ЗАТВОРЫ-АВТОМАТЫ ДЛЯ ВОДОЗАБОРНЫХ УЗЛОВ И ВОДОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Водозабор и водораспределение связаны с большими затратами труда и средств. Особенно это относится к системам предгорного типа, которые характеризуются большими уклонами, бурными режимами, большими скоростями потока, большими амплитудами колебания расходов, наличием паводков и т. д. Поэтому естественны постоянные поиски путей совершенствования работы объектов гидромелиоративных систем.

Один из таких путей — автоматизация работы объектев водозабора и водораспределения путем оборудования их затворами-автоматами, позволяющими поддерживать заданную программу работы объекта. В зависимости от источника энергии различают автоматизацию:

1) электрическую, с применением электропривода, управляемого водой;

2) гидравлическую, с применением вододействующих затворов.

Электрическую автоматизацию применяют преимущественно на сооружениях гидроэлектростанций. Она позволяет управлять работой затворов и контролировать их действие на расстоянии. Однако при этом требуются большие капитальные затраты на подвод электроэнергии к объектам автоматизации, которые рассредоточены на больших расстояниях по оросительной системе, и сравнительно сложные конструкции привода механизмов управления и контроля.

При гидравлическом способе автоматизации применяют в основном гидравлические затворы-автоматы. Оригинальны разработанные Я. В. Бочкаревым гидравлические затворы для автоматизации водозабора и водораспределения на оросительных системах горно-предгорной зоны. Указанные затворы-автоматы можно применять и на сооружениях равнинной зоны в местах, где обеспечены соответствующие условия.

Плоский клапанный вододейетвующий затвор-автомат уровня воды верхнего бьефа. Полотнище затвора изготовляют из металла или железобетона. Посредством тяг затвор соединяется с быками или боковыми устоями. Рычаги-корректоры служат для придания полотнищу затвора определенного положения, обеспечивающего равенство моментов всех сил, действующих на затвор, относительно любой точки вращения при любом положении затвора определяют расчетом.

Шарниры (подшипники) соединяют тяги с полотнищем затвора посредине его высоты. Эти подшипники предотвращают вредное влияние наносов на их работу.

Шарниры (подшипники) на верхней кромке полотнища затвора соединяют его с рычагами-корректорами.

Посредством опорных подшипников тяги затвора соединяются с боковыми устоями или с быками.

Уплотнения по бокам полотнища затвора, предотвращающие потери воды на фильтрацию по контуру, могут иметь различную конструкцию. В частности, для борьбы с потерями в боковых устоях можно устраивать выступы с наклепанными на них резиновыми пластинами, на которые полотнище затвора накладывается в момент закрытия. Уплотнения также могут быть в виде резиновых пластин, наклепанных по бокам полотнища затвора.

Через опорные подшипники рычаги-корректоры опираются на быки или боковые устои.

Принцип действия автомата основан на уравновешивании моментов сил, вызывающих движение затвора, с одной стороны, и сил сопротивления этому движению — с другой.

Движение затвора находится под действием следующих сил: гидродинамического давления воды на обшивку затвора, силы тяжести движущихся частей затвора и возникающей от их действия реакции тяг; реакции в рычагах-корректорах; силы трения в подшипниках. Последней силой ввиду малости коэффициента трения вращения и для упрощения расчетов пренебрегают.

Для обеспечения автоматической работы затвора необходимо, чтобы моменты этих сил находились в равновесии при любом положении затвора при пропуске расходов по транзитному каналу, на который рассчитан затвор. Так, с изменением положения затвора (открытие или закрытие), естественно, изменяется величина мемента силы веса затвора за счет увеличения или уменьшения плеча ее. Следовательно, для обеспечения равновесия необходимо, чтобы менялась и величина момента гидродинамического давления.

В данных автоматах это достигается тем, что с подъемом или опусканием затвора его полотнище вращается одновременно вокруг точек. В результате этого одновременно изменяются величины гидродинамического давления и плеча его. Это вращение в движении затвора корректируется рычагами-корректорами.

Форму очертания корректирующей поверхности, по которой собственно определяют длину рычага-корректора и центр вращения его, находят по расчету.

Сегментный клапанный вододействующий затвор-автомат уровня воды верхнего бьефа. Полотнище затвора также изготовляют из металла или железобетона.

Опорные ноги соединяют затвор с быками или с боковыми устоями. Рычаги-корректоры имеют то же назначение, что и для плоского затвора.

Посредством шарниров (подшипников)- опорные ноги соединяются с полотнищем затвора посредине хорды сегмента.

При помощи опорных подшипников опорные ноги затвора соединяются полуосями с быками или с боковыми устоями.

Через опорные подшипники рычаги-корректоры опираются на быки или боковые устои.

Уплотнения против фильтраций выполняют аналогично уплотнениям плоских затворов. Принцип действия и схема работы сегментного затвора те же, что и плоского.

Упрощенный способ расчета затворов-автоматов. На основании результатов исследований Я. В. Бочкарев разработал аналитический, графоаналитический и упрощенный способы расчета. При упрощенном способе параметры затворов определяют по зависимостям, полученным в процессе лабораторных исследований. Расчет ведут в такой последовательности.

Выясняют исходные данные:
1) расход в канале (источнике) в зоне действия автомата;
2) бытовое наполнение в нем;
3) продольный и поперечный профили водотока в зоне действия автомата.

Определяют параметры затвора.

Для определения силы Р угол наклона полотнища затвора к вертикали принимается равным 10°. Силу Р для сегментного затвора определяют как для обычных сегментных затворов. Угол наклона хорды дуги обшивки затвора в вертикали принимают 16°.

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичкин И. К., Гидротехнические сооружения, М., Колос, 1968