Giáo trình Thủy công (Nghề Vận hành thủy điện)

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 công trong các nhà máy thuỷ điện; - Phân tích đ

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

Th ủy 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

N ội dung của môn học gồm có 5 bài:

Bài 1: Khái ni ệm và phân loại các thiết bị cơ khí thuỷ công

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 quá 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 toàn Trường để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn

Tôi 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 hoàn thành giáo trình này

Lào Cai, ngày tháng năm 2017

GV Ngô Đức Hiếu

MỤC LỤC

Bài 1: Khái niệm và phân loại các thiết bị cơ khí thuỷ công 6

Bài 6: Quy định các cánh phai và các quy định khác 39

2 Thao tác khi sự cố dưới gian máy 54

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN THỦY CÔNG

MỤC TIÊU MÔ 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 công 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 công trong nhà máy thuỷ điện

BÀI 1: KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CÁC THIẾT BỊ

CƠ KHÍ THỦY CÔNG

Mục tiêu:

Sau khi học xong bài này người học có khả năng:

- Phân biệt được các loại thiết bị cơ khí thuỷ công thường gặp trong các công trình thuỷ điện;

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 công 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 rò 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 công 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 công

Cửa van chính thực hiện chức năng điều tiết lưu lượng, khống chế mực nước trong thời gian khai thác công 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, còn van thi công thì sử dụng trong thời kỳ xây dựng công 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 công, sửa

chữa

2.2 Phân loại theo vị trí đặt van:

a) Phai; b) Van ph ẳng kéo lên; c)Van cung; d)Van trụ lăn; đ,e) van quạt; g)Van mái nhà;

Van ph ẳng 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 nhô 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 côn (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 Công dụng, cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại thiết bị

chắn rác thường gặp trong các công trình thuỷ điện;

1.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí

Lưới chắn rác bao gồm những thanh kim loại có tiết diện hình tròn, 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 tròn đối với lưới nhỏ còn

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 thông qua tính toán sao cho những vật trôi qua không 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 = 1/20D1 (a = 520cm)

- Đối với turbin tâm trục : a = 1/30D1 (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 thông 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 d ạng mặt cắt ngang song lưới và dầm ngang đỡ lưới a - mặt

c ắt 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 công 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 dòng chảy qua lưới phải

lấy nhỏ hơn vớt máy

2 C ấu 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 toàn

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 mô 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 ph ẳng 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 Ngoài tác dụng tháo nước nó còn 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 dòng 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

Trị số hk và yk được tính theo công thức:

bản truyền tới và chịu lực tập trung do cột đứng truyền tới(hình17-11d) Dựa vào sơ đồ

lực tác dụng để tính toán chọn kích thước của dầm đảm bảm đủ yêu cầu chịu

uốn.Ngoài ra còn cần kiểm tra độ võng đảm bảo không vượt qua trị số cho phép

Loại van này được sử dụng ở những công 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 không lâu vì gỗ chóng bị mục Cửa van do các dầm gỗ ghép nhau theo hình thức ghép

chốt hay ghép mộng Ngoài ra còn có các thanh nẹp bằng thép bắt đinh bu lông 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 toán 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 lông và trong trường hợp đó nói chung thanh

nẹp thoả mãn được yêu cầu chịu lực, không cần tính toán 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 lông(hình17-12,a) Trong thiết kế cần kiểm tra

khả năng chống cắt của bu lông hay đinh tán Trong tính toán dùng trị số lớn nhất của

Vật liệu làm phai có thể là gỗ, bê tông 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 g ỗ; 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 toán theo các công 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

Ngoài 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 còn 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 không đòi 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 còn 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 16c) đòi hỏi khe phải rộng hơn Bánh xe không có khe nên phải lắp thêm một số bánh

(17-xe định hướng để giữ cho bánh (17-xe chính luôn 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 mòn

Để giữ áp lực luôn tác dụng chính tâm bánh xe vỡ để bánh xe không bị nghiêng có thể dùng kiểu bản lề (hình 17-16d)

