مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

«فهرست مطالب»

عنوان صفحه

1 ) مقدمه 1

2 ) تاریخچه سد سازی و کانالهای آبیاری در ایران باستان 10-2

3 ) معرفی انواع سدها 11

4 ) معرفی انواع تجهیزات هیدرومکانیکال سد و کانالهای آبیاری 27-12

5 ) نحوه محاسبات طراحی تجهیزات هیدورمکانیکال 38-28

6 ) نحوه تهیه نقشه های اجرائی تجهیزات هیدورمکانیکال 40-39

7 ) هدف از طرح پروژه 41

8 ) محاسبات طراحی تجهیزات هیدورمکانیکال

9 ) نقشه های اجرائی تجهیزات هیدورمکانیکال

10 ) نتیجه گیری

11 ) مراجع و منابع

12 ) پیوست ها و ضمائم

 

 

 

 

1 ) مقدمه :

سخن را آغاز می کنیم با نام پرودگار جهانیان که نام او سر آغاز تمامی خوبیهاست.

اینجانب آرش – کلانتری از سال 83 تا 89 به طور منقطع در شرکت نهربندان که در زمینه طراحی، ساخت و نصب دریچه های هیدورمکانیکال سدها و شبکه های آبیاری و زهکشی فعالیت می نماید، مشغول بکار بوده ام. در ابتدا چون مدرک کاردانی نقشه کشی صنعتی داشتم، به عنوان نقشه کش با اصول ترسیمی دریچه ها آشنا گردیدم و سپس بعد از قبولی در مقطع کارشناسی مهندسی مکانیک به صورت پایه ای با اصول طراحی و ساخت دریچه ها نیز در حال آشنائی هستم و این پروژه را از منظر دانشجوئی که به اصول ترسیمی دریچه ها کاملاً آشنا و با اصول طراحی در حال آشنائی است به قلم تحریر در آورده ام.

پروژه فوق الذکر یک پروژه واقعی و اجراء شده توسط شرکت نهربندان است و منابع و ماخذها در این شرکت موجود وما بقی در بخش مراجع و منابع آمده است.

 

 

 

 

 

2 ) تاریخچه سد سازی و کانالهای آبیاری در ایران باستان :

در آغاز به تاریخچه سد سازی یا بند سازی می پردازیم، چون یکی از ملزومات طراحی و ساخت کانالها و دریچه های هیدورمکانیکال در ابتدا پیدایش سد بوده است.در ابتدا می بایست به اهمیت آب، این مایه هستی بخش و ضروری برای کلیه جانداران اعم از انسانها، حیوانات و گیاهان پرداخت که اگر آب نباشد و آبی در جریان به طور حتم نبض زندگی خواهد ایستاد.

انسان از آغاز پیدایش خود در این کره خاکی که 4/3 آن را آب فرا گرفته است به سرعت متوجه ارزش این ماده گردید و طی سالها تکامل و پیشرفت خود همیشه در فکر راهی برای ذخیره این ماده ارزشمند بوده حتی حیوانات نیز به اهمیت این ماده واقفند و بطور مثال سمور آبی برای خود در رودخانه بند می بندد که می توان آن را سد نامید و این روشی برای ذخیره آب در میان حیوانات است تاریخچه سد سازی در ایران به سالها پیش بر می گردد. در تاریخ دیر پای این مرز و بوم، آب همیشه نقش کلیدی داشته است. شبکه های معروف آبیاری یعنی قناتها، در جهان به خوبی شناخته شده هستند.عمر این تکنیک به 2500 سال قبل بر می گردد. اولین سند مکتوب در خصوص تکنیک حفر قنات، در نوشته های هردوت، مورخ مشهور یونانی به چشم می خورد و این صنعت در دوران هخامنشیان (550 – 330 سال قبل از میلاد مسیح) کاملاً رایج و متداول بوده است. در حفاری های باستان شناسی به بقایای آبگیر، مخازن آب با سرریزها و مجاری تخلیه و حتی شبکه های فاضلاب دست یافته اند که عمر شان به دوره قبل از هخامنشیان، دوره قبل از ایلام و آشور (1500 – 600 سال قبل از میلاد مسیح می رسد).به طور کلی چهار شیوه آبیاری در ایران باستان وجود داشته است این چهار شیوه عبارتند از1) چاهها و آب انبارها 2 ) قنات ها 3 ) نهر کشی و

4 ) بندها و سدها.

1 ) چاه ها و آب انبارها : چاه های معمولی که به صورت قائم با ابزارهای دستی حفر می شد و مازاد باران را در محل هائی به نام آب انبار ذخیره می کردند که نمونه آن در دشت های خشک و گرم جنوب ایران اکنون نیز به چشم می خورد.

2 ) قنات ها : عمر قناتها در ایران به پیش از 3000 سال می رسد از آنجائیکه تعداد رودخانه ها در ایران کم است و رودخانه های دائمی بسیار اندک، بدین ترتیب ایرانیان به ابتکار نوین و تحسین انگیزی دست یافته بودند که به قنات یا کاریز مشهور گردید که این ابداع مهم و بی نظیر بعد از خاورمیانه به شمال آفریقا، اسپانیا و سیسیل ایتالیا انتقال پیدا کرد. و به بدین ترتیب بود که در آن زمان آبهای زیر زمینی را جمع آوری کردند و تحت قوه ثقل به سطح زمین می رانده اند و ایرانیان با آگاهی کامل از جریان آب های زیر زمینی به این فکر افتادند که به جای حفر چاه های عمودی، چاه های افقی حفر کنند تا بدین ترتیب به آب های زیر زمینی راه یابند و آنرا با استفاده از شیبی ملایم، به سطح زمین هدایت کنند و در نتیجه از آن برای مصارف گوناگون استفاده کنند.

