Затворы гидротехнических сооружений — это подвижные конструкции, предназначенные для частичного или полного открытия или закрытия водопропускных отверстий плотин и шлюзов в целях регулирования уровня верхнего бьефа, пропуска расходов воды в нижний бьеф, пропуска судов, льда, наносов и других плавающих тел.
Затворы рассматривают по трем признакам: по видам водопропускных отверстий; условиям работы в сооружении; по роду материала.
По видам водопропускных отверстий затворы могут быть поверхностные, перекрывающие водосливные отверстия, и глубинные, предназначенные для перекрытия донных отверстий (закрытых водоспусков, шахтных водосбросов и др.).
По условиям работы в сооружении затворы делятся на основные, которые постоянно находятся в работе, ремонтные, служащие для закрытия отверстия во время ремонта основных затворов или частей сооружения, аварийные, предназначенные для замены основного затвора в случае его аварии, и строительные— для закрытия водопропускных отверстий в период строительства.
По роду материала затворы бывают металлические, деревянные, железобетонные, пластмассовые и комбинированные.
Деревянные затворы применяют для перекрытия небольших отверстий с напорами и пролетами до 5 м. Наиболее распространены стальные затворы, которые перекрывают большие отверстия. Железобетонные применяют редко, поскольку они тяжелее других. Затворы, изготовленные из более легких и стойких против коррозии материалов (арктилит, нейлоновая ткань и др.), не требуют мощности подъемных механизмов, уменьшают расход металла и электроэнергии.
Для правильного перемещения затворов в пазы (углубления в устоях или быках) заделывают закладные части — неподвижные конструкции, чаще всего изготавливаемые из металлического проката.
Водонепроницаемость по контакту между телом сооружения и затвором обеспечивают специальными уплотнителями.
Прямоугольные отверстия гидротехнических сооружений, перекрываемые затворами, стандартизированы, а силы и нагрузки рассчитываются по нормативным документам. Во время эксплуатации лед перед затворами необходимо скалывать, поэтому давление льда на затворы не учитывается.
Затворы бывают автоматического действия и управляемые. На рис. 50 показаны затворы поверхностных отверстий, среди которых наиболее распространены так называемые плоские (щиты). Плоский затвор (щит) перемещается вертикально в пазах быков или устоев или в пазах стоек деревянных плотин, а воспринимаемое давление воды передается на опоры-быки, устои и стойки.
Плоские затворы изготовляют размерами до 5 м в свету и до 4 м высотой из дерева, а также из металла.
Рис. 50. Затворы поверхностных отверстий:
а — плоский; б — сегментный; в — вальцовый; г — клапанный; д — секторный; е — шандоры; ж — крышевидный; з — с поворотными фермами; и — с поворотными рамами; к — плавучий.
Наиболее распространены сегментные затворы, представляющие собой изогнутый дугой щит, поддерживаемый опорными фермами (ногами) и вращающийся вокруг горизонтальной оси. Преимущество сегментных затворов в том, что благодаря цилиндрической форме обшивки, очерченной из центра, который совпадает с осью вращения затвора, равнодействующая давления воды проходит через эту ось. Поэтому при подъеме приходится преодолевать лишь момент от части собственного веса затвора, так как момент от силы давления воды, проходящей через ось вращения, равен нулю. Обычно сегментные затворы делают из металла, перекрывают ими пролеты до 35 м при напорах 4—5 м.
Шандоры чаще всего применяют для временного закрытия отверстий, главным образом, на период ремонта основных затворов, иногда они могут выполнять роль основных затворов.
Рис. 51. Типы боковых уплотнений (а, б, в):
1 — деревянный брус; 2—гибкий стальной лист; 3 — резиновая полоса; 4 — медные заклепки; 5 — колесо; 6 — ось; 7 — рельс; 8 — резиновая прокладка; 9 — полоса из нержавеющей стали.
Шандоры представляют собой заграждения из отдельных горизонтальных брусьев (балок), последовательно укладываемых один на другой, концы которых входят в пазы быков или устоев и образуют стенку, закрывающую отверстие сооружения. Шандоры пролетом 4—5 м делают из дерева, до 20 м — из металла.
При перекрытии низких, но широких отверстий применяют цилиндрический (вальцовый) затвор, представляющий собой жесткую трубу с диафрагмами и зубчатыми бандажами на концах, с помощью которых он медленно вкатывается по наклонной зубчатой рейке, установленной в пазах устоя.
Для предотвращения фильтрации воды через зазоры между затвором и неподвижными частями сооружения устраивают уплотнения (боковые, донные и верхние), работающие под действием гидростатического напора. Типы боковых уплотнений показаны на рис. 51.
