کاربرد دریچه و انواع آن

کاربرد دریچه و انواع آن

دریچه از انواع سازه‌های هیدرولیکی است که هدف اصلی ساخت آن، قطع و وصل کردن جریان است. همچنین دریچه‌ها می‌توانند به منظور تنظیم کننده دبی یا کنترل کننده سطح آب به کار برده شوند. درواقع و براساس تعریفی دیگر دریچه‌ها سازه هایی هستند که از فلزات، مواد پلاستیکی و شیمیایی یا از چوب ساخته می‌شوند که برای قطع و وصل جریان یا تنظیم دبی و تنظیم سطح آب بکار می‌روند، بنابراین تخمین دبی عبوری از زیر دریچه‌ها یکی از مسائل مهم هیدرولیک است.

دریچه‌ها را براساس معیارهای مختلف به انواع مختلفی تقسیم بندی می‌شود.

انواع دریچه:

براساس محل قرارگیری:

۱-دریچه‌های سطحی (تحت فشار کم)

دریچه‌های سطحی خود به انواع مختلفی تقسیم می‌شود:

-دریچه‌هایی که نیروی فشار آب را به پایه‌های پل یا تکیه گاه‌های جانبی منتقل می‌نمایند، مانند:

۱-تیرک‌های سد کننده، ۲-دریچه‌های کشویی، ۳-دریچه‌های قطاعی، ۴-دریچه‌های غلطان

–دریچه‌هایی که نیروی فشار آب را بر کف سازه آبی منتقل می‌کنند و شامل موارد زیر است:

۱-دریچه‌های خوابان، ۲-دریچه‌های به شکل شیروانی، ۳-دریچه‌های نقاب دار، ۴-دریچه‌های به شکل تیر، ۵-به صورت قاب، ۶-قید و بست دار، ۷-دریچه‌های لاستیکی باد شونده

-دریچه‌هایی که نیروی فشار آب را هم زمان به تکیه گاه‌ها و کف منتقل می‌نمایند، به عنوان مثال:

۱-دریچه‌های کشویی پایه دار، ۲-نقاب دار، ۳-شناور، ۴-حلقه‌ای

۲-دریچه‌های تحتانی (تحت فشار زیاد)

-دریچه‌هایی که فشار آب را به تکیه گاه‌ها منتقل می‌نمایند و معمول‌ترین نوع تقسیم بندی دریچه‌ها هستند شامل:

۱-دریچه‌های کشویی، ۲-درچه های قطاعی

این دریچه‌ها به دریچه‌های زیرگذر معروف شده‌اند.

-دریچه‌هایی که فشار آب را از طریق پوکه‌های داخل دریچه به غلاف خود منتقل می‌نمایند که شامل انواع شیرها هستند:

۱-شیرهای پروانه‌ای، ۲-شیر فلکه، ۳-شیر توپی، ۴-شیر سوزنی و…

-دریچه‌هایی که هیچ گونه فشاری را به سازه وارد نمی‌آورد مانند:

۱-دریچه‌های استوانه‌ای، ۲-دریچه‌های حلقوی

دریچه‌ها بر اساس کاری که انجام می‌دهند به انواع زیر تقسیم بندی می‌شوند:

۱-دریچه اصلی

۲-دریچه تعمیراتی یا محافظ

۳-دریچه اضطراری

براساس نوع بهره برداری:

۱-دریچه‌های تنظیم کننده دبی

۲-دریچه‌های کنترل کننده سطح آب

براساس مکانیزم حرکت:

۱-دریچه‌های مکانیکی

۲-دریچه خودکار

۳-هیدرولیکی

 ۴-دریچه‌های برقی

 ۵-دریچه‌های دستی

دریچه‌ها ممکن است به صورت روزنه عمل کنند که در این صورت برای عبور رسوبات مورد استفاده قرار می‌گیرند و یا به صورت سرریز عمل می‌نمایند که برای تنظیم دبی جریان و عبور مواد معلق و آشغال استفاده می‌شود. اما برای ترکیب این عملیات و بهره گیری از کلیه توانایی‌های دریچه بهتر است از دریچه‌های مضاعف کشویی و یا مضاعف قطاعی استفاده شود. از مهمترین کاربردهای این دریچه‌ها تنظیم و اندازه گیری دبی عبوری و در حالت‌های مختلف جریان می‌باشد.

