Гидротехнические сооружения (Часть 2)
Действующие на сегментный затвор силы
Сила давления воды W со стороны верхнего бьефа может быть представлена как геометрическая сумма составляющих горизонтальной W1 , и вертикальной W2 (рис. 19.17). Сила W2 равна весу воды в объеме тела давления АВС (рис. 19.17, а) (сумма объемов, отвечающих площадям треугольника АВС и сектора АСD).
Равнодействующая 
проходит через точку О и точку Е пересечения горизонтальной силы W1
проходящей на высоте 1/3Н1 от порога и на расстоянии l1 от центра О по вертикали, и вертикальной силы W2, проходящей на расстоянии l2 от О по нормали. Величину l2 определяют из уравнения
(19.22)
Конструкция сегментного затвора
Сегментные затворы выполняют из стали, легких сплавов, дерева.
Пролетное строение(рис. 19.18) состоит обычно издвух ригелей 1, балочной клетки, выполненной из горизонтальных балок 2 (обрешетин, стрингеров), криволинейных стоек 3 и обшивки 4. Поперечные диафрагмы 5 выполняют сплошными или в виде ферм.
Продольные связи 6 между ригелями образуют подъемно-весовые фермы, в состав которых входят низовые пояса ригелей. Пролетное строение (ригели) крепится к двум ногам 7, опирающимся на неподвижные опорные шарниры 8.
Для затворов, работающих в тяжелых ледовых условиях, иногда применяют чечевицеобразную конструкцию поперечных диафрагм, обладающих повышенной жесткостью (рис. 19.18).
Усилия подъема и посадки сегментного затвора
Для подъема сегментного затвора - поворота его вокруг оси вращения (рис. 19.24, а) необходимо приложить момент, преодолевающий моменты от веса, трения в уплотнениях и в опорных шарнирах радиусом r. Это условие можно записать
(19.24)
где 
- соответственно радиусы напорной поверхности затвора, точки приложения веса О затвора и силы трения Ту в уплотнениях;
Q - равнодействующая силы давления воды и части веса затвора G0, передающихся шарниру (остальной вес передается подъемной тяге в точке А).
Сегментный затвор с верховым расположением опорного шарнира
Сегментный затвор с верховым расположением опорного шарнира (см. рис. 19.16, д) находит применение для перекрытия отверстия низконапорных плотин. Верховое расположение шарнира позволяет исключить армирование быка и сократить его длину вдоль потока. Ноги портала растянуты, а не сжаты, как при обычной компоновке затвора, что упрощает конструкцию ног. Опыт эксплуатации таких затворов показывает их достаточную надежную работу, несмотря на то, что шарнир всегда находится под водой.
Автоматически действующие затворы
Сегментный затвор может быть автоматическим, т. е. может перемещаться под действием воды. Для этого на продолжении опорных ног за шарниром располагается противовес, уменьшающий подъемное усилие. Последнее создается давлением воды на особые клапаны и поплавки. Так, у системы, показанной на рис. 19.25.
противовес связан в точке В с клапаном ОВ, вращающимся вокруг оси О в особых шахтах быков; при повышении уровня воды верхнего бьефа сверх НПУ вода поступает по трубам на клапан ОВ и заставляет его опускаться, а затвор - открываться; по установлении НПУ поступление воды прекращается, шахта опоражнивается, затвор закрывает отверстие.
Сегментные затворы деревянные и из легких сплавов
Деревянные сегментные затворы могут применяться для напоров до 4 м и пролетов до 8 м. Ноги и ригели выполняются брусчатыми, с подкосами, идущими от ног к середине ригеля.
Сегментные затворы из легких сплавов еще не нашли широкого распространения, поскольку их стоимость пока выше стальных затворов. Однако уменьшение стоимости грузоподъемных механизмов, расходов на транспортировку и монтаж, снижение эксплуатационных расходов (ремонт затвора из антикоррозийного материала не чаще чем раз в 20 лет из стали - очистка от ржавчины и покраска через 5 лет), совершенствование технологии изготовления таких затворов делает их весьма перспективными.
Область применения сегментных затворов
На рис. 19.26 даны пределы значений Н и L выполненных сегментных затворов, которые обычно перекрывают отверстия до 280-300 м2. В то же время построен в России уникальный затвор, перекрывающий отверстие площадью 528 м2 (Вилюйская ГЭС).
