Типы и конструкции регуляторов
Открытые регуляторы (рис. 8.5, а; 8.6). Они представляют собой искусственное русло, ограниченное флютбетом, продольными входными и выходными стенками и снабженное затворами с подъемными механизмами или иными регулирующими устройствами (например, авторегуляторами и мостиком).
Открытые регуляторы используют как водозаборные сооружения (как регуляторы-водовыпуски) при бесплотинном и плотинном водозаборах из источников с незначительными перепадами уровней при пропуске максимальных расходов (порядка 0,1 м3/с и меньше) и в случае незначительных колебаний уровня перед регулятором. На каналах их используют как подпорные или перегораживающие сооружения — для создания необходимого командования (необходимых глубин при водозаборе), как вододелители— для распределения воды между отдельными потребителями—и в качестве водовыпусков в каналы младшего порядка; для пропуска плавающих тел, льда, шуги и т. д. Открытые регуляторы удобны в эксплуатации, что особенно важно для каналов, работающих круглый год, в условиях шуговых, ледовых явлений.
Высотное расположение на канале определяется назначением сооружений: подпорный регулятор, располагаемый поперек канала, не должен препятствовать полному опорожнению канала и создавать дополнительных больших подпоров при пропуске форсированных расходов; регулятор-водовыпуск, размещаемый в откосе канала, должен обеспечивать подачу расчетного расхода в младший канал при минимальном уровне в старшем и т. д.
Регуляторы-водовыпуски устраивают в начале отводов, ветвей, распределителей, временных оросителей. Они состоят из входной, водобойной и выходной частей. На рисунке 8.6 представлено одно из решений открытого регулятора-водовыпуска на канале. Сопряжение головных регуляторов-водовыпусков с берегами водоисточника или С грунтовой плотиной мало отличается от сопряжения низконапорных бетонных плотин на нескальном основании (гл. 7.3).
Сопряжение регуляторов-водовыпусков с каналом выполняют входными и выходными открылками. Конструкции входа в регулятор-водовыпуск показаны на рисунке 8.7.
Регуляторы-водовыпуски обычно ставят или на урезе воды, или несколько вдвигают в отводящий канал. Вдвинутое положение регулятора повышает его водомерные качества, более удобно для производства ремонтных работ. Выдвинутый вход иногда устраивают лишь для больших отводов.
Длина устоев должна быть достаточной для размещения основного и ремонтного затворов (в качестве последнего обычно принимают шандоры), служебного, а при необходимости и проезжего моста. Разрезку сооружения конструктивными швами принимают в соответствии с указаниями главы 7.3, характером основания и другими факторами.
Конструкции устройств НБ должны обеспечивать бессбойные течения в отводящем канале (гл. 4.4). Для этого целесообразно применять соответствующие гасители энергии и растекате- ли потока, при которых можно снять или существенно уменьшить ограничения при маневрировании затворами и допускать несимметричный выпуск воды в НБ при работе части водосборного фронта (например, рис. 4.40).
Конструкции выхода из регулятора представлены на рисунке 8.8. При одинаковой ширине регулятора и канала по дну наиболее распространенная форма выхода — обратная стенка (рис. 8.8, а); она проста по конструкции, но требует значительных затрат материалов п вызывает появление за ней водоворотных зон. Ее можно заменить ныряющей (рис. 8.8, в), при которой также образуются водоворотные зоны, но затраты материала меньше. При небольшом превышении ширины канала устраивают раструб, который постепенно увеличивает ширину регулятора до размеров канала (рис. 8.8,6). Роспуск в плане продольных стен раструба назначают с учетом недопущения сбойных течений (заложений т = 5...6 и более, если нет растекателей, рис. 8.8, б).
Если канал имеет значительно большую ширину, чем регулятор, можно применять схемы, приведенные на рисунке 8.8, г, д.
На облицованных каналах с уклонами больше критических получили распространение водовыпуски-стабилизаторы расхода траншейного типа, наклонная стенка (щит в откосе канала) и др. При траншейном водовыпуске-стабилизаторе (рис. 8.9, а) поток транзитного (старшего) канала, проходя с большими скоростями над траншеей, частично отсекается в траншею. Чтобы обеспечить стабилизацию расхода, траншею принимают квадратного или криволинейного сечения.
Подпорные и перегораживающие регуляторы предназначены главным образом для того, чтобы поддерживать необходимый уровень и тем самым обеспечивать подачу воды в отводы из старшего канала (подпорные), а также для ремонтных целей (перегораживающие).
При автоматизации водораспределения перегораживающие сооружения оснащают регуляторами уровня.
