Типы затворов и их классификация
Классификация по технологическим признакам. По эксплуатационному назначению и условиям работы затворы делятся на основные, аварийные, ремонтные (аварийно-ремонтные), строительные. Основные затворы предназначены для пропуска расходов воды, поддерживания уровней воды (перепада уровней); пропорционального деления воды; защиты от наносов. Эти затворы должны в период эксплуатации находиться в рабочем состоянии и обеспечивать маневрирование в текущей воде. Аварийные затворы служат для перекрытия отверстия в случае аварии; они должны гарантировать закрытие отверстия в требуемое время, в текущей воде и при любых возможных напорах. Для большинства водохозяйственных объектов скорость движения для предотвращения аварийной ситуации 0,2...0,5 м/мин. Если требуется большая скорость сработки (водоприемная часть напорных трубопроводов), устанавливают быстродействующие затворы (время перекрытия отверстия исчисляется секундами). Ремонтные затворы предназначены для перекрытия отверстий при ремонте основного затвора или оборудования. Строительные затворы перекрывают отверстия в период пропуска строительных расходов. В ряде случаев совмещают функции затворов, используя аварийные затворы в качестве аварийно-ремонтных или основные в качестве ремонтных и строительных.
По местоположению перекрываемого отверстия относительно уровней бьефов затворы делятся на поверхностные и глубинные [24]. Поверхностные затворы (рис. 9.1) предназначены для перекрытия водосливных отверстий; при полном закрытии они не погружаются целиком под уровень, а условия работы их более благоприятные, чем глубинных. Глубинные затворы (рис. 9.2) предназначены для перекрытия глубинных (под уровнем) отверстий; их можно располагать на входе, посредине или в конце водоводов [69]. Глубинные затворы для напоров 50 м и более относят к высоконапорным. Па мелиоративных системах есть сооружения, затворы которых работают и как глубинные, и как водосливные (водовыпуски из бассейнов суточного регулирования, где в течение суток уровень срабатывается до отметок, при которых водовыпуск работает по схеме водослива).
По способу пропуска воды различают затворы с пропуском воды из-под затвора, через верх затвора, из-под и через верх затвора, со всех сторон подвижной части затвора.
Классификация по конструктивным признакам. По способу передачи давления воды на сооружение затворы делятся на передающие давление на быки и устои, на флютбет и порог сооружения, на порог и быки (устои), на часть сооружения по периметру глубинного отверстия и не передающие давление воды на сооружение (свободноплавающие) .
По способу движения затворы делятся на движущиеся поступательно, вращающиеся, перекатывающиеся и свободноплавающие.
По конструкции опорно-ходовых частей различают затворы с опорами качения, скользящими и. с опорами гидравлического действия.
По материалу различают затворы: стальные — наиболее распространенные; из сплавов, в частности из алюминиевых; деревянные (применяемые редко); тканевые — из прорезиненных тканей или нейлона, капрона, лавсана и др.; композитные.
По виду привода различают затворы с механическим приводом (ручным и электрическим), с гидравлическим приводом, вододействующие, со смешанным приводом (полувододействующие).
9.1.3. Действующие силы и общие условия работы затворовРасчеты затворов выполняют на основное и особое сочетание нагрузок. Основное сочетание нагрузок определяют при максимальном уровне воды (с учетом ветра) и максимальном напоре при нормальной эксплуатации. Особое сочетание нагрузок наблюдают при форсированном уровне воды с учетом влияния волнений и условий, которые могут возникнуть в катастрофической ситуации. Нагрузки на затворы определяют расчетным путем или экспериментально. Обычно учитывают нагрузки гидравлические, вес затворов, волновые, ветровые, снеговые, монтажные, сейсмические и др.; статическое давление льда не учитывают, так как перед затвором поддерживают незамерзающую майну.
При расчете действия гидравлических нагрузок определяют гидростатическую (для закрытого положения затвора) и гидродинамическую нагрузку (для промежуточного положения). При промежуточном положении затвора на него действует гидродинамическое [24] давление [69], которое определяют для оценки изменения подъемного усилия, а также пульсаций и напряжений от гидродинамических нагрузок; последние могут вызвать вибрацию затвора. Вибрация вызывает усталостные явления в материале, нарушает связь закладных частей с бетоном, воздействует на быки, устои и другие части сооружения; могут возникнуть и резонансные явления. Значение и направление гидродинамической нагрузки на затвор зависят от его формы, размеров и наклона. При маневрировании затворами в текущей воде выполняют расчеты по определению расчетного напора Яр. [24] Эпюра давлений на обшивку глубинного и поверхностного затворов приведена на рисунке 9.3. Распределение гидродинамических давлений для конкретных типов затворов-автоматов определяют обычно экспериментально. На затворах сооружений мелиоративных систем преобладает ножевое уплотнение; оно практически не имеет площади, на которую могло бы действовать в вертикальном направлении давление. Наиболее благоприятен режим истечения из-под затвора при плавноочерченной нижней грани затвора. Вертикальная сила lFr.H, действующая на нижнюю кромку затвора в зависимости от степени его открытия, может быть направлена вниз или вверх.
Нагрузки на затвор рассматривают осредненными во времени. Наиболее ответственные конструкции затворов следует рассчитывать на действие пульсации нагрузок. При проектировании затворов учитывают возможность кавитационной эрозии; предусматривают также защиту затворов от обмерзания. Нарушение работы затворов может привести к тяжелым последствиям. Поэтому к затворам и механическому оборудованию предъявляется ряд требований: высокая надежность
(выполнение заданных функций с сохранением эксплуатационных показателей в течение требуемого промежутка времени); безотказность в работе; водонепроницаемость контактов затвора с сооружением; необходимая скорость и диапазон маневрирования; минимальная мощность механизмов для операций с затвором и при необходимости дублирование управления; максимально возможное использование энергии потока воды для обеспечения выполнения функций затворов (применение вододействующих затворов-автоматов, гидродействующих систем маневрирования и т. п.); удобство монтажа, ремонта, осмотра; совмещение (по возможности) нескольких функций, выполняемых затвором (например, регулирование, учет и т. д.); для ремонтных затворов — возможность перестановки из одного отверстия в другое, что сокращает их число до 1... 2 в многопролетных сооружениях; для аварийных затворов — быстродействие.