Tài liệu Nghiên cứu tính toán và chế tạo gầu vớt rác điều khiển bằng thuỷ lực dùng cho các nhà máy thuỷ điện

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ – NĂM 2007 Tên đề tài: “ NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO GẦU VỚT RÁC ĐIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC DÙNG CHO CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” Mã số: 100-07RD/HĐ-KHCN Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Cơ khí Chủ nhiệm đề tài: Th.S. Vũ Văn Khoa 6910 26/6/2008 Hà Nội – Năm 2008 1 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ – NĂM 2007 Tên đề tài: “ NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN VÀ CHẾ TẠO GẦU VỚT RÁC ĐIỀU KHIỂN BẰNG THỦY LỰC DÙNG CHO CÁC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” Mã số: 100-07RD/HĐ-KHCN Thủ trưởng đơn vị Chủ nhiệm đề tài Vũ Văn Khoa Hà Nội – Năm 2008 2 MỤC LỤC Trang Chương 1 1.1 1.2 1.3 a b 1.4 1.4.1 1.4.2 1.4.3 Chương 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Chương 3 3.1 3.2 3.3 3.4 Chương 4 Danh sách các thành viên tham gia Tổng quan Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu Tổng quan về tình hình sử dụng các loại gầu vớt rác ở Việt Nam Gầu vớt rác kiểu cơ khí Gầu vớt rác kiểu thủy lực Lựa chọn quy trình chế tạo phù hợp với điều kiện ở nước ta Phần cơ khí Hệ thống thủy lực Hệ thống điện điều khiển Tính toán thiết kế Gầu vớt rác Mô hình hoạt động của Gầu vớt rác Điều kiện thiết kế Lực tác dụng khi nâng gầu Mô men lật của Gầu Tính toán và chọn các thông số của hệ thống thủy lực Kết luận Áp dụng vào dự án thủy điện Sê San 4 Các thông số của dự án thủy điện Sê San 4 Tính toán các lực tác dụng lên Gầu vớt rác Tính toán kiểm tra hệ thống thủy lực Các bản vẽ thiết kế Kết luận và kiến nghị, đề xuất Tài liệu tham khảo 4 5 5 5 5 8 8 9 9 13 13 16 17 18 19 20 22 23 23 28 33 34 3 THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI TT Họ và tên Chức danh Nơi công tác 1 2 3 4 5 Vũ Văn Khoa Phan Đăng Phong Nguyễn Đức Hạnh Nguyễn Tiến Dũng Đào Quang Khánh Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 6 Hồ Ngọc Nguyên Khôi Trần Anh Tuấn Thái Nhật Phương Nguyễn Văn Minh Vũ Văn Điệp Thạc sĩ Thạc sĩ Kỹ sư chế tạo máy Kỹ sư thủy lực Kỹ sư Cơ tin kĩ thuật Kỹ sư chế tạo máy 7 8 9 10 Kỹ sư chế tạo máy Kỹ sư chế tạo máy Kỹ sư Điện Kỹ sư chế tạo máy Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí Công ty CP lắp máy 45.4 Viện Nghiên cứu Cơ khí Viện Nghiên cứu Cơ khí 4 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Chương trình nội địa hóa các nhà máy thủy điện ở nước ta đang triển khai mạnh mẽ đã góp phần đáng kể trong việc giảm ngoại tệ phải chi trả cho nước ngoài đồng thời tạo công việc, tích lũy và trang bị cho ngành cơ khí chế tạo Việt Nam, tạo thế và lực mới cho ngành trong thời đại hội nhập toàn diện với thế giới. Trong các thiết bị cơ khí thủy công có một hạng mục công việc có sự tổ hợp giữa phần thủy lực-điện-cơ khí đó là là hạng mục Gầu vớt rác. Hạng mục này hiện nay ở các công trình thủy điện ở nước ta không đồng nhất về kiểu dáng mà hầu như chỉ quy định về dung tích Gầu, do đó sự phù hợp của thiết bị đối với khí hậu và công nghệ Việt nam nhiều khi không đạt. Trong quá trình thiết kế các thiết bị cơ khí thủy công chúng tôi có cơ hội được tiếp cận năng lực của các nhà máy cơ khí ở nước ta đã nhận thấy thiết bị này hoàn toàn tự chế tạo được. Tác giả có mong muốn sau đề tài này chúng ta có một sự nhìn nhận về sự đồng bộ trong kiểu dáng cho toàn bộ các gầu vớt rác sẽ sử dụng ở các công trình thủy điện cũng như các công trình thủy lợi khác có yêu cầu. 1.2. Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu của đề tài: a. Đối tượng: Gầu vớt rác thủy lực. b. Phạm vi: dùng cho thủy điện Sê San 4. c. Nội dung nghiên cứu: - Báo cáo về phân loại các gầu vớt rác, định hướng thiết kế. - Lựa chọn quy trình chế tạo phù hợp với điều kiện Việt Nam. - Áp dụng thiết kế cho công trình thủy điện Sê San 4. 