ar-net.ru10 Механическое оборудование водосбросных сооружений
10.1 Механическое оборудование водосбросов должно соответствовать требованиям, нормам и правилам обеспечения безопасности механического оборудования гидротехнических сооружений и туннелей согласно СП 58.13330 и СП 102.13330, которые следует применять к водосбросным сооружениям любых типов.
Затворы водосбросных сооружений
10.2 Затворы, предназначенные для полного или частичного закрытия водосбросных сооружений и обеспечивающие регулирование расходов воды или ее уровней, а также пропуск или задержание транспортируемых потоком тел, следует подразделять по функциональному назначению на:
основные затворы, благодаря которым реализуются функции водосбросных отверстий по поддержанию уровней воды на заданных отметках, пропуску расчетных расходов или регулированию значений пропускаемого расхода. В закрытом состоянии работа основных затворов должна быть предусмотрена под напором, а при пропуске излишних расходов должна быть постоянной в течение длительных промежутков времени;
аварийные затворы, предназначенные для прекращения сброса воды и снятия напора с основных затворов в случае их аварии. Эти затворы должны опускаться в текущую воду в кратчайшие промежутки времени;
ремонтные затворы (шандоры), которые должны обеспечивать временное перекрытие водосбросных отверстий для осмотра и ремонта конструкций и оборудования сооружений. Их извлечение и установка производится только в стоячей воде;
строительные затворы, которые применяются для выполнения различных функций во время строительства и временной эксплуатации сооружений гидроузлов. Эти затворы должны предназначаться для работы в широком диапазоне изменений уровней и расходов воды и обеспечивать пропуск через водосбросные пролеты большого количества плавающих тел, льда, наносов и строительного мусора.
10.3 При проектировании необходимо стремиться, чтобы одни и те же затворы применялись для различного функционального назначения. К затворам с совмещенными функциями относятся аварийно-ремонтные затворы. Конструкциями строительных затворов должна быть предусмотрена возможность их применения в эксплуатационных водосбросах.
10.4 По местоположению перекрываемого отверстия водосбросных сооружений относительно УВБ затворы необходимо разделять на:
поверхностные затворы, которые не погружены целиком под уровень верхнего или нижнего бьефа, когда они закрыты полностью;
глубинные затворы, которые погружены под уровень верхнего или нижнего бьефа.
10.5 По способу пропуска воды относительно подвижной части следует различать затворы:
с пропуском расходов с одной стороны их подвижной части (обычно из-под затвора);
с пропуском расходов с двух сторон подвижной части (из-под затвора и поверх него);
со всесторонним обтеканием подвижной части.
10.6 Поверхностные затворы должны применяться в открытых и закрытых безнапорных водосбросах (водосливные плотины, быстротоки, ступенчатые перепады, безнапорные трубчатые и туннельные водосбросы и т.п.). Для таких водосбросов в качестве основных, аварийных и ремонтных следует использовать плоские затворы. Сегментные и другие типы затворов должны применяться только как основные.
10.7 Глубинные затворы следует размещать в затворных камерах, которые необходимы для совмещения подводящего и отводящего участков водосброса с местом установки затворов. Глубинные затворы необходимо применять в безнапорных и напорных трубчатых и туннельных водосбросах с заглубленным начальным сечением на входном участке, на тракте или на выходном участке. В глубинных водосбросах плоские затворы следует использовать в качестве затворов любого функционального назначения. Использование сегментных затворов в качестве основных целесообразно лишь при их установке в конце напорного участка тракта. Для водоспусков, рассчитанных на значительные напоры при относительно небольших расчетных расходах, рационально применение конусных или игольчатых затворов, размещаемых в камерах в виде стального корпуса.
