Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị đo độ mở van cung, kết nối và giám sát điều khiển tự động

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

CẤP BỘ – NĂM 2008

Tên đề tài:

“ Nghiªn cøu thiÕt kÕ VÀ chÕ t¹o THIÕT BÞ §O §é Më

VAN CUNG, KÕT NèI Vµ GI¸M S¸T §IÒU KHIÓN Tù §éNG”

Mã số: 243.08.RD/HĐ-KHCN

Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí

Chủ nhiệm đề tài: Vũ Văn Điệp

7464

28/7/2009

Hà Nội -2008

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

CẤP BỘ – NĂM 2007

Tên đề tài:

“ Nghiªn cøu thiÕt kÕ Vµ chÕ t¹o THIÕT BÞ §O §é Më

VAN CUNG, KÕT NèI Vµ GI¸M S¸T §IÒU KHIÓN Tù §éNG”

Mã số: 243.08.RD/HĐ-KHCN

THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Phan Thạch Hổ Vũ Văn Điệp

Hà nội - 2008

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA................................................1

LỜI NÓI ĐẦU .....................................................................................................2

Chương 1. ..........................................................................................................

TỔNG QUAN VỀ VAN CUNG VÀ THIẾT BỊ ĐO ĐỘ MỞ VAN CUNG ....... 3

1.1. Tổng quan về van cung và thiết bị đo độ mở van cung. .................. 4

1.2.Tình hình nghiên cứu thiết kế ở nước ngoài ..................................... 8

1.3. Tình hình nghiên cứu thiết kế ở trong nước. ................................. 10

1.4. Đối tượng, phạm vi, mục tiêu và nội dung nghiên cứu. ................ 11

1.5. Kết luận. ......................................................................................... 11

Chương 2. ................................................................................................................

THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐỘ MỞ VAN CUNG VÀ ĐIỀU KHIỂN.

2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động thiết bị đo độ mở van

cung.................................................................................................................12

2.2. Tính toán độ mở cửa van cung......................................................14

2.3. Lựa chọn phương án lập trình điều khiển......................................23

2.4. Kết luận chương 2...........................................................................23

Chương 3. ............................................................................................................ 24

NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM HIỂN THỊ ĐỘ MỞ VAN CUNG, KẾT NỐI VÀ

GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ..................................................................

3.1. Lựa chọn thiết bị điều khiển. ......................................................... 24

3.2. Chương trình tính toán đo độ mở van cung................................ ...25

3.3. Kết luận...........................................................................................29

Chương 4.............................................................................................................30

KHẢO NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.................................................30

4.1. Quy trình khảo nghiệm...................................................................30

4.2. Đánh giá kết quả khảo nghiệm.......................................................35

Chương 5.............................................................................................................36

CÁC KẾT LUẬN................................................................................................36

- Các kết quả chính của đề tài................................................................36

CÁC PHỤ LỤC.......................................................................................................

- Tài liệu tham khảo..................................................................................

- Phần mềm điều khiển.............................................................................

- Bản vẽ thiết kế........................................................................................

- Biên bản họp hội đồng KHCN ...........................................................

1

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA

TT Họ và tên Học hàm, học vị,

chuyên môn Cơ quan công tác

1 Vũ Văn Điệp Kỹ sư Viện NARIME

2 PhạmVăn Đa Thạc sĩ Viện NARIME

3 Dương Tiến Diễn Kỹ sư Viện NARIME

4 Trần Đình Thuận Kỹ sư Viện NARIME

5 Nguyễn Văn Minh Kỹ sư Viện NARIME

6 Đoàn Dũng Biên Kỹ sư Viện NARIME

7 Nguyễn Tiến Dũng Kỹ sư Viện NARIME

2

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng điện có vai trò vô cùng to lớn trong sự phát triển văn hoá và

đời sống. Nhu cầu điện năng tăng trưởng ngày càng mạnh hoà nhịp với tốc độ

tăng trưởng của nền kinh tế và vì vậy sản lượng điện năng ngày càng phát triển

mạnh. Ở nước ta thuỷ điện chiếm tỷ trọng khoảng 60% công suất của hệ thống

điện Việt Nam hiện nay và trong thập kỷ đầu của thế kỷ 21, khi nhu cầu phát

triển kinh tế tăng cao đòi hỏi nhiều điện năng thì thuỷ điện là nguồn năng lượng

rẻ tiền nhất cần khai thác triệt để. Công trình thuỷ điện không những đóng vai

trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng mà còn là công trình tổng hợp

phòng chống thiên tai. Vì vậy xây dựng các công trình thuỷ điện lợi dụng tổng

hợp chống lũ và cấp nước cho hạ lưu sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao và là mục

tiêu quan trọng trong công cuộc phát triển đất nước.