Hình 17-15 B ộ 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

Hình 17-16 M ột số hình thức bánh xe cửa van phẳng

1 Bánh xe; 2 Tr ục; 3 Vật chắn nước; 4 Dầm chính; 5 Bộ phận đỡ;

6 C ột 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 không rò rỉ Hình (17-17) giới thiệu một số thiết bị chắn nước ở đáy Loại này ngoài yêu cầu kín nước còn cần có hình dạng thích hợp để trong quá trình mở cửa nước chảy luồn bên dưới được dễ dàng không gây rung động

Hình 17-17 Thi ết bị chắn nước đáy cửa van phẳng a,b) ch ắn nước bằng gỗ; c, d) Vật chắn nước bằng kim loại;

e, f, g) V ật 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 LO ẠI 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 tròn 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 C ấu tạo

Hình 1-6 Nguyên 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 dòng đặt cố định; 7- rãnh thoát 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 vuông góc với dòng 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 không 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 xoáy, vì vậy cửa van bị chấn động và có thể xảy ra

hiện tượng bị xâm thực Để tránh hiện tượng chân không, người ta dẫn không 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 thuôn, 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 xoáy

1.2.2 Nguyên tắc bố trí

Cửa van đĩa được sử dụng rộng rãi tại các công trình tháo nước, dùng làm cửa van chính ứng với mọi loại cột nước khác nhau, nếu như không đòi 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 công trình tháo nước, và nó được đặt lộ hẳn ra ngoài 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 không được kín nước Ngày nay nhờ công 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 ni ệm;

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 hoàn toàn hay ở vị trí trung gian mà không có rung động

2.2 Cấu tạo và nguyên 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 thuôn: lối ra ở giữa hai vỏ này được đóng lại bằng cách di chuyển một pittông 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 thông dụng nhất là các cửa van cân bằng

Trên hình trình bày một kiểu của cửa van hình kim cân bằng hoàn chỉnh Cửa van gồm có vỏ 1, lõi 2 gắn vào vỏ bằng những sống hướng tâm, lõi có đầu hình nón 3

và pittông 4 với đầu có dạng kim 5 Pittông 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 khô hoàn toàn 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 khô 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 pittông làm cho nó di chuyển sang bên

phải cho đến khi nó tựa lên vòng 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 vòng nhô

ra của pittông và làm cho nó di chuyển sang phía trái đến phải mở hoàn toàn vòng trống nằm giữa vỏ 1 và pittông 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 dòng 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 công trình tháo nước, ở đó nước được phun thành tia vào không 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 hoàn 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, không 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 công 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 không tốt

3 Van khoá:

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 tròn

3.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí;

3.2.1 Cấu tạo

Về cấu tạo van khóa tròn có một vỏ bằng gang đúc, bên trong có một đĩa chuyển động dạng phẳng hay hình nêm như hình vẽ Khi đường kính D < 0.75m có thể

mở van trong điều kiên chênh áp lực ở mặt trước và mặt sau Điều này cho phép van khóa sư dụng làm van chính hay van sự cố Còn khi đường kính lớn hơn phải dùng đến thiết bị cân bằng áp lực để hỗ trợ khi mở van

4 Van côn( Van nút chai) :

4.1 Khái niệm;

Van côn là một ống hình trụ cố định được đậy ở cuối bằng một nút hình côn ( nón) Nhờ một cơ cấu đặc biệt, một xi lanh động có thể di chuyển dọc theo trục ống để điều khiển độ mở van

4.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí;