1.3. Tổng quan về tình hình sử dụng các loại gầu vớt rác ở Việt Nam: Hiện tại ở nước ta hầu như các công trình thủy điện đều sử dụng Gầu vớt rác hàm phẳng thủy lực, cụ thể như sau: a. Công trình thủy điện Hòa Bình: Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. 5 b. Công trình thủy điện Hàm thuận- Đa Mi : Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. c. Công trình thủy điện Đại Ninh: Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. d. Công trình thủy điện YALI: Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. e. Công trình thủy điện Sê san 3: Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. f. Công trình thủy điện Sê san 3A: Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. g. Công trình thủy điện Plêikrong: Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. h. Công trình thủy điện Buôn Kuôp: Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. i. Công trình thủy điện A Vương: Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. j. Công trình thủy điện Buôntuasrah:Sử dụng gầu vớt rác kiểu hàm phẳng thủy lực. Như liệt kê ở trên ta có thể thấy các công trình thủy điện có công suấ từ khoảng 100 MW trở lên thường sử dụng loại gầu vớt rác hàm phẳng thủy lực còn đối với các công trình có công suất nhỏ hơn như dự án KNÔNGH’NĂNG, TRA XOM,.. do các công ty cổ phần hay tư nhân thì hay sử dụng gầu vớt rác hàm phẳng kiểu cơ khí, vì như vậy sẽ giảm được chi phí đầu tư. Việc thiết kế các gầu vớt rác của các công trình thủy điện ở trong nước có một số công ty thực hiện là: Viện thủy lợi, Công ty Sông đà Ucrin, công ty cơ điện nông nghiệp. Do việc có nhiều nhà thiết kế khác nhau nên kích thước cũng khác nhau dẫn đến tình trạng không sử dụng chung được cho nhau. Trên thế giới các nhà thiết kế, cung cấp gầu vớt rác có ở một số nước như: Mỹ, Nga, Nhật, Ucraina, Trung Quốc, Na uy, Ấn độ, Các nhà cung cấp này đề cấp theo các kích cỡ tiêu chuẩn riêng của họ vì vậy nếu các công trình thủy điện mới xây do các nhà cung cấp khác nhau sẽ có kiểu và kích cỡ khác nhau. Đây là một tình trạng phổ biến tại nước ta do vậy rất khó cho việc thay thế, dự trữ phụ tùng. Nếu sau này các nhà máy thủy điện về một công ty thì từng cụm thủy điện ta có thể dùng chung một gầu hoặc dự trữ số phụ tùng thay thế ít nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cao trong vận hành, điều này góp phần giảm đáng kể chi phí vận hành cũng như bảo quản, thay thế. Điều này góp phần làm giảm giá thành điện năng gián tiếp làm lợi cho nền kinh tế thị trường 6 đặc biệt trong giai đoạn hiện nay khi mà sức ép đòi tăng giá của hầu hết các mặt hàng chủ lực đều nhìn nhau tăng giá. Gầu vớt rác thực chất là một kết cấu cơ- điện – thủy lực, với kết cấu này trong nước hiện nay hoàn toàn có thể chế tạo, cung cấp ổn định. Việc lựa chọn kiểu, kích thước các phần tử cho phù hợp với tình hình thị trường và năng lực trong nước mới là vấn đề cần bàn. Để tìm hiểu ta sẽ xem xét một số hình ảnh về gầu vớt rác hàn phẳng dẫn động bằng cơ khí và thủy lực. Hình 1- Gầu vớt rác hàm phẳng kiểu cơ khí Hình 2- Gầu vớt rác hàm phẳng kiểu thủy lực 7 Đặc điểm cấu tạo của hai loại gầu vớt rác đã nêu: a. Gầu vớt rác kiểu cơ khí: Hình 3- Gầu vớt rác kiểu cơ khí hàm phẳng - Khối lượng gầu nhẹ như vậy cầu trục chân dê cần lực nâng nhỏ hơn. - Số lượng thiết bị ít, xác xuất hỏng hóc sẽ thấp hơn. - Thao tác khó khăn hơn vì khi mở cần người phải mở hàm cơ khí. - Ít được sử dụng ở các công trình thủy điện có công suất ≥ 100 MW. - Kết cấu bao gồm các phần chính: Cụm khung; Cụm răng động; Cụm bánh xe dẫn hướng;. 