Van cung theo phương pháp truyền thống

Chú thích các phần tử:

1 Thùng dầu

2 Van tháo cạn

3 Báo mức dầu và nhiệt độ

4 Báo mức dầu cao

18 Khối van phân phối

19 Van an toàn xả không tải

20 Van phân phối

21 Van an toàn

22 Van một chiều

23 Đồng hồ đo áp dải đo

24 Đồng hồ đo áp dải đo

25 Đầu kiểm tra

26 Ống mềm kiểm tra

27 Đồng hồ đo áp dải đo

28 Đồng hồ đo áp dải đo

29 Đồng hồ đo áp dải đo

40 Khối van an toàn

41 Đầu kiểm tra

42 Đầu kiểm tra

43 Đầu kiểm tra

44 Đầu kiểm tra

45 Van tiết lưu

46 Van tiết lưu

47 Van một chiều có điều khiển

48 Van một chiều có điều khiển

Bộ chấp hành tuyến tính sử dụng trong máy đóng mở thủy lực và xy lanh thuỷ lực xy lanh thủy lực hiện nay đã được chuẩn hoá Hiện nay, đang tồn tại một

số tiêu chuẩn về xy lanh thửy lực như ISO, BFPA Tuy nhiên, trong việc lắp đật máy đóng mở có mức độ yêu cầu về an toàn cao thì các xy lanh theo tiêu chuẩn ISO

6022 thường được sử dụng

Đối với xy lanh thủy lực sử dụng cho máy đóng mở có một số điểm cần lưu

ý khi tính toán lựa chọn:

Xy lanh thường ở trạng thái không vận hành trong thời gian rất dài, có khi đến hàng tháng hoặc vài tháng mới làm việc trở lại Tuổi thọ xy lanh cùng với cồng trình, xy lanh hầu như không cần phải bảo dưỡng Thông thường thời gian phục vụ

có thể đến 30 năm

Xy lanh thường có hành trình lớn từ 3m đến 12m, kích thước và trọng lượng lớn, lực do tự trọng đè lên dẫn hướng phía trước lớn do đó phải có đoạn ngàm dài trong thân xy lanh làm việc với tải trọng lớn, tương đối không ổn định do ma sát giữa cao su gioăng chắn nước với thép khe và lực thủy động gây ra

Xy lanh dài và thường xuyên ở trạng thái duỗi ra hết Do đó, độ võng xy lanh lớn, để giảm thiểu và thoả mãn các tiêu chuẩn an toàn, hầu hết các xy lanh cần có đường kính cần piston lớn Kêt cấu xy lanh và vị trí lắp đặt có ảnh hưởng đến kích thước xy lanh (cần piston và đường kính xy lanh)

* Hệ thống điều khiển thuỷ lực

Hệ thống điều khiển bằng thủy lực (trạm nguồn) là một bộ phận quan trọng của máy đỏng mở Trạm nguồn là nguồn cung cấp dầu áp lực cao cho các xy lanh của máy đỏng mở Các chức năng của trạm nguồn tương ứng thoả mãn các yêu cầu của cửa cung trong quá trình vận hành Mỗi trạm sử dụng cho một cửa van cung, được đặt tại các nhà vận hành cửa van trên các trụ pin bê tông tại đập tràn

+ Thừng chứa dầu

Thùng dầu cỏ trang bị thêm một nắp kiểm tra, bộ lọc dầu, bộ lọc không khí, các ống và các phụ kiện cần thiết, một que thăm mức dầu, cũng như các công tắc báo tín hiệu mức dầu thấp hoặc báo tín hiệu cắt khi mức dầu quá thấp Thùng dầu

này chứa được toàn bộ tổng sổ dầu trong mỗi hệ thống Trạm nguồn áp lực này có một hệ thống van by-pass cho phép kiểm tra các bơm và công tắc áp lực mà không cần tháo Tổ hợp này cũng bao gồm tất cả các van tiết lưu loại cố định và có thể điều chỉnh để hiệu chỉnh và kiểm soát lưu lượng và có một van cầu được thao tác thủ công để có thể hạ thấp cừa van bằng tay

