Giáo trình Thiết bị cơ khí thủy công

- 
rãnh thoát nước rò rỉ; 8 - dầm gân; 9, 10 - thép mặt; 11- gioăng nối ống. 
 25 
 Kết cấu van đĩa gồm 2 phần chính: vỏ và đĩa quay. Phần vỏ gồm 2 nửa liên kết với 
nhau bằng các bulông; vật liệu bằng thép (hàn, đúc) hoặc bằng gang đúc. Nửa dưới có bộ 
phận gắn vào nền và phía trong vỏ có gắn gioăng chắn nước. 
 Phần đĩa thường cấu tạo 2 kiểu: Kiểu 1: bản lướt là 1 tấm phẳng được gia cường 
bởi các gân ngoài và hàn vào trục. Kiểu 2: bản lướt gồm 2 tấm trên và dưới có các gân 
kẹp bên trong. Đĩa làm bằng thép đúc, trục cũng bằng thép có ổ đỡ và ổ bạc bằng đồng ở 
hai đầu, vỏ bằng gang, vật chắn nước là những gioăng cao su, gioăng được lót giữa các 
mặt mài nhẵn của vỏ. 
 Trên hình 1-1 là sơ đồ cấu tạo của các loại cửa van đĩa. Điểm đặc trưng của cấu tạo 
van đĩa là phần hộp van của nó giống như một đoạn ống hai đầu có bích để nối tiếp với 
đường ống bằng bu lông, trong hộp van là đĩa thép có gioăng chèn quay xung quanh trục 
và được điều khiển bằng thuỷ lực từ bên ngoài. Ở vị trí đóng mặt đĩa vuông góc với dòng 
chảy, trục quay của đĩa về nguyên tắc luôn nằm ngang. Trước và sau cửa van người ta bố 
trí ống cân bằng áp lực để giảm lực mở cửa van. 
 Các loại van đĩa khác nhau cơ bản là hình dạng của đĩa van như thể hiện trên hình 1-
1. Van đĩa đường kính không lớn lắm có thể làm bằng thép đúc kết hợp hàn, hộp van 
thường làm thành hai phần và hàn ghép lại với nhau. Ổ trục thượng dưới dạng bạc đồng 
bôi trơn bằng mỡ. 
 Đặc điểm làm việc khi lỗ chỉ mở được một phần thì phía sau đĩa hình thành một vùng 
áp suất thấp, đó là vùng nước xoáy, vì vậy cửa van bị chấn động và có thể xảy ra hiện 
tượng bị xâm thực. Để tránh hiện tượng chân không, người ta dẫn không khí trực tiếp vào 
dưới cửa, làm tăng áp lực phía dưới cửa van bằng cách làm hẹp tiết diện ra của cống xả 
hoặc làm cho đĩ a có dạng thuôn, làm cho dạng của lỗ được hoàn thiện khi lỗ mở ra hoàn 
toàn (bằng cách đặt trước và sau đĩa các đường dẫn dòng có dạng thuận). Khu vực xoáy. 
 26 
1.2.2. Nguyên tắc bố trí. 
 Cửa van đĩa được sử dụng rộng rãi tại các công trình tháo nước, dùng làm cửa van 
chính ứng với mọi loại cột nước khác nhau, nếu như không đòi hỏi điều tiết lưu lượng 
nước. Khi cần điều tiết lưu lượng thì cửa van đĩa được dùng cho cột nước dưới 25÷30m 
khi đó cửa được đặt ở dưới công trình tháo nước, và nó được đặt lộ hẳn ra ngoài. Nhờ lực 
đóng mở nhẹ và mở cửa nhanh nên loại van đĩa được sử dụng khi cần điều tiết lưu lượng 
(với cột nước thấp) và để đảm bảo đóng kín lỗ thì cửa van chính có thể sẽ là một loại cửa 
van khác, vì cửa van đĩa không được kín nước. Ngày nay nhờ công nghệ chế tạo hiện đại 
nên độ kín của van đĩa tương đối tốt hơn. 
 Cửa van đĩa được dùng với cột nước đến 800m, đường kính 0,7m và lớn hơn; 
đường kính lớn nhất đã dùng cửa van là 8,2m (khi cột nước 25m). 
2. Van kim : 
2.1 Khái niệm; 
 Van hình kim là loại van dùng để điều tiết lưu lượng những nơi có cột nước lớn. 
