Trang chủ   Email   Sơ đồ site
Thứ ba 18/06/2019 02:36:31   Tiếng việt   English  
 
Tin nổi bật
 Hội thảo “Xây dựng chương trình Đào tạo Thạc sỹ chuyên ngành “Quản lý tài nguyên thiên nhiên giảm thiểu rủi ro thiên tai và thích ứng với biến đổi khí hậu” 
 Làm việc với Viện Quản lý thiên tai Quốc gia (NDMI) Hàn Quốc 
 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Thủy lợi số 53 năm 2019 
 Đăng ký tham gia các khóa học bồi dưỡng trung hạn năm 2019 
 Lịch xét công nhận đạt tiêu chuẩn chức danh GS, PGS năm 2019 
 Giới thiệu ứng viên tham gia Hội đồng Giáo sư cơ sở Viện năm 2019 
 
  Hoạt động SXKD & Tiếp thị  
Kết quả nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị làm phẳng hố móng đập xà lan
Đập xà lan di động là công nghệ xây dựng công trình ngăn sông được nghiên cứu, ứng dụng rất hiệu quả trong thực tế sản xuất. Tuy nhiên, việc thi công tạo hố móng của đập xà lan vẫn thực hiện bằng phương pháp thủ công nên chất lượng công nghệ chưa cao. Trong khuôn khổ đề tài khoa học cấp Nhà nước "Nghiên cứu các giải pháp công nghệ và thiết bị xử lý nền móng dưới nước đập xà lan", lần đầu tiên ở Việt Nam, các nhà khoa học Viện Thủy công, Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã chế tạo thành công thiết bị làm phẳng hố móng đập xà lan di động. Bài viết giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thiết bị đó
 

I. ĐẶT VẤN Đ1

Đập xà lan di động là một công nghệ xây dựng công trình ngăn sông đã được nghiên cứu ứng dụng rất hiệu quả trong thực tế sản xuất. Tuy nhiên, việc thi công tạo hố móng của đập xà lan vẫn thực hiện bằng phương pháp thủ công. Đó là dùng xáng cạp đào bỏ đi lớp bùn b mặt, tiếp theo dùng tàu hút bùn mini để hút bùn đến cách cao độ thiết kế 50cm, phần còn lại được tiến hành đào bằng cách dùng thợ lặn mang thiết bị xói hút cầm tay để hút bùn. Định vị cao độ bằng cách cắm cọc và căng dây. Việc dùng tàu hút bùn để đào đất có ưu điểm là công suất lớn, chuyển đi xa, di chuyển dễ dàng. Tuy nhiên, với các yêu cầu khắt khe của nn móng đập xà lan thì các loại tàu hút bùn hiện nay đu không đạt yêu cầu vì các lý do sau:

1. Tàu hút bùn hiện nay không khống chế được chính xác cao độ hố móng, do bộ công tác gắn với xà lan nổi trên nước nên khi mực nước trong sông dao động theo thủy triu thì cao độ bộ công tác dao động theo.

2. Tàu hút bùn ở nước ta hiện nay chủ yếu phục vụ công tác đào nạo vét kênh mương, ao hồ nên không đảm bảo hút sạch được lớp bùn non hồi qui, chính lớp này sẽ làm giảm sức chống trượt của đập xà lan. Đồng thời các đầu cắt của thiết bị này sẽ đào xới phá vỡ kết cấu đất nền làm giảm sức chống trượt của đập xà lan.

3. Trên các kênh rạch ở Đồng bằng sông Cửu Long có rất nhiều loại rác thải nên nếu sử dụng các thiết bị thông thường quá trình hút thường bị tắc. Vì vậy cần thiết phải nghiên cứu thiết kế chế tạo một loại thiết bị làm phẳng nền móng dưới nước cho đập xà lan khắc phục được 3 nhược điểm trên của các thiết bị truyền thống.

II. THIT BỊ XỬ LÝ NN ĐẬP XÀ LAN (smart dredger)

2.1 Cấu tạo của thiết bị

Qua nghiên cứu tổng quan, yêu cầu, điều kiện làm việc và mục tiêu cần đạt, chúng tôi thiết kế thiết bị xử lý nền đập xà lan gồm có các bộ phận công tác như Hình 1.