По конструкции подпорные (перегораживающие) сооружения во многом аналогичны открытым регуляторам-водовыпускам и отличаются от них своим расположением — поперек, а не сбоку канала. Из условий работы подпорных регуляторов вытекают дополнительные требования к их конструкции. Во-первых, они должны обеспечивать допускаемый нерабочий подпор, то есть тот, который вызывается регулятором при полном открытии пролетов; во-вторых, удовлетворять требованиям судоходства, когда канал используется и как водный путь; в-третьих, создавать условия для работы дождевальных машин.
На каналах с малыми уклонами дна (менее 0,0003) нерабочий подпор распространяется до вышележащего регулятора, а нередко (в зависимости от уклона) вдоль всего канала, что сопряжено с большим объемом работ при увеличении высоты дамб каналов; поэтому здесь необходимо применять такие типы и конструкции подпорных сооружений, которые не вызывают совсем или вызывают незначительный подпор.
Подпорные регуляторы могут быть представлены различными конструкциями, одна из которых приведена на рисунке 8.10. Особенность этого сооружения в том, что живое сечение отверствия регулятора принимается равным живому сечению канала (или несколько больших размеров — на величину сжатия при входе в регулятор). Он оснащен затвором-автоматом опускного действия, который автоматически открывается прн достижении расчетного уровня и позволяет сбрасывать избыточные расходы. Возможны другие типы затворов. Иногда регулятору придают те же формы и размеры, что и живому сечению канала. Пролет регулятора в этом случае перекрывают сегментным затвором, предпочтительнее затвором-автоматом.
Одна нз конструкций подпорного сооружения на оросительном канале показана на рисунке 8.11. Она выполнена в виде поперечных стенок у берегов канала. Высоту стенок и просвет между ними рассчитывают на обеспеченный отвод воды из магистрального канала при Q
Представляют интерес подпорные автоматизированные сооружения. Пролет, образованный стенками (рис.8.11,6), или серия пролетов (для широких каналов) перекрывают при прохождении Qmm автоматами-клапанами типа «плавающее крыло». При малых расходах клапан от давления на его лобовую поверхность поднимается, перекрывая пролет, а по мере увеличения расхода и перелива воды через затвор опускается, обеспечивая практически бесподпорный режим потока в магистральном канале. При падении расходов в магистрали картина будет обратная.
Сбросные регуляторы устраивают для удаления воды из каналов при авариях на системе; сброса излишней воды, поступившей в систему; смыва и удаления наносных отложений перед гидроузлами (в этих случаях регуляторы иногда называют промывными). При автоматизации сбросных регуляторов к затворам-автоматам предъявляются повышенные требования в отношении надежности и быстродействия. Поэтому здесь предпочтительнее затворы-автоматы прямого действия, которые работают с использованием энергии потока, например клапанные. По конструкции сбросные регуляторы бывают открытые (в том числе диафрагмовые, рис. 8.5, в) и трубчатые.
Пропорциональные вододелители предназначены для деления расхода старшего канала в определенных соотношениях между двумя или более каналами. На рисунке 8.12 показана компоновка пропорционального вододелителя Я. В. Бочкарева. Соотношение расходов в отводах регулируется специальным устройством (разделительной пластиной) для изменения коэффициента. При отсутствии разделительной пластины значение К. будет постоянным. Примерно постоянным при разных значениях Фобщ будет и отношение Qi : Q2.
Узлы регуляторов на каналах (водораспределительные узлы) располагают в пунктах разветвления канала на несколько более мелких. Узел регуляторов состоит из подпорного (перегораживающего) или сбросного сооружения, выполняющего и функции перегораживающего, регуляторов-водовыпусков. Иногда в составе узла устраивают промывные сооружения. Главное условие, которому должны удовлетворять узлы регуляторов,— обеспечение точного регулирования параметров потока. Для его реализации необходимо, чтобы все регуляторы. как входящие в состав узла, так и работающие отдельно от него, обладали необходимыми водомерными свойствами (необходимой водомерностью). Это достигается путем спрямления и тщательной очистки участков канала длиной 150...300 м выше и ниже регулятора.
На каналах с бурным или сверхбурным режимом течения (характерно для оросительных систем горнопредгорной зоны) в составе узла необходимо предусматривать гасители энергии.
В практике гидротехнического строительства мелиоративных объектов применяют две основные схемы компоновки узлов при размещении отдельных сооружений — сближенную и удаленную. На рисунке 8.13 показано шесть вариантов компоновки по сближенной и один (ж)—по удаленной схеме. Схемы г и е относятся собственно к пропорциональным вододелителям. Компоновку в виде звездочки (d) наиболее часто применяют при двустороннем отводе воды. Схема компоновки в в отличие от б обеспечивает более плавный подход потока к отверстиям регуляторов-водовыпусков и некоторое уменьшение длины боковых стен. Удаленная схема целесообразнее на каналах с малыми уклонами, где кривая подпора (а следовательно, командование) от подпорного сооружения распространяется на значительные расстояния, позволяя одним подпорным (перегораживающим) сооружением обеспечить плановую водоподачу на ряд рассредоточенных по длине ре- гуляторов-водовыпусков. Выбор той или иной схемы основан на техникоэкономическом сравнении вариантов.