Một xu hướng quan trọng trong kế hoạch điện khí hoá là đẩy nhanh việc

xây dựng các công trình thuỷ điện, trong đó việc nội địa hoá các hạng mục trong

công trình mà trước đây chúng ta phải nhập khẩu hoặc phải thuê chuyên gia

nước ngoài thiết kế chế tạo. Đặc biệt là hạng mục có phân thiết bị cơ khí thuỷ

công chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng khối lượng công trình thuỷ điện. Hơn

nữa hiện nay các nhà máy cơ khí trong nước có khả năng chế tạo và lắp ráp các

kết cấu có khối lượng lớn và kích thước lớn được minh chứng qua các công

trình mà chúng ta chế tạo thuê cho các nhà thầu nước ngoài. Vấn đề đặt ra cho

các kỹ sư là nắm bắt và làm chủ được công nghệ thiết kế chế tạo các hạng mục

thiết bị. Trong mấy năm qua Viện nghiên cứu Cơ khí đã được chính phủ giao

cho việc tư vấn thiết kế thiết bị cơ khí thuỷ công các công trình thuỷ điện như

Pleikrong, A.Vương, BuônKuop… những thiết bị quan trọng chúng ta vẫn phải

thuê thiết kế, nhập khẩu nước ngoài với kinh phí lớn.

Như chúng ta đã biết trong các thiết bị cơ khí thuỷ công thì thiết bị van

cung tại đập tràn là một hạng mục quan trọng vì một sai sót nhỏ trong quá trình

vận hành là có thể làm ảnh hưởng đến cuộc sống của hàng triệu người dân phía

Hạ lưu và độ an toàn của công trình. Để vận hành van cung được chính xác và

an toàn thì việc đo và nhận chỉ thị độ mở van cung là quan trọng. Do đó cần xác

lập mối quan hệ giữa độ mở của van cung với yêu cầu các tín hiệu lấy từ

Encorder cần được biểu diễn đơn giản để tăng cường độ chính xác của tính toán.

Đứng trước các vấn đề trên nhóm nghiên cứu đã đề xuất đề tài ”Nghiên

cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị đo độ mở van cung kết nối giám sát và điều

khiển tự động”. Đề tài xây dựng một phương pháp rất có hiệu quả cho việc tính

toán độ mở van cung. Từ đó tính toán, thiết kế chế tạo thiết bị đo độ mở van

cung đồng thời xây dựng được một phần mềm tiện lợi chuyên dụng để tính toán

hiển thị độ mở van cung theo sai số cần thiết khống chế giúp cho việc điều khiển

dễ dàng chuẩn xác việc đóng mở tự động các van cung các công trình thuỷ điện.

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VAN CUNG VÀ THIẾT BỊ ĐO

ĐỘ MỞ VAN CUNG

1.1. Tổng quan về van cung và thiết bị đo độ mở van cung.

1.1.1. Tổng quan về van cung:

Cửa van hình cung là loại cửa van có bản chắn nước cong mặt trụ. Sau

tấm chắn nước là hệ thống dầm tựa vào càng, chân càng tựa vào trục quay gắn

vào trụ. Chuyển động khi nâng hoặc hạ cửa van là loại chuyển động quay.

Khi trục quay của cửa van trùng với tâm vòng tròn của tấm chắn, áp lực nước sẽ

truyền qua càng đến trục quay. Nếu tâm quay nằm thấp hơn tâm cung mặt chắn

thì lực mở sẽ giảm, khi tâm quay nằm trên tâm cung mặt chắn thì áp lực nước có

tác dụng ép cửa van xuống ngưỡng đáy làm cho đáy khít hơn, ít rò gỉ. Song

nhược điểm của các trường hợp này là dễ gây hiện tượng rung động khi mở cửa.

Vì vậy thường bố trí trục quay trùng với tâm vòng tròn của tấm chắn.

Ưu điểm của cửa van hình cung là lực mở nhỏ, mở nhanh và dễ dàng,

điều tiết lưu lượng khá tốt, trụ có thể làm mỏng so với van phẳng vì khe van

nông. Tuy nhiên trụ phải làm dài để có đủ kích thước đặt càng van, áp lực nước

tác dụng tập trung lên trụ (qua càng van) làm cho ứng suất phát sinh trong trụ và

việc bố trí cốt thép chịu lực phức tạp, nhất là những nơi van làm việc trong điều

kiện chịu lực hai chiều. Về cấu tạo và lắp ráp van cung cũng khó khăn, phức tạp

hơn van phẳng.

Cửa van cung là loại được áp dụng khá rộng rãi, nhất là khi cửa tháo có

nhịp lớn hay những nơi cần tháo nước nhanh. Vật liệu làm cửa van thường bằng

thép, khi cửa van không lớn thì có thể làm bằng gỗ.

1.1.2. Các loại van cung:

a)

f)

Hình 1.1: Các loại cửa van cung

a) b) c)

d) e) f)