Сегментные затворы по сравнению с плоскими имеют ряд преимуществ:
1) в несколько раз меньше (менее веса) подъемное усилие, простота и надежность маневрирования, большая скорость подъема;
2) большая жесткость (возможность подъема за одну сторону), лучшая работа в зимних условиях и при обильных наносах в реке;
3) меньшая высота быков, возможность отказа от пазов;
4) возможность устройства вододействующего затвора.
Типы вальцовых затворов
Вальцовый затвор выполняется в виде трубчатой двухопорной балки. При подъеме он перекатывается по наклонным путям в пазах быков и устоев (рис. 19.30).
Первоначально пролетное строение вальцового затвора представляло собой круглый цилиндр (рис. 19.30). Ввиду неблагоприятных условий обтекания цилиндра при движении воды под ним (появление вакуума, биение струи) и в целях экономии металла, а также для повышения напора на гребне плотины появились затворы со щитком (рис. 19.30,б, II), щитком и гребешком (рис. 19.30, б, III); применяются конструкции с козырьком (рис.19.30, б, IV), у которой собственно цилиндр не воспринимает непосредственно давления воды.
Позднее круговой цилиндр стали заменять более жестким овоидальным цилиндром (рис. 19.30, б, V), коробчатыми и трехпоясными балками и т. п. В этом случае для
Анализ работы затвора
Опорные диафрагмы имеют бандажи с зубцами, опирающиеся на зубчатые рейки пазов. В любом положении затвор удерживается рабочей цепью, закрепленной на одном (рабочем) конце вальца (см. рис. 19.30). К другому концу прикреплена вторая цепь, холостая, идущая в обратном направлении. Вкатывание затвора производится при помощи одной рабочей цепи, которая сматывается с затвора, в то время как холостая наматывается.
На затвор действует сила давления воды (рис. 19.31)
Конструкция и расчет элементов пролетного строения затвора
Несущая конструкция пролетного строения представляет собой цилиндр, состоящий из обшивки толщиной 10-16 мм и стрингеров из швеллеров, число которых бывает 8-12 и более при расстоянии друг от друга 0,6-1,0 м (рис. 19.32,а). Жесткость и неизменяемость конструкции обеспечивается поперечными диафрагмами, представляющими собой жесткие кольца из швеллеров или двутавров или плоские решетки на расстоянии 1,5-1,8 м друг от друга. Опорные диафрагмы усиливаются для восприятия перерывающей силы (опорной реакции).
Напряжения от изгиба вальца как балки воспринимаются обшивкой и обрешеткой; в обшивке развиваются дополнительные напряжения от местного изгиба ее как пластинки, лежащей на стрингерах. Эти напряжения отсутствуют в части цилиндра, не соприкасающейся с водой.
Опорно-ходовые части затворов
На опорных диафрагмах, имеющих более мощную конструкцию, чем диафрагмы в пролете, закреплены бандажи, объединяющие в себе одновременно искривленные по дуге окружности рельс и зубчатую рейку (рис. 19.32,б) опоры в пазах быков представляют собой прямолинейные рельсы, объединенные с рейками.
Затвор перекатывается по рельсам, через которые на сооружение передается нормальная составляющая равнодействующей сил давления воды и веса затвора; касательная составляющая передается через зубцы реек. Угол наклона рельсов в пазах берется около 70°, как отвечающий минимальному подъемному усилию и обеспечивающий устойчивость затвора в нижнем положении.
Определение подъемного усилия и реакций опор затворов
Для равновесия затвора в любом положении при вкатывании равнодействующая силы давления воды W и веса затвора G суммарной реакции А = са опор и подъемного усилия SР (рис. 19.33, a), действующих на затвор, должна быть равна нулю. При подъеме затвора требуется преодолеть момент силы 
, силы трения в уплотнениях, трения качения бандажа по рельсам и трения скольжения зубцов. Составляющая SР подъемного усилия находится из уравнения моментов, составленного относительно точки С, условного мгновенного центра вращения вальца. При равенстве радиусов R1 = R2 сила SР определяется по формуле (19.27). В действительности радиус R1точки крепления цепи не равен радиусу R2 точки катания цилиндра, поэтому
Особые конструкции вальцовых затворов
Для сброса льда и плавающих тел поверх затвора без излишнего расходования воды применяются опускающиеся вальцовые затворы; предел опускания обычно до 1,5 м. Более конструктивны применяющиеся для этой же цели вальцовые затворы с клапаном (рис. 19.30, VI).
