КОНСТРУКЦИИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ЗАТВОРОВ

Аннотация. Показано, что затворы, которые предусматриваются в водосбросных сооружениях гидроузлов с целью регулирования расхода сбрасываемого в нижний бьеф потока воды, являются сложными конструктивными устройствами. Поэтому техническое совершенствование конструкций актуально на данный момент.

Ключевые слова: гидротехнические затворы, сегментные затворы, элементы затвора, гидротехническое сооружение.

Затворы водосбросов предназначены для перекрытия водопропускных отверстий и для поддержания уровня воды нижнего бьефа. Верхняя кромка поверхностных затворов при полном закрытии находится выше уровня воды, глубинных - ниже уровня воды.

По действующим нормам проектирования перед основными сегментными затворами обязательна установка аварийно-ремонтных затворов. Обычно это плоские многосекционные затворы, поступательно перемещающиеся в пазах. Затворы состоят из набора секций, соединенных между собой с помощью осей и проушин.

Стремление уменьшить сопротивление перемещению затвора, возникающее из-за трения в опорно-ходовых частях, первоначально привело к созданию плоского затвора, вращающегося вокруг горизонтальной оси. В настоящее время наиболее распространенным является конструктивное решение затвора с двумя опорами, двумя главными равнонагруженными ригелями и обшивкой, очерченной по дуге окружности с центром, совпадающим с центром вращения затвора. Современные сегментные затворы имеют цилиндрическую обшивку и поворачиваются относительно береговых опорных шарниров, на которые передается давление воды через опорные рамы.

Сегментные затворы, по сравнению с плоскими, обладают следующими основными преимуществами: возможность применения затвора на водосливе любого профиля без необходимости специального увеличения ширины гребня плотины; цилиндрическое очертание обшивки создает хорошие гидравлические условия истечения воды из - под нижней кромки затвора; отсутствие пазов и, как следствие, кавитационных явлений в них; закрепление затвора в опорных узлах, исключает перемещения в горизонтальных направлениях, что способствует повышению надежности, скорости и плавности движения затвора при маневрировании;

В качестве сравнительных недостатков обычно отмечают: Невозможность оперативного переноса затвора из одного отверстия плотины в другое без полного демонтажа конструкции; Сложная и дорогостоящая конструкция затвора и опорного шарнира; Снижение пространственной жесткости затвора из-за достаточно длинных опорных порталов (ног).

Обычно причинами отказа плоских затворов в процессе эксплуатации являются: заклинивание в пазах, повреждение опорно-ходовых частей, недостаточная грузоподъемность обслуживающего механизма. Сегментные затворы, вследствие отсутствия пазов, обладают повышенной надежностью, поэтому их используют только в качестве основных.

К разрушениям металлоконструкций затворов приводят: низкая пластичность применяемой стали, концентрация напряжений, усталостные разрушения.

Однако применение сталей, обладающих стабильными механическими свойствами, не решает проблему концентрации напряжений в несущих элементах гидротехнических затворов. При этом в зонах концентрации интенсивнее происходит коррозия металла, активнее проявляются дефекты сварных соединений, существенно влияние кавитационных явлений, что снижает прочность и долговечность конструкции в целом.

Особенно опасно явление концентрации напряжений в местах резкого изменения геометрии сечения ригеля. Под действием гидростатической нагрузки ригели испытывают изгиб. При этом опорные стойки приобретают угол поворота у, который определяется изгибной жесткостью пролетной части ригеля.