Van có thể làm việc trong những trường hợp đóng hoặc mở hoàn toàn hay ở vị trí trung 
gian mà không có rung động 
2.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí; 
2.2.1 Cấu tạo. 
 27 
 Hình 3-2: Cửa van kim. 
 1-vỏ; 2-lõi; 3-phần hình nón của lõi; 4- pittong; 5-đầu hình kim của pittong; 6-lưỡi gà 
 răng cưa của pittong; 7-khoang pittong; 8- thước răng cưa của pittong; 9- bánh xe khía; 
 10-trục thẳng đứng; 11- bộ phận điều khiển; 12- ống dẫn nước; 13- ống thóa nước từ 
 khoang pittong ra; 14- lỗ thóa nước của pittong; 15- khoang của lõi; 16- lỗ thao nước 
 trong lõi; 17- ống tháo nước trong lõi; 18- vòi chống rò rỉ; 19- vòng nhô ra của pittong; 
 20- ống dùng để tháo nước từ khoang trống hình khuyên giữa vỏ và lõi pittong. 
 Cửa van hình kim gồm có một cái vỏ cố định hình bầu dục và một cái hình thuôn: 
lối ra ở giữa hai vỏ này được đóng lại bằng cách di chuyển một pittông hình kim đặt 
trong lỗ. Các loại cửa van hình kim khác nhau đã dùng được phân biệt theo phương pháp 
điều khiển hoặc theo cấu tạo của pittông; theo phương pháp điều khiển các cửa van hình 
kim có thể chia thành 2 nhóm: (1) Điều khiển bằng sức nước, hoặc là loại cân bằng (về 
phương diện áp lực nước tác dụng lên hình trụ) và (2) điều khiển bằng máy, hay là không 
cân bằng. Loại thông dụng nhất là các cửa van cân bằng. 
 Trên hình trình bày một kiểu của cửa van hình kim cân bằng hoàn chỉnh. Cửa van 
gồm có vỏ 1, lõi 2 gắn vào vỏ bằng những sống hướng tâm, lõi có đầu hình nón 3 và 
pittông 4 với đầu có dạng kim 5. Pittông có lưỡi gà hình kim 6 dùng điều tiết nước chảy 
từ khoang 7 ra, tại đầu trái của nó có một thước răng cưa 8, thước đó ăn khớp với bánh xe 
9 nhờ trục thẳng đứng 10 của bánh xe và tiếp nhận tác dụng của bộ phận điều khiển 11. 
Nước có áp sẽ chảy vào khoang 7 theo ống 12 (khi mở cửa van) và chảy ra khỏi khoang 
theo lỗ 14, lỗ này được đóng bằng lưỡi gà hình kim 6. Việc tháo khô hoàn toàn khoang 7 
có thể tiến hành nhờ ống 13. Nước chảy vào khoang 15 nhờ lỗ 16, và chảy ra khỏi 
 28 
khoang 15 nhờ ống 17. Việc tháo khô cho khoang trống hình khuyên giữa vỏ 1, lõi 2 và 
pittông 4 được tiến hành nhờ ống 20. 
 Để đóng cửa van người ta tháo nước từ khoang 15 ra và cho nước có áp vào 
khoang 7. Nước gây áp lực lên mặt trong của pittông làm cho nó di chuyển sang bên phải 
cho đến khi nó tựa lên vòng chống thấm 18. Để mở cửa van người ta tháo nước của 
khoang 7 ra, và cho nước có áp vào khoang 15. Nước sẽ gây áp lực lên vòng nhô ra của 
pittông và làm cho nó di chuyển sang phía trái đến phải mở hoàn toàn vòng trống nằm 
giữa vỏ 1 và pittông 4. Việc điều chỉnh độ mở hoặc đóng cửa van được tiến hành nhờ 
lưỡi gà hình kim 6. Trong lưỡi gà, diện tích của lỗ này lớn hơn diện tích lỗ của ống dẫn 
vào 12. Cửa van có mặt cắt hình lưu tuyến nên tránh được khả năng bị chân không và 
xâm thực; tổn thất cột nước tại cửa van nhỏ. 