Область применения вальцовых затворов
Пролеты отверстий, перекрываемых вальцами, достигают 45-50 м, но могут быть и до 50-60 м, высота затворов-до 9 м и при малых пролетах - до 13 м; общая перекрываемая площадь отверстия достигает 300-440 м2. Вальцовые затворы отличаются большой жесткостью и относительно небольшим подъемным усилием, поэтому они могут с успехом применяться в условиях весьма суровой зимы и на реках, влекущих значительное количество наносов. Затворы эти без особых последствий воспринимают удары плавающих тел и навал льда. Вес вальцового затвора и стоимость его для обычных условий работы выше, чем плоского или сегментного.
Затворы, передающие давление воды на порог отверстия
Затворы, передающие давление воды на порог, не подвергаются изгибу как балки, лежащие на быках, что упрощает их конструкцию, могут перекрывать значительные пролеты; масса затворов зависит главным образом от их высоты, но не от пролета; затворы открывают отверстие, опускаясь на порог или в нишу в нем.
Затворы, передающие давление на порог, можно разделить на две группы:
Общая схема и типы секторных затворов
Секторными называют затворы, имеющие поперечное сечение в виде сектора с обшивкой и закрепляемые на пороге плотины на горизонтальной оси, вращаясь вокруг которой они могут частично или полностью опускаться в специальную нишу (рис. 19.35). Ось вращения находится с низовой или верховой стороны (рис. 19.35,г).
Анализ работы секторного затвора
Действие сил на затвор при его равновесии или повороте может быть представлено в следующем виде.
Тонущий вододействующий секторный затвор(рис. 19.36, а, б) находится под воздействием сил веса G затвора и давления воды: W1 на напорную грань со стороны верхнего бьефа, W2, W3 - на внутренние грани со стороны камеры противодавления; W4 - сила давления на низовую грань переливающейся воды (рис. 19.36, б). Кроме того, имеются силы трения 
в шарнирах оси радиуса r и трения Ту в боковых уплотнениях.
Конструкция секторного затвора
Секторный затвор очерчивается радиусом (1,4-2) H, где H - напор на гребне водослива. Ось вращения располагается примерно на (0,1-0,2) H ниже гребня. Пролетное, строение состоит из поперечных вертикальных ферм-диафрагм (рис. 19.37), 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.
Особенности секторного затвора с верховой осью вращения
Отношение радиуса затвора к высоте принимают h/R=1. Низовая грань очерчивается по дуге окружности, напорная - по кривой, образующей при нижнем положении затвора безвакуумную водосливную поверхность. Затвор может быть поплавковым или тонущим. Условия равновесия этого затвора аналогичны затвору с низовой осью; отличие состоит в том, что сила давления воды W1 создает момент, стремящийся закрыть затвор (рис. 19.39). От выпирания затвор приходится удерживать ограничителем, дающим реакцию А. Уменьшению этой реакции способствует применение козырька (рис. 19.40), увеличивающего момент усилия W1 при том же моменте силы W2. Высота
Так же рекомендуем посмотреть:
-
Виды торговой мебели
Оборудование для торговли необходимо для того, чтобы осуществлять хранение и демонстрацию различного товара. -
Особенности алюминиевых и медных листов
Современная промышленность нуждается в качественных материалах, которые не будут окисляться и подойдут для штамповки любого типа. -
Использование облицовочной керамической плитки
Сегодня, пожалуй, использованием облицовочной керамической плитки уже и не удивишь совсем никого: встретить ее можно если и не в каждом доме, то в трети точно. -
Как сделать подвесной потолок в офисе
Когда на рынке появился гипсокартон, заниматься ремонтом стало проще. Раньше для отделки можно было использовать кафельную плитку, обои. -
Аренда экскаватора: особенности выбора техники и ее эксплуатации
В строительстве, при проведении дорожных работ, в процессе демонтажа зданий активно используется землеройная техника.