РЕДКО ПРИМЕНЯЕМЫЕ ТИПЫ ЗАТВОРОВ ВОДОСЛИВНЫХ ОТВЕРСТИЙ
Секторные затворы (рис. 9.19).
Они имеют поперечное сечение в виде сектора, вращающегося вокруг горизонтальной оси. Ось расположена со стороны ВБ или НБ на пороге плотины — опускные затворы или на быках (устоях) — подъемные затворы. Затворы имеют обшивку цилиндрической и как минимум одной (радиальной) поверхности. Как правило, их выполняют вододействующими; управление подъемом и опусканием затвора производят пуском воды из верхнего бьефа в камеру давления. Если закрыть вентиль 1 и открыть вентиль 2, вода из камеры давления через водовод 3 стечет в НБ и затвор опустится в нишу (откроется); если закрыть задвижку 2 и открыть задвижку 1, затвор давлением воды поднимется; изменяя степень открытия задвижек 1 и 2, можно придать затвору промежуточное положение. Процесс управления затвором можно автоматизировать оснащением задвижек автоматизированным приводом, работающим от датчика уровня воды в ВБ, или вместо задвижек можно применять датчик уровня воды верхнего бьефа гидравлического действия. Затвор с низовой гранью, обшитый частично (см. рис. 9.19, в), является полудействующим полу-гидравлического
действия) и требует механизма маневрирования. Если обшивка имеется со всех сторон, затвор называется поплавковым (см. рис. 9.19,6).
Секторные опускные затворы гидравлического действия перекрывают значительные отверстия. Пролет выбирают из условий пропуска льда, технологии монтажа и ремонта затвора; размер пролетов до 65 м, высота 9... 10 м. Их применяют на водосбросных сооружениях в качестве основных, для автоматического регулирования уровня воды НБ, сбросов излишков воды, льда, плавающих тел. Достоинства секторных затворов: возможность сброса льда и плавающих тел; полное открытие без нарушения режима работы, автоматичность действия и возможность изменять уставку регулируемого уровня перемещением датчика по высоте на заданную отметку; жесткость конструкции; минимальная высота быков. Недостатки: сложность монтажа; сложная эксплуатация (обогрев зимой, очистка камер давления от наносов и др.); значительная масса (особенно при изготовлении из железобетона); сравнительно высокая стоимость; низкое быстродействие. На сооружениях мелиоративных систем получили распространение секторные прислонные затворы-автоматы подъемного действия, регулирующие уровень ВБ и НБ, перепад уровней, а также осуществляющие смешанное регулирование уровней.
Принцип действия секторных затворов основан на уравновешивании моментов сил, действующих на затвор (относительно оси вращения затвора): веса затвора G; гидравлических нагрузок на элементы затвора W; трения в опорах (пренебрегают ввиду малости) и уплотнениях (для тонущих затворов). Ось вращения располагается примерно на (0,1...0,2) Н ниже гребня водослива. Опорные шарниры устраивают сплошными вдоль затвора или отдельными под каждой фермой — диафрагмой.
Вальцовые затворы (рис. 9.20). Они представляют горизонтальные полые цилиндры или более жесткие (овоиды рис. 9.20, б, V) и перекрывают пролеты 50 м и более при высоте до 13 м. Подъем и опускание цилиндра проводят перекатыванием по наклонным зубчатым рейкам, установленным в пазах быков (устоев); на концах цилиндра укрепляют зубчатые дуги (бандажи) и две цепи — рабочую (подъемную) на одном конце цилиндра и холостую на другом. Привод затвора односторонний. Пролетное строение выполняют в виде круглого цилиндра (рис. 9.20,6,1); при истечении из-под него возможны неблагоприятные условия обтекания (вакуум, биение струи). Для исключения этого недостатка в целях экономии металла и для повышения напора на гребне плотины применяют затворы со щитком высотой 0,5...1,5 м (рис. 9.20,6,11), щитком и гребешком (рис. 9.20, 6, III); применяют и конструкцию с козырьком (рис. 9.20, б, IV), у которой цилиндр не воспринимает непосредственно давление воды. Находят применение вальцовые затворы с клапаном (рис. 9.20,6, VI). В суровом климате внутреннюю полость вальцов обогревают. Уплотнения вальцовых затворов аналогичны сегментным. Подъемное усилие вальцовых затворов меньше, чем сегментных, его находят из уравнения моментов относительно мгновенного центра вращения вальца.