بررسی دو حالت پرکاربرد از دریچه‌ها

دریچه‌های کشویی با جریان آزاد:

دریچه‌های کشویی از جمله ساده‌ترین سازه‌های هیدرولیکی هستند که می‌توانند جهت اندازه گیری جریان در کانال‌های روباز مورد استفاده قرارگیرند. دقت کاربرد این سازه در تخمین جریان در شرایط کاربرد صحرایی در جریان آزاد قابل قبول ارزیابی شده است. با این وجود در شرایط جریان مستغرق خطای اندازه گیری دبی جریان توسط دریچه‌های کشویی از روش‌های پیشنهادی پیشین، تا بیش از ۴۰ درصد در شرایط صحرایی گزارش شده است. محققان با بهره گیری از روابط انرژی و مومنتم، روابطی را جهت تخمین ضریب دبی در شرایط آزاد و مستغرق ارائه کرده است.

شکل زیر جزئیات عبور جریان از زیر دریچه کشویی در حالت آزاد را نشان می‌دهد. در این شکل y_۰ عمق آب در بالادست دریچه، w ارتفاع باز شدگی دریچه و y_۱ عمق آب در پایین دست را نشان می‌دهد.

 چنانچه ارتفاع بازشدگی دریچه کشویی کمتر از عمق بحرانی باشد، در مقطع ۱ در پایین دست دریچه، جریان فوق بحرانی خواهد بود. حال اگر عمق آب در پایاب کمتر از ارتفاع ثانویه پرش هیدرولیکی و یا مساوی آن باشد، پرش هیدرولیکی آزاد و در غیر این صورت پرش، مستغرق است. رابطه دبی عبوری در حالت جریان آزاد از زیر دریچه کشویی به صورت زیر است:

در رابطه فوق Q دبی، C_d ضریب دبی، g شتاب ثقل و b عرض دریچه یا همان عرض کانال است. دانشمندان روابط مختلفی را برای تعیین ضریب دبی ارائه کرده‌اند به عنوان مثال:

دریچه‌های قطاعی با جریان آزاد:

دریچه‌های قطاعی متداول‌ترین وسیله برای کنترل و تنظیم آب در سرریز سدها و کانال‌های انحرافی هستند. در طول بیش از نیم قرن، جدول‌ها و نمودارهای زیادی برای تخمین دبی این دریچه‌ها ارائه شده است که به دلیل تناقض بین آنها، مهندسان و طراحان دچار مشکل می‌شوند. در شکل زیر نمایی کلی از یک دریچه قطاعی با جریان آزاد را مشاهده می‌کنید:

براساس شکل y_۰ عمق آب در بالادست دریچه، w ارتفاع بازشدگی دریچه، y_۱ عمق آب در مقطع فشردگی، y_d عمق آب در پایین دست دریچه، p ارتفاع محور دریچه، r شعاع دریچه، ө زاویه لبه دریچه است. رابطه دبی عبوری از زیر دریچه قطاعی و با جریان آزاد به صورت رابطه زیر است.

همچنین ضریب فشردگی و زاویه لبه دریچه نیز از طریق روابط زیر قابل محاسبه است.

روابط دبی عبوری دریچه‌ها در حالت استغراق:

محاسبات دبی در شرایط استغراق کمتر از حالت آزاد مورد توجه قرار گرفته است. برآورد دبی عبوری از دریچه‌های آبگیر در حالت استغراق با حل همزمان معادلات انرژی و مومنتم امکان پذیر است. روابط زیر به ترتیب نشان دهنده دبی عبوری از دریچه‌های کشویی و قطاعی که روی سرریز قرار گرفته‌اند و در شرایط جریان مستغرق است.

۵ مزیت دریچه های قطاعی:

دریچه های قطاعی نسبت به دریچه های کشویی دارای مزایایی هستند:

۱-سهولت و سادگی ساخت و نصب

۲-سهولت در بهره برداری، نگهداری و سرویس

۳-عدم احتیاج به شیار در تکیه گاه ها

۴-عدم احتیاج به چرخ و تاسیسات دیگر نظیر ریل و قرقره

۵-کاهش قابل ملاحظه نیرو جهت باز و بستن دریچه