2.2.2. Nguyên tắc bố trí. 
 Phạm vi sử dụng Van kim tạo dòng chảy thuận, tổn thất đầu nước nhỏ, điều tiết 
lưu lượng tốt nên thường dùng ở các ống tưới ở sâu hoặc đặt trước tuabin để làm nhiệm 
vụ sửa chữa và sự cố bảo vệ tuabin. Ngoài ra người ta thường đặt chúng ở phía sau công 
trình tháo nước, ở đó nước được phun thành tia vào không khí, hơn nữa lại có lắp một bộ 
phận đặc biệt, làm nước phun thành bụi để tiêu năng của tia nước. Cửa van hình kim là 
loại có cấu tạo hoàn chỉnh nhất, chúng có thể dùng để đóng mở các cửa dưới sâu có cột 
nước cao và dùng để điều chỉnh lưu lượng một cách chính xác. 
 Các cửa van hình kim loại cân bằng đảm bảo được khả năng điều tiết lưu lượng, 
đóng kín, không bị chấn động và làm việc chắc chắn. Người ta đã dùng loại cửa van này 
với đường kính đến 0,5m và cột nước đến 100m. 
 Nhược điểm của cửa van hình kim là giá thành cao, kết cấu và chế tạo phức tạp, 
gia công khó, khối lượng lớn, đắt tiền nên phần sử dụng có hạn chế. Khi trong nước 
nhiều phù sa thì loại cửa van này hoạt động không tốt. 
3. Van khoá: 
3.1 Khái niệm; 
 Van khóa là dạng van được sử dụng cho các đường ống dẫn nước và dẫn khí. Phổ 
biến nhất là dạng van khóa hình tròn. 
3.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí; 
3.2.1. Cấu tạo 
 29 
 Hình 3-3: Sơ đồ van khóa tròn. 
 Về cấu tạo van khóa tròn có một vỏ bằng gang đúc, bên trong có một đĩa chuyển 
động dạng phẳng hay hình nêm như hình vẽ. Khi đường kính D < 0.75m có thể mở van 
trong điều kiên chênh áp lực ở mặt trước và mặt sau. Điều này cho phép van khóa sư 
dụng làm van chính hay van sự cố. Còn khi đường kính lớn hơn phải dùng đến thiết bị 
cân bằng áp lực để hỗ trợ khi mở van. 
4. Van côn( Van nút chai) : 
4.1 Khái niệm; 
 Van côn là một ống hình trụ cố định được đậy ở cuối bằng một nút hình côn ( 
nón). Nhờ một cơ cấu đặc biệt, một xi lanh động có thể di chuyển dọc theo trục ống để 
điều khiển độ mở van. 
4.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí; 
4.3 Cấu tạo. 
 Hình 3-4: Cấu tạo van côn. 
 30 
Van côn gồm 3 phần chính (hình vẽ). 
a) Phần tĩnh bằng thép đúc hoặc thép hàn (1) (có thể gang đúc) có từ 4 đến 8 gân (2) góc 
nối với đầu tựa hình côn (3), góc côn a lấy trong khoảng a = 900 ÷ 1200. Mặt đầu vỏ (1) 
có bích và trong nhiều trường hợp có bố trí võng ôm có lỗ thông khí. 
b) Bộ phận động là ống hình trụ (4) chuyển động trượt trên vỏ (1) nhờ các thanh trượt 
gắn vào các gân. Giữa (1) và (4) còn có bộ phận dẫn hướng (5) và gioăng chắn nước (6). 
Chiều dài di chuyển của (4) chính là chiều dài đóng mở của van côn (S). Trong thiết kế 
thường chọn S = 0,6 ÷0,7D (D - đường kính ống); với hệ số lưu lượng sơ bộ chọn m = 
0,8. 
c) Bộ phận thứ ba là cơ cấu máy điều khiển đóng mở. Khác với van kim, cơ cấu đóng mở 
van côn gắn bên ngoài bộ phận động, chuyền chuyển động theo 2 dạng: trục vít và 
pittông thủy lực đặt song song 2 bên trong mặt phẳng ngang chứa tim cửa. 
4.4 Nguyên tắc bố trí. 
 Hình 3-5: Van côn 
 Bố trí Van côn thường bố trí cuối đường ống( van thường đặt ở cửa ra của ống 
tháo) dòng chảy phóng ra từ đó dưới dạng chùm tia phun vào không khí hoặc ngập dưới 
mực nước hạ lưu. Hiện nay đã có nghiên cứu đưa van côn vào giữa đường dẫn nước tạo 
thành hình thức nước chảy vòng, để tiêu năng ngay sau cửa ở trong ống. 