Вальцовые затворы применяют как основные при необходимости создания больших пролетов, преимущественно в местах, где необходим пропуск лъда. Они обладают небольшим подъемным усилием. Но их масса и стоимость значительно выше, чем плоских и сегментных; быки громоздки и сложны из-за большой площади паза и необходимости вкатывания затвора выше поверхности воды; ими трудно регулировать уровень верхнего бьефа (из- за выпуска воды тонким, но широким слоем из-под затвора); при крупных донных наносах возможны затруднения с донным уплотнением.
Крышевидные затворы (рис. 9.21). Эти затворы состоят из двух полотнищ, вращающихся на горизонтальных осях. Верховое или низовое полотнище имеет на конце короткую надставку, нормальную к плоскости полотнища; низовое полотнище имеет криволинейное очертание для обеспечения безвакуумного истечения и повышения коэффициента расхода. Камера, образуемая крышей затвора, при маневрировании заполняется водой из ВБ, которая давит на полотнище.
Верховое полотнище на конце имеет ролик, который при перемещении затвора движется по обшивке нижнего полотнища; оба полотнища соединены ограничителем — цепью. Принцип действия затвора основан на уравновешивании моментов сил, действующих на подвижные части затвора. Маневрирование затвором производится автоматически или регулированием давления воды.
Крышевидные затворы применяют в качестве основных на низконапорных плотинах или подпорно-перегораживающих сооружениях. Достоинства крышевидных затворов: перекрывают широкие пролеты (до 50 м при высоте до 6...7 м); возможность пропуска паводка, льда, плавника; работа в автоматическом режиме, гидравлическое маневрирование. Недостатки: относительно широкий порог плотины; сложность регулирующей системы; чувствительность к наносам; необходимость обогрева зимой.
Разборчатые затворы с поворотными фермами. Они представляют ряд металлических (статически определимых) плоских ферм, шарнирно укрепленных на пороге плотины (нормально к ее оси) на расстоянии 1,5...3 м один от другого. Верхние пояса ферм соединены служебным мостиком. На фермы опираются деревянные или стальные щитки без уплотняющих устройств, устанавливаемые с мостика. Иногда пролеты между фермами перекрывают спицами. Несмотря на большие утечки воды через щели, перед плотиной образуется достаточный напор. Для пропуска воды часть щитков или спиц вынимают. Для полного открытия перед ледоставом или половодьем удаляют щнты, разбирают служебный мостик, фермы поворачивают в опорных шарнирах и укладывают на порог плотины при помощи лебедки, выбирающей трос, которым соединяют фермы. В одном из устоев плотины с поворотными фермами делают нишу; в нее помещают первые укладываемые фермы. Затворы с поворотными фермами перекрывают практически неограниченные пролеты (200 м и более при напоре до 5 м). Через плотину с уложенными на порог фермами допускают пропуск судов, поэтому их называют судоходными плотинами. В СССР они применены на шлюзованных участках рек Шексны, Москвы, Оки, Северного Донца, Дона и др. Эксплуатация их затруднена в случае усиленного движения донных наносов, топляков, донного льда; укладка и установка требуют значительного времени (до 2 сут). Применяют их редко в качестве основного на реках и каналах для создания сезонного регулируемого подпора и в качестве ремонтного в судоходных шлюзах или на плотинах.
Разборчатые затворы с поворотными рамами. Они состоят из ряда статически неопределимых треугольных поворотных рам без затяжек шириной 0,6... 1 м. Рамы делают металлическими коробчатого сечения, устанавливая широкой стороной по фронту плотины, или деревянными. Рамы соединены балкой, по которой прокладывают узкий пешеходный мостик, а внизу шарнирно закреплены на пороге; их укладывают на флютбет одна на другую. Затвор работает в предельных положениях— открытом или закрытом. Пролеты и напоры аналогичны затворам с поворотными фермами. В суровом климате работа затвора неудовлетворительная (затруднено маневрирование, происходит обмерзание). Эти затворы используют в качестве ремонтного в судоходных сооружениях, на плотинах (перед большепролетными основными затворами), перед сооружениями на каналах и весьма редко в качестве основного на судоходных и лесосплавных водотоках для создания временного нерегулируемого подпора.
