СРЕДСТВО ДЛЯ ПЕРЕКРЫТИЯ ПОТОКА ВОДЫ

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть применено при сооружении водосбросных колодцев в накопителях промышленных отходов, волновых энергетических установок, подводных транспортных туннельных систем, устройств для лова рыбы с применением донного выпуска, для ликвидации аварийных ситуаций на гидротехнических сооружениях, а также в системах распределения хозяйственной и питьевой воды. Один из типов предлагаемого средства для перекрытия потока воды - шандора, в частности, - щитовая шандора, состоящая из направляющих и расположенного между ними перекрывающего поток воды тела в виде щита. Назначение шандор - изолировать на сравнительно длительное время одну часть гидротехнического сооружения от другой или перекрыть поврежденную часть. При этом шандоры устанавливаются и перемещаются в специальных пазах с использованием стоек и регулируемых приводов с возможно большим обеспечением герметичности перекрытий. Герметичность должна обеспечиваться подгонкой размеров и поверхностей пазов и направляющих шандор, а также стыков шандор между собой. Однако добиться полной герметичности перекрытия на практике невозможно.
В простейшем случае шандоры - это комплект металлических, железобетонных или деревянных перекрывающих поток воды тел в виде балок, уложенных горизонтально друг на друга и образующих подвижную часть шандорного затвора для перекрытия водопропускного отверстия гидротехнического сооружения, например, во время строительства или ремонта. (Советский энциклопедический словарь, изд. 4-е, Москва, Советская энциклопедия, 1987 г., стр.1508).
Подобные шандоры используют в способе увеличения высоты водосбросного колодца накопителя промышленных отходов (RU, 2407856, МПК Е02В 8/20, опубл. 27.12.2010 г.). В этом случае используют несколько рядов шандор.
В способе обезвоживания намытых грунтов подобными шандорами регулируют работу водосбросного колодца на первом этапе обезвоживания (RU, заявка 2007145603, МПК Е02В 11/00, опубл. 20.06.2009).
В каждом конкретном случае использования шандорных перекрытий шандоры изготавливают из заданных материалов и имеют заданные характеристики направляющих и соответствующие назначению габариты по массе, длине, ширине, толщине тела, перекрывающего поток воды. В изобретениях, наиболее близких по технической сущности и назначению к предлагаемому средству для перекрытия потока воды в шандорном исполнении, параметры шандоры, состоящей из направляющих и тела в виде щита, рассчитывают по формуле, связывающей объем щита с длиной, высотой и толщиной направляющей (RU, заявка 2009117424, МПК Д21G 9/00 опубл. 10.09.2009, RU, заявка 2009117426, МПК Д21G 9/00 опубл. 10.09.2009,).
Общим недостатком известных средств для перекрытия потока воды шандорного типа является то, что они не обеспечивают полную герметичность сооруженных из них перекрытий, причем их протекаемость по мере износа шандор и пазов увеличивается. Однако в некоторых сооружениях, например, предназначенных для сбора и обработки сточных вод, жидких отходов, в системах подготовки питьевой воды такие утечки или протечки должны быть полностью исключены. Недостатком известных средств перекрытия потоков воды шандорного типа и, соответственно, шандорных перекрытий, следует считать также большое разнообразие форм и размеров шандор, например, от балки с квадратной формой поперечного сечения до щита с шириной, значительно большей его толщины, а также стоек и пазов для установки и фиксации шандор.
В некоторых гидротехнических сооружениях вместо шандорных средств для перекрытия потока воды используются щитовые затворы, например, при необходимости частых перекрытий потока, или, наоборот, при частых повторениях подачи воды потребителю. Наиболее известными и широко используемыми и, в тоже время, наиболее близкими к предлагаемому изобретению средствами для перекрытия потока воды, выполненными в виде щитовых затворов, являются изделия Научно-производственной фирмы (НПФ) «ЭКОТОН» (см. www.ecoton.com). В этих устройствах средство для перекрытия потока воды состоит из направляющих и расположенного между ними перекрывающего поток тела, выполненного в виде плоского щита. Средство размещается в П-образной закладной раме с боковыми пазами для направляющих затвора и пазом для нижней кромки. В пазах размещены резиновые уплотнители. Перемещение средства производится за счет вращения вала электропривода или ручного привода, связанного с щитом при помощи винта. Герметичность обеспечивается клиновой конструкцией поджатия резинового уплотнителя.