3 ) نهرکشی : در ایران از قدیم رودخانه های بزرگی چون دجله و هیرمند، نهرهائی منشعب کرده بودند و آب آنها را به بیابان های بی آب منتقل می نمودند. آنها کف نهرها را به دلیل سستی با آجر فرش می کردند و از ملات یا آهک، جهت آب بندی استفاده کردند. قبل از توضیح درباره بندها و سدها به معرفی مشخصات عمودی سدهای قدیمی ایران می پردازیم. ایرانیان در قدیم به سه مورد اساسی انتخاب

1 ) محل سدها 2 ) شرایط زمین 3 ) پی و مواد و مصالح توجه خاصی داشته اند.

در تمامی نقاطی که سدهای قدیم ایران بنا شده اند در انتخاب محل و نوع سد ملاحظات فنی و طراحی به خوبی مراعات شده است توپوگرافی، رژیم رودخانه، دسترسی به مواد و مصالح ساختمانی و نحوه انحراف آب حین ساختمان از جمله عواملی بوده اند که مورد توجه قرار گرفته اند.

انواع سدهای قدیمی در ایران :

1 ) سدهای وزنی: تحقیقات نشان داده است که کلیه مسائل عمده طراحی که در عصر حاضر در مورد این گونه سدها در نظر گرفته می شود در سدهای قدیمی ایران از جمله سد قدیمی ساوه با عمر بیش از 70 سال و سد ششطراز از با بیش از 900 سال عمر منظور شده است

2 ) سدهای قوسی: ایرانیان قبل از رومیان به خصوصیات بارروی قوسی پی برده اند سد قدیمی کبار با بیش از 700 سال از جمله این سدها می باشد.

3 ) سدهای پشت بند دار: سد اخلمد با طول تاج 330 متر و ارتفاع 12 متر که حجم مخزن آن 3 میلیون متر مکعب است و سد فرمان با پیش از 400 سال عمر در که حال حاضر در دست بهره برداری است از این نوع سدها می باشد..

4 ) بندها و سدها : پادشاهان هخامنشی به واسطه نیاز جغرافیایی کشور ایران و علاقه ای که به گسترش و آبادانی سرزمین تحت فرمانروائی از خود نشان می دادند، در زمان امپراطوری خود سدها و بندهای زیادی در بخش های جنوب غربی و جنوبی ایران ساختند. یکی از رودخانه هائی که از قدیم به رودخانه اروند می پیوسته است دیاله بوده است که بنا به دستور کوروش بزرگ سدی برای آیباری، از خاک و چوپ بر روی این سد بسته شده بود که شبکه کانال های آبرسانی را تغذیه می کرد و همچنین در زمان آنها اولین کوشش ها جهت سد سازی بر روی اروند و فرات به عمل آمد و گام هائی در گسترش شبکه کانالهای آبیاری برداشته شد.

با این که آثاری از تمامی سدهائی ساخته شده در زمان هخامنشیان در دست نیست ولی برخی از بندها که برروی دجله و فرات بر جا مانده اند دارای پایه های هخامنش هستند که از جمله این سدها می توان به بند ناصری که در 48 کیلومتری شمال غربی پرسپولیس (تخت جمشید) واقع شده است اشاره کرد در ادامه می توان از سدهای دیگری مثل بند فیض آباد که در 48 کیلومتری شمال پرسپولیس قرار گرفته و در نزدیکی شهرک «کوار» در جنوب شیراز سد هخامنشی دیگری به نام بند بهمن که بر روی رودخانه «مند» بنا شده است نیز اشاره کرد.

در زمان ساسانیان و هنگام حکومت شاپور اول، ارتش شکست خورده والرین رومی که مرکب از 000/70 نفر می شد به اسارت ایرانیان در آمدند، شاپور از این اسیران برای ساختن ساختمانهائی استفاده می کرد که یکی از آنها «سد شادروان شوشتر» بر روی رودخانه کارون به شمار می آید و این سد به دلیل بالا بردن سطح آب در کارون تا به سطح شهر شوشتر بود. چنانکه از شواهد تاریخی پیداست سد اولیه بر روی کارون از لحاظ بالا بردن سطح آب چندان رضایت بخش نبود پس ایرانیان، رومیان را برای رفع ثقایص به کار گماشتند احتمالاً علاوه بر نیروی کارگر، مهندس نیز در سپاه روم بوده است. گام نخست، ایجاد رودخانه انحرافی «گرگر» بوده که در هنگام ساختن سد، آب کارون را هدایت می کرده است این سد که تا کنون پس از تعمیرات پشت سر هم به جای مانده است «بند میزان» نام دارد. که این سد دارای سرریزهائی است که در هنگام بالا آمدن، آب اضافی آن را تخلیه می کرده است پهنای این سد بین 10 تا 12 متر است ساختن این سد از 3 تا 7 سال طول کشید و هنگامی که ساختمان سد به پایان رسید بر روی رود گرگر با بند دیگری بسته شد که امروزه «بند قیصر» نامیده میشود این سد که تاکنون به جای مانده از تکه های بزرگ سنگی که با بست های آهنی به یکدیگر محکم شده اند ساخته شده است.

برای کنترل آب رود گرگر شش سر ریز در آن ساخته شده بود و کانال های گرگر پس از گذشتن نزدیک به 30 کیلومتر به سوی جنوب دوباره به کارون می پیوندند. به نظر می رسد که برای نخستین بار در تاریخ سد سازی این مرز و بوم است که برای ساختن سدی بر روی رودخانه ای برای آن کانال انحرافی ساخته اند و به ویژه از دیدگاه مهندسی با توجه به مقدار آب کارون این خود پروژه با اهمیتی به شمار می رفته در شاهنامه به این موضوع اشاره شده است که سازنده و مهندس سد شادروان شوشتر شخصی به نام «برانوش» بوده است.

