Глава 8
Криволинейные затворы
§ 8-1. СЕГМЕНТНЫЕ ЗАТВОРЫ
Сегментные затворы представляют собой криволинейную конструкцию, в которой каркас из ригелей и стоек (рис. 8—1) совместно с опорами (ногами) поддерживают обшивку (металлическую листовую или дощатую, брусчатую деревянную), образующую цилиндрическую круговую поверхность.
За обшивкой, со стороны нижнего бьефа, ригели опираются на ноги, образуя несколько порталов, которые слева и справа опираются на оси вращения, укрепленные на быках (или устоях); вращая затвор вокруг осей, можно его опускать или поднимать.
Ось вращения затвора обычно совпадает с центром окружности обшивки, следовательно давление от воды передается порталами на ось вращения радиально.
Внецентренное расположение оси применяется редко, так как при этом возникает большая вероятность появления вибрации затвора, что может свести на нет преимущество такого расположения оси.
На рисунке 8—2, а показана схема многоригельного сегментного затвора, имеющего по две ноги у каждого ригеля; подобные затворы применяются для перекрытия небольших пролетов (несколько метров). На рисунке 8—2,в показан портальный затвор с двумя ногами из плоских ферм; он применим для перекрытия средних пролетов площадью около 50 м2.
Рис. 8—1. Опоры сегментных затворок.
На рисунке 8—2, б изображен портальный затвор с двумя ногами из пространственных ферм, применимый для перекрытия больших пролетов.
Наличие ног (порталов) у сегментных затворов вызывает удлинение быков (рис. 8—3) без увеличения их высоты; так как сегментные затворы преимущественно беспазовые, то быки для них можно сделать более тонкими, чем при плоских затворах.
Ригели сегментных затворов расставляют по принципу равнонагруженности; в широких отверстиях обычно ставят два ригеля-фермы, образующие с ногами цельную 11-образную конструкцию — портал.
На рисунке 8—3 показан вид сверху на левую половину сегментного затвора (правая половина затвора не показана); утолщенными линиями показаны два главных ригеля-фермы; часть подкосов, чтобы не осложнять чертеж, также не показана.
На рисунке 8—4, а показана конструкция каркаса сегментного затвора, в которой пояса главных ригелей-ферм и вспомогательные ригели (верхним и нижний) цельные, неразрезные; между ними ставят стойки и между стойками — остальные вспомогательные ригели; очевидно последние будут разрезаны у стоек, а стойки — у главных ригелей. Обшивка опирается по контуру клеток, образуемых ригелями и стойками.
Иная конструкция каркаса (рис. 8—4. б) образуется двумя главными ригелями-фермами, перед которыми ставят цельные стойки, а между ними — разрезные вспомогательные ригели. Обшивка прикрепляется так же, как в первой конструкции. Вторая конструкция проще, но несколько тяжелее первой.
Главные ригели размещают на равном расстоянии от равнодействующей давления воды.
Общий вид сегментного затвора, служебного моста и подъемника показан на рисунке 8—5. Подъемные тяги (цепи или тросы) прикрепляются спереди затвора к предпоследнему (снизу) узлу фермы, если зимние условия работы не тяжелы, что бывает в южных районах СССР.
Рис. 8—2. Сегментные затворы: а — многоригельный; б и в— портальные; г — поперечный разрез затвора.
Тяг» пропускают через щель в плите служебного моста на барабан, или, как показано на рисунке 8—6 (положение I), они могут непосредственно поступать на барабан подъемника путем сдвижки его на край служебного моста. Это положение неудобно для работы на подъемнике, его можно заменить передачей подъемных тяг на барабан через ролики, укрепленные па краю служебного моста (положение II).
Вместо громоздких барабанов можно применять желобковые зубчатые колеса, но тогда вместо троса следует ставить калиброванную цепь.
