Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский государственный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

5. Сооружения.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.03.2025

Размер:

18.95 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 143 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Судоподъемники

Судоподъёмник – комплекс механизмов, позволяющий осуществлять подъём и спуск судов с одного уровня водного пути на другой, например, для пропуска судов через плотины гидроэлектростанций.

При строительстве гидроэлектростанции водный бассейн реки разделяется комплексом глухих и водосливных плотин на две несообщающиеся части, что не позволяет осуществлять судоходство. Для возможности перемещения судов между верхним и нижним бьефом плотины традиционно используются судопропускные шлюзы. Шлюзы также используются на каналах, соединяющих водные пути с разным уровнем воды. Однако, если перепад высот достаточно велик, то строительство шлюза нецелесообразно. В этом случае сооружается судоподъёмник. Преимущество судоподъёмников перед шлюзами – относительно малая потеря воды из верхнего канала при подъёме и спуске судов. Недостатки – более сложная конструкция, более высокая цена сооружения, а также ограничения по размерам и водоизмещению судов, из-за огромной массы, которую необходимо поднимать.

Потребности в судоподъемниках возникают в случаях строительства судоходных каналов с малыми водными ресурсами, либо когда целесообразно заменить ими шлюзовую лестницу с большим количеством сооружений на ней.

Конструкции судоподъемников весьма разнообразны. На практике осуществлены следующие основные схемы судоподъемников: вертикальные, наклонные и вращающийся (пока единственный в мире).

Судоподъёмники классифицируют по способу перемещения судов, по направлению перемещения, по типу привода и балансировке. Судоподъёмники, способные перемещать одновременно несколько судов, разделяют на двойные и парные.

По способу перемещения

Судно может перемещаться либо на плаву – в камере, наполненной водой, – либо без воды, по принципу сухого дока.

Без воды

В таких судоподъёмниках судно поднимается из воды, перемещается на специальных опорах и затем снова спускается на воду. Преимущества этого метода в том, что работа затрачивается лишь на перемещение самого судна, а также в отсутствии потерь воды из верхнего канала. Недостаток заключается в том, что возможно повреждение корпуса, если судно очень тяжелое или специально не оборудовано для такого подъёма.

На плаву

Судно перемещается в подвижной камере, наполненной водой. Камера и торцы каналов запираются водонепроницаемыми затворами. По сравнению с подъёмом без воды, повреждение корпуса маловероятно, поскольку судно находится в камере на плаву. Кроме того, сокращается время подъёма, потому что достаточно лишь пришвартоваться, как в шлюзах.

Вместе с судном приходится поднимать громадный объём воды в камере. Однако по закону Архимеда вес судна в камере равен весу вытесненной им воды, следовательно, вес камеры всегда одинаков. Это позволяет точно подобрать противовесы или подъёмную силу поплавков так, чтобы работа по перемещению судов сводилась к работе против сил трения.

По направлению перемещения

Бывают наклонные, вертикальные и вращающиеся судоподъёмники. Наклонные подразделяются на продольные и поперечные. По форме продольного профиля они могут быть односкатными или двускатными. Суда могут перемещаться в тележках насухо или на плаву в камерах. Тележки могут быть самоходными или прицепными.

Продольные

Судно расположено вдоль направления перемещения. Это самый простой тип судоподъёмников, который можно применять лишь на подъёмах с небольшим уклоном. Примером может служить судоподъёмник Красноярской ГЭС.

Особый вид наклонного продольного судоподъёмника — «наклонный шлюз». Один из затворов такого «шлюза» подвижен, за счёт чего можно изменять длину рабочей камеры, и следовательно, регулировать высоту уровня воды в ней. Такие судоподъёмники сооружены во Франции: один на Южном канале (Фонсеранны), второй на боковом канале Гаронны (Монтеш).

Поперечные

Судно располагается перпендикулярно направлению перемещения. Такое расположение позволяет сооружать судоподъёмники с большим уклоном, чем у продольных. Пример – наклонный судоподъёмник близ Сен-Луи и Арзвиллера на канале Марна-Рейн в Лотарингии.

Вертикальные

Судно перемещается вертикально вверх или вниз. Различают три вида вертикальных судоподъёмников:

механические судоподъёмники работают аналогично обычному лифту. Камера висит на тросах и уравновешивается противовесом,
в поплавковых судоподъемниках камера поддерживается поплавками, которые находятся в подземных резервуарах (шахтах или колодцах). Изменяя количество воды в шахтах, можно поднимать или опускать камеру,
в гидравлических (плунжерных) две камеры связаны между собой и приводятся в движение по принципу гидравлического пресса.

