MỘT SỐ LOẠI VAN DƯỚI SÂU

Van đĩa dùng để chắn nước ở các lỗ hoặc ống đặt dưới sâu như các lỗ trong thân đập, các đường ống dẫn nước vào turbin của nhà máy thủy điện v.v... Đĩa làm bằng kim loại đặt trong một vỏ bằng thép. Van đĩa có loại quay quanh trục ngang (có tên gọi là van bướm) hoặc quay quanh trục đứng.

Loại van đĩa trục ngang vỏ thép, tại vị trí đóng mở có đường kính lớn hơn đường kính ống một chút, tạo thành hai vai đỡ là hai nửa vòng tròn khi đóng cửa van. Do nửa đĩa phía dưới chịu áp lực nước lớn hơn nửa đĩa phía trên sẽ tạo ra mômen quay ép chặt cửa van vào vai đỡ. Tuy nhiên để tăng lực ép cửa van vào vai, người ta vẫn bố trí thêm bộ phận cơ khí để ép cửa van khi đóng. Tại chỗ vai đỡ có bố trí thêm các nửa vòng đai bằng đồng thau hay bằng cao su để tăng độ khít, hạn chế rò rỉ nước. Khi đóng, cửa van nằm một góc gần 800 so với trục dọc của ống (hình 6­32). Khi mở hoàn toàn đĩa sẽ nằm theo trục dọc của ống. Nếu ta bố trí khi đóng mà cửa van hợp với trục dọc một góc 900 thì khi mở hoàn toàn sẽ hợp với trục dọc một góc gần 100 do điều kiện tiếp giáp của các nửa vòng tròn với trục quay của đĩa. Lúc van mở, áp lực ở nửa trên của đĩa sẽ tăng dần. Sở dĩ có hiện tượng này là do có áp lực dư (áp lực thuỷ động) ngoài áp lực tĩnh ở phía trước, ở phía sau có chân không (khu nước xoáy). Mômen do áp lực dư này sinh ra sẽ lớn nhất khi cửa van mở khoảng 500600. Lúc này dòng chảy có khuynh hướng đóng cửa van lại, vì vậy cần có bộ phận giữ và tiếp tục mở cửa.

246

Hình 6-32. Cửa van đĩa trục ngang.

1. Khu áp lực dư; 2. Khu nước xoáy.

Hệ số tổn thất cột nước qua cửa van khi mở hoàn toàn khoảng 0,26. Cửa van đĩa có ưu điểm là lực đóng mở nhỏ, thao tác nhẹ nhàng, nhanh chóng, thường dùng làm van sự cố.

Nhược điểm là dễ gây chấn động, có chân không lớn, khi mới mở cửa. Khi không điều tiết lưu lượng người ta đã dùng van đĩa đường kính 1,6  3,45m, với cột nước 55  150m. Van đĩa có thể sử dụng như cửa van điều tiết lưu lượng với cột nước 20  30m.

6.5.2. Van kim

Van kim là loại van có thể dùng điều tiết lưu lượng ở những nơi cột nước lớn. Van có thể làm việc trong trường hợp đóng, mở hoàn toàn hay ở vị trí trung gian mà không có rung động. Loại này dùng được ở những nơi có cột nước tới 800m và đường kính đạt tới 6,5m. Van thường đặt ở cuối các lỗ tháo nước phía hạ lưu đập và tháo nước ra không khí, tổn thất cột nước qua cửa van nhỏ (khoảng 0,20 v2/2g). Loại van này có kết cấu phức tạp, đắt.

Cửa van (hình 6­33) gồm một vỏ bọc kim loại hình bầu dục 1, xi lanh cố định 2, phần đầu dạng hình côn 3. Trong xi lanh cố định có bộ phận chuyển động như một pittông 4. Ở đầu pittông gắn khối đúc hình kim 5. Khi cửa mở, nước chảy trong khoảng trống giữa vỏ và xi lanh cố định. Khoảng 6 ở sau hình côn; khoảng 7 giữa xi lanh và pittông đều ăn thông với thượng hạ lưu nhờ các ống dẫn.

Khi mở van người ta cho nước vào khoảng trống 7 và tháo nước trong khoảng trống 6 ra. Do tác dụng của áp lực nước trong buồng 7, pittông bị đẩy từ phải sang trái để mở cửa.

