MỘT SỐ VAN ĐÓNG MỞ BẰNG SỨC NƯỚC

Cửa van quạt là loại đóng mở nhờ chuyển động quay quanh các khớp đặt ở ngưỡng đáy và áp lực nước tác dụng lên tấm chắn nước truyền cho các giàn rồi truyền cho ngưỡng đáy. Khi mở, cửa van nằm trong buồng ở ngưỡng đáy (hình 6­26). Vì vậy van dùng trong trường hợp ngưỡng đáy có đủ chiều cao để bố trí buồng van; thường chiều cao của ngưỡng phải lớn hơn 1,5 lần chiều cao của cửa van. Cửa van của đường tràn hồ Cấm Sơn (Lạng Sơn) là một ví dụ loại này.

242 1 2

Hình 6-26. Cửa van hình quạt.

Hình vẽ (6­26) giới thiệu đường dẫn tháo nước qua trụ để dẫn nước vào hoặc tháo ra khỏi buồng van khi đóng hoặc mở. Khi mở cửa, người ta đóng khoá 1 và mở khoá 2, như vậy nước trong buồng được tháo về hạ lưu, van hạ xuống dưới tác dụng trọng lượng bản thân. Khi cần nâng van lên, đóng khoá 2 và mở khoá 1 để dẫn nước vào buồng van. Cửa van được nâng lên dưới tác dụng của áp lực nước. Nếu cần điều chỉnh, khoá 1 và 2 có thể giữ cửa van ở một độ mở nhất định nào đó.

Loại van này đóng mở nhẹ nhàng, nhanh chóng, điều tiết mực nước khá tốt, tiện cho việc tháo các vật nổi. Tuy nhiên, khi sông có nhiều bùn cát thì dễ gây lắng đọng trong buồng van.

Loại này có thể dùng cho các khoang lớn (tới 60m) nhưng không cao (tới 5m).

Khi cửa van nằm ở vị trí đóng ta có phương trình cân bằng mô men như sau (hình 6­27a):

0 R T r W f b . W a .

G  2  0 1  0  (6­26)

Khi cửa van ở một vị trí nào đó, ta có (hình 6­27b):

0 R T R W f c W b . W a .

G  2  3  0 1  0  . (6­26)

Trong các công thức trên:

G ­ trọng lượng van;

a ­ cánh tay đòn của G đối với tâm quay;

W1, W2 ­ áp lực tác dụng vào 2 phía bản chắn;

W3 ­ áp lực nước tác dụng vào tấm chắn phía trên cửa van, cánh tay đòn của W3 là c;

f0 ­ hệ số ma sát của vật liệu khớp quay;

r ­ bán kính khớp quay;

T0 ­ lực ma sát của thiết bị chắn nước bên cạnh;

R­ bán kính cửa van.

243

a) b)

a

b R

c

b W1

W2

W1

W2

G

W3

Hình 6-27. Sơ đồ lực tác dụng lên van quạt.

Dấu  trong các công thức tương ứng với thời điểm cửa van đang nâng lên hoặc hạ xuống.

Về mặt cấu tạo, cửa van gồm bản chắn nước có bán kính cong R = (1,4  2)H, với H là cột nước trước cửa van. Các dầm chính cũng bố trí theo nguyên tắc chịu lực như nhau. Các thanh chống hỗ trợ hình cong (xem như cột đứng) để tăng cường chịu lực và tăng độ cứng cho bản. Các thanh này gồm từng đoạn đặt sát vào bản chắn và gác lên dầm chính.

Hệ thống giàn phẳng đặt cách nhau khoảng 1,5 ­ 3,0m, chịu lực từ dầm chính để truyền cho khớp. Khác với van cung, van quạt có nhiều càng quay nên lực phân phối cho mỗi càng chịu nhỏ hơn do đó có thể bố trí theo kiểu giàn phẳng (hình 6­28). Trục của khớp quay là một thanh thép tròn đặc hoặc rỗng đặt dọc theo ngưỡng đáy và làm trục quay chung của các khớp, chịu lực từ giàn truyền tới rồi truyền cho ngưỡng đáy.