 Phạm vi sử dụng: Đến nay cửa van côn là hình thức cửa được áp dụng khá rộng rãi 
sau van đĩa nhờ các ưu điểm cơ bản: điều tiết lưu lượng tốt, kết cấu đơn giản, dễ làm tiêu 
năng tốt. Trong xây dựng thủy những năm gần đây, van côn đã được sử dụng tương đối 
nhiều ở các cống thép bọc bê tông cốt thép dưới đập đất như cống Ea Soup thượng ( Đak 
Lak): D = 1.8 m; Cống Nam Suối Dầu ( Khánh Hòa): D = 1.7 m; Cống Vạn Hội ( Bình 
Định): D = 1.5 m 
 31 
5. Van trụ đứng: 
5.1 Khái niệm; 
 Cửa van hình trụ đặt thẳng đứng dùng để đóng những lỗ tròn của những đoạn 
thẳng đứng trong những công trình xả nước và những công trình lấy nước 
5.2 Cấu tạo và nguyên tắc bố trí 
5.3 Cấu tạo 
 Hình 3-6: Các sơ đồ cửa van hình trụ đặt thẳng đứng. 
 a)Loại cao, dẫn nước từ ngoài vào 
 b) Loại cao dẫn nước từ trong ra 
 c) Loại thấp dẫn nước từ ngoài vào. 
 1-Khoang; 2-Hành lang dẫn nước; 3-Cửa hình trụ tại vị trí nâng lên; 4-Ống dẫn không 
 khí. 
 Tùy theo các kết cấu mà cửa van hình trụ thẳng đứng có thể chia ra loại cửa cao và 
loại cửa thấp. 
 Các loại cửa cao khác với các loại cửa thấp ở chỗ là chiều cao của nó thường lớn 
hơn đường kính nhiều, ngoài ra khi cửa van đang ở trạng thái đóng thì mép trên của nó 
nhô lên trên mức nước thượng lưu, trong khi đó thì mép trên của cửa van loại thấp bị 
ngập trong nước. Các cửa van trụ loại cao gồm một hình trụ rỗng đặt thẳng đứng, đầu 
trên và đầu dưới để trống, bởi vậy nước có thể chảy vào từ mặt ngoài của hình trụ (hình 
a) hoặc chảy từ trong ra (hình b). áp lực của nước lên cửa van có hướng chính tâm, bởi 
vậy so với trục hình trụ áp lực nước được cân bằng, nhờ đó lúc nâng cửa van lên chủ yếu 
chỉ cần khắc phục được trọng lượng bản thân của cửa van. Trong trường hợp lấy nước từ 
ngoài vào (hình a), khi cửa được nâng lên nước sẽ chảy qua một lỗ vào nằm ngang và 
hướng xuống dưới hành lang. Khi dẫn nước từ trong cửa ra (hình 3-6b) khi cửa van ở vị 
 32 
trí đóng kín nước choán đầy bên trong cửa van, còn khi nâng cửa van lên thì nước choán 
đầy khoang 1 và chảy theo hành lang dẫn nước 2. Cửa van trụ loại cao chỉ nên dùng trong 
trường hợp cột nước không lớn lắm tức là dùng cho các cửa lấy nước, bởi vì trong trường 
hợp cột nước cao cửa cần có một chiều cao rất lớn, cho nên chúng không được thông 
dụng. 
 Thông dụng hơn là các cửa van hình trụ thấp loại dẫn nước từ ngoài vào (hình c). 
Tùy theo kết cấu mà cửa van trụ có thể chia ra loại trống loại kín. Kết cấu của cửa van 
hình trụ thấp, loại trống (hình d), 
 Hình 3-7: Cửa van hình trụ thấp đặt thẳng đứng ngoài trống. 
 1- Mặt cửa bằng kim loại; 2- các trụ thẳng đứng; 3- tấm giữ cửa thẳng; 4- van chắn 
 nước; 5- khung định hướng; 6- thanh nâng. 
