KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG

Số 15/3-2013
Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng
38

NGHIấN CU C CH CN BNG
VAN LT T NG THY LC TRC DINguyn Thng Bng
1
, Lờ Ngc Thch
2Túm tt: Bi bỏo trỡnh by kt qu nghiờn cu c ch cõn bng van lt t ng
thy lc trc di i vi bi toỏn cõn bng c bn trong iu kin thy tnh. õy
l kt qu nghiờn cu mi trong lnh vc thy li v c khớ nc ta. cú th
tin ti xõy dng mụ hỡnh thớ nghim thy lc, cn phi tip t
c nghiờn cu trong
iu kin thy ng v mt s vn khỏc.
T khúa: Van lt t ng thy lc trc di
Abstract: This article presents the result of the investigation on general balance
conditions of hydraulic self-control flap gate in the static pressure conditions. This
is a new research result in the fields of water resources and mechanics in our
country. In order to set the hydraulic test model, it needs to make more researches
specially in the dynamic pressure conditions.
Keywords: Hydraulic self-control flap gate

Nhn ngy 03/9/2012, chnh sa ngy 16/10/2012, chp nhn ng 30/3/2013

P

Hỡnh 1. S cu to van lt t ng thy lc trc di

1
PGS.TS, Vin Khoa hc v Cụng ngh Cụng trỡnh thy, Trng i hc Xõy dng.
Email:
2
ThS, Vin Khoa hc v Cụng ngh Cụng trỡnh thy, Trng i hc Xõy dng.
KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG

Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng
Số 15/3-2013

39
Ca van l loi van phng cú chiu cao van (H
v
), chiu rng van (B
v
) t trờn ngng
p trn thc dng hoc nh rng cỏch ỏy sụng mt on P. Ton b phn quay ca van
(bao gm tm chn nc, cu kin liờn kt, c cu truyn ng, ) cú trng tõm ký hiu l G.
Trng tõm G nm thp hn mộp trờn van, cao hn ngng trn v lch v phớa thng lu ca
tõm quay. Trc quay ca van nm cao hn ngng trn, thp hn mộp trờn van v v phớa
h
lu ca van. Tõm quay c ký hiu l O. H ta XOY i qua tõm quay O. Ngoi ra, cũn
b trớ b t FF khng ch gúc m ln nht ca van. Ta trng tõm l (X
G
,Y
G

Hỡnh 2. S cu to van lt t ng thy lc trc trờn
Loi van lt t ng thy lc trc di khc phc c nhng nhc im ca van lt
thy lc trc trờn, nhng tớnh toỏn thy lc v kt cu s phc tp hn.
2. Cỏc gi thit khi nghiờn cu iu kin cõn bng ca van
Khi nghiờn c
u iu kin cõn bng ca van lt thy lc t ng trc di i vi bi toỏn
c bn, cú th s dng mt s gi thit sau:
- Bit trng lng ca ton b van v phn quay l G;
- Bit chiu cao van (H
v
) v chiu rng van (B
v
);
- Bit gúc m ban u
0
(
0
);
- Bit v trớ tõm quay (O) nm trờn ngng trn, phớa h lu van v thp hn 1/2 chiu cao van;
- Lp h ta XOY vi gc ta t ti tõm quay O;
- Bit trng tõm ca van v phn quay nm trong gúc 1/4 th 4;
- Bit kớch thc hỡnh hc ca ca van;
- Ch xột ỏp lc thy tnh, cha xột nh hng ca ỏp lc thy ng tỏc dng lờn ca
van. Tm b qua nh hng l
n nhau ca cỏc module ca van v mt ti trng v cha xột cỏc
lc ma sỏt do c cu truyn ng gõy nờn.
KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG

Số 15/3-2013
Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng

D
F
F
O
0
MNTL

h0
bv
Z
ht
P
Y
X
D
F
F
O
3
2
1
4
h
t

MNTL
G
P

(a) Trng thỏi úng (b) Trng thỏi m

Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng
Số 15/3-2013

41
Bng 3. Quy c ta cỏc im ca van ng vi gúc m cc i
im X Y Ghi chỳ
O X
0
Y
0
Tõm quay, gc ta
1 X
11
Y
11
Mộp thng lu nh
2 X
12
Y
12
Mộp thng lu mt ỏy
3 X
13
Y
13
Mộp h lu mt ỏy
4 X
14
Y
14

02
= 0
(1)
b) Cụng thc xỏc nh ta cỏc im khi ca van quay
Gi s ca van quay v h lu mt gúc , tc l gúc - theo quy c gúc lng giỏc,
to cỏc im c xỏc nh theo cụng thc sau:
X
i
() = R
i
.Cos (
i
+)
Y
i
() = R
i
.Sin (
i
+), (i=1,2,3,4)
(2)
3.3 Xỏc nh cỏc lc tỏc dng lờn ca van ng vi gúc m


S tớnh toỏn: tớnh toỏn cho 1m di ca van, trng lng phn quay ca ca van c
tớnh vi trng lng n v G = G
ton b
/B
van
(T/m), ỏp lc nc c tớnh cho 1m chiu di van.

