автоматический вододействующий затвор

Формула изобретения

1. Автоматический вододействующий затвор, характеризующийся тем, что он содержит установленный с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси щит с расположенной выше оси поворота рабочей камерой, имеющей регулируемое водозаборное средство, и противовес, в рабочей камере со стороны нижнего бьефа выполнены дренажные отверстия, при этом щит выполнен с возможностью опоры в закрытом состоянии на порог плотины и бычки с наклоном в сторону нижнего бьефа и опоры в открытом состоянии - на бычки, а водозаборное средство выполнено с возможностью заполнения водой из верхнего бьефа и его входное отверстие расположено выше оси поворота щита.

2. Затвор по п. 1, характеризующийся тем, что входное отверстие водозаборного средства расположено выше переливного гребня щита.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для перекрытия водосбросных отверстий в теле плотин и дамб и регулирования уровня воды в водохранилище.

Известно устройство для регулирования уровня воды в водохранилище, представляющее собой установленный на гребне одного из водосливов перегораживающий элемент, образованный по меньшей мере одним цельным блоком, который выполнен легкоразрушаемым или опрокидываемым при расчетном напоре воды, соответствующем максимальному уровню верхнего бьефа (УВБ _макс) при прохождении чрезвычайного паводка (RU 2080433, 1997).

Недостатком известного устройства является трудоемкость его восстановления.

Известно использование для перекрытия отверстия подпорных сооружений клапанных затворов, включающих полотнище с горизонтальной осью вращения, установленной на флютбете сооружения (Справочник по гидротехнике, М., Сельхозиздат, 1955, с.699, рис.26-29). Управление таким затвором осуществляется посредством дополнительных приспособлений: лебедок, ручных приводов, рычагов и т.п., что весьма трудоемко.

Известен автоматический затвор в виде плоского щита, вращающегося вокруг горизонтальной оси и укладывающегося на флютбет при определенном уровне верхнего бьефа (SU 18291, 1930).

Недостатком этого затвора является наличие большого количества рычагов, тяг, подпорок и шарниров, находящихся в смоченном состоянии, что определяет короткий срок и ненадежность его службы. Кроме того, расчеты показывают, что такой затвор не может автоматически возвращаться в закрытое состояние и в закрытом положении он неустойчив из-за того, что подпорка, входящая в его конструкцию и имеющая шарнир посередине, работает на сжатие и малейшее нарушение ее прямолинейности приводит к срабатыванию затвора. Недостатком этого затвора является также то, что он может быть установлен только на один уровень верхнего бьефа и регулировке на другой уровень не подлежит.

Известен гидротехнический затвор, включающий пролетное строение с горизонтальной осью вращения, расположенной на флютбете, при этом пролетное строение выполнено в виде пустотелой трехгранной призмы, две меньшие грани которой обращены к флютбету в сторону верхнего бьефа, а на большей грани имеются два отверстия (SU 636321, 1978). Затвор работает как поплавок, затапливаемый при заполнении полости внутри призмы.

Вышеописанный затвор позволяет автоматически обеспечивать заданный уровень воды, однако он неустойчив в открытом положении в потоке. Кроме того, его срабатывание зависит от уровня нижнего бьефа, который, как правило, не является определяющим. Расположение отверстий, через которые поступает внутрь затвора вода, на низовой обшивке может привести к срабатыванию затвора в нерасчетных условиях за счет воды, переливающейся через гребень призмы.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в обеспечении надежности работы затвора и предотвращения подъема уровня верхнего бьефа выше установленной отметки.

Сущность изобретения заключается в достижении указанного технического результата в автоматическом вододействующем затворе, содержащем установленный с возможностью вращения на горизонтальной оси и закрепленной на бычках плотины щит с внутренними полостями и водозаборной камерой и имеющий переливной гребень, при этом верхняя из камер - рабочая - имеет дренажные отверстия, выполненные со стороны нижнего бьефа, и связана с имеющей регулировочную заслонку водозаборной камерой, расположенной на части переливного гребня щита, нижняя камера выполнена с возможностью опоры на порог плотины при наклонном положении щита в сторону нижнего бьефа и имеет противовес, а верхний край регулировочной заслонки водозаборной камеры расположен выше переливного гребня щита.

В предпочтительном варианте исполнения водозаборная камера расположена на 1/10-1/20 части переливного гребня щита.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен затвор сбоку в закрытом состоянии, на фиг.2 - то же в открытом состоянии, на фиг.3 - затвор со стороны верхнего бьефа, на фиг.4 - стадии работы затвора, где I - затвор закрыт, перелива нет, II - затвор устойчиво закрыт, идет перелив потока через гребень затвора, III- началось заполнение рабочей камеры, идет перелив, IV - рабочая камера заполнена, затвор открылся, устойчив в горизонтальном положении, V - перелива сверху нет, идет опорожнение рабочей камеры, после чего затвор автоматически устанавливается в закрытое положение, на фиг.5 - принцип работы затвора.