8 b. Gầu vớt rác kiểu thủy lực: Hình 4- Gầu vớt rác thủy lực hàm phẳng - Khối lượng gầu tăng so với gầu vớt rác kiểu cơ khí. - Phải tích hợp nhiều thiết bị, đặc biệt là thiết bị điện- thủy lực cần phải có độ kín nước cao trong khi vận hành. - Thao tác nhẹ nhàng, tính cơ giới cao, thuận tiện cho người sử dụng. Cùng một dung tích gầu, gầu vớt rác thủy lực hoạt động nhanh hơn, an toàn hơn. - Kết cấu bao gồm các phần chính: Cụm khung; Cụm răng động; Cụm bánh xe dẫn hướng; Hệ thống thủy lực; Hệ thống điện. Qua phân tích ở trên chúng ta nhận thấy gầu vớt rác kiểu cơ khí chế tạo dễ dàng hơn so với gầu vớt rác kiểu thủy lực, nhưng trong quá trình vận hành gầu vớt rác thủy lực lại dễ dàng và an toàn cao hơn, điều này nói lên rằng các công trình đòi hỏi độ an toàn cao thường sử dụng gầu vớt rác thủy lực. Sau đây chúng ta sẽ quan tâm đến loại gầu vớt rác này. 1.4. Lựa chọn quy trình chế tạo phù hợp với điều kiện nước ta. Để làm rõ hơn ta sẽ xem xét một bản vẽ chế tạo của một gầu vớt rác hàm phẳng kiểu thủy lực (Hình 5) 1.4.1. Phần cơ khí: 9 a. Cụm khung (Hình 6): Nhận xét: - Đây là kết cầu khung dàn được tổ hợp dưới dạng hàn, vì vậy vật liệu chọn phải có tính hàn tốt. - Là dạng khung có kích thước tương đối lớn (tùy theo từng công trình thủy điện mà kích thước có thể dao động, chiều rộng từ 6-12m, chiều cao từ x2-4 m) lại yêu cầu độ phẳng cao. Như vậy cần có đồ gá và quy trình hàn phù hợp để tránh biến dạng cũng như quy trình kiểm tra phù hợp. Để lựa chọn vật liệu có tính hàn tốt, ta xuất phát từ công thức tính các bon tương tương như sau(Các nguyên tố tính theo phần trăm): %Ctđ= C+Si/24+Mn/6+Ni/40+V/14+Nb/2,5+Ti/5+Cr/5+Mo/4 Nếu một hợp kim nào có %Ctđ > 0,5 thì tính hàn kém. Nếu sử dụng để hàn sẽ phải gia nhiệt. Để tránh tình trạng cong vênh của kết cấu dạng khung dàn, ta lựa chọn quy trình hàn đối xứng và không liên tục sau khi hàn xong sẽ nắn hoặc là phẳng. b.Cụm răng động (hình 7): Nhận xét: - Đây là kết cấu khung dàn dạng răng lược, các răng này sẽ được cào trên mặt lưới chắn rác vì vậy độ chính xác cũng đòi hỏi phải phù hợp theo lưới chắn rác. - Ta chọn răng gầu vớt rác có tiết diện hình quả trám sẽ tốt nhất về mặt tổn thất thủy lực, tuy nhiên giá thành sẽ rất cao nếu mua số lượng ít dưới 100 tấn hàng. Để thuận lợi về mặt kinh tế ta sẽ dùng tiết diện hình chữ nhật được gia công theo biên dạng thiết kế. Giữa các thanh lưới sẽ cố định bằng các thanh chốt. Khi lắp các thanh lưới sẽ lắp trên một đồ gá dạng khung. Để chế tạo các cụm răng này ta sẽ tiến hành gia công các chi tiết riêng lẻ sau đó được lắp thành cụm và tiến hành kiểm tra lầm cuối c. Cụm bánh xe dẫn hướng (Hình 8): Bánh xe (con lăn) sẽ được đúc từ thép 30 Γ hoặc thép rèn C45. Các chi tiết khác (trục, bạc, tấm đệm) sau khi được gia công xong và lắp thành cụm để chờ lắp vào gầu. Sau khi các cụm khung và cụm răng động, cụm bánh xe được chế tạo xong và kiểm tra đạt yêu cầu kỹ thuật sẽ được tiến hành lắp ráp lại trên khung gá sẽ chờ lắp hệ thống thủy lực và điện điều khiển. 12 1.4.2.Hệ thống thủy lực (Tham khảo bản vẽ 07RD-CK.2-04.1-000): Hệ thống này yêu cầu đảm bảo độ kín nước và làm việc ổn định trong môi trường nóng ẩm, bụi. Các phần tử thủy lực như: Bơm cánh gạt, van an tòan, van điện từ, xi lanh thủy lực,... sẽ được mua sẵn trên thị trường. Các thiết bị như thùng dầu, hệ thống làm kín, đường ống sẽ được gia công. Các thiết bị sau đó sẽ được tổ hợp lại theo sơ đồ điều khiển đã được thiết kế. 1.4.3.Hệ thống điện điều khiển (Tham khảo bản vẽ 07RD-CK.2-04.4000 và 07RD-CK.5-09.4-000): Hệ thống này có yêu cầu cao về sự thu và rải cáp điện cho phù hợp với tốc độ nâng hạ của cầu trục chân dê nâng hạ gầu vớt rác. Có nhiều phương án đưa ra như: dùng tang cuốn cáp được đồng tốc cùng với tang cuốn/ nhả cáp của cầu trục; phương án dùng rỏ đựng cáp khi rải và thu; phương án dùng hệ thống lò xo cho cáp. Trong khuôn khổ dề tài này chúng tôi đề nghị dùng phương án dùng tang cuốn cáp đồng tốc với tang cuốn/ nhả của cầu trục thông qua hệ thống biến tần. 13