Цилиндрические или кольцевые затворы (рис. 9.22). Их применяют в кольцевых водосливах, шахтных водосбросах, в водоводах верхней головы судоходных шлюзов, а на мелиоративных системах — в трубчатых сооружениях; они легко автоматизируются. Для открытия отверстия цилиндрический кольцевой затвор поднимают или опускают. Для открытия отверстия требуется подъемный механизм; движение затвора направляется быками. Иногда затвор опускается в кольцевую камеру давления; подъем осуществляется повышением давления в камере, наполнение и опорожнение которой происходят через систему водоводов. Опускание производят под действием собственного веса (при выпущенной воде из камеры).
Кольцевые затворы известны с диаметром до 20 м при напоре до 4 м. Получил распространение ряд вододействующих цилиндрических затворов-автоматов. В Укргипроводхозе разработан цилиндрический затвор- автомат (с расходами до 10 м3/с, рис. 9.23); это цилиндр, подвешенный к коромыслу с поплавком-противовесом. При понижении уровня воды в НБ поплавок-противовес опускается и затвор открывается. Равновесие будет при определенном уровне НБ, при котором уравновесится система поплавок— цилиндр. Изменение заданного уровня НБ осуществляется регулированием длины подвески поплавка-противовеса. При высокой точности регулирования уровня (расхода) применя. ют затворы-автоматы непрямого действия.
Затворы с применением гибких элементов. Они могут быть целиком тканевыми (мягкими) или комбинированными (в конструкции сочетаются традиционные материалы и мягкие элементы). Достоинства их; простота, низкие транспортные расходы и высокие экономические показатели. Недостатки: уязвимость к злоумышленным повреждениям, ограниченный срок службы (до 10 лет), чувствительность к воздействиям солнечных лучей, большим перепадам температур и др.
Ткань (однослойную или многослойную) выполняют из синтетических волокон с резиновым покрытием с одной или обеих сторон (резинотканевые оболочки) или пленкой из пластмасс (пленочно-тканевые оболочки). Оболочка может быть выполнена только из пленок. Прочность ткани 100... 400 кН/м и более. В СССР наибольшее распространение получили резинотканевые материалы.
Затвор из ткани можно выполнять в виде наполняемой жидкостью, воздухом или одновременно жидкостью и воздухом мягкой оболочки, заанкерен- ной в порог, или в виде подвижной армированной ленты, перемещаемой при маневрировании по направляющим (ленточные затворы), или в виде мембраны, закрепляемой на пороге сооружения и на устоях или берегах (рис. 9.24).
Наполняемые затворы поддерживают в поднятом состоянии давлением воды, незамерзающей жидкости или воздуха, наполняющих оболочку самотечным или принудительным питанием (насосами, устанавливаемыми в устое или в потерне плотины) .
При применении специальной жидкости имеется резервуар вне затвора; из него жидкость в оболочку при подъеме и туда откачивается при опускании затвора.
Мембранный затвор (рис. 9.24, г) обычно занимает два положения —открыто, закрыто, поэтому точнее его называют мембранной плотиной. Сброс излишков воды осуществляется через верх или в мембране устраивают сброс, ное отверстие.
При наличии абразивных наносов, лесосплава, шуги предпочтительнее комбинированные затворы, в которых сливная грань или напорный щит сделаны из металла. Принцип действия их аналогичен мягким наполняемым затворам (рис. 9.24, д).
Затворы с применением гибких элементов используют в качестве основных для перекрытия отверстий с большими пролетами для пропуска судов, плавающих тел, создания времен, ного или постоянного подпора. На одной из плотин США перекрыты тканевыми затворами четыре пролета по 134 м при напоре 3,17 м. Известен тканевый затвор, поддерживающий напор 6 м при пролете 28 м. В СССР получили распространение тканевые затворы для сооружений с низким порогом при напорах 1...3 м.