ساختمان سد شادروان در زمان شاپور ساسانی در 280 میلادی پس از 3 سال عملیات ساختمانی به پایان رسید در این ساختمان برای پیوند و پا بر جائی از سنگ های گرانیت استفاده شده است پس از سد شوشتر به «سد اهواز» نیز می توان اشاره نمود. بند دیگری که در سده چهارم پس از میلاد توسط شاپور دوم و احتمالاً باز مانده اش «اردشیر دوّم» ساخته شد سد پل گونه دزفول است. در زمان ساسانیان سد دیگری به نام «بند قیر» بر روی رودخانه کارون، محل پیوستن دو رود آب گرگر و آب دز به کارون به جای مانده که پس از سدهای شوشتر و اهواز از مهمترین سدهای روی رود کارون به شمار می آید. پادشاهان و مهندسان ساسانی افزون بر ساختن سد بر روی کارون و کرخه در سرزمین عراق امروزی نیز به ساختن سدهائی به ویژه در کرانه شرقی اروند بین سامره و کوت مبادرت دست کردند گسترش شبکه آبیاری در جنوب ایران و بین النهرین در زمان خسرو اول پادشاه ساسانی (579 – 531 م) به درجه بالای خود رسید یکی از نمونه های این گسترش کانال نهروان بوده است که از پشت سد بر روی اروند نزدیک محلی به نام دور تغذیه می شده است که این کانال بعدها توسط خلفای عباسی تعمیر شد. کانال نهروان در محل با کوبه (واقع در پنجاه و سه کیلومتری شمال شرقی بغداد و حدود 110 کیلومتری پایین دست سد) به رودخانه دیاله می رسید نکته جالب توجه آن است که کانال نهروان و رودخانه دیاله در یک سطح و بدون هیچ کنترل مجازی به یکدیگر می رسند.و این نشان دهنده آن است که مهندسان ساسانی می توانسته اند جای سد را طوری برگزینند که این جریان و ارتباط طبیعی با دقت انجام گیرد و این خود نمایشگر تبحر آنان در پیاده کردن نقشه و نقشه برداری ساختمان و تاسیسات بوده است. حال در پایان به معرفی تعدادی از سدها و بندها که در ایران باستان ساخته شده اند می پردازیم.

1 ) سد شعبیه : که در 24 کیلومتری جنوب غربی شوشتر و بر روی رودخانه دز ساخته شده است.

2 ) سد کارون: که در 8 کیلومتری شمال اهواز قرار داشته است.

3 ) سد عجیرب: که در 36 کیلومتری شوشتر روی رودی با همان نام احداث شده است.

4 ) سد کرخه: این سد در 15 کیلومتری شمال حمیدیه بوده و به آن نهرها هاشم نیز می گفتند.

5 ) سد ابوالعباس : در 18 کیلومتری رامهرمز واقع است و از سه دهانه تشکیل شده است .

6 ) سد ابوالغارس: در جنوب شرقی رامهرمز

7 ) سد جراحی : در 29 کیلومتری جنوب رامهرمز

8 ) سد ایزد خواست: در 10 کیلومتری جنوب دهکده ایزد خواست به ارتفاع 65 متر و عرض 6 متر از نوع سدهای قوسی و نخستین بند قوسی جهان.

9 ) سد سکندر : بعضی ها معتقدند این سد را اسکندر مقدونی در لشکرکشی های خود به شرق در منطقه ماوراء النهر بنابه در خواست مردم منطقه که مرتباً در معرض تهاجم قومی به نام ماجوج و باجوج بوده اند ساخته است که بسیاری از تاریخ نگاران به دلیل آنکه اسکندر تماماً در حال لشکرکشی و حمله بوده است آن را بعید می دانند این سد نیز تقریباً نوعی دیواره دفاعی بوده است.و علاوه بر سد سکندر در نوشته های تاریخی از دیواره های دفاعی دیگری که همگی در منطقه مازندران (طبرستان) ایجاد شده بودند نام برد که می توان به سدهای تمیشه، در بند، انوشیروان، مرو و باب الابواب اشاره کرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ) معرفی انواع سدها :

سدها به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند:

1 ) سدهای خاکی

2 ) سدهای بتونی یا قوسی: که تک قوسی یا دو قوسی است

3 ) سد های لاستیکی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) معرفی انواع تجهیزات هیدرومکانیکال سد و کانالهای آبیاری

برای هر سد و کانالی با توجه به شکل هندسی سازه کانال دریچه های مختلفی در نظر گرفته می شود که توضیح کامل آن در زیر آمده است.

علّت ساختن دریچه های هیدرومکانیکی، تنظیم و کنترل جریان آب به منظور آبیاری و زهکشی مزارع آبرسانی به شهر ها و روستاها، تخلیه رسوبات و همچنین جلوگیری از سیلاب می باشد که تجهیزات هیدور مکانیکال به دو دسته کلی زیر تقسیم بندی می شوند :

الف ) تجهیزات همسان ب ) تجهیزت غیر همسان

که در ابتدا به توضیح و شرح انواع تجهیزات همسان می پردازیم :

تجهیزات همسان به 4 دسته زیر تقسیم بندی می شوند.

1 ) دریچه های مدول

2) رگولاتورها

3 ) دریچه های سرریز سیفونی

4 ) دریچه های مقسم.

 

 

 

1 ) دریچه های مدول :

سازه های تنظیم و توزیع مقدار جریان آب می باشد این سازه در مواقعی که نوسانهای سطح آب در حد مجاز باشد، عمل اندازه گیری جریان آب را با دقت بیشتری انجام می دهد. صرف از نظر گرانی این مدولها در مقایسه با سایر روشها استفاده از آن به لحاظ حذف پاره ای از عملیات بهره برداری مانند، باز و بسته کردن دریچه ها، بازدید و تنظیم سطح آب، اندازه گیری ارتفاع آب و استفاده از فرمولها یا جدولها برای تعیین دبی جریان و بالاخره تامین روش قابل اطمینان و غیر قابل دستکاری برای مقاصد توزیع آب، توصیه می شود. که در کانالها و برخی از سدهای انحرافی استفاده شود حال به معرفی انواع و اقسام مدولها می پردازیم که عبارتند از:

(X , XX, C , CC, L) که به اینها مدولهای استانداردی می گوئیم و علائم هر سری معمولاً با اندیسهای 1 و 2 همراه هستند که مشخص کننده تعداد سپرهای هر مدول می باشند.

دبی مدولهای X معمولاً از (150 تا 30) Lit/Sec می باشد و میزان آب دهی

(10 لیتر در ثانیه در عرض یک دسی متر می باشد.)