Недостатками этих изделий являются сложность системы поджатия резиновых уплотнителей, большие затраты энергии при ее эксплуатации, быстрый износ уплотнителей.
Новым положительным результатом от использования шандорного варианта перекрывающего поток средства по предлагаемому изобретению являются обеспечение возможности полной герметизации шандорных перекрытий в гидротехнических сооружениях, включая водосбросные многоярусные колодцы, а также унифицирование типов и размеров шандор и перекрытий в целом и составляющих их элементов - направляющих, щитов, стоек, пазов для фиксации шандор, продление срока их эксплуатации.
Положительным результатами от использования варианта с щитовыми затворами являются упрощение системы герметизации затвора и ее обслуживание с повышением быстродействия системы, снижение энергозатрат при эксплуатации, снижение металлоемкости конструкций.
Указанные результаты достигаются тем, что у средства для перекрытия потока воды, состоящего из направляющих и расположенного между ними перекрывающего поток тела, на поверхностях закреплен полый элемент из эластичного материала, способный надуваться и снабженный устройствами подачи во внутреннюю его полость воздуха под давлением и сброса давления. Тело может быть выполнено в виде щита, снабженного направляющими на его боковых вертикальных кромках и накладками на горизонтальных кромках, а также в виде плоского щитового затвора, снабженного направляющими на его боковых и нижней кромках. Средство может быть выполнено в виде шандоры, обеспечивающим возможность сборки перекрытия из 2-х или более шандор с использованием стоек с пазами для направляющих, а полый элемент у такого средства закреплен на боковых поверхностях направляющих и на поверхности накладки одной из горизонтальных кромок, соприкасающихся при сборке с аналогичными поверхностями смежных шандор, при этом на поверхности накладки второй горизонтальной кромки выполнено углубление, по форме соответствующее элементу в надутом состоянии. Направляющие на боковых и нижней кромках второго варианта предлагаемого средства - плоского щитового затвора - обеспечивают возможность размещения средства в соответствующей по габаритам затвору закладной раме с боковыми пазами для направляющих затвора и пазом для нижней кромки, при этом полый элемент закреплен на поверхности тела вплотную к направляющим, а при размещении средства в раме он располагается внутри ее пазов. Полый элемент изготавливают из резины или полиуретана, которые могут содержать фунгицидный компонент в количестве 0,0005-0,005% в расчете на массу основы, например в виде наноразмерных частиц щавелевокислой меди. Полый элемент закрепляется в средстве с возможностью его замены.
На Фиг.1 показан вид средства шандорного варианта спереди (а), сверху (б) и вид сбоку сечения шандоры по линии А-А, где 1 - щит шандоры, 2 - направляющие, 3 - накладки для крепления полого элемента, 4 - полый элемент, 5 - устройство для подачи под давлением воздуха в элемент 4, 6 - устройство для сброса давления, 7 - углубления под полый элемент распложенный ниже шандоры.
На Фиг.2 показана схема расположения второго варианта средства - щитового затвора - в пазах закладной рамы, где 1 - щит, 2 - направляющая, 4 - полый элемент, 8 - стенки паза закладной рамы.
Сборку перекрытия стоечно-шандорного типа с использованием изготовленных по предлагаемому изобретению шандор осуществляют следующим образом.
Устанавливают стойки заданной высоты на заданном расстоянии друг от друга и с шириной и глубиной пазов, соответствующих направляющим шандор. Первая (нижняя) шандора с использованием ее направляющих 2 сверху по пазам стоек опускается вниз и укладывается на специально приготовленное ложе. Горизонтальная поверхность щита 1 с закрепленным на ней полым элементом 4 обращена вверх. Возможен также вариант, по которому нижняя шандора снабжена полым элементом, закрепленном по всему периметру ее торцовых поверхностей, т.е. имеет вид замкнутого контура.
