13. Судоподъемники

13.1. Судоподъемники, их классификация и область применения

Судоподъемники – судопропускные сооружения, в которых перемещение судна между бьефами осуществляется в камере с водой или на платформе посредством механического привода.

Судоподъемники при пропуске судов не требуют затрат воды и имеют несколько большую пропускную способность по сравнению со шлюзами. Их целесообразно возводить при напорах на гидроузлах свыше 40 м. При наличии скальных оснований стоимость судоподъемников существенно уменьшиться.

Рис. 13.1. Схема вертикального судоподъемника (продольный разрез):

1 – ворота полушлюза верхнего бьефа; 2 – камера судоподъемника; 3-4 – ворота в торце камеры; 5 – ворота полушлюза нижнего бьефа; 6 – контурное уплотнение

В зависимости от направления трассы движения камеры судоподъемника с судном все судоподъемники подразделяются на вертикальные и наклонные (рис. 13.1, 13.2). Как вертикальный, так и наклонный судоподъемник включает в себя камеру, которая перемещает находящееся в ней судно от верхнего бьефа к нижнему и обратно.

Рис. 13.2. Схема наклонного судоподъемника:

1 – судно в нижнем бьефе; 2 – судно в камере у нижнего бьефа; 3 – судно в камере, перемещающееся к верхнему бьефу; 4 – судно в камере верхнего бьефа; 5 – судно в верхнем бьефе

Для передачи судна из камеры в бьефы служат полушлюзы, представляющие собой головные сооружения подходных каналов, оборудованные воротами.

Для обеспечения перемещения камеры между полушлюзами и передачи судна в бьефы судоподъемник оборудуется следующими основными системами:

• уравновешивания камеры;

• привода перемещения камеры;

• эксплуатационного и аварийного торможения;

• уплотнений между торцом камеры и полушлюзами;

• захватов, удерживающих камеру у полушлюза в момент открытия ворот и перехода судов.

Наклонные судоподъемники помимо указанных систем оборудуются системой опирания камеры на судовозные пути, т.е. колесами и системой выравнивания нагрузок на колеса.

13.2. Устройство и принцип работы вертикальных судоподъемников

Конструкция вертикальных судоподъемников определяется устройством системы уравновешивания камеры.

Системы уравновешивания камеры необходимы для судоподъемников, чтобы значительно снизить усилия на перемещение судна. Конструкции судоподъемников, в которых перемещение судов осуществляется в камере с водой, в сравнении с другими известными подъемными устройствами, имеют исключительную возможность уравновесить полностью как вес самой камеры с водой, так и вес находящегося в ней судна. Для этого необходимо выполнить только одно условие – в камере судоподъемника должна поддерживаться постоянная глубина воды. В этом случае входящее из канала в камеру судно вытесняет из камеры такой объем воды, какой занимает подводная часть его корпуса. Так как масса объема вытесненной корпусом судна воды равна массе судна, то в целом общая масса камеры остается неизменной, каких бы размеров судно не располагалось в камере.

В вертикальных судоподъемниках используются три системы уравновешивания: гидравлическая, поплавковая и механическая. В наклонных судоподъемниках применяется только механическая система уравновешивания.

Вертикальный судоподъемник с гидравлической системой уравновешивания (рис. 13.3, а) строится двухкамерным. Для каждой камеры со стороны верхнего и нижнего бьефа устраиваются полушлюзы. Камеры опираются на вертикальные плунжеры, входящие через верхние отверстия, оборудованные уплотнениями, в вертикальные шахты, заполненные водой. Шахты соединены между собой водоводом с задвижкой.