Вращающиеся

Работают по принципу колеса обозрения. Суда перемещаются в двух камерах, подвешенных к большому колесу, которое вращается вокруг своей оси. Единственный в мире вращающийся судоподъёмник – Фолкиркское колесо в Шотландии.

По типу привода и балансировке

До перехода к индустриальному обществу суда перемещали по земле при помощи мускульной силы животных и человека, с использованием простейших механизмов (блоков, воротов и т.п.). Почти все современные судоподъёмники работают по принципу машины Атвуда^¹, с применением противовесов, что позволяет значительно сократить энергозатраты. Такие судоподъёмники принято называть механическими.

Судоподъёмники, в которых противовесом является вторая камера для подъёма судов, называют парными. Когда первая камера опускается, вторая поднимается, и наоборот. Если камеры могут двигаться независимо друг от друга, судоподъёмник называют двойным.

Механический вертикальный судоподъемник

Водяной балласт

Некоторые парные судоподъёмники работают исключительно за счёт силы тяжести, подобно фуникулёрам с водяным балластом. Если верхнюю камеру заполнять водой чуть больше, чем нижнюю, то из-за небольшой разницы в весе верхняя камера будет опускаться, а нижняя соответственно подниматься. Таковы, например, судоподъёмники на центральном канале в Бельгии.

Гидравлический привод

Большинство гидравлических судоподъёмников – парные. Камеры соединены с поршнями в гидравлических цилиндрах под землей. При спуске одной камеры гидравлическая жидкость выталкивается в цилиндр другой камеры, поднимая её. Дополнительные гидравлические насосы используются лишь для компенсации отклонений в весе камер, открытия и закрытия затворов или работы в аварийном режиме.

Гидравлический вертикальный судоподъемник

Электрический привод

Все судоподъёмники, построенные после 1917 года, приводятся в действие электромоторами, для уменьшения затрат энергии дополнительно применяется водяной балласт. Исключение составляют два французских наклонных шлюза, в которых используются дизельные локомотивы.

Поплавковый привод

Такие судоподъёмники могут быть однониточными. Камера опирается на поплавок, подъемная сила которого соответствует весу всей системы – камеры с судном и металлических ферм, поддерживающих камеру. Когда поплавок с камерой опускается вниз до уровня нижнего бьефа, шахта, в которой движется поплавок, заполнена водой доверху. Перемещение происходит за счет работы механизмов, иногда в камеру добавляют дополнительный слой воды из верхнего бьефа, который затем выпускается в нижний бьеф.

Поплавковый вертикальный судоподъемник

Схема продольного судоподъемника «Ронкьер» (Бельгия)

Схема судоподъемника Красноярского гидроузла (Россия)

Красноярский судоподъемник

Продольный судоподъемник

Поперечный судоподъемник

КРАТКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ В МИРЕ

СУДОПОДЪЕМНИКОВ

(с иллюстрациями)

БЕЛЬГИЯ

Центральный канал в Бельгии

Центральный канал – судоходный канал, находящийся в центральной части Бельгии и соединяющий канал Ними-Блатон-Перонн с отходящим от города Сенёф каналом Брюссель – Шарлеруа.

Центральный канал в Бельгии

Ещё в 1832 году, через два года после обретения Бельгией независимости, было принято решение связать между собой уже ранее проложенные каналы Шарлеруа-Брюссель и Монс-Конде с тем, чтобы осуществлять судоходство между реками Маас и Шельда. Для осуществления этой задачи необходимо было на участке между Тьё и Удан-Гоньи длиной всего около 7 километров преодолеть перепад высот в 66 метров. С этой целью было запланировано сооружение четырёх гидравлических судоподъёмников. Первый из них, близ Удан-Гоньи, наиболее высоко расположенный, был торжественно открыт бельгийским королём Леопольдом II 4 июня 1888 года. Благодаря этому каменноугольные шахты у Ла-Лувьера получили возможность вывозить свою добычу водным путём. Дальнейшее строительство, впрочем, из-за высокой стоимости работ, было заморожено до 1910 года. В 1914 году, с началом Первой мировой войны и оккупацией Бельгии немцами, строительные работы были вновь остановлены. В 1917 году немецкое командование, тем не менее, начало использовать канал по всей его длине в военных целях.

На Центральном канале расположены четыре старинных шлюза-судоподъёмника, включённых ЮНЕСКО в 1998 году в список Всемирного наследия

первый – в Уданг-Гоеньи;
второй – в Уданг-Эмери;
третий – в Стрепи-Бракньи;
четвертый – близ Тьё.

