Область применения затворов. Преимущества и недостатки

ЛЕКЦИЯ 16

Секторные затворы. Общая схема

Секторными затворами называют затворы, имеющие поперечное сечение в виде сектора с обшивкой по напорной и верхней граням (тонущие затворы) или по всем трем граням затвора (поплавковые затворы); вращаясь вокруг горизонтальной оси, укрепленной на флютбете, затвор может частично или полностью опускаться в камеру во флютбете, причем маневрирование затвором производится при помощи частичного или полного использования давления воды (рис. 16.1).

Рис. 16.1. Общая схема секторного затвора с низовой осью вращения: а — поперечное сечение; б — горизонтальное сечение; 1, 10 — трубопроводы с задвижками (клапанами); 2, 9, 3 — донное уплотнение; 4 — круглоцилиндрическая обшивка; 5 — плоская обшивка; 6 — ось вращения затвора; 7 — камера давления; 8 — бык; 11 — шахта в быке; 12 — затвор в плане

Типы затворов

Существуют секторные затворы:

· гидравлического действия тонущие: а) без поплавка; б) с поплавком;

· гидравлического действия поплавковые: а) с верховой осью вращения; б) с низовой осью вращения;

· механогидравлического действия.

Тонущие затворы гидравлического действия имеют обшивку по двум граням и ось вращения со стороны нижнего бьефа; они опускаются в камеру под воздействием собственного веса (при разобщении камеры давления с верхним бьефом), а поднимаются под воздействием давления воды верхнего бьефа (при сообщении камеры давления с верхним бьефом). Для увеличения плавучести затвора последние его конструкции снабжены поплавком (во внутреннем верхнем углу затвора).

Рис. 16.2. Секторный тонущий затвор: 1 — камера давления; 2 — канал в быке плотины; 3 — шахта в быке плотины; 4 — канал, связывающий шахту с нижним бьефом; 5 — телескопическая труба аппарата управления (уравновешена противовесом и связана с гребнем затвора и подъемным механизмом); 6 — блок подъема телескопической трубы; 7 — мотор подъема (управляемый посредством поплавка, расположенного во входной части камеры); 8 — мотор обратной связи

Поплавковые затворы гидравлического действия имеют обшивку по всем трем граням и ось вращения со стороны верхнего или нижнего бьефов.

Секторные затворы механогидравлического действия имеют обшивку по цилиндрической и сливной граням, причем последняя — деревянная, со щелями, через которые при движении затвора вода попадает в камеру давления и своим напором на внутреннюю поверхность этой обшивки частично разгружает затвор от веса переливающегося слоя воды, облегчая тем самым работу подъемного механизма.

Рис. 16.3. Секторный поплавковый затвор с верховой осью вращения	Рис. 16.4. Секторный поплавковый затвор механогидравлического действия

Область применения затворов. Преимущества и недостатки

Затворыс низовой осью вращения устанавливают на плотинах распластанного профиля, например на водосливах с широким порогом. Затворы с верховой осью вращения, как более компактные, устанавливают на порогах высоких плотин, где выдерживается форма водослива практического профиля. В большинстве случаев описываемые затворы являются автоматическими, что достигается разнообразными системами из поплавков, меняющих свое положение вслед за колебаниями уровня верхнего или нижнего бьефа и за счет автоматизации задвижек впускающих или выпускающих воду из камеры давления. Быки, в связи с размещением в них задвижек, выполняют шириной 3—6 м.

Секторные затворы гидравлического действия могут перекрывать отверстия пролетом до 60—65 м, высотой до 9—10 м, полугидравлического — до 40—50м и высотой до 8—9 м. Достоинствами затвора являются автоматичность действия, быстрота маневрирования, точное регулирование верхнего бьефа, возможность сброса льда и плавающих тел, жесткость конструкции, малая высота быков. Затвор позволяет сбрасывать воду в нижний бьеф равномерно по фронту плотины, что облегчает водобой и рисберму. Возможность облегчения водобоя и рисбермы способствует применению секторных затворов. Недостаток затвора — сложность монтажа, что может повлиять на срок пуска сооружения в эксплуатацию, относительно более сложная эксплуатация (необходимость обогрева зимой, очистки камеры от наносов, потребность при ремонте в принудительном подъеме затвора, сложность ремонтных заграждений).

Железобетонные секторные затворы нашли применение за рубежом. Имеются вододействующие секторные затворы пролетом до 45 м. В Чехии (1967 г.) установлено два секторных железобетонных затвора пролетом по 22,5 м, собранных из секций шириной по 1,5 м.

Рис. 16.5. Секторный поплавковый железобетонный затвор с низовой осью вращения

Конструкция затворов

Секторный затвор очерчивается радиусом цилиндрической обшивки (1,4—2) Н, где Н — напор на гребне водослива. Ось вращения располагается примерно на
(0,1—0,2) Н ниже гребня. Пролетное строение состоит из поперечных вертикальных ферм-диафрагм, шарнирно закрепленных на пороге и соединенных между собой стрингерами, причем со стороны напорной грани между стрингерами могут быть расположены поперечные балки для уменьшения размеров сторон балочной клетки. Расстояние между диафрагмами 1,3—3 м.

Опорные шарниры устраивают или сплошными вдоль затвора или отдельными под каждой диафрагмой.

Уплотнения несут особо ответственную службу, так как должны предохранять камеру от потери давления и занесения наносами. Боковые уплотнения выполняются аналогичными применяемым для сегментных затворов, донные — в виде металлического гибкого листа с уплотняющим элементом из резины или дерева. По оси вращения уплотнение достигается устройством сплошной оси или применением гибких металлических листов с резиновыми элементами.

Рис. 16.6. Конструктивная схема поплавкового секторного затвора с низовой осью вращения: 1 — диафрагма; 2 — стрингеры; 3 — шарниры	Рис. 16.7. Опорный шарнир секторного затвора: 1 — ось; 2 — уплотняющая прокладка

Рис. 16.8. Поперечный разрез 1—1: 1 — диафрагмы; 2 — дополнительные поперечные балки; 3 — стрингеры; 4 — нижняя затяжка; 5 — раскосы фермы; 6 — опорный шарнир; 7 — обшивка с двух сторон; α — (40—45)º, R = (1,4—2,0) Н0; 8 — горизонтальное уплотнение	Рис. 16.9. План (обшивка снята): 1 — диафрагмы; 2 — дополнительные поперечные балки; 3 — стрингеры	Рис. 16.10. Уплотнение горизонтальное (на гребне)

Весподвижной части затвора на 1 м² перекрываемого отверстия равен, по С.В. Тарановскому (для стали Ст3):

, (1)

где Н — высота гребня затвора над порогом плотины, м;

для затворов с низовой осью вращения:

(2)