CHƯƠNG 1 - TONG QUAN VE CỬA VAN HÌNH CUNG 1. Khái quát về cửa van hình cung [3] [4] 1. Khái niệm và phân loại Cửa van là một bộ phận của công trình thuỷ lợi, dùng để khống chế mực nước và điều tiết lưu lượng theo yêu cầu tháo nước ở các thời kỳ khai thác khác nhau. Cửa van thường được đóng mở bằng tời hoặc xy lanh thủy lực.
Cita van hình cung là cửa van có mặt chịu áp lực nước dạng mặt cong, thường là một phần của mặt trụ tròn và được nối với hai cảng, khi đóng mở. cửa van quay xung quanh một trục quay cố định nằm ngang. Cửa van hình cùng thường được diing làm cửa xa lũ ở đập tràn. Hình dạng không gian và các bộ phận chính của kết cấu cửa van cung cảng xiên cho ở hình 1.1 Dâm chính Dầm phụ đọc Hình 1.1 - ấu cửa van hình cung hai khung chính, càng xiên Cửa van hình cung có hai loại chính là cửa van trên mặt và cửa van đưới sâu, có cửa phụ hoặc không có cửa phụ trên đỉnh van.
Cửa van trên mặt là cửa van có đỉnh cao hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình 1.2), cửa van dưới sâu là cửa van có đỉnh thấp hơn cao trình mực nước thượng lưu (hình L3). Của van hình cung có ưu điểm là đóng mở nhanh va dé ding điều tiết lưu lượng tháo, trụ pin có thé làm mỏng so với van phẳng vì khe van nông, Bản mất Viti dân cha trọng lượng Vit dâm chính „ Gỗi quay Ay ân cha trong lượng Vit dâm chính Hình 1.3 - Cửa van dưới sâu. Tuy nhiên trụ pin phải làm dai để có đủ kích thước đặt cảng van. Ap lực nước tác dụng tập trung lên trụ pin (qua cảng van) làm cho ứng suất tập trung phát sinh trong trụ pin và việc bố tri cốt thép chịu lực phức tạp hơn, nhất là những nơi van làm việc trong điều kiện chịu lực hai chiều.
Về cấu tạo và lip rép van cung cũng khổ khan, phúc tạp hơn van phẳng. Cita van cung là loại được áp dụng khá rộng rải, nhất là khi cửa có nhịp lớn hay những nơi cần tháo nước nhanh. Vật liệt làm cửa van thường bằng thép Cia van cung được phân loại như sau: Theo mực nước thượng lưu, được chia thành hai loại: Cửa van trên mặt và cửa van dưới sâu. Theo hình thức chảy qua van, có thé chia thành 3 nhóm: Cửa van cho nước chảy ở dưới, cho nước tràn qua đỉnh van, cho nước chảy qua đỉnh van và chảy dưới đáy van.
Theo kết cầu cửa van được chia thành 3 loại: Cửa van đơn, cửa van có cửa phụ và cửa van kép. “Trong các đập tràn thường dùng của van cho nước chảy ở dưới hoặc vừa cho chảy ở dưới vừa cho nước tràn qua van. Trong các âu tau, thuyền chỉ ding loại tran qua đỉnh van loại cửa van hạ xuống. “Cửa van có cửa phụ hoặc cửa van hai t 2, được dùng khi tháo vật nỗi hoặc tháo một lượng nước nhỏ, vì nếu dùng cửa van đơn thi sẽ mắt một khối lượng nước khá lớn.