 

Hình 1. Thiết bị xử lý nền đập xà lan di động (smart dredger)

Trong đó:

1 Phao nổi

11 Cụm dẫn cáp

2 Ống vận chuyển bùn

12 Bơm bùn khí nén

3 Bộ nguồn thủy lực

13 Tời tiến lùi

4 Phao dẫn ống vận chuyển bùn

14 Cụm van phân phối bơm bùn

5 Máy phát điện

15 Bàn điu khiển vận hành

6 Bơm tiêu úng

16 Ca bin vận hành

7 Tời nâng hạ đầu phay

17 Bình khí nén

8 Khung dàn nâng tĩnh

18 Bình chân không

9 Khung dàn nâng động

19 Máy nén khí

10 Đầu phay

20 Bơm chân không

 

21 Động cơ Diezel

2.2 Cấu tạo và tính năng của một số bộ phận chính của thiết bị

2.2.1 Bơm bùn khí nén:

Bơm bùn khí nén (pneuma pump) lần đầu tiên được nghiên cứu thiết kế năm 1970 bởi công ty PNEUMA S.R.L của Italia. Bơm có các đặc điểm sau:

- Nồng độ bùn có thể đạt đến 90%, công suất đạt 40-2000 m3/h.

- Giải làm việc từ độ sâu vài chục cm đến 200m, có thể đẩy đi rất xa.

Hình 2: Nguyên lý bơm bùn khí nén

- Có thể cắt được các lát cắt mỏng

- Ít làm đục nước nên ít có bùn non hồi qui trong quá trình làm việc, không phá vỡ, xáo trộn các lớp đất khác.

- Đáp ứng tốt các tiêu chuẩn về môi trường.

Hình 3. Chế tạo bơm khí nén trong xưởng

Hình 4. Bơm khí nén ₫ã chế tạo xong

Ở Việt Nam bơm bùn khí nén, lần đầu tiên được nhập khẩu nguyên chiếc từ Italia năm 2010 trong đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu thiết bị nạo vét các sông đã kè bờ” do Viện nghiên cứu cơ khí chủ trì [1]. Trong khuôn khổ đề tài cấp Nhà nước “Nghiên cứu các giải pháp công nghệ và thiết bị xử lý nền móng dưới nước đập xà lan” năm 2010-2013, do Viện Thủy Công chủ trì, nhóm nghiên cứu của Viện và các nhà khoa học trong nước lần đầu tiên đã nghiên cứu chế tạo thành công bơm khí nén với tỷ lệ nội địa hóa gần 100%.

Bơm bùn khí nén là linh hồn của smart dredger, nguyên lý hoạt động của bơm như sau:

+ Giai đoạn 1: Tạo chân không và hỗn hợp bùn bị hút vào xi lanh từ ống hút.

+ Giai đoạn 2: Quá trình hút hỗn hợp bùn vào đầy xi lanh.

+ Giai đoạn 3: Ngắt chân không và cấp khí nén vào xi lanh qua ống cấp khí đẩy bùn đi lên đường ống xả.

Bơm tiếp tục hoạt động liên tục chu kỳ khác. Để đảm bảo dòng bùn đi ra liên tục, chúng tôi bố trí thiết kế cùng lúc 03 bơm vào 01 ống đẩy. Như vậy trong cùng một thời điểm khi bơm thứ nhất đang hút, thì bơm thứ 2 ngừng chuẩn bị xả, bơm thứ 3 đang xả.

Trên mỗi bơm bố trí các van nạp, van xả và van cấp khí nén từ hệ thống phân phối khí nén và bơm hút tạo chân không. Với thiết kế đặc biệt này quá trình bơm hút và đẩy bùn đi thì hỗn hợp bùn chỉ đi theo một chiều từ ngoài vào trong xi lanh và đi ra theo đường ống xả cho nên không có lượng bùn quay ngược trở lại quanh vị trí hút.

2.2.2 Đầu phay cắt đất

Đầu phay cắt đất được thiết kế kiểu trục vít phay ngang vận chuyển bùn đất vào đường ống hút của bơm khí nén. Đầu phay trục vít với chiu rãnh vít bố trí đối xứng hai bên để khi hoạt động vừa cắt đất vừa dồn lớp bùn đất vào phần ba ống hút giữa vào bơm khí nén trong hộp kín. Với kết cấu này đảm bảo lượng bùn đất phay đựơc hút vào các bình khí nén với nồng độ cao, rất ít có hiện tượng bùn non như trong thiết bị nạo vét thuỷ lực dùng nguyên lý bơm ly tâm.

