Sơ đồ nghiên cứu và ưu nhược điểm của van lật tự động thủy lực trục dưới

Hình 1 trình bày sơ đồ cấu tạo của van lật tự động thủy lực trục dưới [1], [2], [3]. Tên  “Van lật tự động thủy lực trục dưới” là do tác giả đặt, xuất phát từ tên tiếng Anh “Hydraulic Self- Control Flap Gate” đang được lắp đặt phổ biến ở Trung Quốc và một số công trình thủy lợi-thủy điện ở Việt Nam cũng nhập loại van này. Ở Việt Nam, sơ đồ nguyên lý van này chưa được nghiên cứu nên nội dung và kết quả nghiên cứu của bài báo này là hoàn toàn mới và cần thiết trong lĩnh vực thủy lợi ở nước ta.

>>>>Xem thêm bài: Van cửa lật HDPE

Cửa van là loại van phẳng có chiều cao van (Hv), chiều rộng van (Bv) đặt trên ngưỡng đập tràn thực dụng hoặc đỉnh rộng cách đáy sông một đoạn P. Toàn bộ phần quay của van  (bao gồm tấm chắn nước, cấu kiện liên kết, cơ cấu truyền động,…) có trọng tâm ký hiệu là G. Trọng tâm G nằm thấp hơn mép trên van, cao hơn ngưỡng tràn và lệch về phía thượng lưu của tâm quay.

Trục quay của van nằm cao hơn ngưỡng tràn, thấp hơn mép trên van và ở về phía hạ lưu của van. Tâm quay được ký hiệu là O. Hệ tọa độ XOY đi qua tâm quay O. Ngoài ra, còn bố trí bệ tỳ FF để khống chế góc mở lớn nhất của van. Tọa độ trọng tâm là (XG,YG), trọng tâm G chỉ nằm trong góc 1/4 thứ tư. Tùy thuộc vào mực nước và áp lực nước thượng lưu, điều kiện cân bằng của van sẽ thay đổi, lúc đó cửa van sẽ thay đổi độ mở từ đóng hoàn toàn đến mở hoàn toàn.

Trong quá trình thay đổi độ mở, 3 yếu tố quan hệ mật thiết với nhau là cột nước tràn (ht), góc mở van (α) và tổng lưu lượng xả (Q). Nếu coi một trong 3 yếu tố là biết trước thì 2 yếu tố còn lại là các biến cần xác định. Điều kiện cân bằng của van trong quá trình làm việc thay đổi tự động theo diễn biến của cột nước tràn, do đó giải quyết được quy luật cân bằng động của quá trình van làm việc là một trong những nội dung nghiên cứu then chốt.

Trong hình 2 [4], [5], [6] là sơ đồ van lật tự động trục trên, loại van này đã được nghiên cứu và áp dụng ở nhiều nước trên thế giới, trong đó có Mỹ, Pháp và Ấn Độ. Loại van này có một số ưu điểm nhưng có một số nhược điểm như: (1) Không đẹp vì vật đối trọng đặt nổi ở  trên; (2) Cơ cấu truyền động chưa gọn gàng vì trục quay bố trí phía trên cao so với van; (3) Vật chắn nước rất khó khít vì áp lực tỳ không lớn, lượng nước rò rỉ cao; (4) Không tháo được cây cối, vật nổi; và (5) Không khống chế được góc mở lớn nhất.

Hình 2. Sơ đồ cấu tạo van lật tự động thủy lực trục trên

Loại van lật tự động thủy lực trục dưới khắc phục được những nhược điểm của van lật thủy lực trục trên, nhưng tính toán thủy lực và kết cấu sẽ phức tạp hơn.

Khi nghiên cứu điều kiện cân bằng của van cửa lật thủy lực tự động trục dưới đối với bài toán cơ bản, có thể sử dụng một số giả thiết sau:

– Biết trọng lượng của toàn bộ van và phần quay là G;

– Biết chiều cao van (Hv) và chiều rộng van (Bv);

– Biết góc mở ban đầu α0 (θ0);

– Biết vị trí tâm quay (O) nằm trên ngưỡng tràn, phía hạ lưu van và thấp hơn 1/2 chiều cao van;

– Lập hệ tọa độ XOY với gốc tọa độ đặt tại tâm quay O;

– Biết trọng tâm của van và phần quay nằm trong góc 1/4 thứ 4;

– Biết kích thước hình học của cửa van;

– Chỉ xét áp lực thủy tĩnh, chưa xét ảnh hưởng của áp lực thủy động tác dụng lên cửa van. Tạm bỏ qua ảnh hưởng lẫn nhau của các module cửa van về mặt tải trọng và chưa xét các lực ma sát do cơ cấu truyền động gây nên.