Một số nguyên tắc và bố trí cấu tạo + Kết cầu phân động cửa van cung - Cửa van hình cung bao gồm bản chan nước (bản mặt), hệ thống dam (dam phụ dọc, dam đứng, dam chính), cảng đỡ và gối quay (hình 1. Hệ thong dam cũng bố trí theo nguyên tắc ở. mọi chỗ bản mặt chịu lực như nhau, các dim chính chịu lực như nhau dé tiện thi công và tận dụng khả năng chịu lực của vật liệu. Bên chấn nước Dim chin Dim phụ doe Dắm đứng Cảng để Gỗi quay Tình 1.4 - Sơ dé cấu tạo cửa van hình cung ~ Gối quay - Đỗi với kết cấu càng van, chịu áp lực nước từ dim chính.
và dim đứng truyền tới, tính toán theo hệ giàn. Gối quay là nơi ảng tựa lên và quay khi đóng mở cửa.5 biểu thị một số hình thức gối quay. Trường hợp bán kinh van cung R= (1.2z1,5)H,: (trong đó Hy là chiều sâu nước thượng lưu) thì gỗi đặt thấp hơn mực nước thượng lưu. Goi quay thường đặt cao hơn mực nước lớn nhất ở hạ lưu để tránh bị ngập nước dẫn tới hư hỏng và han rỉ.5 - Géi quay của cửa van cũng; a) Gối nón cụ b) Gối bản lễ Gối quay của cửa van cung thường dùng là gối kiểu nón cụt (hình 1.5a) và gối bản lề có một trục quay hoặc hai trục quay vuông góc với nhau (hình 1.5b), Gối có hai trục quay cấu tạo tương đối phức tạp nhưng có thẻ chuyên động được theo hai phương khác nhau.
Do đó khi các trụ lún không đều trong chừng mực nhất định vẫn không ảnh hưởng tới việc đóng mở cửa. Gối bản lề một trục quay cấu tạo đơn giản hon, thường dùng trong các cửa van có nhịp không lớn. - Gái đỡ bên - Dé đảm bảo cho cửa van ở vị trí bình thường trong khe van khi đóng và khi mở, để đảm bảo cho cửa van không bị xô lệch và không bị kẹt trong khe van. Thiết hướng bên có thể dùng kiểu bánh xe như: {hin Lén hose iễo trượt như inh 1.6, được bồ tí ở bai đầu van ahg » „ Bin cinh dém ngnie Hình 1.6- Géi đỡ bên kiểu bánh xe và kiểu trượt ~ Vật chấn nước - Vật chắn nước có thé làm bằng gổ, cao su, kim loại v., nhưng thường ding nhất là bằng cao su.
Các dang mặt cắt ngang của vật chắn nước bằng cao su thường dùng được biéu thị ở hình I. Cao su tấm ding làm vật chắn nước đáy, cao su chữ P thường ding lam vật chat nước bên và ở đỉnh, cao su chữ L chủ yếu dùng làm vật chắn nước ở bên cửa van hình cung. Cau tạo vật chin nước bên cho ở hình 1.7b và vật chắn nước đáy cho ở hình 1.7 - Cấu tạo kết cấu vật chắn nước bên và đáy van cung. Hình thức cửa van thường dùng hiện nay Phin lớn cửa van cung dùng bản mặt hình cung tròn có tâm trùng với tâm quay, trong các sông có lượng phủ sa lớn lắng đọng ở trước cửa van, thi tâm quay có thé đặt thấp hơn tâm bản mặt Hình 1.8 - So đồ một số hình thức bé trí tâm quay cửa van cung, Trong trường hợp này sẽ giảm được ảnh hưởng của lực ma sát do phù, sa tác dụng lên bản mặt, giảm được lực kéo của máy đồng mở khi nâng van.
“Cửa van thường dùng nhất hiện nay là cửa van hai dim chính chịu tải trọng bằng nhau, bản mặt là một mặt cung tròn có tâm cong trùng với tâm quay của cửa van Khung chính được chia thành các loại sau: - Chân thing và cứng (hình 1. = Chân thẳng và mảnh (hình 1.9b) - Chân xiên và mảnh (hình 1.9 - Các loại hình thức khung chính Cita van chân cứng có lực xô ngang lớn. làm giảm được momen uốn trong dim, nhưng mômen uốn trong cảng lại lớn, đồng thời khi cửa van chuyển động có lực ma sát ở mặt bên của gối bản lễ. Cửa van chân mảnh được dùng phổ biến nhất, trong trường hợp nảy độ cứng của chân nhỏ hơn độ cứng của dim vì anh hưởng của lực xô ngang nhỏ, có thể bỏ qua.