Hình 5. Đầu phay cắt ₫ất

Đầu phay trục vít đựơc dẫn động bằng động cơ thuỷ lực, có khả năng thay đổi số vòng quay vô cấp và thay đổi momen phù hợp với độ cứng của bùn. Việc thay đổi số vòng quay và momen của động cơ thuỷ lực kéo đầu phay trục vít được thực hiện bằng cách thay đổi lưu lượng và áp suất của bơm dầu. Ở đây sử dụng bơm dầu tự động điều chỉnh lưu lượng theo áp suất. Để đảm bảo được độ phẳng cần thiết, trong thiết kế đầu phay cắt đất bố trí một tấm đỡ trượt nằm ngang theo chiều của trục vít ở phía sau đầu phay. Chi tiết kết cấu này vừa là bàn đỡ trọng

lượng của đầu phay và bơm đồng thời khi đầu bơm di chuyển thì tấm này tì và trượt trên mặt phẳng nền tạo độ phẳng.

2.2.3 Hệ thống điu khiển cao độ.

Hình 6, biểu diễn hệ thống điều khiển cao độ đầu phay theo công thức (1)

Hình 6: Hệ thống ₫iều khiển cao ₫ộ

Z = ZT d + h3 + h1 = ZT − (d + h3 + H h2) (1)

Trong đó:

ZP, ZT: Lần lượt là cao độ tuyệt đối điểm P, T (m, cm..).

h2, h3 : Lần lượt là khoảng cách từ mặt nước tĩnh đến điểm đặt đầu đo áp lực N, M.

d: Chênh cao từ điểm đo đến mặt P cần khống chế.

H: Chênh cao từ điểm đo N đến điểm T.

Hệ điu khiển cao độ: Thông qua tín hiệu 2 đầu đo áp lực nước, 01 cái gắn ở đầu phay M, 01 cái gắn ở trên bờ tại điểm N. Cao độ tuyệt đối của điểm mốc ZT đã được đơn vị thiết kế cung cấp trước khi tiến hành nạo vét. Tính ra được cao độ tuyệt đối điểm ZP tại mọi thời điểm trong quá trình nạo vét.

Cao độ điểm P luôn được hiển thị trên màn hình, người điều kiển có thể nâng hạ đầu phay để điều chỉnh cao độ điểm P.

Nếu mực nước giao động theo triều, h2 sẽ thay đổi theo và người điều khiển có đủ thời gian để điều chỉnh lại cao độ điểm P. Nhưng nếu mực nước dao động tức thời, do sóng tàu đi qua, hoặc các nhiễu động khác, người điều khiển khó theo kịp, do đó nên lựa chọn thời điểm nước lặng để làm phẳng hố móng lại lần cuối cùng ở cao độ thiết kế.

2.2.4 Hệ thống điu khiển tọa độ

Tọa độ đầu phay được khống chế qua 4 điểm cố định A, B, C, D trên bờ. Tọa độ hố móng được

thiết lập qua 4 điểm A1, B1, C1, D1. Tọa độ X của Smart dredger được điều khiển thông qua cáp số 1 và số 6, tọa độ Y được điều khiển thông qua cáp số 2, tín hiệu di chuyển được đọc thông qua bộ đếm vòng tua của tời. Vị trí này luôn được hiển thị trên màn hình khi thiết bị làm việc và vẽ nên quĩ đạo các điểm mà thiết bị đã đi qua, như vậy sẽ tránh được việc bỏ sót diện tích.