Когда одна камера находится в верхнем положении (принимает судно у верхнего полушлюза), другая камера находится в нижнем положении (у нижнего полушлюза), при этом верхняя камера “догружается” водой из верхнего бьефа так, чтобы глубина воды в ней была на несколько сантиметров больше, чем в нижней камере. После снятия с упоров и открытия задвижки, верхняя камера начинает под действием дополнительного веса воды опускается. Плунжер камеры вытесняет воду из шахты, которая перетекает по водоводу в другую шахту. Дополнительное давление воды передается на плунжер, и нижняя камера, перемещаясь в вертикальном направлении, поднимается к верхнему полушлюзу.

Рис. 13.3. Схема уравновешивания камеры в вертикальных судоподъемниках:

а – гидравлическое уравновешивание в двухкамерном судоподъемнике; б – поплавковая система уравновешивания камеры; в – механическая система уравновешивания камеры противовесами; 1 – камера; 2 – плунжер; 3 – уплотнение; 4 – цилиндр; 5 – перепускной трубопровод между цилиндрами; 6 – затвор; 7 – опорная конструкция; 8 – поплавок; 9 – цилиндр; 10 – канаты; 11 – противовесы; 12 – шкивы; 13 – опорная конструкция шкива; 14 – вертикальные опоры; 15 – компенсирующие цепи; 16 – компен- сационные трубы в поплавках

Судоподъемники с гидравлической системой уравновешивания строятся только на малые суда и на малую высоту подъема. Главный их недостаток – ненадежность системы уплотнений плунжеров. Кроме того, зависимое друг от друга перемещение камер приводит к простоям судов. Так как суда с верхнего и нижнего бьефов подходят неравномерно, то при отсутствии очередей на судопропуск судно, войдя в камеру из одного бьефа, вынуждено ожидать, когда подойдет судно с другого бьефа, или эксплуатационный персонал вынужден проводить пропуск одного судна, перемещая другую камеру без судна.

Судоподъемник с поплавковой системой уравновешивания (рис. 13.3, б) имеет камеру, опертую на поплавки, погруженные в вертикальные шахты, заполненные водой. Подъемная сила поплавков (архимедова сила взвешивания) равна весу системы “камера – опоры – поплавки”. Так как система находится в состоянии неустойчивого равновесия, то для ее перемещения в направляющих необходимы минимальные усилия механизмов. Однако при погружении поплавков в шахты равновесие системы нарушается. Это происходит за счет погружения опорных конструкций, соединяющих поплавки и камеру – при опускании их в шахту возрастает сила взвешивания. Чтобы равновесие системы не нарушалось, в нижней части поплавков установлены компенсационные трубы, заполненные воздухом. При погружении поплавков в шахту и увеличении давления, вода сжимает воздух в трубах и заполняет их. Заполнение труб водой уменьшает взвешивающую силу поплавка ровно на такую величину, насколько увеличилась взвешивающая сила от погружаемой части опорных конструкций.

Наиболее крупный поплавковый судоподъемник построен в 1962 г. у Генрихенбурга (ФРГ).

Механическая система уравновешивания вертикального судоподъемника (рис. 13.3, в) состоит из двух рядов канатов, закрепленных за оба борта камеры, перекинутых через шкивы, установленные на опорном каркасе судоподъемника. На противоположных концах канатов закрепляются противовесы. Так как общая масса противовесов равна массе с водой, то система “камера – канаты – противовес” уравновешена при условии, что камера и противовесы находятся на одном уровне. При движении камеры вверх, а противовесов вниз, или наоборот, равновесие системы несколько нарушается, так как вес канатов суммируется с весом противовесов или с весом камеры. Чтобы исключить возникающий дисбаланс системы, к камере и противовесам подвешиваются компенсирующие цепи, образующие петлю. При движении камеры вверх, когда канаты переходят “на сторону” противовесов, цепи, поднимаясь вверх за камерой, компенсируют потери веса. При опускании камеры и подъеме противовесов цепи следуют за противовесами. Так обеспечивается сбалансированность системы “камера – канаты – противовес”.

Наиболее крупные механические судоподъемники построены в Германии: у Люнебурга в 1976 г. и у Нидерфинов в 1934 г.