Металлические плоские затворы
Общие сведения. Плоские металлические затворы представляют плоскую ригельную конструкцию, перемещающуюся в пазах на скользящих или колесных опорах и передающую давление воды на быки и устои. Эти затворы применяют для оборудования водосливных плотин, регуляторов на каналах, входных устройств береговых водосбросов, сопрягающих сооружений, рыбоходов, речных водозаборных узлов, верхних основных и аварийных ворот судоходных шлюзов и др. Их используют как основные, аварийные, ремонтные, строительные. Плоские затворы перекрывают пролеты до 40 м (напоры до 15 м).
Плоский затвор состоит из пролетного строения, опорно-ходовых частей, уплотняющих и подвесных устройств. Основные виды плоских затворов (рис. 9.5): одиночные, секционные, сдвоенные с клапаном. Достоинства плоских затворов: простота конструкции, малые размеры вдоль потока, удобство осмотра, ремонта, монтажа. В мелиоративной практике получили распространение задвижные затворы на скользящих опорах площадью до 6 м2. Размеры затворов отвечают размерам отверстий. Верхняя кромка затвора превышает уровень воды не менее чем на 0,2 м, включая ветровой нагон волны.
Пролетное строение (система балок и обшивки). У небольших затворов сетевых сооружений пролетное строение выполняют по типовым проектам из стального 6-миллиметрового листа с подкреплением уголками и полосами (рис. 9.6). Специальных уплотнений и опорно-ходовых частей плоские металлические затворы не имеют. У крупных затворов пролетное строение состоит из ригелей, балочной клетки, обшивки, поперечных связей или диафрагм, опорно-концевых стоек или подъемно-весовых ферм (рис. 9.7). По числу ригелей затворы бывают двух- ригельными и многоригельными. Для небольших затворов (особенно глубинных) целесообразна многоригель- ная схема, что упрощает конструкцию, так как используются прокатные профили и уменьшаются пазы. Для больших затворов наиболее экономична двухригельная схема (см. рис. 9.7).
Ригели, воспринимающие давление воды и передающие его опорно-концевым стойкам, выполняют при пролетах до 5 м из прокатных профилей; с увеличением пролета — в виде двутавровых балок составного сечения высотой высотой. Для уменьшения ширины пазов высоту ригеля на опоре доводят до 0,4...0,65 его высоты в пролете. Ригели располагают по высоте с учетом равнонагруженно- сти; их конструируют по общим правилам проектирования металлических конструкций. На затворах сооружений мелиоративных систем преобладают ригели из прокатных профилей. Они технологичнее в изготовлении, проще в эксплуатации, обеспечивают высокую живучесть при случайных повреждениях, устойчивость и выносливость в работе. В сплошностенчатых ригелях устраивают отверстия в стенках для стока воды. Балочная клетка состоит из стоек и обрешетки (горизонтальные балки); ее можно устраивать выносной (между обшивкой и ригелями) или встроенной, когда ригели и вертикальные элементы поперечных связей входят в ее состав. В первом случае балочная клетка конструктивно проще. Различают также балочные клетки систем: продольной (см. рис. 9.7,б), если панели обшивки имеют длинную сторону в направлении пролета затвора; поперечной (см. рис. 9.7,а), если длинная сторона панели расположена перпендикулярно ригелям; или смешанной.
В металлических затворах желательно отношение ширины к длине ячеек каркаса затвора принимать не менее 1 : 2. Обшивка выполняется из стальных листов толщиной не менее 6 мм (при пролетах, меньших 4 м), для крупных затворов — не менее 10 мм. Ригели выполняют в виде ферм или сплошностоечными с отверстиями. Диафрагмы из сплошного листа применяют при высоте ригеля до 1 м и обычно в многоригельных затворах; в двухригельных диафрагмы выполняют чаще в виде ферм (редко сплошными). Опорно-концевые стойки или подъемно-весовые фермы располагают по концам каркаса затвора; они служат для передачи нагрузки от ригелей к опоре. К ним крепят опорно-ходовые части.
Опорно-ходовые части. Они служат для передачи давления от пролетного строения на закладные части и далее на сооружение, а также для передвижения затвора. По назначению их подразделяют на основные, передающие нагрузку от пролетного строения на закладные части, и вспомогательные, препятствующие перекосу затвора, а по конструкции (рис. 9.8) — на скользящие, колесные и катковые, причем основные опорно-ходовые части могут быть всех трех типов, а вспомогательные — только первых двух.