В сооружениях на оросительных системах большое распространение получили легкие сегментные затворы системы инж. Э. Э. Поплова (рис. 8—7). Наклонные ноги этих затворов, состоящие из плоских ферм, присоединяются к прокатным ригелям на расстоянии их длины, считая от концов; вследствие этого абсолютные значения моментов, изгибающих ригели, уменьшаются примерно в 5,8 раза по сравнению с моментами для свободного опертого по концам ригеля (рис. 8—8). Затвор многоригельный, без ферм, стойки пришиваются к обшивке снаружи (рис. 4—19).
Рис. 8—4. К инструкция каркасов сегментных затворов: 1 — обшивка; 2 — два главных ригеля-фермы; 3 — вспомогательные ригели; 4 — стойки; 5 — подкосы; 6 — связи.
Рис. 8—5. Фасад и продольный разрез сегментного затвора.
Рис. 8—6. Подъемник сегментного затвора.
Вид с низовой стороны
Рис. 8—7. Сегментный затвор системы инж. Э. Э. Неплова.
Рис. 8—8. Рамы сегментных затворов:
а — двухконсольная; б — портальная; в — деформация рамы.
Затворами системы Э. Э. Пеплова перекрываются пролеты площадью до 50 м2, при длине их до 14 м и высоте до 3,5—4,0 м.
Опорные шарниры затворов представляют собой простую вилку у прямых ног (рис. 8—9) или гребенчатую вилку в затворах системы Э. Э. Пеплова (рис. 8—7). Для удобства монтажа, смазки и осмотра опору помещают на поверхности быка или на небольшом железобетонном балкончике (рис. 8—9). Балкончики с левой и правой стороны быка имеют общие сильные прокатные профили (швеллер на рис. 8—9), воспринимающие давления от ног; эти профили связаны арматурой с передней частью быка, чем вовлекают в работу всю массу быка.
На рисунке 8—10 показана пространственная металлическая решетка из прокатных профилей, заделываемая в бык, для восприятия усилий от пог сегментного затвора.
Вследствие распора, появляющегося в опорах от порталов загруженного давлением воды сегментного затвора (рис. 8—8, в), ноги его стремятся повернуться: некоторый поворот ног допускают шаровые шарниры опор, чем исключаются перекосы затвора и местные перенапряжения. Схема шарового шарнира приведена на рисунке 8—11; в верхнюю и нижнюю половинки втулки 1 и 2 вставлен шаровой вкладыш 3; в собранном виде втулка с шаровым вкладышем вставлена в стальную отливку 4 и закреплена в ней стопорным винтом 5.
На рисунке 8—12 показаны конструкции поверхностного сегментного затвора, перекрывающего отверстие размером 10,0 X 3,5 м, несколько отличные от конструкций затвора (рис. 8—7) редкой постановкой мощных стоек с низовой стороны обшивки1.
Инженером Е. И. Залкппдсоя 2 предложен шарнирный сегментный затвор, показанный на рисунке 8—13, в котором распор от порталов на опоры не передается. Вследствие шарнирности в плоскости порталов для такого затвора требуются высокие быки, между которыми размещается в поднятом состоянии затвор.
Сегментные затворы можно снабжать клапанами, пролет которых принимается меньше пролета самого затвора па ширину (в плане) порталов, с тем чтобы лед, шуга, мусор, сбрасываемые через клапаны, не падали на ноги затвора.
Донные и боковые уплотнения сегментных затворов такие же, как и у плоских затворов: металлические пластинки, обрамленные деревянным бруском (рис. 7—22) или профилированной резиной, или резиновые (рис. 8—14).
Подъемное усилие сегментных затворов зависит от собственного веса затвора, сил трения и места прикрепления подъемной тяги к затвору.
1 Гипроводхоз МСХ СССР. Каталог затворов и подъемников гидротехнических сооружении. Выл. второй. М., 1957.
2 Е. И. Залкиндсон. Шарнирный сегментный затвор. «Гидротехническое строительство» № 12, 1946.
