Оборудование для маневрирования затворами
Общие сведения. Технологический процесс гидротехнических сооружений обеспечивается маневрированием затворов. Маневрирование бывает ручное, полуавтоматическое или автоматическое; оно осуществляется специальным оборудованием: это механизмы и устройства для перемещения затворов или подъемно-опускные (до- жимные) тяговые органы, приводы, аппаратура управления. Механизмы для маневрирования затворами могут быть стационарными (обслуживающими только один затвор) и подвижными (один механизм на несколько затворов). Тяговые органы или подвески затворов делятся на жесткие и гибкие. По конструкции и способу присоединения к затвору механизмы бывают с гибкой подвеской (лебедки, краны и тельферы) и с жесткой тягой — механические и гидравлические подъемники и приводы. Механизмы с гибкой подвеской применяют, если создание дожимных усилий при опускании затвора не требуется.
Стационарные механизмы применяют при необходимости в короткий срок поднять или опустить один или несколько затворов (на реках с быстро-наступающими паводками и др.), если применение подвижного механизма экономически не оправдано; при авто- матизадии управления обычными затворами (не автоматами); при ручном маневрировании; при малом числе затворов на сооружении, особенно при их рассредоточении (например, вдоль канала), что характерно для мелиоративных систем; при автоматизированном управлении подвижное оборудование неэкономично.
Подвижные механизмы (краны — козловые, иногда мостовые и тельферы) применяют: при большом числе однотипных затворов (более 4) и отсутствии необходимости в быстром и одновременном маневрировании; при наличии аварийных или ремонтных затворов, переставляемых из одного отверстия в другое; при посадке на порог затворов, не требующих дожимных усилий.
Особенности механизмов для маневрирования затворами: небольшая скорость подъема и опускания затворов — от 0,2 до 2 м/мин, при ручном приводе 0,01...0,05 м/мин; большие тяговые усилия при небольшой мощности двигателей (исключение составляют механизмы маневрирования затворов сооружений на реках с быстронараста- ющими паводками); использование при заклинивании или зависании крупных затворов автоматических ограничителей перегрузки или свободного хода.
Стационарные и передвижные подъемники. Подъемники с гибкой подвеской. Лебедки перемещают затвор канатами или пластинчатыми цепями; устанавливают их на служебных мостах или на быках (рис. 9.27). Синхронность движения обеспечивается механически (синхронизирующим валом) или электрически (электрическим валом). Принцип действия более совершенной электрической синхронизации— при отклонении в нагрузке на одной из подвесок нарушается равновесие токов в управляющей схеме и в ней появляется уравнительный ток, увеличивающий крутящий момент отстающего двигателя, что восстанавливает равновесие. Электрический вал можно применять при больших пролетах и при отсутствии служебного моста. При пролетах до 10 м применяют и механический вал без моста. Грузовые реле автоматически отключают двигатель при перегрузке в 1,25...1,3 раза, имеется реле и для предохранения механизма от удара во время опускания.
Передвижные краны делятся на мостовые (наиболее распространены на гидроэлектростанциях), на плотинах их применяют редко; портальные — их устанавливают на подвижных опорных конструкциях (порталах), перемещаются они вдоль фронта затворов по специальным подкрановым путям. В козловых кранах в отличие от портальных опорные ноги располагаются наклонно к верхней раме (получили преимущественное применение). Их достоинства по сравнению с мостовыми: отсутствие высоких эстакад; возможность использования при эксплуатации затворов и при строительстве и монтаже; стоимость их меньше. Тельферы (монорельсовые тележки) используют на небольших сооружениях для ремонтных затворов, транспортировки затворов (решеток), иногда для маневрирования основными затворами при одной точке подвеса. Опоры для тельферов располагают на быках. Дистанционное управление ручное.
