Thiết kế thiết bị thuỷ lực nâng hạ cửa van công trình thuỷ lợi, thuỷ điện - Những vấn đề cần chú ý.[08/11/08]
06/11/2008 22:28
Thiết kế thiết bị thuỷ lực nâng hạ cửa van
công trình thuỷ lợi, thuỷ điện - Những vấn đề cần chú ý
ThS. Nguyễn Kim Lân
Chuyên viên chính,
Cục Quản lý XD Công trình
Bộ Nông nghiệp & PTNT
Lắp cửa van cung tại cống đập Đò Điểm (Hà Tĩnh)
Thiết bị thuỷ lực được sử dụng khá rộng rãi để nâng hạ cửa van các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện. Ở nước ta, trước đây thường dùng các thiết bị nâng như cầu trục, tời kéo, máy vít, …; trong những năm gần đây, thiết bị thuỷ lực đã được lắp đặt ở nhiều công trình thuỷ lợi, thuỷ điện. Trong giai đoạn đầu mới áp dụng, các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật chưa có, tài liệu chuyên ngành còn thiếu; việc thiết kế gặp nhiều khó khăn, thiết bị lắp đặt vào công trình có trường hợp gặp sự cố như cong, võng hoặc gãy cần xi lanh.
Bài viết không nhằm đánh giá hay tổng kết mà chỉ nêu ra một số vấn đề cần chú ý khi thiết kế tính chọn thiết bị thuỷ lực nâng hạ cửa van ở các công trình thuỷ lợi, thuỷ điện.
Thiết bị thuỷ lực nâng hạ cửa van được hiểu là hệ thống thuỷ lực. Hệ thống này bao gồm bốn cụm thiết bị chính: Trạm nguồn, xi lanh thuỷ lực, các thiết bị điều khiển và hệ thống đường ống. Cho đến nay chưa có sự thống nhất về tên gọi nên thiết bị thuỷ lực nâng hạ cửa van được đặt tên khác nhau như xi lanh thuỷ lực, máy đóng mở thuỷ lực, hệ thống thuỷ lực đóng mở cửa van, v.v. Vì vậy, thực tế đã có trường hợp do tranh luận về tên gọi thiết bị thuỷ lực cho một công trình, các tranh chấp liên quan đến phạm vi cung cấp thiết bị, đã tốn phí vô ích vì phải tổ chức nhiều cuộc họp và đi lại rất tốn kém, kéo dài thời gian thực hiện dự án.
Đặc tính quan trọng trong thuỷ lực học là áp suất, thường thì áp suất p đối với xi lanh thuỷ lực, bơm và động cơ thuỷ lực p = 30 ÷ 400 bar. Để tính chọn xi lanh thuỷ lực, trạm nguồn và các phần tử khác, trước hết phải chọn áp suất làm việc của hệ thống, thông thường chọn áp suất làm việc của xi lanh thuỷ lực từ 100 ÷ 200 bar (chọn các áp suất khác ngoài dải áp suất trên sẽ khó khăn trong việc lựa chọn thiết bị điều khiển đi kèm hệ thống và làm tăng chi phí công trình); tính tổng lực tác động lên cửa van (bao gồm áp lực nước, trọng lượng cửa van, v.v.); tính diện tích làm việc của piston thuỷ lực và cần piston; sau đó tính kiểm tra lại về vị trí góc đặt xi lanh, độ chịu võng, chịu uốn, v.v.; bước tính chọn phải được thực hiện đầy đủ đối với các phần tử trong bốn cụm thiết bị chính; dựa trên kết quả tính toán lập mô phỏng để kiểm tra lại. Qua thực tế cho thấy, bước tính chọn xi lanh thuỷ lực thường được tư vấn thiết kế thực hiện như sau: Tính lực nâng cửa van, tham khảo catalog xi lanh thuỷ lực của một hãng sản xuất, chọn đường kính piston, đường kính cần xi lanh; hiếm khi tính kiểm tra lại. Với cách tính như vậy người thiết kế đã bỏ qua nhiều yếu tố quan trọng liên quan đến việc vận hành an toàn của hệ thống, có trường hợp thừa bền (thông số, kích thước của xi lanh thuỷ lực và các phần tử trong hệ thống dư thừa so với yêu cầu) hoặc thiếu bền (gây cong, võng hoặc gãy xi lanh, …).
Việc tính toán lựa chọn và tính kiểm tra các thiết bị thuỷ lực bằng cách sử dụng các phương pháp và công thức thông thường. Do chưa có tiêu chuẩn, quy chuẩn quy định thống nhất quy trình và cách tính nên còn gặp lúng túng về nội dung yêu cầu và bước tính toán, về cách lấy các hệ số, v.v. Lấy ví dụ khi áp dụng công thức Euler để tính kiểm tra cong cần xi lanh, chiều dài tính cong được tính theo chiều dài làm việc của xi lanh hoặc tính theo hệ số cong võng, có nhiều hệ số tính toán tuỳ thuộc vị trí điểm đặt và kết cấu treo xi lanh nhưng trong một số trường hợp vẫn mất khá nhiều thời gian để tranh luận mà không thống nhất được cách tính.
Về phương án thiết bị nâng, như đã đề cập ở phần đầu bài viết, có nhiều loại thiết bị nâng có thể sử dụng để nâng hạ cửa van (bằng cầu trục, tời kéo, máy vít, thiết bị thuỷ lực, …). Khi chọn phương án tuỳ thuộc loại hình cửa van (van phẳng, van cung, cửa clapê, …), phương án đóng mở (nâng hạ theo phương thẳng đứng, theo góc xiên, …), quy mô cửa van (khẩu độ cửa, tải trọng tác dụng, chiều cao nâng, áp lực tác dụng, …), tần suất vận hành sử dụng và bảo dưỡng thiết bị, v.v. Đối với phương án thiết bị thuỷ lực, thông thường chỉ dùng xi lanh thuỷ lực, rất hạn chế kết hợp xi lanh thuỷ lực với thiết bị khác. Trường hợp dự định kết hợp xi lanh thuỷ lực với dây cáp phải nghiên cứu thật kỹ lưỡng, không sử dụng kiểu kết hợp này để nâng hạ cửa van chịu tải trọng lớn và chiều cao nâng lớn. Do thiếu thông tin về các lưu ý này, đã có trường hợp phải thay đổi phương án thiết bị nâng do gặp khó khăn trong việc tính chọn dây cáp và không thể tìm mua dây cáp trên thị trường vì kích thước dây quá lớn.
Trên đây là một số lưu ý cần thiết trong việc tính chọn thiết bị thuỷ lực để có phương án sử dụng thiết bị lắp đặt cho công trình. Những vấn đề khác như kết cấu, kích thước chi tiết, vật liệu, công nghệ chế tạo thuộc phạm vi nhà sản xuất xi lanh thuỷ lực. Mong được sự chia sẻ kinh nghiệm của những ai quan tâm đến lĩnh vực này./.
Tài liệu tham khảo:
- Trường Kỹ thuật công nghiệp Việt Nam – Hàn Quốc, Hệ thống thuỷ lực, Tập III, Nhà xuất bản Lao động – Xã hội, năm 2001.
- Hydraulic Gates and Penstocks Association –