6. Выбор конструкции системы питания

Конструкция головной системы питания, рассматриваемой при выполнении настоящего проекта, выбирается в зависимости от напора на камеру, размеров шлюза и расчетного судна с учетом обеспечения безопасных условий стоянки шлюзуемых судов.

Головные системы питания разделяются:

а) по условиям пропуска воды в камеру – на безгалерейные и галерейные (системы питания с короткими обходными галереями);

б) по условиям расположения водопропускных отверстий относительно уровня нижнего бьефа – на незатопленные и затопленные.

Безгалерейные системы питания могут быть затопленными и незатопленными. В затопленных безгалерейных системах питания наполнение (опорожнение) камер осуществляется через отверстия в воротах, перекрываемых затворами (клинкетами) различной конструкции. Они применялись, в основном, на шлюзах малого напора (до 4,0 м) и в гидравлическом отношении являлись несовершенными из-за отсутствия эффективных гасительных устройств.

Системы наполнения и опорожнения камер через отверстия в воротах широко применялись из-за простоты конструкции и компактного расположения, в особенности, при использовании плоских затворов (рис. 5). В нашей стране с системами питания такого типа эксплуатируется около 30 шлюзов (Северо–Двинская система, реки Мокша, Цна, Теза, Преголи и др.), но в настоящее время от их возведения отказались. Одним из последних шлюзов в России с отверстиями в откатных воротах, перекрываемых сегментными воротами, являются шестикамерные двухниточные Пермские шлюзы с размерами камер 240×30 м и напором на одну камеру около 3,3 м (1954 г.). Гасительные устройства у них также отсутствуют.

Рис. 5. Схема питания камеры шлюза с отверстиями в рабочих воротах

1 – ворота шлюза; 2 – клинкеты

Клинкетное наполнение (опорожнение) используется и на шлюзах Европы, но для более эффективного гашения скорости поступающего в камеру потока воды перед водопропускными отверстиями в воротах устраивались экранные гасители в виде балок большого сечения. Эксплуатируемый шлюз с клинкетным наполнением, представленный на рис. 6, с 3-мя балками для гашения энергии потока при длине камеры 220 м рассчитан на напор 9,0 м.

При реконструкции Москворецко–Окской водной системы (1972 г.) на отдельных шлюзах вместо клинкетного впервые использовано наполнение (опорожнение) камер через отверстия под воротами. В качестве ворот применены сегментные уравновешенные затворы полноповоротного исполнения (рис. 7), обладающие хорошими эксплу-атационными показателями. Гашение скорости потока, направляемого из-под щели под воротами, частично осуществляется в колодце, устройство которого конструктивно необходимо для размещения затвора. Использование такой схемы питания рекомендуется для напоров на камеру до 6,0 м.

Рис. 6. Схема питания шлюза с отверстиями в воротах и гасителями

1 – стенка падения; 2 – балочные гасители

Рис. 7. Схема питания из-под полноповоротных уравновешенных ворот

1 – сегмент; 2 – диски ворот

Наиболее широкое применение при строительстве шлюзов среднего напора с большими размерами камер получили безгалерейные системы наполнения из-под плоских подъемно-опускных ворот со стенками падения (шлюзы ВДСК, Волго–Балта и др.). Особенностью этих систем питания является наличие элементов, предназначенных для гашения энергии потока воды и равномерного распределения скоростей по глубине при поступлении в камеру шлюза. Головы таких систем питания отличаются простотой конструкции и компактным расположением их элементов. Наиболее совершенной в гидравлическом отношении считается система наполнения камеры второй нитки Шекснинского гидроузла, устройство которой будет подробно рассмотрено в п. 7.

Самой простой схемой галерейной системы питания считается система наполнения и опорожнения камер через короткие обходные галереи, расположенные в устоях голов. Они широко применялись при строительстве низконапорных шлюзов ( до 6 м). Однако их использование в качестве систем наполнения для шлюзов среднего напора ограничено из-за недостаточно эффективного гашения скоростей потока в пределах верхней головы. Гашение скоростей потока воды в системах с галереями, выходящими в камеру шлюза за пределами верхней головы, осуществлялось только путем соударения встречных потоков.

В галерейных системах питания с камерой гашения (шлюзы ББК), представленной на рис. 8, наполнение камеры производится с использова-нием цилиндрических затворов по галереям круглого сечения, выходные отверстия которых расположены в устоях головы симметрично друг другу. Гашение энергии осуществляется путем встречи двух потоков в камере под порогом, кроме того, этому способствует уширение камеры на выходе потока, наличие раздельных бычков и балки выступа в камере шлюза, отклоняющей поток вверх. Однако в этой схеме наполнения камеры отсутствуют элементы, необходимые для равномерного распределения скорости потока по глубине.

Рис. 8. Схема галерейной системы питания с камерой гашения

1 – цилиндрический затвор; 2 – галерея; 3 – камера гашения

Ниже, в п. 8, будет рассмотрена система наполнения камеры через короткие обходные галереи с использованием плоских затворов при наличии на выходе балочной распределительной решетки, которую рекомендуется использовать при проектировании шлюзов с напором на камеру до 10 м.

Системы питания с короткими обходным галереями широко используются для опорожнения камер судоходных шлюзов при напорах до 15 м и более. При опорожнении, в отличие от наполнения, вода сбрасывается в нижние бьефы со значительно большей шириной подходного канала, и поэтому гидродинамическое воздействие потока воды на судно, ожидающего шлюзования у причальной стенки, оказывается не столь значительным. Гашение энергии потока на выходе в подходной канал может обеспечиваться путем устройства раздельного устоя по оси камеры шлюза и горизонтальной балочной решетки, перекрывающих траншеи выходных галерей. Устройство системы опорожнения камеры при наличии гасительных устройств на выходе потока в нижний подходной канал подробно рассматривается в п. 9.

Следует отметить, что системы наполнения и опорожнения камер с обходными галереями считаются более сложными в конструктивном отношении по сравнению с безгалерейными системами питания. Кроме того, они требуют увеличения размеров голов шлюза – их длины и толщины устоев, а следовательно, увеличения объемов работ и металлоемкости механического оборудования.