Hình (6­29) biểu thị bộ phận khớp quay van quạt có trục quay là một thanh thép tròn rỗng.

2 5

67 4

1 3

Hình 6-28. Cấu tạo cửa van hình quạt.

1.Bản mặt; 2. Dầm chính; 3. Dầm phụ;

4. Cột đứng; 5. Càng quay; 6. Khớp quay;

7. Trục khớp ngang

Hình 6-29. Khớp quay của van quạt.

6.4.2. Cửa van mái nhà

244

Hình 6-30. Cửa van kiểu mái nhà.

Loại cửa van này gồm 2 tấm chắn nước giáp đầu nhau và quay quanh hai trục ở ngưỡng đáy, một ở thượng lưu, một ở hạ lưu.

Để nâng van lên, người ta giữ trong buồng van một mức nước nhất định. Vì vậy cũng giống như van quạt cần bố trí van phụ lấy nước dẫn qua trụ đưa vào buồng van và có đường tháo nước từ buồng van về hạ lưu khi cần hạ cửa xuống. Hình (6­30) giới thiệu một loại van mái nhà. Trong hình thức này có dùng phao đặt trong buồng van để tăng cường lực đẩy cửa van lên khi đóng cửa.

Tại chỗ hai cánh cửa tiếp giáp nhau, để cho việc đóng mở được dễ dàng người ta gắn bánh xe cho hai cửa tỳ lên nhau và chuyển động lăn khi đóng mở.

Tấm chắn hạ lưu thường xuyên chịu áp lực nước lớn hơn, do đó hệ thống dầm đỡ ở tấm chắn nước hạ lưu phải làm cứng hơn. Hệ thống dầm bố trí như hình thức khung giàn, các dầm đặt cách nhau 1,5  2,0m.

Trường hợp cửa ở vị trí đóng, sơ đồ lực tác dụng được thể hiện ở hình vẽ (6­31a). Cửa van chịu tác dụng của áp lực nước W1, W2, W3, trọng lượng các cánh cửa G1, G2, phản lực N tại chỗ tiếp giáp C, phản lực ở khớp A, O, lực ma sát tại khớp A, C và O. Dựa vào điều kiện cân bằng mô men ta có:

0 Nn br G a . W a .

W1 1  2 2  1  1  (6­28)

Đối với tấm chắn hạ lưu:

0 Nn b

G a .

W3 3  2 2  2  (6­28)

Các trị số cánh tay đòn của các lực a2, a3, n1, n2 và các lực W2, W3 có thể biểu thị bằng độ sâu hk (tính từ cao trình mực nước trong buồng van đến điểm O). Khi biết được W1, G1, G2, b1, b2 từ công thức (6­28) có thể xác định được hk, tức là xác định được chiều sâu nước cần thiết trong buồng van.

245

b2

hk

b1

a1

n1

n2

a2

a) b)

A w2

G1

W1

o w3

c G2

N N

W2

G1

W3

o W1

W4

Hình 6-31. Phân tích lực tác dụng lên cửa van mái nhà.

Khi cửa van ở vị trí trung gian (hình 6­31b) trị số các lực W1, W2, W3 và cánh tay đòn của các lực thay đổi. Ngoài ra còn có thêm lực tác dụng của nước tràn trên mặt W4, áp lực nước trong buồng van tác dụng lên phần trên tấm chắn thượng lưu W5. Dựa vào điều kiện cân bằng mô men ta xác định được mực nước trong buồng van.

Do sử dụng được bộ phận dẫn tháo nước ở buồng van để đóng mở cửa, nên lực đóng mở nhỏ và tốc độ đóng mở nhanh. Vì vậy loại van này có thể dùng khi nhịp rộng tới 40  45m với chiều cao 6  7m. Nhược điểm loại van này là trong quá trình tháo nước, cửa van thường không ổn định. Khi có nhiều bùn cát dễ gây lắng đọng, gây bất lợi cho chuyển động của cửa.