10.8 Тип основных затворов, их параметры и число, место их размещения на тракте должны определяться в зависимости от напора, пропускаемого расхода воды и гидравлических условий работы водосбросного сооружения. Основные затворы должны быть рассчитаны на подъем и опускание в текущей воде при максимальном напоре. Аварийные или аварийно-ремонтные затворы должны располагаться перед основными; их необходимо рассчитывать на быстрое опускание в текущую воду. Ремонтные затворы необходимо располагать на входе в пролеты водосбросных сооружений, а если пролеты водосброса подтапливаются уровнем нижнего бьефа, то и в их выходном сечении.
10.9 При необходимости пропуска через пролеты водопропускных сооружений плавающих тел или наносов целесообразно рассматривать возможность применения специальных типов затворов: плоских, сегментных и др. с клапанами на верхней кромке, клапанных, плоских сдвоенных с переливом через затвор и из-под него и т.п.
10.10 При определении нагрузок на затворы следует руководствоваться СП 38.13330. Необходимо иметь в виду, что статическое воздействие льда на затворы не должно учитываться. Поэтому при эксплуатации должны быть приняты меры по поддержанию перед затворами незамерзающей полосы воды (майны).
Затворные камеры и противокавитационные мероприятия на участке водосбросного тракта вблизи затворов
10.11 При проектировании затворных камер водосбросов следует учитывать требования 8.15-8.19 СП 102.13330.2012.
10.12 Кавитационные воздействия на затворы и примыкающие к ним участки водосбросного тракта следует учитывать, если напорные водосбросы пропускают расходы всем сечением при напорах более 10...12 м, а при безнапорном режиме течения ниже затворов - если напоры превышают 16...20 м [6].
Для основных затворов и облицовок в затворной камере возможность кавитации должна рассматриваться при всех открытиях этих затворов; для аварийных и ремонтных затворов (прежде всего для их пазов) и поверхности входного оголовка только при пропуске расчетных сбросных расходов.
10.13 При напорном режиме течения за основными затворами глубинных водосбросов, в том числе частично открытыми, защиту от кавитационных воздействий следует обеспечить удалением кавитационного факела от поверхности сооружения с помощью локального расширения за затвором. Это расширение может быть выполнено при устройстве в створе пазов затворов бетонных выступов или уступов, а также металлических дефлекторов. Устранению кавитационных воздействий в таких случаях способствует подача воздуха в зону отрыва потока. Необходимо иметь в виду, что значительная подача воздуха в напорный поток за затворами может привести к смене режимов течения.
10.14 При безнапорном режиме течения за основными затворами для устранения кавитационных воздействий следует отводить поток от поверхности затворного участка с помощью уступов и дефлекторов с подводом по периметру потока воздуха. При относительных открытиях основных затворов 0,1-0,2 и при существенных напорах необходимо предотвращать заполнение затворной камеры водяными брызгами, препятствующее поступлению воздуха на участок за затвором. Для этого следует применять затворы со специальным вырезом низового контура или затворы специальных типов, позволяющие исключить применение малых открытий (затворы-диафрагмы). В водосбросах значительного поперечного сечения для отрыва высокоскоростного безнапорного потока от поверхности отводящего участка возможно применение затворов с сопровождающим кольцом.
10.15 При проектировании затворных камер необходимо учитывать фонтанирование, которое возникает при расширении струй, вытекающих из-под затворов, вдоль боковых стен. Для предотвращения перекрытия воздушного пространства над потоком фонтанирующими струями и обеспечения поступления воздуха через аэрационные водоводы в камеру рекомендуется по ее длине и на начальном участке отводящего тракта предусматривать горизонтальные дефлекторы шириной (0,1...0,15)B, где В - ширина отводящего тракта.
10.16 При напорах более 30 м низовые участки затворных камер ниже паза основного затвора (включая бетонные отклонители) следует выполнять с металлической облицовкой для их защиты от кавитационных воздействий. Длина облицовки должна быть обоснована гидравлическими расчетами. Если требование к гладкости облицовки оказывается выше технических возможностей строительно-монтажных работ, следует для защиты облицовки от кавитационных воздействий применять:
воздухонасыщение слоя потока, примыкающего к облицовке, созданием уступов с подводом к ним воздуха;
интенсифицирование нарастания пограничного слоя с помощью крупноребристой облицовки.