Скользящие опоры выполняют из дерева, металла, синтетических материалов. На малых затворах сетевых сооружений используют простейшие пары трения «дерево по дереву», «сталь по стали», «дерево по стали», «сталь по бронзе» и т. д. Их недостаток— большое сопротивление движению. В СССР широкое распространение получили опоры из древесно-слоистого пластика (ДСП-Б-ГТ, см. рис. 9.8,6), внедряются опоры из масляни- та. ДСП-Б-ГТ состоит из слоев тонких березовых пластин, пропитанных при высокой температуре и большом давлении фенолформальдегидной смолой. Полозья из ДСП и стали выполняют в виде опорных подушек (обойм, кассет), в которые запрессованы вкладыши. Рельс или полоз имеет цилиндрическую поверхность из нержавеющей стали шириной 2,5...7,5 см, которая при повороте опор на некоторый угол сохраняет контакт полозьев с рельсами. Маслянит — это пластмасса на основе полиамидной смолы П-68-С с добавлением графита. Пластины зажимают в разъемной обойме (см. рис. 9.8,6). ДСП и маслянит оказывают сравнительно небольшое сопротивление движению затвора при высокой несущей способности. Расчетные коэффициенты трения скольжения для пар трения: ДСП-Б-ГТ по шлифованной стали в покое ~ 0,18 (при движении 0,07); для маслянита по нержавеющей стали соответственно 0,13 (0,06); сталь по стали 0,5 (0,15); дерево по стали 0,5 (0,2); резина по нержавеющей стали в уплотнениях л: 0,8(0,1).
Более 50 % основных и практически все аварийные и ремонтные затворы в нашей стране выполнены на скользящих опорах из ДСП и маслянита; на сетевых сооружениях практически все затворы имеют скользящие опоры. Достоинства скользящих опор: сравнительно небольшое сопротивление перемещению затвора (при применении ДСП и маслянита); малые габариты; простота конструкции, изготовления, монтажа, замены; высокие надежность и живучесть; высокие демпфирующие свойства по отношению к вибрации пролетного строения. Недостатки: зависимость коэффициента трения от скорости движения; в момент трогания коэффициент трения в 1,5...2 раза больше, чем при движении, что приводит к рывкам при трогании затвора с места, ухудшает условия посадки; ощутимый износ при частом маневрировании (для его уменьшения ограничивают погонную нагрузку при ДСП и масляните соответственно 1 000 и 2 000 кг/см).
Колесные опоры. Они представляют отдельные колеса (см. рис. 9.8, в) или колесные тележки (см. 9.8, г) и позволяют значительно уменьшить подъемное усилие. Колеса располагают из условия равнонагруженности. При небольших пролетах применяют затвор с четырьмя колесами на консольных опорах (рис. 9.9, а) или на осях между стенками опорных балок (рис. 9.9,6). Колеса выполняют бочкообразными (обычно безребордны- ми) для возможности поворота их на рельсах при прогибе затвора. Втулки, в которых вращаются оси колес, выполняют из ДСП, бронзы, баббита. При больших пролетах для уменьшения нагрузок на колеса число их уд- . ваивают с передачей давления от ригеля на тележку с двумя колесами. Между тележками и опорными балками располагают шарниры (рис. 9.9, в) для осуществления поворота опорно- концевых стоек при прогибе ригелей и смещения их при температурных деформациях. Ширина обода колеса 8..,15 см, диаметры 0,3...1 м; максимальная нагрузка на колесо 300...350 т.
Катковые опоры (см. рис. 9.8,6). Они состоят из Катковой бесконечной цепи (аналогичной гусенице трактора), перекатывающейся по рельсу, и опорно-концевой стойки; цепь закрыта кожухом со всех сторон, кроме «рабочей». Катковые опоры применяют в случаях, когда нагрузки на опоры оказываются выше несущей способности колес (в глубинных затворах, при узких, но высоких пролетах, испытывающих большое давление воды). Опорное устройство располагают в специальных нишах, в пазах и колодцах у порога. При опускании затвора в поток в пазах и колодцах образуются мощные вихри, обеспечивающие их промывку, выброс всех попавших туда посторонних предметов. Затворы с Катковой опорой применены в туннелях Нурекской ГЭС (напор 120 м, размеры 3,5X9 м); их называют гусеничными. Диаметр катков 20...30 см, ширина 20...50 см. Нагрузка на каток до 147...246 кН.
Достоинства колесных и Катковых затворов: пониженное начальное сопротивление при трогании; меньшее сопротивление при движении (на 10... 20 % У опор качения со скользящими втулками и на 60...70 % у колесных затворов на роликовых подшипниках); пониженный износ. Их недостатки; высокая стоимость изготовления и монтажа, усложнение закладных частей и значительные размеры пазов.
Наряду с описанными опорно-ходовыми частями применяют дополнительные направляющие и распорные устройства (рис. 9.7) для: ограничения поперечных перемещений затвора; плотного прижатия затвора к опорам в ненагруженном состоянии и восприятия нагрузок при подъеме затвора, подвешенного неточно за центр тяжести; восприятия обратных нагрузок, возникающих при закрытии аварийных затворов, находящихся близко от основных; демпфирования колебаний затвора под воздействием гидродинамических нагрузок. В качестве направляющих устройств применяют стальные опоры, опоры скольжения из ДСП, боковые колеса. В качестве распорных устройств применяют обратные подушки, одиночные колеса, буферные тележки с массивным резиновым упругим элементом, рессорные тележки и т. п..