دبی مدولهای XX معمولاً از (480 تا 30) Lit/Sec می باشد و میزان آب دهی (20 لیتر در ثانیه در عرض یک دسی متر می باشد)

دبی مدولهای L معمولاً از (1500 تا 500) Lit/Sec می باشد و میزان آب دهی

(50 لیتر در ثانیه در عرض یک دسی متر می باشد .)

و دبی مدولهای C معمولاً از (3000 تا 1000) Lit/Sec می باشد و میزان آب دهی (100 لیتر در ثانیه در عرض یک دسی متر می باشد)

مدولهای X و XX برای آبگیرهای کوچک و مدولهای C,CC,Lبرای آبگیرهای بزرگتر استفاده می شود.

حال به شرح مزایا و معایب دریچه های مدول می پردازیم :

1 ) مزایا :

الف ) کمی افت جریان به علت تشکیل پرش هیدورلیکی در پایاب مدول

ب ) آسان بودن بهره برداری و عدم نیاز به مهارتهای خاص در زمان بهره برداری

پ ) محدود بودن عملیات نگهداری و احتیاج به حداقل تعمیرات

ت ) مصون از دستکاری توسط افراد غیر مجاز

ث ) فراهم آوردن مکانیزم عملی برای کنترل و توزیع دقیق آب (که در صرفه جوئی آب بسیار حائز اهمیت است)

2 ) معایب :

عیب کلی دریچه های مدول گرانی نسبی آن در مقایسه با سایر روشهای کنترل و اندازه گیری آب است. چنانچه نوسانهای سطح آب به نحوی باشد که احداث سازهای دیگری به منظور تامین سطح آب در کانال اصلی مورد نیاز باشد، هزینه اجرائی را به مراتب بالاتر خواهد برد. مشخصات فنی مربوط دریچه های مدول در پیوست شماره 1 آمده است.

2 ) رگولاتورها :

چنانچه تغییرات سطح آب در کانالی که از آن آبگیری می شود بیش از حد مجاز تعریف شده برای استفاده از دریچه های مدول باشد، سطح آب را در بالا دست بر حسب مورد با احداث سرزیرهای مناسب و با دریچه های خودکار (رگولاتورهای) دیگری باید تثبیت کرد.

انواع سرریزهائی که برای تنظیم سطح آب می توانند مورد استفاده واقع شوند عبارتند از : 1 ) سرریزهای مورب 2 ) سرریزهای منقاری 3 ) سر زیر های عرضی

4 )سرریزهای عرضی – طولی.

کلیه دریچه های خودکار که برای تثبیت سطح آب به کار برده می شوند دریچه های قوسی ساده ای هستند که با استفاده از قانون ارشمیدس با واکنش شناوری خود در مقابل فشار آب کار می کنند. این دریچه های بر حسب آنکه تثبیت سطح آب را در بالا دست و یا پایین دست خود انجام دهند به دو گروه دریچه های آمیل که سطح آب را در بالادست خود تثبیت می کنند و دریچه های آویو و آویس که سطح آب را پایین دست خود تثبیت می کنند طبقه بندی می شوند .

 

1 - 2 ) دریچه آمیل :

همانطور که گفته شد دریچه آمیل به منظور تثبیت سطح آب در بالا دست، در امتداد محور کانالها و عمود بر جهت جریان آب نصب می شود. این دریچه بصورت خودکار و بدون استفاده از هیچ نیروی محرکه خارجی، سطح آب در بالا دست را مستقل از میزان دبی جریان ورودی ثابت نگه می دارد. قسمت متحرک این دریچه، سازه فولادی محکمی است که حول محوری عمودی بر جریان آب دوران می کند در جلوی این عنصر متحرک، محفظه تو خالی قوسی شکلی قرار دارد که عملاً نقش شناور را ایفا می کند دو استوانه فلزی تو خالی در روی این قسمت متحرک پیش بینی شده است که با ریختن شن و ماسه در آنها می توان دریچه را برابر با شرایط طراحی شده تنظیم کرد.

به علت شکل خاص مقطع شناور و موقعیت استوانه ها، مرکز ثقل قسمت متحرک را می توان با افزودن شن و ماسه در داخل استوانه ها در وضعیتی قرار داد تا گشتاور ناشی از نیروی ارشمیدس (F) با گشتاور نیروی وزن (W) برای حالات مختلف یکدیگر را خنثی نمایند. در چنین وضعی سطح آب بالا دست، در رقوم همتراز محور دوران تثبیت می شود.

دریچه های آمیل معمولاً با علامت (D) که مشخص کننده عرض سطح آب در محل نصب دریچه هاست مشخص می شوند. اندازه D بر حسب (Cm) است و در 21 تیپ از D = 80 تا D = 800 از طریق سازندگان این نوع دریچه ها، استاندارد شده است.

2 - 2 ) دریچه های آویو و آویس :

این دریچه ها مستقل از سطح آب در بالا دست و میزان دبی جریان عبوری می توانند سطح پایین دست آب را در رقومی دلخواه تثبیت کنند این دریچه ها نیز مانند

دریچه های آمیل کار می کنند فقط با تفاوت اینکه دریچه های آویو و آویس سطح آب را در پایین دست خود تثبیت می کنند

تفاوت دریچه های آویو و آویس :

تشکیل بالا دست و پایین دست در دریچه های آویو قبل از دیوار جدا کننده پایین دست پس از دریچه و در پشت سپر تشکیل می شود در صورتیکه که در دریچه های آویس، سطح پایین دست و بالا دست در دو طرف سپر اتفاق می افتد و دریچه های آویو با ارتفاع زیاد آب کار می کنند و دریچه های آویس برای آبهای با ارتفاع کمتر استفاده می شوند. این دریچه ها از یک سپر قوسی با برش ذوزنقه ای، یک شاسی،

یاتاقانها و یک محفظه شناور به شکل قسمتی از استوانه که مجموعاً یک سازه فلزی یکپارچه را تشکیل می دهند ساخته می شوند.