Khi cần đóng cửa, dẫn nước vào buồng 6 và tháo nước ở buồng 7, pittông sẽ chuyển động từ trái sang phải. Trường hợp cửa van ở vị trí trung gian có thể dùng bộ phận cơ khí điều chỉnh trục van ở vị trí đã định. Hoặc có thể lợi dụng áp lực tác dụng vào đầu bộ phận hình kim đẩy lùi pittông đến vị trí nhất định.

247 1 7

5

4 2 6

3

a)

c) 4 7

6

b)

3 1 2

4 5 6

d) 6

4

e) Hình 6-33. Van hình kim.

6.5.3. Van khoá

Van khoá là dạng được sử dụng rộng rãi cho các đường ống dẫn nước, khí.

Trong các công trình thuỷ lợi, van khoá được sử dụng nhiều ở các cống lấy nước dưới đập có đường kính không lớn (D < 0,8m), đặt cửa van ở cuối cống để tạo chế độ chảy có áp ổn định trong cống (xem chương 4). Phổ biến nhất là loại van khoá tròn (hình 6­34). Về cấu tạo, van khoá tròn có một vỏ bằng gang đúc, bên trong có một đĩa chuyển động dạng phẳng (hình 6­34) hay hình nêm. Khi đường kính D < 0,75m, có thể mở van trong điều kiện có độ chênh áp lực ở mặt trước và sau van. Điều này cho phép sử dụng van khoá làm van chính hay van sự cố.

D Pd Pn Q

a

Hình 6 -34. Sơ đồ van khoá tròn

Còn khi đường kính lớn hơn thì phải dùng đến thiết bị cân bằng áp lực để hỗ trợ mở van.

248

Trị số hệ số sức cản thuỷ lực của van khoá có tấm chắn phẳng song song phụ thuộc vào độ mở tương đối m = a/D như trên bảng 6­2, trong đó v dùng khi van đặt trên đường ống;

v’ dùng khi van đặt ở cửa ra (không xét đến tổn thất cột nước lưu tốc ở cửa ra).

Bảng 6-2. Trị số hệ số sức cản thuỷ lực của van khoá.

m = a/D 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,05

v 0,07 0,126 0,034 0,71 1,31 2,50 5,0 10,1 31 200 850

v’ 0,106 0,213 0,75 1,70 2,30 3,85 7,1 14,2 36 200 850 6.5.4. Van côn (van nút chai)

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. Van thường đặt ở cửa ra của ống tháo và dòng chảy phóng ra từ đó dưới dạng chùm tia phun vào không khí hoặc ngập dưới mực nước hạ lưu.

Trong xây dựng thuỷ lợi những năm gần đây, van côn đã được sử dụng tương đối nhiều ở các cống thép bọc bêtông cốt thép dưới đập đất,như ở cống Ea Soup thượng (Đak Lak): D = 1,8m; cống Nam Suối Dầu (Khánh Hoà): D = 1,7m; cống Vạn Hội (Bình Định): D

= 1,5m...

350 1560

1310 S=1100 Amax

 D = 2200

D' = 2390 1

2

4

3

Hình 6-35. Van côn có đường kính 2200mm (đơn vị trong hình vẽ: mm).

Cấu tạo của van côn gồm xi lanh cố định 1 (hình 6­35) nối liền với vỏ thép của ống dẫn; nút chặn hình côn 2 gắn cố định ở cuối; một xi lanh khác có đường kính nhỏ hơn có thể di động dọc theo trục ống nhờ một cơ cấu điều khiển để khống chế độ mở van. Góc ở đỉnh của nút hình côn thường chế tạo trong khoảng từ 500  900; van có  = 500 cho phép giảm nhỏ kích thước của buồng tiêu năng phía sau.

Hệ số tổn thất thuỷ lực của van côn có hành trình S = 0,68D và  = 500 xác định theo bảng 6­3.

Bảng 6-3. Hệ số sức cản thuỷ lực của van côn có  = 500 và S = 0,68D.

249

D '

D Độ mở tương đối m = A/S

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

1,10 66,3 19,7 9,83 5,77 3,73 2,50 1,71 1,17 0,80 0,52 1,04 128,3 30,5 13,6 7,67 4,86 3,27 2,29 1,63 1,18 0,91