+ Chức năng chính trạm nguồn thủy lực điều khiển cửa van cung

Trạm nguồn điều khiển thủy lực bao gồm 02 bơm thủy lực dẫn động bởi 02 động cơ điện Hai bơm thủy lực làm việc như một bom chính và một bơm dự phòng Hai bơm được cách ly với nhau bằng van một chiều để đảm bảo một trong hai bơm vận hành không ảnh hưởng đến bơm còn lại

Cụm chức năng điều khiển tích hợp được chế tạo từ thép nguyên khối thực hiện một loạt các chức năng điều khiển hai chiều, mạch tái sinh, hãm tốc độ rơi, chống xâm thực, liên thông các trạm nguồn và cung cấp dầu trong chế độ cứu trợ Các công tắc áp lực và van an toàn được đặt ở những vị trí phù hợp để điều chỉnh đúng áp lực yêu cầu

Trạm nguồn được thiết kế để có thế vận hành ở 5 chế độ làm việc:

Kiểm soát áp lực

Trạm nguồn được trang bị hệ thống các công tắc áp lực hoặc cảm biến áp lực

để người sử dụng và hệ thống điều khiển nhận biết trạng thái làm việc Công tắc áp lực với áp suất đặt 210 bar dùng để phát hiện trạng thái toàn tải của bơm nguồn Công tắc áp lực với áp suất đặt 50 bar dùng để phát tín hiệu "cho phép điều khiển" truyền về tủ bảng điện điều khiển Mặt khác, công tắc áp lực 20 bar đặt dọc trên đường ống cũng cho phép phát hiện các đường ống bị vỡ

Để đo áp lực tại các điểm trên đường ống, trong cụm chức năng thủy lực và các vị trí khó lắp được đồng hồ áp lực, ữạm nguồn có sẵn các đầu kiểm tra áp Kiểm soát mức dầu và nhiệt độ dầu

Ngoài mức dầu kế quang học có nhiệt kế, hệ thống còn được ữang bị công tắc mức dầu và công tắc nhiệt dầu Công tắc mức dầu trả về tủ điều khiển tín hiệu thể tích dầu trong phạm vi làm việc của hệ thống khi vận hành Nêu đầu bay hơi, rò

rỉ hoặc hao hụt vì nguyên nhân nào đó quá mức cho phép, công tắc sẽ báo cho người sử dụng biết để bổ sung Đến mức dầu thấp đưới quy định công tắc sẽ ngắt không cho phép điều khiển và phát túi hiệu báo động Trong trường hợp hệ thống điều khiển van không tải không làm việc, dầu có thể bị quá nóng đến nhiệt độ đặt trước, công tắc nhiệt độ dầu sẽ phát tín hiệu ngừng điều khiển Dầu quá nóng thường ảnh hưởng lớn đến độ nhớt của nó, áp lực của hệ thống có thể bị tụt Lúc đó

hệ thống điều khiển mở van nước làm mát dầu để đảm bảo an toàn vận hành, về mùa đông, độ nhớt dầu giảm nhanh chóng và có thể gây ra hiện tượng xâm thực cổng hút bơm khi quá nhớt Trạm nguồn được trang bị bộ sấy nóng dầu trước khi vận hành Trong khoảng thời gian từ 15 đến 30 phút trước khi điều khiển, dầu được sấy nóng (chế độ chờ) hoặc duy trì nhiệt độ dầu ở một nhiệt độ tối thiểu vào mùa đông (chế độ làm việc)

Các đầu nối nhanh và van bi chờ lắp sẵn trên trạm cho phép nối song song các trạm với nhau

Liên thông các trạm nguồn

Trên các trạm nguồn được trang bị các đầu nối nhanh và van bi áp lực cao, tại các điểm bố trí đầu nối trên đường áp lực và từ thùng chứa có thể nối được sang các trạm nguồn kế bên bằng các ống mềm dẫn dầu Hệ thống các trạm nguồn được nối liên thông nhau như thế tạo ra độ an toàn vận hành cao ngay cả khi gặp sự cố nhiều trạm

Mạch tái sinh (dùng cho cửa tự hạ)