Sau khi đã xác định và lập ra được hành trình di chuyển để thi công của thiết bị thì bắt đầu cho vận hành phay cắt đất - hút vận chuyển bùn theo các tầng thi công. Khi đi hết một hành trình, thiết bị được kéo lùi về vị trí ban đầu, sau đó di chuyển sang vị trí dải cắt kế tiếp bên cạnh bằng cáp số 1,

6. Quá trình cứ tiếp tục như thế cho đến khi đào xong hố móng.

Hình 7. Mặt bằng di chuyển của thiết bị làm phẳng

Trong đó:  

1.  Cáp định vị trái

5. Các lớp cắt thi công

2. Cáp di chuyển xà lan

6. Cáp định vị phải

3. Dấu vết đã cắt

7. Đáy hố móng đập xà lan

4. Smart dredger

 

 

Hình 7a: Điều khiển chiều X theo cáp 1,6

Hình 7b: Điều khiển chiều Y cáp số 2

2.2.5 Khung giàn nâng động và tĩnh

Khung giàn nâng động 9, cho phép quay quanh một điểm cố định đồng thời có thể trượt lên xuống bằng hệ thống xích và phanh. Hệ thống này cho phép điu chỉnh đầu phay và bơm khí nén nặng 600 kg, sao cho tại một lớp cắt thi công đầu phay có 01 cao trình cố định, đồng thời trong trường hợp mực nước dao động nhanh cho phép quay để đầu phay không bị dúi sâu xuống bùn.

Khung dàn nâng tĩnh 8 cho phép nâng hạ đầu phay theo phương thẳng đứng.

Hình 8. Bơm thử nước

Hình 9. Tổng thể thiết bị smart dredger

III. MỘT SỐ KT QUẢ KHẢO NGHIỆM

3.1. Khảo nghiệm bơm bùn khí nén

Đây là bơm bùn khí nén lần đầu tiên chế tạo tại Việt Nam, trước đó thường mua của Italia, do vậy công tác khảo nghiệm bơm có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.Trên cơ sở kết quả khảo nghiệm trong phòng thí nghiệm và khảo nghiệm thực địa, nhóm thực hiện đ tài đã phân tích và hiệu chỉnh kết cấu bơm cho phù hợp với khả năng công nghệ chế tạo trong nước và thay đổi một số chủng loại vật liệu liên quan đến khả năng hút đẩy của các cửa van, hiệu chỉnh phần mm điu khiển chu trình phân phối khí vận hành bơm bùn. Đến nay bơm bùn khí nén cho kết quả khả quan!...

Bơm bùn khí nén đã được khảo nghiệm qua hai giai đoạn: Khảo nghiệm trong phòng thí nghiệm

(trong hố cạn có bùn), nồng độ bùn có thể chủ động thay đổi. Điu này rất cần thiết để lấy đặc tính làm việc của bơm khi nồng độ bùn thay đổi.

Khảo nghiệm thực địa (trên xà lan hút bùn trong lòng hồ ): Bơm bùn khí nén được khảo nghiệm

tổng thể cùng các thiết bị công nghệ khác trên xà lan với chức năng nạo vét và làm phẳng hố móng.

Ở điều kiện này, nồng độ bùn phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên lòng hồ và tính năng phay cắt đất của đầu phay thủy lực trước miệng hút của bơm.

Qua hai giai đoạn khảo nghiệm trên bơm bùn đã thể hiện tính năng làm việc ưu việt như sau:

Nồng độ bùn đã đạt đến (45~60)% (nồng độ theo thể tích); trong khi bơm bùn máy cánh thông

thường chỉ là (10~18)%

Cột áp đẩy rất lớn, đến 25~30m cột nước; bơm làm việc ổn định tin cậy.

Lưu lượng bơm bùn:

- Q=25 m3/h (với nồng độ bùn đến 60%);

- Q=30 m3/h (với nồng độ bùn đến 45%);

- Q=40~42m3/h (với nồng độ bùn đến 30%).

Tuy nhiên qua khảo nghiệm và vận hành khảo nghiệm chúng tôi nhận thấy phân bổ thời gian các

quá trình hút đẩy và xả áp của các van chức năng (phần mềm điều hành) cần được tiếp tục hoàn thiện để cải thiện đặc tính lưu lượng của bơm đều hơn trong quá trình vận hành.

Hình 9. Khảo nghiệm trên hố móng ở Hà Nội

Hình 10: Nồng ₫ộ bùn bơm ra khá cao

3.2. Khảo nghiệm điu khiển cao tọa độ hố móng:

Cao độ của bơm bùn khí nén điu khiển chính xác đến cm. Tuy nhiên lần làm phẳng cuối cùng

khuyến cáo nên thực hiện v đêm khi không có sóng tàu để đảm bảo độ chính xác cao nhất.