KếT QUả NGHIÊN CứU Và ứNG DụNG

Số 15/3-2013
Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng
42
Y
X
D
F
F
O
3
2
1
4
h
t

Wh
Ywh
Wd
Xwd
X4
Wu
Xwu
MNTL
G
Z
P


)
+ Nu Z Y
1
(),biu ỏp lc thy tnh cú dng hỡnh thang (hỡnh 4):
[]
[]
)()(
2
)()(
)()(
2
)()(
3311
3311
31
31






++






+++

()
() ()
() ()
() ()
1313
333
13
11 33 11 33
11 33
32
.Sin
23
3 2 Sin Sin Sin Sin
.
2Sin Sin 3
Wh
ZY Y Y Y
YY R
ZY Y
ZR R R R
ZR R







=+ = ++


+−
−=
−
−=
SinRZYZ
W
nnh

(7)

()
(
)
()
(
)
333
333
Sin
Sin
33
Wh
ZY ZR
YY R
θβ
θ
θβθ
−−+
=+ = ++


θβθβ
γ
θθ
θθ
γ
+−+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+++
−=
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−=
CosRCosR
SinRSinR
Z
XX
YY
ZW
n

ZR R R R
R
ZR R
θθθ θ
θ
θθ
β
θ
β
θ
β
θ
β
θ
βθ
βθ βθ
−−
=+
−
+
−+ +− +
=++
+− +
−
−
−
−

(11)
+ Nếu Z < Y

γ
+−+
+−+
+−+−
=
−
−
−−
=
CosRCosR
SinRSinR
SinRZSinRZ
XX
YY
YZYZ
W
n
nd

(12)
()
(
)
()
(
)
(
)
()
() ()

θθ
β
θβθβθ
βθ
βθ βθ
−−
=+
−
−+ +− +
=++
+− +

(13)
* Mô men đối với tâm quay
M
Wd
(θ) = W
d
.X
Wd
(14)
d) Áp lực đẩy ngược dưới đáy cửa van (Wu)
* Giá trị lực và cánh tay đòn tới tâm quay
+ Khi
θ = 0: áp lực đẩy ngược dưới đáy cửa van tính như sau:
)).((
2
1
020302
XXYZW

2
)()(
2233
3322
23
32
θβθβ
θβθβ
γ
θθ
θθ
γ
+−+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+++
−=
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−=

.Cos
23
3 2 Sin Sin Cos Cos
.
2Sin Sin 3
Wu
ZY Y X X
XX R
ZY Y
ZR R R R
ZR R
θθθ θ
θβθ
θθ
β
θβθβθ βθ
βθ βθ
−− −
=+ = ++
++
−+−+ +−+
+
−+−+

(18)
* Mô men đối với tâm quay
M
Wu
(θ) = W
u

)
b) Phương trình cân bằng tổng quát
4W
.W. . . 0
ddhWhUWu
Mo G X X W Y W Y=+ + + =
Hay: M
d
- M
m
= 0;
4W
.W.; . .
dddmhWhUWu
M
GX X M W Y W Y=+ =− −
(20)
trong đó M
d
và M
m
theo thứ tự là tổng mô men gây đóng và mở cửa van; các lực và cánh tay
đòn được xác định từ các công thức (5) đến (18).
Ở dạng tổng quát phương trình (20) có ít nhất là 3 ẩn số là: Các thông số định vị ban đầu
cửa van và trọng lượng bản thân cửa van; Mực nước thượng lưu; Và góc mở
θ.
Như vậy, để giải được phương trình cân bằng cần phải giới hạn điều kiện biên để đưa
phương trình chỉ còn 1 ẩn số. Các bài toán giới hạn điều kiện biên có thể là: Giả thiết cấu tạo
cửa van, góc quay
θ; Tìm MNTL; Giả thiết cấu tạo cửa van, MNTL;Tìm góc quay θ; Và khống

- Tng trng lng ca van (phn quay): G
ton b
= 8.66 Tn, trng lng xột trờn 1m
din trn G = 1.443 T/m.
Minh ha kt qu tớnh toỏn xỏc nh ta cỏc im, lc tỏc dng, cỏnh tay ũn, mụ
men, trng thỏi cõn bng ca van t chng trỡnh:
Bng 5. Kt qu tớnh toỏn t chng trỡnh i vi cụng trỡnh Sui Trỏng
TT MNTL Z

X1 Y1 X2 Y2 X3 Y3 X4 Y4
1
2.00
1.590
48.45
0.475 1.861 -1.022 0.535 -0.889 0.385 -0.223 1.061
2
2.50
2.093
0.00
-1.078 1.590 -1.078 -0.410 -0.878 -0.410 -0.942 0.537
3
2.30
1.890
10.00
-0.786 1.753 -1.133 -0.217 -0.936 -0.251 -0.834 0.693
4
2.70
2.290
30.00
-0.139 1.916 -1.139 0.184 -0.965 0.084 -0.547 0.936

n KH&CN Cụng trỡnh thy, (10/2010). Thit k k thut - bn v thi cụng cụng trỡnh thy
in T Li 2 - huyn Bỏt Xỏt, tnh Lo Cai.
3. V Hong Hng, Ca van sp t ng khng ch thy lc, trng H thy li H Ni
4. M. Leite Ribeiro, "Le Barrage de St-Marc - Etude sur modốle des esvacuateurs de crue", Tp
chớ EDF - Electriccitộ de France.
5. Xavier Litrico, Gilles Belaud, Jean-Pierre Baume, and Josộ Ribot-Bruno, (5/2005). Hydraulic
Modeling of an Automatic Upstream Water-Level Control Gate", Journal of Irrigation and
Drainage Engineering.
6. Charles M. Burt, Member, ASCE, Russdon Angold, Mike Lehmkuhl, and Stuart Styles,
Member, "Flap Gate Design for Automatic Upstream Canal Water Level Control", ASCE.