نیروهائی که به سیستم وارد می شوند : عبارتند از، فشار هیدرولیکی وارد به سپر قوسی، نیروی وزن و نیروی شناوری ارشمیدش. چون امتداد فشار هیدرولیکی وارد بر سپر قوسی از محور دروان عبور می کند، لذا در تعادل سیستم تاثیری نخواهد داشت که با حذف این نیرو، تنها نیروهای موثر عبارتند از نیروی وزن سیستم (W) و نیروی شناوری ارشمیدس (F). این دریچه ها از طریق پار سنگهای متحرک روی شاسی و یا شن ریزی در کپسولهائی که در این سیستم تعبیه شده است به نحوی تنظیم می شوند که گشتاور دو نیروی فوق الذکر با هم برابر می شوند و در چنین حالتی آب پایین دست هم سطح رقوم مرکز محور دوران تثبیت می گردد.

دریچه های آویو و آویس در اندازه های مختلف و توسط سازندگان این نوع دریچه ها استاندارد شده اند، دریچه های آویو با دو پارامتر n و S و دریچه های آویس با پارامتر های n و b مشخص می شدند که n: شعاع شناور خارجی به سانتی متر

S: سطح مقطع روزنه به دسی متر مربع، b : عرض معبر آب در کف به سانتی متر

به عنوان مثال: آویو 25/56، دریچه آویسی است که شعاع شناوری آن 56 سانتی متر و سطح مقطع روزنه آب 25 دسی متر مربع باشد و یا آویس 106/56 دریچه آویسی است که شعاع شناوری آن 56 سانتی متر و عرض کف معبر عبور آب 106 سانتی متر باشد کلیه دریچه های آویو و آویس در دو نوع بار کوتاه و بار بلند وجود دارد و اختلاف عمده بار بلند و بار کوتاه در پنهای سپر قوسی است. دریچه های بار کوتاه به خاطر پهنای بیشتر سپر قادرند سطح آب مورد نظر را با اختلاف ارتفاع(بالا دست و پایین دست) کمتر در مقایسه با دریچه های بار بلند تامین نمایند.

دریچه های آویو در 14 نوع بار بلند (6/28 تا 630/280) و 12 نوع بار کوتاه

(32/45 تا 125/ 280) و همچنین دریچه های آویس در 11 نوع بار بلند

(16/56 تا 530/ 280) و 9 نوع بار کوتاه (190/90 تا 600/280) توسط سازندگان این دریچه ها استاندارد شده اند.

3 ) دریچه های سرریز سیفونی : این دریچه های خودکار، آب مازادی را که می تواند باعث افزایش سطح آب بالا دست شود را به زهکش ها و یا محل های مورد نظر تخلیه می کنند. این دریچه ها نسبت به سازه های بتونی همسان خود (مثلاً سرریز های جانبی) با همان ظرفیت تخلیه و ارتفاع آب روی سرزیر، مسیر طولی بسیار محدودتری در حدود یک چهلم یا یک پنجاهم را اشغال می کنند. این دریچه ها به صورت تدریجی در دبی های خروجی کم به عنوان سرزیر و در دبی های متوسط به صورت مکش هوا و در دبی های حداکثر به شکل سیفون تحت فشار عمل می کنند.

4 ) دریچه های مقسم: این دریچه ها برای تقسیم آب در کانال (مستقل از تراز آب پایین دست قابل استفاده می باشند.) این دریچه ها درحالی که تراز آب پایین دست و بالا دست یکی باشد نیز عملکرد مورد نظر را دارند برای تقسیم آب از یک بال فلزی دوکی شکل که از یک طرف به دیوار میانی تکیه داشته و از طرف دیگر به کمک پین مخصوص به عنوان نگهدارنده استفاده می شود که بال فلزی به صورت لولائی عمل می کند. این دریچه ها در 7 نوع مشخص ساخته می شوند که حداکثر دبی قابل تخلیه آنها 2110 لیتر بر ثانیه می باشد.

ب ) تجهیزات غیر همسان : که نیز همانند مدولها، رگولاتورها و سیفونها و مقسمها وظیفه تنظیم جریان آب را دارند که بر حسب مورد استفاده در کانالها به انواع زیر تقسیم بندی می شوند :

1 ) فراز بندها (Stoplogs)

2 ) آشغالگیرها (Trash Racks)

3 ) دریچه های مسطح کشوئی (Slide Gates)

4 ) دریچه های مسطح غلطکی (Roller Gates)

5 ) دریچه های قطاعی (Radial Gates)

6) دریچه های چدنی (Cast Iron Gates)

در یک کانال با توجه به مقدار آبی که در آن جاری است از دریچه های مختلف استفاده می شود که این دریچه ها، دریچه کشویی، دریچه غلطکی دریچه چدنی و یا دریچه قطاعی است ولی هر کدام از آنها استفاده گردد این دریچه ها در یک کانال نیاز به آشغال گیر و فراز بند دارند.

 

 

حال به توضیحی درباره آشغال گیر ها و فرازبندها می پردازیم:

در ابتدای توضیحات لازم به ذکر است گفته شود تمامی دریچه ها از دو قسمت ثابت (Fixed Part) و متحرک (Structure) تشکیل شده اند که قسمت ثابت در زمین به وسیله بتون ریزی مدفون می شود و قسمت متحرک به وسیله گیربکس یا جرثقیل در درون قسمت ثابت مانور می کند و مانور همه آنها به صورت دستی است عمده پروفیلهائی که در تمامی این دریچه ها استفاده می شود فولاد 37-ST (فولاد ساختمانی) است چون این فولاد بسیار خوب جوش را می گیرد و بسیار راحت قابل شکل دهی است.