Trạm nguồn thủy lực cung cấp dầu điều khiển xy lanh thủy lực chỉ khi xy lanh chuyển động kéo Khi xy lanh điều khiển hạ, bơm không cần cung cấp năng lượng cho quá trình này Hệ thống chuyển sang chế độ tái sinh Dầu từ buồng nhỏ của xy lanh chảy trực tiếp sang buồng lớn Hệ thống chỉ duy trì một áp lực điều khiển hạ tải khoảng 50 bar Toàn bộ năng lượng bơm sẽ chuyển thành nhiệt Thùng dầu được chế tạo với thể tích đủ lớn để có thể tản được nhiệt lượng này

Mạch đồng bộ không phản hồi

Để cho hai xy lanh điều khiển cửa không bị lệch nhau vì ma sát không đều giữa hai khe cừa, và cũng vì lý do an toàn một cụm van tích hợp được gắn vào đầu mỗi xy lanh Trong cụm van gắn sẵn các van ổn tốc để điều chỉnh vận tốc nâng hạ hai xy lanh đều nhau Mạch bù dầu tự động cũng được lắp trong tác động lên khi có

áp lực của bơm và đảm bảo chắc chắn khi có áp lực điều khiển hạ thì cửa mới hạ xuống

Mạch nâng cửa không dùng bơm dẫn động điện

Hệ thống thủy lực được trang bị cụm điều khiển đóng/mở cửa không dùng bơm dẫn động điện Mạch thủy lực này đảm bảo trong trường hợp các bơm dẫn động điện bị sự cố (cả bơm chính và bơm dự phòng) vẫn có thể đỏng/mở cửa hoàn toàn Kết hợp với bơm tay (25 tới 40cm3)/hành trình kép có thể đóng/mở cửa trong thời gian khoảng 1,5 giờ - 4 giờ Tùy từng công trình, có thể thiết kế thêm bơm dẫn động bởi dộng cơ đốt trong

sự cố)

Mạch bù dầu, chống xâm thực

Trạm nguồn được trang bị các van một chiều cỡ lớn làm việc như các van bù dầu vào buồng lớn xy lanh khi xiỉanh hạ cửa cung Van này hoạt động khi áp lực trong buồng lớn xy lanh nhỏ hơn áp suất khí trời, tự động bù dầu vào buồng lớn Lọc sạch dầu và khí

Các bộ lọc sừ dụng trong trạm nguồn có phần từ lọc đến 10 micro m đạt hệ

số p 10 tới 200 (hệ sổ lọc 99,9%) Dầu thủy lực được lọc sạch bởi bộ lọc kép có van

bi cỡ lớn làm van cách ly Khi bộ lọc bị tắc, áp lực bên ừong phần tử lọc tăng lên Công tẳc áp lực đóng lại, ngắt hệ thống điều khiển Van bi dùng để chuyển mạch dòng chất lòng sang bộ lọc dự trữ khi thay thế phần tử lọc của bộ lọc bị tắc Khi chạy chế độ làm sạch dầu thủy lực ữong thùng chứa sẽ được lọc sạch hoàn toàn nhờ

bộ lọc Trong trường hợp cần chạy lọc liên tục khi vận hành, có thể thiết kế thêm bộ lọc độc lập trên thùng chứa

Trạm nguồn thủy lực vận hành ở khu vực có độ ẩm cao Do đó, phải đảm bảo lọc sạch không khí trao đổi trong thùng chứa dầu khi hệ thống vận hành, các bộ lọc chứa đầy silicagel được lắp ưên mặt thùng chứa Trong bộ lọc có 2 van một chiều

để chỉnh dòng khí lưu thông sao cho khi hút vào không khí đi vào qua bộ lọc là không khí khô và khi ra thì tự do

1.5 Lực tác động lên xy lanh theo phương án bố trí truyền thống

Bài toán khảo sát lực tác động lên xy lanh trong quá trình nâng hạ được thực hiện với của van Cung có kích thước BxH là 12x13m chịu cột nước tác động là 13m

Bố trí thiết bị cửa van, xy lanh như trong hình vẽ dưới đây

Hình 1.9 Bố trí Cửa van cung và thiết bị nâng theo phương pháp truyền thống

Hình 1.10 Sơ đồ tính toán cửa van

32 k Constant values [(hg-ho)2+lg2]0.5 m 10.971

34 k Constant values Arcsin[(ho-hp)/r] độ 29.18

35 Lg Chiều dài xi lanh [(hg-hp)2+(lg-lp)2]0.5 m 19.55

RGcos(arcos(lG/RG))

(H-kN

3674