Nghiên cứu giải pháp, thiết kế và chế tạo thiết bị máy đóng mở cưỡng bức các cửa van tự động

Các cống điều tiết nước của khu vực ĐBSCL hiện đang hoạt động do được xây dựng qua các thời kỳ khác nhau, phụ thuộc trình độ khoa học công nghệ của đất nước nên hầu hết đều có khẩu độ nhỏ hơn 10m. Trong gần 30 năm qua, loại cửa van này đã đóng góp vai trò hết sức quan trọng trong vận hành hệ thống thủy lợi của vùng ĐBSCL. Tính ưu việt về kỹ thuật, tiện lợi trong quản lý vận hành của cửa van đã thể hiện rất rõ.

Cửa van cánh cửa tự động thủy lực hoạt động hoàn toàn tự động không cần đến thao tác vận hành của con người trên nguyên lý cân bằng lực trước và sau cửa van. Cửa tự động mở khi có chênh lệch cột nước trước và sau của van tạo nên mô men với trục cửa van lớn hơn mô men do trọng lượng cửa với trục cửa. Khi giảm chênh lệch dần, mô men nhỏ hơn mô men do trong lượng cửa van tạo ra thì cửa van đóng về.

Để đáp ứng được nhu cầu nguồn nước phù hợp với điều kiện và chiến lược phát triển kinh tế từng vùng, nhóm nghiên cứu do ThS. Thái Quốc Hiền, Viện Thủy công, Viện KHTL Việt Nam đứng đầu đã thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu giải pháp, thiết kế và chế tạo thiết bị đóng mở cưỡng bức các cửa van tự động đảm bảo chủ động lấy nước trong điều kiện xâm nhập mặn cùng ĐBSCL” nhằm đề xuất các giải pháp kỹ thuật tối ưu trong việc nâng cấp cải tiến các cửa van tự động và các phương án vận hành chủ động, hiện đại hóa cho các công trình điều tiết nước phục vụ thực tế sản xuất hiện nay.

Cửa van tự động là một sáng tạo khoa học chỉ có ở Việt Nam. Trong gần 30 năm qua, loại cửa van này đã đóng góp một vai trò hết sức quan trọng trong vận hành hệ thống thủy lợi vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Tính ưu việt về kỹ thuật, tiện lợi trong quản lý vận hành của cửa van đã thể hiện rất rõ và kể cả hiện nay đối với một số vùng, một số hệ thống, công trình cụ thể thì loại cửa van này vẫn còn nguyên giá trị.

Hiện nay, trong tình hình biến đổi khí hậu, thiếu hụt nguồn nước ngọt phục vụ nông nghiệp và nhu cầu mới về nguồn nước để phát triển kinh tế nuôi trồng thủy sản, rất nhiều cống ngăn mặn, tiêu lũ ở các tỉnh ĐBSCL được địa phương đặt ra nhu cầu lấy nước ngược để bổ sung nước từ ngoài sông vào đồng khi độ mặn cho phép hoặc lấy nước mặn phục vụ nuôi trồng thủy sản. Đối với cửa van tự động, việc đóng mở cửa không phụ thuộc vào thiết bị mà phụ thuộc vào chênh lệch mực nước trước và sau cửa van, điều đó dẫn đến cửa vận hành đóng mở phụ thuộc hoàn toàn vào con triều.

Không chỉ gạn triều để tiêu thoát nước hay đóng cửa van để giữ nước mà việc kiểm soát mức độ chất lượng nước, thời điểm đóng mở cửa cống để hớt ngọt, ngăn mặn xâm nhập đã đặt ra nhu cầu nghiên cứu giải pháp chủ động điếu tiết nước cho các cửa van tự động trở nên bức thiết hơn bao giờ hết.

Hầu hết các cửa van lắp đặt cho các cống vùng ĐBSCL bao gồm cả những cửa van của các công trình lấy nước tiêu nước hai chiều (cửa van tự động cánh cửa hai chiều) và cửa van gạn triều tiêu úng (cửa van tự động cánh cửa một chiều) đều là cửa van cánh cửa tự động thủy lực. Qua kết quả điều tra thực trạng các công trình cống tiêu, ngăn giữ nước, vùng ĐBSCL có hàng ngìn cửa van tự động đã được lắp đặt. Về chất lượng, rất nhiều trong số đó là cửa van chế tạo bằng thép không rỉ và cũng khá nhiều cửa van mới duy tu bảo dưỡng vẫn còn hoạt động tốt. Việc nghiên cứu giải pháp nâng cấp cửa van để chủ động đóng mở điều tiết nguồn nước cho các công trình đã được lắp đặt cửa van tự động, dựa trên đánh giá hiện trạng của các công trình để áp dụng phương án hợp lý cho cải tải cửa van có các tiêu chí cụ thể là: Giải pháp nghiên cứu phải ít thay đổi kết cấu công trình, tận dụng tối đa cấu trúc các bộ phận công trình hiện có; Các chi tiết nâng cấp đơn giản, dễ cải tạo lắp đặt; Quản lý vận hành và mức đầu tư thấp nhất.