آشغال گیرها:

قبل از جا گذاری انواع دریچه ها در کانال، دریچه های موسوم به آشغال گیر

(Trash Rack) که آنها را نیز شبکه های آشغال گیر چون به صورت شبکه شبکه هستند، می نامند استفاده می شود تا از عبور از هر گونه آشغال، تنه درخت،حیوانات مرده و هر چیزی که می تواند در کانال بر اثر باد و باران و یا حوادث طبیعی دیگر ریخته شود،جلوگیری کند. آشغال گیرها از تسمه هائی که سوراخ شده اند و از درون این سوراخها میله هائی که درون لوله قرار گرفته اند و از داخل سوراخ تسمه ها رد شده تشکیل یافته است و آشغال گیرها به صورت مایل در درون کانالها نصب

می گردند، که زاویه استانداردی که با افق می سازند معمولا بین 10 الی 15درجه

می باشد که وقتی آشغال در پشت آنها جمع می گردد، اپراتور بتواند راحتتر این آشغال ها را جمع آوری بنماید.

آشغال گیرها خود به دو نوع Movable (متحرک) که شامل panel (قطعه ثابت) و آشغال گیر و Fixable (ثابت) تقسیم بندی می گردند.

اگر طول آشغال گیر زیاد باشد از یک تیر تقویتی (Support Beam) برای جلوگیری از خمش آشغال گیر استفاده می شود.

2 ) فراز بندها: فراز بندها یا استاپ لاگ ها که به دریچه های موقت نیز مشهورند برای انحراف آب جهت عملیات ساخت سدها و برای تعمیرات دریچه ها در کانالها تعبیه می گردند. دریچه های کشوئی، غلطکی و قطاعی چون با لاستیک آب بندی می کنند و لاستیک ها در اثر مانور دریچه ها چون روی فولاد کشیده شده خورده می شوند و به مرور زمان از بین می روند و اگر چنین شود دریچه ها دیگر به صورت مطلوب آب بندی نخواهند کرد و بازده لازم را نخواهد داشت. پس می باید در فواصلی تعویض گردند.چون آهن و فولاد خاصیت خورده شدن و زنگ زدن در مقابل آب را دارند والبته لازم به ذکر است که دریچه ها قبل از رنگ آمیزی سند بلاست (Sand Blast) شن پاشی به وسیله فشار باد و با استفاده از پیستوله می شوند تا سطحی صاف و صیقلی پیدا کنند و سپس از رنگ های دریائی که انواع مختلفی مثل زینک ریچ اپاکسی (Zinc Rich Epoxy) و یا کلتار اپاکسی (Coltar Epoxy) دارند، که پایه اولی از فلز روی و دومی پایه ای از قیر دارند را برای مقاومت آنها در مقابل خوردگی و زنگ زدگی استفاده می کنند و البته در موارد ی هم بر طبق قرار داد و موافقت کار فرما و پیمانکار دریچه ها متالایزر (Metallizer) می گردند که خود نوعی آبکاری دریچه ها به وسیله یک نازل (پیستوله) است که فلز روی را روی سطوح دریچه ها می باشند و به اصطلاح آنها را متالایزر می کنند تا خورده نشوند ولی قدرت خورندگی آب به قدری است که در موارد ی نیاز به تعویض و یا جوشکاری بعضی از اجزای دریچه مثل تسمه ها و پیچ و مهره ها می شوند به همین سبب از

فراز بندها استفاده می شود که به طور موقت راه آب را می بندد تا تعویض لاستیک ها و تعمیر اجزای دریچه ها استفاده شود.

فراز بندها خود بر دو نوع اند که براساس عرض کانال ساخته می شوند که اگر عرض کانال کم باشد از فراز بندهای یک تکه و اگر عرض کانال زیاد باشد به دلیل فشار هیدرولیکی زیاد از فراز بندهای دو یا سه تکه استفاده می شود. و دلیل آن هم نیروی بالا بری کمتر برای جابجا کردن قسمت های متحرک فراز بند می باشد.

ابعاد فراز بندها به صورت (عرض دهانه× تعداد قطعه متحرک× ارتفاع قطعه متحرک× ارتفاع قاب قطعه ثابت) نشان داده می شوند.

حال که به اهمیت و لزوم استفاده از فراز بندها و شبکه های آشغال گیر پی بردیم به توضیح درباره دریچه هائی که وظیفه کنترل جریان و دبی آب را دارند می پردازیم و همانطور که قبلا گفته شد این دریچه ها

1) دریچه های کشوئی

2 ) دریچه های غلطکی

3 ) دریچه های قطاعی

4 ) دریچه های چدنی ، هستند.

1 ) دریچه های کشوئی:

این دریچه ها معمولا برای جاهائی که فشار هیدرولیکی کمتری وجود دارد و به نیروی بالابری کمتری احتیاج است استفاده می شود که در ابعاد و اندازه های مختلفی و با پروفیلهای گوناگونی ساخته می شوند و آب بندی آنها یا سه طرفه است و یا چهار طرفه که در پایین دست و بالا دست نیز استفاده می شود.

وقتی بیشترین ارتفاع آب (M.V.L) کمتر از ارتفاع دهانه ورودی باشد از دریچه هائی که فقط سه طرف یعنی قسمت پایینی و طرفین را، آب بندی می کنند استفاده می شود ولی وقتی بیشترین ارتفاع آب (M.V.L) بیشتر از ارتفاع دهانه ورودی باشد از دریچه های چهار طرف آب بند که بالا و پایین و طرفین را آب بند می کند استفاده می شود.

بدین ترتیب که ارتفاع قسمت متحرک را معمولا mm 20 بیشتر از دهانه ورودی آب می گیرند و در لب دهانه، لاستیکی را تعبیه می کنند تا قسمت بالائی دریچه را نیز آب بندی کند دریچه های کشوئی نیز از دو قسمت ثابت و متحرک تشکیل شده اند که قسمت متحرک آن بر حسب ابعاد دریچه ها به وسیله گیربکس دستی و یا گیربکس های برقی مانور می شوند.

ابعاد دریچه های کشوئی به صورت (عرض دهانه× ارتفاع قطعه متحرک× ارتفاع قطعه ثابت) نشان داده می شوند.