Автоматический вододействующий затвор содержит щит, установленный с возможностью вращения на осях 1, которые закреплены в бычках 2 плотины. Щит имеет верхнюю обшивку 3 и нижнюю обшивку 4, между которыми расположены камеры. Верхняя часть щита является переливным гребнем. Рабочая камера 5 расположена выше оси поворота щита и состоит из отдельных секций, сообщающихся между собой с помощью отверстий 6, и имеет дренажные отверстия 7, выполненные в каждой из секций в нижней обшивке 4, т.е. со стороны нижнего бьефа. Рабочая камера 5 через отверстие 8 сообщается с регулируемым водозаборным средством, которое представляет собой водозаборную камеру 9, имеющей заслонку 10, установленную с возможностью регулирования величины и высотного положения водозаборного отверстия 11, т.е. входного отверстия. Входное отверстие водозаборного средства расположено выше оси поворота щита, а конструктивно водозаборное средство может располагаться как на щите, так и на переливном гребне щита. В конкретном варианте выполнения (фиг.1) водозаборное средство расположено на переливном гребне щита, занимает 1/10-1/20 его часть, при этом верхний край регулировочной заслонки 10 водозаборной камеры 9 (т.е. входное отверстие) расположен выше переливного гребня щита. Входное отверстие заслонки выполнено с возможностью заполнения водой из верхнего бьефа, т.е. расположено с той стороны щита, которая при его установке на плотине будет обращена в сторону верхнего бьефа.

Щит по длине выполнен с возможностью опоры в закрытом состоянии нижней камерой 12 на порог 13 плотины с наклоном в сторону нижнего бьефа, причем в закрытом состоянии устойчивое положение затвора обеспечивается его опорой не только на порог плотины, но и на бычки 2 посредством осей 1. В нижней камере установлен противовес 14. Конструктивно нижняя камера может иметь столько же секций, как в рабочей камере, и в каждой из них может быть установлен противовес. Угол наклона щита рассчитывается по сумме моментов.

Площадь дренажных отверстий 7 на порядок меньше площади водозаборного отверстия 11. Объем рабочей камеры и вес противовеса определяются расчетом, исходя из конкретных размеров щита, максимального напора и перекрываемого пролета.

Затвор работает следующим образом (для случая расположения водозаборного средства на переливном гребне щита, а входное отверстие заслонки расположено выше переливного гребня).

В закрытом состоянии (когда щит опирается на порог плотины и бычки) устойчивость затвора обеспечивается тем, что равнодействующая R всех гидростатических сил, противовеса и веса затвора создает момент М+, удерживающий затвор в закрытом положении (фиг.5) (I и II на фиг.4). Это состояние сохраняется и при переливе потока через переливной гребень затвора до тех пор, пока вода не начнет заливаться в рабочую камеру затвора через отверстие 11 в водозаборной камере и далее через отверстие 8 в рабочей камере (III на фиг.4). Установка заслонки 10 водозаборной камеры соответствует заданной максимальной отметке воды в водохранилище.

После заполнения водой рабочей камеры сумма моментов гидростатических сил и веса затвора с противовесом становится отрицательной, т.е. опрокидывающий момент М- (показан пунктиром на фиг.5) превышает удерживающий, затвор поворачивается на осях и укладывается в горизонтальное положение с опорой на бычки, открывая отверстие плотины для потока как под, так и поверх затвора (IV на фиг.4). На фиг.3 и 4 УБВ _max - максимальный уровень верхнего бьефа, НПУ - нормальный подпорный уровень.

Переливающийся сверху плотины слой воды и вес воды в рабочей камере удерживают затвор прижатым к бычкам в горизонтальном открытом положении.

В результате уровень воды в водохранилище понижается, и перелив воды поверх затвора прекращается, рабочая камера опорожняется через дренажные отверстия (V на фиг.4), и сумма моментов сил становится положительной, что заставляет щит затвора возвратиться в закрытое положение.

В конкретных условиях эксплуатации заслонку устанавливают в необходимом для срабатывания затвора положении.

При расположении входного отверстия водозаборного средства выше переливного гребня щита затвор работает с переливом до достижения уровня верхнего бьефа входного отверстия водозаборного средства.

Описанные конструктивные особенности затвора автоматически предотвращают подъем воды в водохранилище выше заданного максимального уровня верхнего бьефа, а отсутствие в нем каких-либо кинематических взаимосвязей и его полная автоматичность и возможность срабатывания только от водного потока делает конструкцию чрезвычайно надежной, что важно вследствие того, что в последнее время в связи с изменениями климатических и экологических условий участились прорывы плотин, аварии с водосбросами и наводнения.

Кроме того, обычные затворы требуют подачи электроэнергии, подъемных механизмов, персонала для приведения их в действие. В экстремальных условиях паводка возможны отключения электроэнергии, неисправности подъемных механизмов, халатность и недисциплинированность персонала, отсутствие доступа к затворам и т.п.

Затвор согласно изобретению может быть установлен на удаленных объектах, не имеющих доступа к электроэнергии, вдали от населенных пунктов, поскольку он не требует обслуживания и работает в автоматическом режиме. На плотине может быть установлено любое количество затворов, причем очередность их срабатывания и количество срабатывающих затворов на любом уровне может быть подобрано в соответствии с прогнозируемым паводком и ограничениями по уровням подтопления и сбрасываемым расходом.