Помимо этого:

вертикальный судоподъёмник Стрепи-Тьё близ города Тьё в муниципалитете Ле Рёль;
наклонный судоподъёмник Ронкьер близ одноименной деревни в муниципалитете Брен-Ле-Комт.

В 1957 году бельгийским парламентом было принято постановление, согласно которому на Центральном канале были начаты строительные работы, позволяющие ему принимать так называемые «Европа-суда» водоизмещением в 1350 тонн. Так как имеющиеся судоподъёмники с этой задачей справиться не могли, в 1976 году было принято решение о прокладке новой линии канала между Сенефом и Тьё с современным судоподъёмником, заменявшим имеющиеся уже 4 старых судоподъёмника и шлюз. Новый проект предусматривал также строительство канального (водяного) моста Сарт близ Ла-Лувьер. Эти работы были начаты в 1982 году. В 1990 году его участок Монс-Тьё был готов и соединён шлюзом ниже старого судоподъёмника № 4 со старым каналом. Как это уже было при прошлом строительстве, сооружение нового затягивалось из-за серьёзных сомнений в его коммерческой доходности. Первый корабль проследовал новым маршрутом 6 ноября 2001 года, однако в связи с тем, что водный мост у Ла-Лувьер ещё не был построен, движение по-прежнему осуществлялось по старому каналу. 17 января 2002 года на старом судоподъёмнике № 1 произошла серьёзная авария, остановившая движение по всему маршруту, вплоть до открытия нового канала, состоявшегося в торжественной обстановке 2 сентября 2002 года.

В настоящее время судоходная часть канала составляет 18 километров и соединяет бассейны рек Маас и Шельда. Уровень воды в нём поддерживается за счёт прокачки из канала Брюссель-Шарлеруа, от которого Центральный канал ответвляется у Сенефа. Приблизительно через 5 километров от него влево отходит рукав старого канала. Ещё через 4 километра появляется мост Сарт и через 2,5 километра – новый судоподъёмник. Близ Тьё оба канала – старый и новый – проходят параллельно и соединяются между собой шлюзом. Начиная с этого места, старый канал уходит в тупик и используется лишь для водных видов спорта и прогулочных целей. Тем не менее, 4 старых судоподъёмника находятся по-прежнему в образцовом и работающем состоянии – в первую очередь в целях привлечения многочисленных туристов (особенно после включения этих объектов в список Всемирного наследия ЮНЕСКО в 1998 году).

В 2006 году через Центральный канал проследовали суда общим водоизмещением в 2 295 000 тонн.

Новый судоподъемник – Стрепи-Тьё (фр. L'ascenseur funiculaire de Strépy-Thieu) расположен близ города Тьё в муниципалитете Ле Рёль провинции Эно. Он способен поднимать суда водоизмещением до 1350 тонн. Перепад высот между верхним и нижним бьефами – 73,15 метра. Это механический судоподъемник, самый высокий вертикальный судоподъёмник в мире. Затраты на строительство составили примерно 160 миллионов евро, однако за счёт большей производительности нового судоподъёмника поток судов увеличился с 256 тысяч тонн (в 2001 году) до 2295 тысяч тонн (в 2006 году).

Судоподъёмник Стрепи-Тьё состоит из двух уравновешенных камер, наполненных водой. Они могут двигаться в вертикальной плоскости независимо друг от друга. По закону Архимеда вес камер не должен зависеть от того, находится ли в них судно или нет. На практике постоянный уровень воды поддерживать сложно, поэтому масса камер меняется в пределах от 7200 до 8400 тонн. Полезная ширина каждой камеры 112 м, высота 12 м, глубина – от 3,35 до 4,15 м. Каждая камера подвешена на 120 несущих тросах, которые переброшены через направляющие шкивы диаметром 4,8 м и связаны с противовесами. Дополнительно по 32 троса управления используются для подъёма и спуска камер. Диаметр каждого троса 85 мм. Масса противовесов подобрана так, чтобы сила натяжения тросов управления не превышала 100 кН. Каждую камеру поднимают по восемь лебёдок, приводимых в действие четырьмя электромоторами через редукторы. Камера преодолевает высоту в 73 метра за семь минут.

Длина судоподъёмника 130 м, ширина 81 м, высота 117 м. Для достижения жёсткости конструкции и высокой прочности при кручении он построен с использованием очень сильно армированного железобетона, поэтому масса составляет приблизительно 200 000 тонн. Водонепроницаемые затворы камер выдерживают столкновение с судном водоизмещением до 2000 тонн, при скорости до 5 км/ч.