2 ) دریچه های غلطکی: دریچه های غلطکی نیز خود نوعی از دریچه های کشوئی می باشند و وقتی ارتفاع آب زیاد و فشار هیدرولیکی نیز افزون گردد از دریچه های غلطکی استفاده می گردد، وقتی فشار هیدرولیکی بیشتر شود به همین مقدار نیروی بالا بری نیز بیشتر می شوند و دیگر با حتی گیربکسهای برقی براحتی نمی توان یک دریچه را مانور کرد به همین علت از شفت های بسیار بزرگی که حکم چرخ (غلطک) را دارند و بر روی قطعه ثابت در هنگام مانور کردن می غلطند استفاده می شود و به همین علت نام دریچه غلطکی را بر روی آن نهاده اند.

اساس ساخت این دریچه ها نیز مشابه دریچه های کشوئی است و این دریچه نیز از دو قسمت ثابت و متحرک تشکیل یافته که قسمت متحرک نیز به وسیله گیربکس های قوی که معمولاً دو تا بر روی طرفین قطعه ثابت نصب شده اند و با کمک

غلطک هائی که بر روی قطعه ثابت است مانور می کنند. ابعاد دریچه های غلطکی همانند دریچه های کشوئی است:

3 ) دریچه های رادیال (قطاعی): به این دلیل به این دریچه ها، قطاعی یا رادیال گفته می شود که به شکل یک تکه بریده شده از یک کره هستند. دریچه های رادیال از یک قسمت قوسی شکل با مقطع مستطیلی و بازوها و یاتاقانها تشکیل یافته اند که به وسیله گیربکس های برقی قابل مانور هستند وقتی که فشار هیدرولیکی بسیار زیاد است و مانور کردن دریچه، مشکل است از دریچه قطاعی استفاده می گردد و قسمت قوسی شکل آن به سبب توزیع بهتر سطح فشار از یک سطح صاف ومسطح باعث کمتر گشتن نیروی بالابری و در نتیجه راحت تر شدن مانور دریچه می گردد.

علت استفاده از دریچه های رادیال در بعضی موارد به جای دریچه غلطکی، استفاده آنها برای تخلیه رسوبات و همچنین استفاده آنها به هنگام وقوع سیلاب می باشد. چون دریچه های قطاعی به سبب شکل سازه ای خود و راحت تر باز و بسته می شوند، ابعاد دریچه های رادیال به صورت (عرض دهانه× ارتفاع ازسطح پائینی زمین با بالاترین قسمت دریچه می باشد.)

4 ) دریچه های چدنی: همانطور که از نام این دریچه پیداست جنس این دریچه ها از چدن است وقتی شکل مقطع کانال ما از دایره باشد بهتر است از دریچه های چدنی که خود شکل دایروی دارند استفاده کنیم.، دریچه های چدنی به دلیل آنکه قالب دارند و به وسیله عملیات ریخته گری درست می شوند تقریبا آب بندی کاملی را انجام می دهند چون سطح تماس قطعه ثابت و متحرک فلز است و لاستیک نیست .

دریچه های چدنی ابعاد محدودی از (1000 تا 300) میلی متر را دارند وفقط برای کانالهائی استفاده می شوند که در آنها از لوله استفاده شود و به شکل دایره باشند

چدن بکار رفته در دریچه های چدنی از نوع گرافیت ورقه ای، GG25 می باشد که مقاوم در برابر حرارت است و آب بندی خوبی انجام می دهد و معمولاً در مقابل سیالی مثل آب استفاده می گردد. چدنGG25 تحمل فشار 10 اتمسفر را دارد.

ابعاد دریچه های چدنی از روی قطر آنهاست که با میلی متر بیان می شود

مثل.CIG D300

بعد از معرفی و آشنائی با انواع تجهیزات همسان و غیر همسان، حال به توضیح مشخصات فنی، محاسبات و توضیح نقشه هائی که در این پروژه آمده است،

می پردازیم:

تجهیزات همسان، مشخصات فنی (محاسبات خاصی ). دارند که از حوصله این پروژه خارج است و چون پروژه در مورد طراحی تجهیزات غیر همسان است به بررسی و توضیح دقیق تر در مورد آنها می پردازیم:

 

 

5 ) نحوه محاسبات طراحی تجهیزات هیدور مکانیکال :

محاسبات تنش های مجاز دریچه ها براساس DIN19704 یا استاندارد مشابه انجام می شود. تجهیزات غیرهمسان در شبکه های آبیاری و زهکشی و سدهای انحرافی به عنوان تجهیزات فشار پایین معرفی شده اند. داده های طراحی شامل ابعاد اسمی، تراز آب بند پایین و بالا، تراز حداقل آب در بالا دست تجهیزات می باشند. مراحل انجام طراحی به شرح زیر است:

1 ) براساس تغییرات فشار وارده بر اجزای مکانیکی دریچه، تنش های خمشی محاسبه شده و ضخامت ورق پوسته به دست می آید. اگر نسبت و حداقل تراز بالا دست دریچه ها از 33/1 بیشتر باشد، مبنای محاسبات تراز حداکثر و در غیر این صورت تراز حداقل خواهد بود.

2) 5/1 تا 2 میلی متر ضخامت برای خوردگی در نظر گرفته شده و محاسبات براساس ضخامت موثر انجام می شود.

3) میزان ضخامت و فواصل صفحات تقویتی و تیرهای افقی و عمودی با یک پیش فرض مناسب، برای انجام محاسبات تنش استفاده می شود.

4) دیاگرام های نیروی برشی و ممان خمشی در محاسبات تیرهای افقی و قائم ترسیم می گردد.

5) محاسبه تنش ها در چرخ ها با توجه به ابعاد چرخ، شافت، یاتاقان ها و ممان خمشی شافت به دست می آید.

6) محاسبه نیروی بالابری و پایین بری، با توجه به بالانس نیروهای بالا بری آب، وزن دریچه، اصطکاک لاستیک، اصطکاک چرخ، یاتاقان و بوش ها به دست می آید. پس از انجام محاسبات کمانش میله های بالا بر، میزان گشتاور مورد نیاز برای انتخاب گیربکس و الکتورموتور محاسبه می شود.