Трубчатые закрытые регуляторы.
Широко применяются на гидромелиоративных системах в качестве регуляторов, переездов, совмещенных с регуляторами и сопрягающими сооружениями, водомеров-регуляторов. Их рекомендуется также использовать в распределительных узлах сооружений на глубоких каналах, в узлах сооружений при совмещении с переездом (рис. 8.14) и т. д.
Трубчатые регуляторы не рекомендуются на каналах в тех случаях, когда минимальный расход в трубе проходит с заиляющими скоростями.
Трубы могут быть круглого, прямоугольного и более сложного очертания. Наиболее распространены круглые трубы как в сборном, так и в монолитном исполнении. При больших напорах трубчатые регуляторы устраивают из железобетона, а при малых (в ирригационных регуляторах)— из бетона.
Затворы на трубчатых неавтоматизированных регуляторах можно устанавливать как на входе, так и на выходе из трубы (что преобладает). Установка затворов, тем более затворов-автоматов (авторегуляторов), на выходе имеет свои преимущества: удобство управления, доступность осмотра и ремонта, неизменность напорного режима работы водовыпуска, более простое решение водоучета. Однако в этом случае труба всегда находится под напором, создаются условия заиления при полном перекрытии водовыпуска, на входе необходимы. ремонтные затворы или шандориые пазы.
Число отверстий трубчатого регулятора определяется технико-экономическими расчетами.
Наружную поверхность труб необходимо покрыть водонепроницаемым изолирующим слоем. У стыков труб полезно устраивать обратные фильтры. Трубы состоят из отдельных звеньев длиной по 8...10 м и меньше, вместе их стыков оставляют швы (рис. 8.15) во избежание последствий неравномерных осадок. Для предупреждения фильтрации через швы применяют битумные шпонки — раструбные и на муфтах (жесткие и гибкие).
Шпоночные стыковые соединения применяют в прямоугольных, раструбные — в круглых железобетонных трубах. В монолитных трубах необходимо через 30...50 м устраивать деформационные швы.
Диафрагмовыс (забральные) регуляторы (см. рис. 8.5, в). Они являются разновидностью открытых регуляторов и отличаются от них наличием забральной стенки или диафрагмы на входе в сооружение, что позволяет уменьшить высоту затворов и дает возможность маневрировать ими с помощью менее мощных подъемников. Диафрагма одновременно служит поперечной распоркой, то есть элементом, повышающим жесткость конструкции.
Диафрагмовые регуляторы устраивают в глубоких выемках при малых уровнях воды в НБ, используют как водозаборные сооружения при значительных колебаниях уровня водоисточника, как сбросные сооружения и водовыпуски и как промывные регуляторы.
Сифонные регуляторы. Их применяют довольно редко и главным образом в качестве водосбросных сооружений гидроузлов. В последние годы в связи с автоматизацией технологических процессов в гидромелиорации они стали получать развитие как авторегуляторы уровня, расхода. Это обусловлено их главным достоинством — автоматизмом действия без подвижных в работе частей.
Аварийные заграждения. На каналах значительной протяженности (100 км и более), не имеющих перегораживающих сооружений (регуляторов), для отключения отдельных участков их на случай аварии или ремонта устраивают аварийные заграждения. Конструктивно они представляют собой пороги, оборудованные затворами. При нормальной эксплуатации канала заграждения открыты (разобраны), при необходимости (авария, ремонт) они быстро закрываются.
Водосбросы, водовыпуски. Их устраивают для организованного сброса при угрозе переполнения канала (неполадки, нарушения режима эксплуатации и др.). Эти сооружения располагают по трассе (см. рис. 8.4) или в концевой части канала. Водосбросы могут быть различных типов, на трассе канала они по гидравлической схеме являются боковыми водосливами. Конструктивно их выполняют в виде бетонной водосливной стенки, водосливных лотков-быстротоков, сифонных водосбросов. Водосбросы устраивают также в акведуках и у дюкеров.
Для опорожнения канала устраивают водоспуски, которые располагают по трассе в зависимости от его длины и обязательно в конце канала (их функцию здесь могут выполнять и водосбросы).
Шугосбросы. Они предназначены для отвода шуги из канала. Их устраивают, когда шуга пропускается по каналу транзитом или образуется в самом канале.