Cửa van chân xiên có một số uu điềm sau: Giảm được mômen uốn trong dầm chính, do đó dầm chính sẽ nhỏ, khi nhịp van dưới 12m và cột nước đưới 5m có thé dùng thép định hình làm dam chính. Chiều cao dim chính giảm, nên kết cấu giản đứng có thé nhỏ, trọng lượng van giảm, do đó lực kéo cần thiết của máy đóng mở cũng giảm. Cita van chân xiên cũng có một số nhược điểm sau: Cấu tạo gối bản lễ và mỗi ni giữa dim chính với chân van khá phức tạp. Tăng nội lực trong chân van và tăng chiều đài của chân van.
Khi có nước tran qua đỉnh van không nên sử dụng. Phạm vi ứng dụng. ‘Van hình cũng được dùng phổ biến trong các công trinh tưới và tiêu, nhịp có thể tới 40m với chiều cao dưới 14m. Khi nhịp van từ 10 đến 12m, thường dùng loại van cung hai dằm chính, chân mảnh, thắng hay xiên.
Với nhịp từ 6 đến 12m, cột nước từ 2,5 đến 4m thường dùng loại chân xiên và 6 dâm ngang. Ở những đầu âu thuyền dé tăng thêm chiều dai âu, giảm năng lượng dòng chảy dưới van khi đưa nước vào buồng âu, dùng van hình cung. tốt hơn van phẳng. Không dùng cửa van hình cung lâm cửa van sửa chữa, cửa van bảo hiểm và cửa van thi công vì gối tựa của cửa van cung là cố định.
Cửa van cùng có thể bố trí trong khe van hoặc ở mặt ngoài của trụ pin như ở hình 1. Cita van hình cung được dùng rộng rãi trong công trình thủy lợi vì nó có nhiều wu dié 'ó thể dùng trên đập tràn với mat cắt bat kỳ mà không cai mở rộng đỉnh đập. Điều kiện thủy lực của dòng chảy ở mép dưới van cũng 10 tốt hơn van phẳng, Cửa van được liên kết với gối bản lề có định nên chuyển động của cửa van được xác định và hầu như tránh được khả năng bị mắc kẹt do ven. “Trọng lượng van cung nhỏ hơn các loại khác.
Lực kéo của may đồng, mở nhỏ, có thé lợi dụng phương hợp lực của áp lực nước không di qua trục quay để giảm lực đóng mở. ‘Van cung cũng có một số nhược điểm sau: Phải có mồ và đường biên đài. Khi cống có chiều cao lớn và có ngưỡng ngang, nếu yêu cầu gối bản lễ không ngâm trong nước thì càng van phải rit dài. Thời gian đóng mở lâu hon cửa van phẳng, Hình 1.10 - Các hình thức khe van 1.
Bố trí kết cầu và xác định kích thước chủ yếu của cửa van [2] 1. Cấu tạo chung của cấu cửa van Cấu tạo cửa van cung phải bảo đảm các yêu cầu khai thác, giá thành ha và phải dé chế tạo, lắp ghép, kiểm tra, sửa chữa. Phần lớn cửa van cung dùng loại hai khung chính. Khi nhịp từ 12 đến 16m dim của khung chính dùng loại tiết diện đặc, còn khi nhịp lớn dùng loại giàn có thanh bụng xiên hoặc tam gide.Chan khung thường dùng.
Dam đứng ở giữa thường dùng loại rỗng, còn dim đứng hai đầu dùng loại đặc, Hình dang mặt cắt ngang của cửa van phải bảo đảm dòng cháy dưới đây van không va vào dầm chính dưới. Nếu vì một nguyên nhân nào đó không thé đưa dam chính dưới lên phía trên, thì kết của dim dim chính tốt nhất là dùng loại rỗng (giàn). Khi dùng dam đặc thì bản bụng của dam can phải khoét lỗ, điện tích của lỗ không được nhỏ hơn 20% tổng diện tích bản bụng dim chính.