ЗАТВОР ПЛОСКИЙ ПОВЕРХНОСТНЫЙ ДЛЯ ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ
PLAIN SURFACE GATE FOR SPILLWAY AGGREGATE

Изобретение относится к производству гидротехнических сооружений, в которых необходимо иметь регулируемый водовыпуск. Изобретение может найти широкое и эффективное применение для возведения регулируемых водоемов, например при строительстве водных объектов гидромелиоративных сооружений и очистных канализационных станций.
Известен плоский затвор, включающий закладную раму, обшивку, несущую обшивку балочную клетку, уплотнения и ходовые устройства. Обшивка непосредственно опирается на ригели балочной клетки. Сами ригели опираются на крайние диафрагмы: опорно-концевые стойки, которые передают давление на направляющие рельсы через ходовые устройства. Затраты металла на обшивку весьма велики - около 30% от массы затвора, в то же время масса стрингеров не превышает 8%. Так как толщина обшивки везде одинаковая, то шаг стрингеров определяется условием прочности обшивки. Толщина обшивки в поверхностных затворах принимается не менее 6 мм, а при ширине водопропускного отверстия 10 м и более - не менее 10 мм.
Такие плоские затворы снабжаются мощными приводными механизмами для преодоления собственного веса и сил трения в ходовых частях подъемного механизма. Они широко применяются для гидротехнических сооружений повышенной ответственности: гидроэлектростанции, плотины, судоходные шлюзы и каналы, доки; благодаря простоте конструкции, удобству их обслуживания и ремонта. Стоимость изготовления плоских затворов на (10…15)% меньше стоимости изготовления сегментных затворов, а монтаж дешевле на 30%. [1, с.78]. Существенным недостатком таких затворов является то, что плоский тонкий лист обшивки не в состоянии самостоятельно воспринимать сколько-нибудь значительный напор, поэтому он укрепляется системой горизонтальных и вертикальных конструктивных элементов в виде ригелей, стрингеров, диафрагм, опорно-концевых стоек, обрешетин [2, с.10]. Обрешетины делают непрерывными вдоль всего пролета затвора. Они увеличивают устойчивость сжатой обшивки и повышают ее роль и роль самих обрешетин в работе затвора в целом. Для пропуска обрешетин через диафрагмы в последних вырезают окна.
Наиболее простым плоским затвором является безригельный. Он состоит из закладной рамы и щита, включающего обшивку и ее обвязку в виде двух стоек и одного или двух простейших элементов, например из уголков. Затвор снабжается боковыми вертикальными уплотнениями из резины Р-образного профиля и донным уплотнением из полосовой резины [3, с.144]. Р-образные уплотнения характеризуются наибольшим распространением в современном строительстве гидросооружений. Такие профили применяют для горизонтальных и вертикальных уплотнений. Определенным недостатком Р-образного профиля является его повышенная жесткость и относительная малая ширина уплотняющей поверхности.
Безригельные затворы широко и эффективно применяются на мелких мелиоративных каналах [3, с.52]. Недостатком известного затвора является то, что щитовая рама изготавливается из швеллеров и входит в пазы закладной рамы [3, с.145, фиг.113], что увеличивает ширину паза закладной рамы на высоту швеллера. Такая конструкция отличается наибольшей удельной металлоемкостью.