Рис. 8—9. Опора сегментного затвора:
1 — балкончик, 2 — анкерные болты; 3 — опорные швеллеры; 4 — ось шарнира; 5 — поперечное сечение.
Рис. 8—10. Металлическая решетка в быке для восприятия усилий сегментного затвора.
Собственный вес сегментных затворов примерно равен весу плоских скользящих затворов и предварительно может быть найден по таблице 7—2; сила трения в уплотнениях определяется по формуле (7—8); момент сил трения в подшипнике из-за малости плеча невелик, и им в расчете подъемного усилия нередко пренебрегают.
Рис. 8—11. Шаровой шарнир опоры:
1 — верхняя половика втулки; 2 — нижняя половина втулки; 3 — шаровой вкладыш; 4 — стальная отливка; 5 — стопорный винт.
Рис. 8—12. Поверхностный сегментный затвор пролетом 10 м.
Подъем затвора производится с помощью гибких тяг (пластинчатые цепи, калиброванные цепи, тросы), прикрепляемых снаружи затвора к пиковому узлу стыка ноги с фермой (ригелем); если вода несет много мусора, то он частично захватывается тягами и переносится на подъемник, что сильно осложняет работу последнего и способствует его быстрому срабатыванию; в таких случаях в быках устраивают пазы и в них, под защитой уплотнений, помещают подъемные цени или тросы.
В местностях с тяжелыми зимними условиями, при перекрытии широких и глубоких поверхностных отверстий, а также при перекрытии глубинных пролетов, подъемные тяги сегментных затворов (калиброванные цепи) располагают за обшивкой, где они защищены от льда, шуги, наносов, доступны осмотру и ремонту, большей частью без подъема затвора.
Рис. 8—13. Безраспорный сегментный затвор: 1 — ригель; 2 — нога; 3 — вертикальные шарнир; 4 — шаровой шарнир.
Рис. 8—15. Схема прикрепления подъемной тяги к сегментному затвору.
Рис. 8—14. Боковое уплотнение сегментного
затвора:
1 — ригель; 2 — нога; 3 — обшивка; 4 — резиновая пластинка; 5 — профилированная резина; 6 — пластинка из нержавеющей стали.
Подъемники в этих случаях требуются мощные, тяжелые; их располагают не на служебных мостиках, а в будках, устраиваемых на быках с повышенной отметкой (рис. 8—15). Оси вращения сегментного затвора располагают выше уровня воды; в зависимости от уровней воды нижнего бьефа различают три положения оси вращения, т. е. центра окружности затвора относительно верха затвора: 1) ось вращения лежит на одном уровне с верхом затвора (рис. 8—16, а); 2) ось вращения лежит выше верха затвора (рис. 8—16, б); 3) ось вращения лежит ниже верха затвора.
Первое положение соответствует регуляторам на каналах; второе — плотинам с затопленным истечением воды через них при сильном ледоходе; третье — перепадам, плотинам со свободным истечением через их гребень.
Сегментными затворами перекрываются отверстия площадью до 200 м2, пролетом до 36 высотой до 10
Имея ряд преимуществ перед плоскими затворами (меньшим вес, ббльшая скорость подъема, меньшее подъемное усилие, лучшее обтекание при пропуске воды из-под затвора), сегментные затворы несколько сложнее по конструкции, передают давление на быки сосредоточенно в двух точках, от давления воды создается распор, передаваемый на быки, требуют длинных, хотя и невысоких быков (что может оказаться их положительным качеством в случае устройства проезжего моста).
Скорость подъема сегментных, колесных и других затворов моторными лебедками принимается от 0,2 до 0,1 м/мин и вдвое меньше при ручном подъеме; скорость опускания в 5—10 раз больше скорости подъема. В зависимости от скорости подъема мощность мотора в киловаттах принимается около 0,03—0,06 от подъемного усилия, выраженного в тоннах; сила тяжести (вес) подъемника в тоннах считается около 0,30—0,25 от подъемного усилия, выраженного в тоннах.