4.3 Cấu tạo

Van côn gồm 3 phần chính (hình vẽ)

a) Phần tĩnh bằng thép đúc hoặc thép hàn (1) (có thể gang đúc) có từ 4 đến 8 gân (2) góc nối với đầu tựa hình côn (3), góc côn a lấy trong khoảng a = 900 ÷ 1200 Mặt đầu

vỏ (1) có bích và trong nhiều trường hợp có bố trí võng ôm có lỗ thông khí

b) Bộ phận động là ống hình trụ (4) chuyển động trượt trên vỏ (1) nhờ các thanh trượt

gắn vào các gân Giữa (1) và (4) còn có bộ phận dẫn hướng (5) và gioăng chắn nước (6) Chiều dài di chuyển của (4) chính là chiều dài đóng mở của van côn (S) Trong thiết kế thường chọn S = 0,6 ÷0,7D (D - đường kính ống); với hệ số lưu lượng sơ bộ

chọn m = 0,8

c) Bộ phận thứ ba là cơ cấu máy điều khiển đóng mở Khác với van kim, cơ cấu đóng

mở van côn gắn bên ngoài bộ phận động, chuyền chuyển động theo 2 dạng: trục vít và pittông thủy lực đặt song song 2 bên trong mặt phẳng ngang chứa tim cửa

4.4 Nguyên tắc bố trí

Bố trí Van côn thường bố trí cuối đường ống( van thường đặt ở cửa ra của ống tháo) dòng chảy phóng ra từ đó dưới dạng chùm tia phun vào không khí hoặc ngập dưới mực nước hạ lưu Hiện nay đã có nghiên cứu đưa van côn vào giữa đường dẫn nước tạo thành hình thức nước chảy vòng, để tiêu năng ngay sau cửa ở trong ống

Phạm vi sử dụng: Đến nay cửa van côn là hình thức cửa được áp dụng khá rộng rãi sau van đĩa nhờ các ưu điểm cơ bản: điều tiết lưu lượng tốt, kết cấu đơn giản, dễ làm tiêu năng tốt Trong xây dựng thủy những năm gần đây, van côn đã được sử dụng tương đối nhiều ở các cống thép bọc bê tông cốt thép dưới đập đất như cống Ea Soup thượng ( Đak Lak): D = 1.8 m; Cống Nam Suối Dầu ( Khánh Hòa): D = 1.7 m; Cống

Vạn Hội ( Bình Định): D = 1.5 m…

5 Van trụ đứng:

5.1 Khái ni ệm;

Cửa van hình trụ đặt thẳng đứng dùng để đóng những lỗ tròn của những đoạn

thẳng đứng trong những công trình xả nước và những công trình lấy nước

5.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí

của nó nhô lên trên mức nước thượng lưu, trong khi đó thì mép trên của cửa van loại

thấp bị ngập trong nước Các cửa van trụ loại cao gồm một hình trụ rỗng đặt thẳng đứng, đầu trên và đầu dưới để trống, bởi vậy nước có thể chảy vào từ mặt ngoài của hình trụ (hình a) hoặc chảy từ trong ra (hình b) áp lực của nước lên cửa van có hướng chính tâm, bởi vậy so với trục hình trụ áp lực nước được cân bằng, nhờ đó lúc nâng

cửa van lên chủ yếu chỉ cần khắc phục được trọng lượng bản thân của cửa van Trong trường hợp lấy nước từ ngoài vào (hình a), khi cửa được nâng lên nước sẽ chảy qua

một lỗ vào nằm ngang và hướng xuống dưới hành lang Khi dẫn nước từ trong cửa ra (hình 4-15b) khi cửa van ở vị trí đóng kín nước choán đầy bên trong cửa van, còn khi nâng cửa van lên thì nước choán đầy khoang 1 và chảy theo hành lang dẫn nước 2

Cửa van trụ loại cao chỉ nên dùng trong trường hợp cột nước không lớn lắm tức là dùng cho các cửa lấy nước, bởi vì trong trường hợp cột nước cao cửa cần có một chiều cao rất lớn, cho nên chúng không được thông dụng

Thông dụng hơn là các cửa van hình trụ thấp loại dẫn nước từ ngoài vào (hình c) Tùy theo kết cấu mà cửa van trụ có thể chia ra loại trống loại kín Kết cấu của cửa van hình trụ thấp, loại trống (hình d),