7 ) در دریچه های قوسی نیروی وارده توسط آب، از طریق بازوها به دیوارهای بتنی وارد می شود. مقدار نیروی وارده به بازوی بالایی و پایینی مساوی یا نزدیک به هم انتخاب می شود. انتخاب میلگردهای تکیه گاه های بتنی نگهدارنده بازوهای دریچه براساس نیرو های حاصل از محاسبات اجزای مکانیکی دریچه می باشد.

الف ) محاسبات تنش در دریچه های کشویی و غلطکی:

- محاسبه تنش های خمشی در ورق پوسته:

مطابق فرمول زیر مقدار تنش در ورق پوسته به دست می آید.

مقادیر a,b فواصل صفحات تقویتی افقی و عمودی می باشند.

: تنش خمشی

P: فشار آب بر حسب نیوتن بر میلی متر مربع (مگا پاسکال) وارده به مرکز المان ورق پوسته.

: ضخامت ورق پوسته بر حسب میلی متر. ()

t : مقدار خوردگی مجاز از 5/1 تا 2 میلی متر می باشد.

پس از محاسبه تنش های جزء بر آیند تنش ها در مرکز و کناره ها به دست می آید.

- محاسبه حداکثر تنش برشی:

: حداکثر نیروی برشی

I: ممان سطحی درجه 2

Q: مدول سطحی محوری.

t: ضخامت ورق پوسته به میلی متر.

- محاسبه نیروی وارده به چرخ و شافت:

محاسبه نیروی وارد شده به چرخ:

n: تعداد چرخ ها،

: نیروی وارد به هر چرخ،

A: سطح مقطع تحت اثر نیرو،

P: فشار وارده به چرخ،

مقدار تنش وارده به هر چرخ از فرمول زیر به دست می آید:

D: قطر موثر چرخ،

L: طول چرخ،

میزان تنش مجاز 40% تنش تسلیم خواهد بود.

- حداکثر تنش برشی مجاز نیز از معادله زیر به دست می آید.

ب ) محاسبه خیز مجاز تیرهای افقی و قائم:

حداکثر خیز تیرهای افقی و عمودی باید از نسبت (800/ طول تیر) کوچک تر باشد:

L: طول تیر؛

: خیز مجاز؛

Q: بار واحد؛

E: مدول الاستیسیته= 210 کیلو نیوتن بر میلی متر مربع؛

I: ممان اینرسی تیر؛

ج ) محاسبه نیرو های وارده بر دریچه های کشویی:

محاسبه نیروی افقی وارد بر دریچه با توجه به داده های شکل زیر، حداکثر مقدار نیروی افقی وارد بر دریچه در بالاست و پایین دست و محل اعمال نیرو از فرمول های زیر محاسبه می شود:

: برآیند نیروهای افقی وارده بر دریچه؛

H: ارتفاع آب در بالاست دریچه؛

: ارتفاع آب از روی باز شوی عبور آب تا سطح تراز آب بالاست.

B: عرض دهانه عبور آب از دریچه

Y: وزن مخصوص آب برابر با 81/9 کیلو نیوتن بر متر مکعب.

 

 

د ) محاسبه برآیند نیروهای وارده:

با توجه به نیروی اعمالی می توان نسبت به محاسبه تنش ها، ضخامت و ابعاد مصالح مصرفی و فواصل پروفیل های تقویتی اقدام نمود.

مثال:

نحوه محاسبه مقدار و موقعیت اعمال نیرو به دریچه کشویی با عرض 4 متر و ارتفاع 3 متر آب حداکثر 10 متر در بالا دست به شرح زیر می باشد:

 

 

 

 

هـ ) محاسبات نیرو های وارده به دریچه قوسی:

1 ) مقادیر لازم برای انجام محاسبات به شرح زیر می باشد:

: وزن مخصوص آب برابر با 81/9 کیلو نیوتن بر متر مکعب.

B: عرض دریچه (فاصله آب بندهای کناری)؛

R: شعاع انحنای دریچه؛

H : ارتفاع عمودی دریچه؛

: اختلاف تراز آب بالا دست و مرکز انحنای دریچه؛

: اختلاف تراز مرکز انحنای دریچه و آب بند فوقانی؛

: اختلاف تراز انحنای دریچه و آب بند تحتانی؛

توجه: اندازه های و زوایای که بر حسب رادیان به دست می آیند می توانند مثبت یا منفی باشند. جهت بالا مثبت (+) و جهت منفی (-) فرض شده که در محاسبات لحاظ می شوند.

2 ) محاسبه نیروهای افقی و عمودی وارد بر دریچه از فرمول های زیر به دست می آیند:

: نیروی افقی؛

: نیروی عمودی؛

 

3 ) برآیند نیروهای وارده بر دریچه و جهت آن از فرمول های زیر محاسبه می گردد:

W: برآیند نیروها؛

= زاویه اعمال نیرو

مقدار نیروی بر آیند بر روی بازوهای دریچه تقسیم می شود. موقعیت بازوها به گونه ای انتخاب می گردد که تقریباً نیروی یکسانی به بازوهای پایینی و بالایی وارد گردد. از جهت و میزان نیروی وارده به دریچه می توان برای محاسبه سازه بتنی تکیه گاه های دریچه استفاده نمود.

مثال:

مقدار و جهت نیروی وارده بر یک دریچه رادیال با شعاع انحنای 5/6 متر و دهانه 5/2 متر و ارتفاع عمودی 10/3 متر و داده های زیر به روش زیر انجام می شود:

متر

متر

متر

متر

متر

متر

متر

 

 

 

نیروی وارده بر روی هر تکیه گاه:

پس از مشخص شدن زاویه اعمال نیرو، ادامه محاسبات (تنش های خمشی و برشی، خیز، نیروهای شافت و چرخ، اصطکاک چرخ و لاستیک) مشابه دریچه های غلطکی می باشد. سیستم بالا بری به صورت وینچی (کابلی یا زنجیری) یا دنده ای خواهد بود که در حالت وینچی، دریچه قطاعی تحت بار وزن خود بسته می شود. در حالتی که لزومی به افزایش وزن در محاسبات سازه ای وجود نداشته باشد، می توان از وزنه های اضافی (Ballast) استفاده نمود.