Следующая шандора укладывается ни нижнюю, в полый элемент 4 через устройство 5, например ниппельной системы, под давлением закачивается воздух, объем элемента увеличивается и при этом происходит герметизация стыка между торцовыми линиями первой шандоры и внутренними стенками пазов стоек, по линии стыка между щитами шандор и по линии стыка нижней шандоры с ложем. Аналогичным образом устанавливаются следующие шандоры до достижения заданной высоты перекрытия. Полная его герметичность обеспечивается надутыми элементами по всем линиям стыков направляющих всех шандор со стенками пазов стоек и по линиям стыков накладок с накладками смежных шандор. Накладки по исполнению могут быть аналогичными направляющим.
При разборке перекрытия в надувном элементе верхней шандоры сначала сбрасывают давление с помощью устройства 6, выполненного, например, в виде поворотного крана, и затем снимают шандору. Повторяют эти операции со следующими шандорами. При этом герметичность нижних ярусов шандор не нарушается.
Важно, что подобные по исполнению шандорные перекрытия различного назначения можно сооружать из наборов одинаковых стоек и шандор. Шандору можно изготавливать путем сборки с использованием прокладок из отдельных ее деталей - направляющих, щита, накладок, надувного элемента. Соответственно, при повреждении какой-то из деталей можно отремонтировать шандору путем замены этой детали.
Средства для перекрытия потока воды по второму варианту их выполнения - щитовые затворы - могут использоваться для монтажа в канале с заливкой бетоном или без выполнения бетонных работ, могут монтироваться на стены камер. Они могут быть регулирующими устройствами с водосливом, скользящими, поднимаемыми грузоподъемными механизмами. Во всех случаях закладная рама устанавливается жестко и герметично. Затворы в пазах перемещаются свободно. Размещать в пазах герметизирующие прокладки нет необходимости. Закрепленные на щитах полые элементы при перемещении затворов стенок пазов не касаются и, соответственно, не истираются и не повреждаются из-за каких-либо случайных перекосов. После установки затвора в рабочее положение полые элементы под давлением надуваются и без всяких механических приспособлений надежно герметизируют перекрытие. При необходимости перепуска воды давление в надувном элементе сбрасывают, щит без усилий поднимают.
В качестве материала для изготовления полого надувного элемента можно использовать резину, полиуретан.
При эксплуатации шандорных перекрытий любого типа в любом гидротехническом сооружении на них естественным образом развиваются биообрастания, например, грибковые, прежде всего на границах раздела трех фаз - жидкости, твердого тела и содержащего кислород воздуха, например, на поверхности надувных уплотнителей. Органические материалы, даже такие, как резина, полиуретан, под воздействием биообрастаний охрупчиваются и теряют свои свойства, например, эластичность. Поэтому в материал для изготовления элементов целесообразно добавлять компонент, обладающий и фунгицидными, и бактерицидными свойствами. В качестве такого компонента целесообразно использовать нанодисперсные частицы трудно растворимых соединений меди при их содержании 0,001-0,0001% в расчете на массу основы. Добавление таких частиц повышает прочность материала на истирание, что также важно для эксплуатации шандор и щитовых затворов.
Результаты следующего эксперимента указывают на наличие фунгицидных ионов меди в водной фазе в системе вода - резина, содержащая труднорастворимое соединение меди.
Навески сырой резины растворяют в бензине. В растворы добавляют порошок химически осажденной щавелевокислой меди с размером частиц 30-50 нм в количестве 0,0005-0,005% в расчете на массу резины. Растворы высушивают до постоянной массы образцов. Образцы заворачивают в марлю, помещают в чашках Петри в воду, выдерживают 3 часа и затем воду сливают.На марлю наносят каплю бесцветного раствора сульфида натрия. Сразу же на месте капли становится заметными потемнение марли, вызванное образованием сульфида меди, имеющего черный цвет.
Известно, что ионы меди в воде даже в следовых количествах обладают заметным фунгицидным действием.