Tọa độ X, Y của thiết bị có sai số khá lớn ±20cm do độ chùng của cáp, khi có gió thổi vào thiết bị, tuy vậy đó không phải là vấn đ kỹ thuật lớn, vì sai số v mặt bằng có thể chấp nhận được.

IV. KT LUẬN

Lần đầu tiên, các nhà khoa học Viện Thủy Công đã phối hợp với các chuyên gia trong lĩnh vực cơ khí, tự động hóa thiết kế, chế tạo thành công thiết bị nạo vét làm phẳng hố móng dưới nước đập xà lan (smart dredger) bằng công nghệ bơm khí nén.

Thiết bị này được chế tạo trong nước, tại các nhà máy của Việt Nam, với hệ thống điều khiển kỹ thuật số tiên tiến cho phép nạo vét phục vụ thi công hố móng đập xà lan đảm bảo độ phẳng cần thiết. Đề tài này mở ra định hướng nghiên cứu công trình thủy công phải đi song song với nghiên cứu các loại trang thiết bị thi công để tích hợp thành dây chuyền công nghệ cao, hoàn chỉnh.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Viện Nghiên cứu Cơ khí (2009), Báo cáo tổng kết đ tài Khoa học công nghệ Hà Nội “Nghiên cứu, thiết kế, Chế tạo hệ thống thiết bị nạo vét bùn cho các sông thoát nướcđã kè bờ thành phố Hà Nội”, Viện Nghiên cứu Cơ khí, Hà Nội.

[2]. Lê Danh Liên (1975), Bơm Quạt máy nén, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội.

[3]. Lê Danh Liên (2007), Cơ học chất lỏng ứng dụng, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội.

[4]. Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chi, Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Thuận (1972), Thủy lực và Máy Thủy lực tập II, Nhà Xuất bản Đại học và Trung học Chuyên nghiệp, Hà Nội.

[5]. Bùi Quốc Thái (2007), Máy nén khí, Nhà xuất bản Bách Khoa, Hà Nội.

Tác giá: TS. Trần Văn Thái, ThS. Lê Đình Hưng - Viện Thủy công
KSCC. Nguyễn Trọng Dần - Viện Nghiên cứu cơ khí
PGS.TS. Võ Sỹ Huỳnh, GS.TS. Lê Danh Liên - Trường Đại học Bách KHoa Hà Nội

 

 
 
Các bài liên quan
 Giải pháp túi địa kỹ thuật để sửa chữa nâng cấp đường giao thông nông thôn (05/06/2014)
 Khung vây cọc ván thép - Giải pháp công nghệ trong thi công các công trình kiểm soát triều khu vực thành phố Hồ Chí Minh (16/12/2013)
 Giải pháp tự động hóa giám sát, điều khiển và vận hành hệ thống thủy lợi phục vụ nuôi trồng thủy sản theo hướng công nghiệp (18/11/2013)
 Ứng dụng công nghệ lọc sinh học vật liệu nổi để xử lý nước thải nhà máy chế biến thủy sản (28/10/2013)
 Tái sử dụng nước thải - Giải pháp hiệu quả trong xử lý môi trường tại các vùng nông thôn mới (30/09/2013)
Thông báo
 Đăng ký tham gia các khóa học bồi dưỡng trung hạn năm 2019 [23/05/2019]
 Lịch xét công nhận đạt tiêu chuẩn chức danh GS, PGS năm 2019 [26/04/2019]
 Giới thiệu ứng viên tham gia Hội đồng Giáo sư cơ sở Viện năm 2019 [24/04/2019]
 
Văn bản pháp quy
 
 
VIDEO
Xem tiếpxemtiep
 
 
LIÊN KẾT
 
 
THÔNG TIN HỮU ÍCH

Thời tiết



 
 
 
© Cơ quan chủ quản: VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI VIỆT NAMSố người đang online: 203
Địa chỉ: 171 Tây Sơn - Đống Đa - Hà Nội. Điện thoại: 84.43.8522086, Fax: 84.43.5632827 Tổng số người truy cập: 34,453,356
Giấy phép xuất bản số: 200/GP - BC, Cục Báo chí - BVHTT, cấp ngày 02/11/2005  
Ghi rõ nguồn 'Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam' hoặc 'VAWR.ORG.VN' khi bạn phát hành lại thông tin từ Website này.
® Powered by VAWR