Nghiên cứu đã đề xuất được các dạng cải tiến gồm:

a) Lắp đặt cửa van phụ đóng mở cưỡng bức trên cửa van tự động: Cửa van phụ được lắp đặt ngay trên cửa van chính. Đây là loại cửa van vận hành cưỡng bức bằng thiết bị đóng mở, có thể là cửa Clape, cửa van lật trục đứng, cửa van lật trục ngang hay cửa van phẳng. Do tiêu thoát cần phải có khẩu độ lớn trong khi lấy và điều tiết mực nước có thể chỉ cần một phần khẩu diện cửa do vậy các loại cửa phụ hoạt động hoàn toàn đảm bảo để điều tiết khống chế nguồn nước, cửa chính vận hành khi gạn triều tiêu úng.

b) Lắp đặt thiết bị nâng hạ cả cửa van tự động theo khe van đã có sẵn: Kết cấu dàn van được xây dựng trên các công trình cống điều tiết thuộc khu vực ĐBSCL đều đảm bảo khả năng chịu lực nâng hạ toàn bộ cửa van và khung cửa phục vụ công tác sửa chữa. Trong trạng thái cửa van tự động đóng hoàn toàn thì cánh cửa và khung nằm trong khe cửa van giống với cửa van phẳng. Khi nâng hạ khung và cửa theo khe van để sửa chữa thực chất là dạng đóng mở cưỡng bức do vậy chúng ta hoàn toàn có thể điều tiết nước theo hình thức cửa phẳng theo chiều thẳng đứng. Thiết bị nâng hạ cưỡng bức có thể lắp đặt cố định cho từng cửa van hoặc cũng có thể nâng cấp thiết bị cầu trục có sẵn đóng mở cưỡng bức cửa van. Phương pháp này khai thác được cả hình thức tự động và cưỡng bức.

c) Cải tạo cửa van tự động thành cửa van phẳng kéo đứng: Với những công trình có nhiều cửa van thì lựa chọn một số khoang để chuyển đổi từ cửa tự động sang cửa van đóng mở cưỡng bức là đơn giản và tối ưu nhất. Kết cấu công trình bao gồm khe cửa van, dàn kéo van hay kết cấu tiêu năng đều phù hợp và rất thuận lợi với loại hình cửa van phẳng kéo đứng.

d) Lắp đặt cửa van phụ vào khe phai hoạc trong khoang cống: Sử dụng một cửa phụ để cân bằng áp lực trước và sau cửa van tự động để cửa đóng về khi cần thiết. Một cửa van phụ dạng cửa van phẳng di động có thể sử dụng cho nhiều khoang cống bằng hệ thống dàn công tác và thiết bị nâng sẵn có. Khi đã lắp đặt cải tiến để có thể cưỡng bức cửa van tự động hoặc đóng mở các cửa van phụ thì việc điều khiển thiết bị có thể sử dụng hệ thống đóng mở tự động Scada. Việc kết nổi điều khiển các công trình trong hệ thống với nhau qua mạng là hoàn toàn có thể thực hiện được.

Các cống điều tiết nước vùng ĐBSCL hầu hết xây dựng theo kiểu truyền thống và lắp đặt cửa van tự động, trên cơ sở yêu cầu bức xúc của sản xuất và các kết quả thử nghiệm đã được địa phương đánh giá cao, nhóm nghiên cứu đề tài kiến nghị cho áp dụng rộng rãi kết quả nghiên cứu vào sản xuất. Với tình hình quản lý và khai thác hiện nay, khi chưa thể bỏ tính năng tự động của cửa van thì giải pháp lắp đặt cửa van phẳng phụ trên cửa tự động và phương án kéo toàn bộ cửa tự động theo khe van là phù hợp và hiệu quả nhất để điều tiết nguồn nước. Trong tương lai, khi nguồn kinh phí cho phép, nguồn điện chủ động để vận hành các thiết bị đóng mở, thì nên thay thế bằng cửa van cưỡng bức điều khiển thông qua hệ thống tự động Scada và kết nối mạng với các công trình khác cùng hệ thống.

*Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 13453/2017) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.