Известен более компактный плоский щитовой затвор с минимальной шириной паза в закладной раме, который включает обшивку, несущую обшивку щитовую раму, плоские уплотнения и ходовые устройства. Обшивка затвора опирается непосредственно на уголки щитовой рамы. Такие плоские затворы комплектуются простейшими приводными механизмами, включая ручные. Они широко и эффективно применяются для регулирования потоков жидкости в открытых прямоугольных каналах очистных сооружений, например канализационных станций [4, с.154]. Такие затворы могут также использоваться в качестве запорного органа несмотря на то, что их конструкция не обеспечивает высокой герметичности. Эти затворы пропускают жидкость в течение короткого времени после их закрытия. По мере засорения всех неплотностей загрязнениями затворы становятся абсолютно герметичными. Существенным недостатком такого затвора является то, что полки уголков, примыкающие к обшивке, направлены во внутреннюю полость щитовой рамы, то есть в сторону от паза закладной рамы [4, с.155, рис.II.56, А-А]. При таком расположении полок рамных уголков не представляется возможным разместить их в пазах закладной рамы, что исключает увеличение толщины обшивки в наиболее нагруженном сечении ее консоли за счет вертикальных полок уголков щитовой рамы. Поэтому требуемая прочность обшивки затвора обеспечивается увеличением ее толщины и постановкой дополнительных ребер жесткости, что приводит к дополнительному расходу легированной стали.
За прототип принимается плоский щитовой затвор, включающий закладную раму, обшивку в форме стального листа, несущую обшивку щитовую раму из уголков, уплотнения из резины и ходовые устройства [4, с.36, рис.1.19]. Обшивка опирается непосредственно на продольные торцы полок уголков щитовой рамы. Полки вертикальных уголков, параллельные обшивке, направлены навстречу друг другу, то есть в противоположную сторону от пазов закладной рамы. Так как толщина стального листа обшивки везде одинаковая, то расположение упрочняющих уголков щитовой рамы определяется условием прочности обшивки. Такие плоские затворы снабжаются простейшими приводными механизмами. Они широко и эффективно применяются для отключения секций и камер водозаборных сооружений и изготавливаются двух типов: временные и постоянные [4, с.34]. Временные затворы устанавливаются на период ремонта водозабора или на случай аварии на гидросооружении. Постоянные затворы предназначены для нормальной работы водозабора при его эксплуатации. У таких затворов вся ширина его щита, включая ширину щитовой рамы, обшивки и Р-образного уплотнения, размещается непосредственно в ходовом пазу закладной рамы. При таком размещении щита в пазу закладной рамы возрастает ширина паза рамы, что ведет к дополнительному расходу легированной стали. Затвор по прототипу имеет следующие недостатки.
1. Требуемая жесткость обшивки достигается увеличением толщины ее металлического листа до 8 мм и приваркой ребер жесткости в форме уголков горизонтальных в количестве 7 шт. и пары вертикальных. Затвор по прототипу предназначен для относительно небольших водозаборных окон [4, с.35], для которого допускается применение металлических листов и профилей толщиной 4 мм [5, с.29].
2. Сборка обшивки обеспечивается повышенным объемом сварочных работ из-за приварки как периферийных, так и центральных ребер жесткости, что усложняет технологию ее изготовления и требует дополнительных материалов, например сварочных. При таком объеме сварочных работ повышается общая деформация щита затвора, что приводит к дополнительной разгерметизации уплотнительных устройств.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в достижении максимальной жесткости щита затвора за счет придания ему более эффективного профиля, снижении объема сварочных работ путем использования ребер жесткости в виде отогнутых кромок обшивки, взамен приваренных, и минимального расхода дорогостоящей легированной стали.
Для достижения указанного технического результата в плоском затворе для водосбросного сооружения, содержащем вертикальную П-образную закладную раму, плоский щит из обшивки в виде металлического листа и щитовой прямоугольной рамы, пара горизонтальных ребер жесткости обшивки выполнена в форме ее отогнутых периферийных кромок; полки рамных вертикальных уголков, непосредственно прилегающие к обшивке затвора, направлены к пазам закладной рамы и размещены в этих пазах пакетом совместно с вертикальными кромками обшивки и Р-образным уплотнением из резины; каждая боковая опорная консоль щита выполнена в виде пакета из вертикальной кромки обшивки и прилегающей к ней вертикальной полки уголка рамы, соединенных вместе торцевым вертикальным сварным швом.