Gồm có: 1- mặt cửa bằng kim loại; 2- nhiều trục đứng để mặt cửa tì lên các trụ này; 3- 
nhiều tấm tròn đặt ngang giữ cho cửa van được cứng; 4- các vật chắn nước bên trên và 
bên dưới; 5- các bánh xe hoặc thanh trượt định hướng được gắn vào hình trụ tại một vài 
mảnh phẳng đặt thẳng đứng và di chuyển cùng với các cửa van theo các thanh ray đặt 
sẵn. Việc nâng cửa van hình trụ được tiến hành nhờ vào ba thanh kéo cứng và nối với ba 
máy nâng hoạt động đồng bộ. 
 Các cửa van hình trụ thấp loại trống được dùng tại công trình xả nước và các công 
trình lấy nước kiểu thấp; tại một công trình, loại cửa van này ngập sâu dưới mặt nước đến 
100m, nó có đường kính 9,15 m và chiều cao 2,76 m. Khi cột nước cao, để tránh hiện 
tượng chân không thì tốt nhất là dùng ống để dẫn không khí vào qua khu nằm thấp hơn 
các lỗ vào của giếng thẳng đứng chút ít. Các cửa van thấp loại kín cả bên trên và bên 
dưới. Chúng chia làm hai phần: phần cố định và phần di chuyển. Phần di chuyển trực tiếp 
điều tiết lưu lượng nước tháo qua. Trong đa số trường hợp, các hình trụ thấp loại kín 
 33 
được đóng mở nhờ tác dụng của nước, trong các trường hợp cá biệt, có lắp bộ phận đóng 
mở cơ giới. 
 Để làm ví dụ ở đây có trình bày sơ đồ hình trụ thấp kiểu kín đóng mở nhờ tác dụng 
của nước (hình e). Cửa van này gồm hình trụ cố định 1 và hình trụ rỗng di động được đặt 
bên trong 2, cuối hình trụ này có một mặt hình nón để đảm bảo nước chạy cho thuận. Bên 
dưới của hình trụ di động có lắp một vòng chắn nước 3. Khi cửa đóng lại vòng này nằm 
sát vòng chắn của khung đỡ 4. Hình trụ di động chia thể tích bên trong của hình trụ cố 
định ra làm hai khoang có áp; khoang trên (lớn) có thể liên lạc. với thượng lưu và với 
đường xả nước, khoang dưới (hình vành khuyên) luôn luôn chỉ nối liền với thượng lưu. 
Khi nối khoang 5 với thượng lưu, áp lực của phần trên của hình trụ 2 sẽ lớn hơn áp lực tại 
khoang 6 và hình trụ sẽ hạ thấp xuống cho đến khi các vật chắn 3 và 4 giáp nhau. Nếu 
như khoang 5 được nối với đường xả nước, thì dưới áp lực của nước ở thượng lưu trong 
khoang 6 hình trụ sẽ tách ra khỏi vật chắn nước 4 và được nâng lên. Khi mực nước 
thượng lưu thấp quá, tức là cột nước không đủ để cho cửa van di chuyển, cửa van được 
điều khiển nhờ áp lực dầu; Dầu được dẫn vào khoang 7 hoặc khoang 8 của một hình trụ 
không lớn lắm đặt phía trên cửa van. Nhờ có thiết bị đặc biệt mà có thể đảm bảo mở một 
phần cửa van. 
Hình 3-8: Cửa van hình trụ thấp đặt thẳng đứng loại kín. 
 34 
 1- Hình trụ cố định; 2- ninh trụ di chuyển rỗng bên trong; 3- vòng chắn nước; 4- 
 khung đỡ; 5- khoang trên; 6- khoang dưới; 7- khoang điều tiết trên; 8- khoang điều 
 tiết dưới. 
Trong các cửa van hình trụ thấp kiểu kín có loại kết cấu khác loại hình trụ bên trong cố 
định còn hình trụ trên (có dạng cái chuông) có thể di chuyển được, hình trụ di động này 
sẽ đóng mở cửa. Ưu điểm của loại cửa hình trụ là áp lực nước tự cân bằng, nâng hạ cửa 
chỉ khắc phục trọng lượng bản thân và lực ma sát ở gioăng chắn nước. 
 35 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 - Thuỷ công - Tập thể trường ĐH Thuỷ Lợi - NXB Xây dựng 2005 
 - Công trình trạm thuỷ điện - Hồ Sỹ Dự; Nguyễn Duy Hạnh; Huỳnh Tấn Lượng - 
NXB Xây dựng 2003. 
 36