Подъемники с жесткой, подвеской. Механические подъемники бывают винтовые (рис. 9.28, а) и реечные. На мелиоративных системах наиболее распространены винтовые подъемники; используют их и на небольших плотинах, регуляторах, водосбросах, водовы- пусках на мелиоративных каналах. При небольших затворах подъемники имеют одну точку подвеса, при больших — одну или две. В последнем случае грузовые редукторы подъемников соединены синхронизирующим валом. Подъемники имеют высоту подъема 3 м, максимальная длина штоков (винтов) до 5 м при диаметре 40...80 мм; расстояние между точками подвеса двухвинтовых подъемников 2,5...5 м.
В них тяговое усилие создается давлением (до 30 МПа) рабочей жидкости на поршень гидроцилиндра. Рабочая длина цилиндра равна ходу затвора; внутренний диаметр цилиндра до 70 см. Достоинства гидроподъемников: большая грузоподъемность при малых размерах механизмов; высокая скорость подъема и опускания затворов; простота механических передач; удобство компоновки; возможность автоматизации, дистанционного управления. Недостатки: трудности эксплуатации на открытом воздухе в суровых климатических условиях (загустение масла; для сооружений оросительных систем, работающих сезонно, это не является препятствием); медленное опускание затворов, подвешенных на гидроподъемниках, под действием собственного веса вследствие протекания масла около поршня в системе маслопроводов и золотников; возможность изгиба и потери устойчивости штоков при дожиме затворов (дожимное усилие ограничивают 50...70 % тягового).
Под действием вакуума воды из сосуда 9 поднимается по трубке 12 (фактически показывая при этом вакуум в сифоне), в то время как вследствие падения давления в камере прекращается доступ воды по трубке 11 в сосуд 9. Таким образом, объем сосуда практически определяется объемом трубки 12. За процессом зарядки идет опорожнение камеры 6 и, как следствие, падает давление в ней (из-за неразрывности потока воды). Падение давления в камере увеличивает рост действующего напора, так как уровень воды в ВБ в это время практически неизменен, а следовательно, пропорционально напору увеличивается поступающий расход в камеру и сифон. Процесс заканчивается зарядкой сифона, что означает работу его полным сечением. Затем камера вновь опорожняется. При опорожнении происходит опускание мембраны с жестким цилиндром в крайнее нижнее положение, а при наполнении — подъем мембраны. Мембрана с жестким цилиндром 7 и штоком 8 движется возвратно-поступательно. Совершаемую при перемещении мембраны полезную работу можно использовать непосредственно или преобразовать в другой вид энергии.
Тяги, соединение затворов с подъемными механизмами (рис. 9.30). Тяги соединяются с подъемным механизмом; они бывают гибкими (стальные тросы, пластинчатые цепи) и жесткими (винты, зубчатые и цепочные рейки, штанги и тяги). Узлы подвески совмещаются с опорно-концевыми стойками или вертикальными диафрагмами. В гидроподъемниках тягой обычно служит шток, соединенный с затвором, а также трос или цепь, соединяющие затвор со штоком.
Подхваты, захватные балки, до- жимные грузы. Для фиксации поднятых затворов (обычно при передвижных механизмах) используют подхваты (рис. 9.31, а) —стальные упоры, укрепляемые на быках (консольные, двухопорные, откидные); более надежны двухопорные подхваты (на них возможна передача значительных нагрузок) .
Для подъема и опускания Шандоров, иногда плоских затворов, соро-удерживающих решеток на многопролетных сооружениях при подвижных подъемных механизмах и большой высоте подъема эффективны захватные балки (рис. 9.31, б) — металлические конструкции, перемещаемые в пазах затвора; от перекоса их предохраняют направляющие колеса. При опускании балки происходит сцепление замка с подвеской затвора, после чего ее поднимают вместе с затвором.
Вследствие увеличения сил трения при закрытии глубинного отверстия плоским затвором иногда применяют принудительную посадку затвора, для чего затвор пригружают дожимным грузом (набор чугунных болванок в раме, или железобетонная балка, или несколько балок).
Служебные мосты. На них располагают стационарные подъемные механизмы или перемещаются краны, их используют и как пешеходные (служебные). Часто мосты имеют комплексное назначение.