Указанные отличия обеспечивают положительный эффект в следующей форме: во-первых, использование отогнутой кромки обшивки взамен приварного ребра уменьшает объем сварочных работ и величину сварочных деформаций; во-вторых, совместное расположение вертикальных кромок обшивки и полок уголков щитовой рамы в пазах закладной рамы увеличивает толщину консоли в ее наиболее опасном сечении, что позволяет уменьшить толщину листовых и профильных деталей затвора.
На Фиг.1 изображен вид предлагаемого затвора со стороны набегающего потока жидкости, на Фиг.2 представлен разрез А-А, а на Фиг.3 - разрез Б-Б на Фиг.1.
Затвор включает вертикальную П-образную закладную раму 1, металлический щит 2, винтовое ходовое устройство 3, вертикальные боковые уплотнения 4 (Фиг.2) из Р-образной резины, донное уплотнение 5 (Фиг.3) из резиновой полосы. Щит 2 включает обшивку 6 и раму 7. Обшивка 6 выполнена из металлического листа и снабжена горизонтальными ребрами жесткости 8 в виде отогнутых его горизонтальных кромок. Рама 7 включает горизонтальные ребра жесткости 9 и вертикальные 10, а также свои вертикальные рамные уголки 11. Полки 12 рамных уголков 11, непосредственно прилегающие к обшивке 6, направлены в сторону паза 13 закладной рамы 1 и размещены в нем пакетом совместно с вертикальными кромками обшивки 6 и Р-образным уплотнением 4.
Ребра жесткости 9, 10 своими длинными кромками приварены к плоскости металлической обшивки 6. Короткие кромки горизонтальных ребер 9 приварены к соответствующим полкам рамных уголков 11, а короткие кромки вертикальных ребер - к отогнутым кромкам 8 обшивки 6. Полки 12 рамных уголков 11 приварены к обшивке 6 сварными швами 14 (Фиг.2), расположенными на их вертикальных кромках, что способствует увеличению жесткости опорной консоли 15 (Фиг.2) щита 2.
В предлагаемом затворе донное уплотнение 5 (Фиг.3) закрепляется на донной кромке обшивки 6, жесткость которой увеличена донным ребром жесткости 8, выполненным в форме отогнутой кромки обшивки 6. Такое крепление донного уплотнения 5 позволяет отказаться от дополнительных донных косынок, что дополнительно снижает расход металла на изготовление щита затвора.
Отмеченная новизна конструкции затвора обеспечивает положительный эффект по сравнению с прототипом в следующем виде.
1. Использование двух отогнутых кромок обшивки взамен двух приваренных уголков снижает объем сварочных работ на 28%.
2. Уменьшение объема сварочных работ с учетом приварки вертикальных кромок рамных уголков торцевыми швами снижает деформационные искажения щита затвора, что способствует повышению герметичности Р-образного резинового уплотнения.
3. Увеличение опорной консоли обшивки на толщину полки рамного уголка позволяет уменьшить толщину металлического листа обшивки, например, до 6 мм, что подтверждается работой [5, с.29]. В этом случае масса обшивки по изобретению определяется выражением
и
п
и
п
М=М·δ/δ,
и
п
и
п
где М - масса обшивки затвора по предлагаемому изобретению; М - масса обшивки щита по прототипу; δ - толщина металла обшивки по изобретению 6 мм; δ - толщина металла обшивки по прототипу 8 мм. С учетом указанных толщин из формулы следует, что масса обшивки по изобретению уменьшается в 1,33 раза.
Источники информации
1. Митюгов Е.А. Металлические конструкции гидросооружений. М.: Архитектура-С, 2006, 136 с.
2. Бухарцев В.Н. Затворы гидротехнических сооружений. Л.: ЛПИ, 1983, 80 с.
3. Отрешко А.И. Инженерные конструкции в гидромелиоративном строительстве. М.: Сельхозиздат, 1955, 552 с.
4. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений. Под ред. А.С.Москвитина. М.: Стройиздат, 1979, 430 с.
5. Загрядский И.И. Поверхностные затворы водосбросных сооружений. Санкт-Петербург: Изд-во СПбГТУ, 1999, 88 с.