10.17 Конец облицовки необходимо располагать на участке с цилиндрической поверхностью на расстоянии по течению не менее 5 м за этой поверхностью, а при наличии уступов в конце облицовки на расстоянии не менее 12?, где ? - высота уступов. Поверхность бетона у конца облицовки должна быть зашлифована заподлицо с ней на участке длиной 2...3 м вниз по течению. Эффективной конструкцией по обеспечению кавитационной безопасности на участках перехода от стальной облицовки к бетонной поверхности и сопряжения камеры затворов с отводящим трактом с переломом в плане является устройство уступов с подводом к ним воздуха.
10.18 В случае многопролетной затворной камеры, разделенной быками, важным является вопрос синхронности условий работы пролетов. Гидравлические условия при несимметричных открытиях затворов в разных пролетах должны быть специально обоснованы.
10.19 Защиту от кавитационных воздействий пазов ремонтных и аварийных затворов при полном их открытии и примыкающих к ним элементов конструкции глубинных водосбросов (входных оголовков, оголовков раздельных быков многопролетных камер) следует осуществлять за счет увеличения конфузорности на их входе. Снижению опасности кавитационных воздействий на пазы полностью открытых ремонтных и аварийных затворов способствует их специальная форма и конструкция (скос или скругление низовой грани паза, выполнение ее с отступом по сравнению с верховой гранью, конструкции с аэрацией зоны отрыва за пазом), закрытие пазов с помощью специальной конструкции.
10.20 Расстояние между пазами основных и аварийных затворов, определяемое конструктивными соображениями, гидродинамическими нагрузками и кавитационными воздействиями, должно приниматься равным не более 1,5...3 значений высоты водовода. При большем межзатворном расстоянии необходимо специальное рассмотрение условий сопряжения потоков на этом участке при различных сочетаниях открытий затворов.
Автоматические вододействующие затворы
10.21 Автоматические вододействующие затворы следует применять на поверхностных водосбросах гидроузлов, когда:
прогноз расчетных паводковых расходов основан на коротком ряде гидрологических наблюдений;
затруднена возможность оперативного обслуживания механического оборудования;
необходимо увеличить полезную емкость водохранилища, особенно в случае его существенного заиления;
при относительно малой емкости водохранилища необходимо быстро пропустить паводковые расходы.
Эти затворы могут выполнять функции плавкой вставки (6.58).
10.22 При проектировании автоматических затворов любого типа необходимо:
принимать пропускную способность этих затворов при свободном переливе через их гребень больше максимального расхода одного пролета регулируемого водосброса этого гидроузла;
специально рассматривать условия сопряжения бьефов, если перелив воды через порог одного опрокинувшегося вододействующего затвора происходит при относительно низком уровне нижнего бьефа;
осуществлять забор воды в рабочую камеру из раздельного устоя или быков, устраиваемых между вододействующими затворами, в случае пропуска льда и громоздких плавающих тел при свободном переливе воды через их гребень;
учитывать положение свободной поверхности при определении отметок водоприемника для забора воды в рабочую камеру затвора, а также влияние на эти отметки угла обтекания входной кромки водоприемника и волновых воздействий различного происхождения;
предусматривать перед быками ледорезы, способствующие весной разрушению льда в период его таяния и первых подвижек;
предусматривать возможность, если это экономически оправдано с учетом потерь выработки электроэнергии, приведение в рабочее состояние вододействующих затворов в пролетах, пропускающих расходы, уже на спаде паводка. Для этого необходима установка в этих пролетах аварийно-ремонтных заграждений.
10.23 При использовании вододействующих затворов одноразового действия (рисунок 46), которые после опрокидывания уносятся в нижний бьеф, необходимо учитывать следующее: