Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2009 Учебное пособие по портам Дьячков.doc
Скачиваний:
435
Добавлен:
16.12.2018
Размер:
16.44 Mб
Скачать
        1. П

          Рис.104 Нижняя голова шлюза с

          Рис.104. Нижняя голова шлюза с

          Короткими обходными водопро­водными галереями.

          апродольный разрез по осиованию шлюза;

          б вид сверху (разрез на уровне гале­рей);

          1 — галерея; 2 — створки рабочих и ремонтных ворот; 3 —распределитель­ные решетки; 4 — затвор галереи; 5 — бычки; 6 — пазы для ремонтных затво­ров; 7 — шкафные части рабочих и ре­монтных ворот

          ростейшим типом сосредоточенной системы питания явля­ется наполнение и опорожнение камеры шлюза через отверстия в воротах, перекрываемые затворами - клинкетами. Этот тип питания применяется на шлюзах с небольшими напорами (до 4,0 м), не имеющими стенки падения. Отверстия в верхних и нижних воротах расположены ниже уровня воды, что способст­вует некоторому гашению энергии струй. Подобная конструкция весьма экономична, однако имеет существенные эксплуатацион­ные недостатки. При малых отверстиях в воротах время напол­нения камеры оказывается значительным. При больших отвер­стиях мощный поток воды, направленный вдоль камеры шлюза, вызывает большие нагрузки на швартовные устройства судна и шлюза, угрожает безопасности шлюзуемого судна. Эти недостат­ки ограничивают применение данного способа наполнения каме­ры при больших напорах.

2. Широкое распространение получил способ сосредоточенно­го наполнения и опорожнения камеры шлюза через короткие об­ходные водопроводные галереи в головах шлюза (рис.104 а). Этот способ подачи воды на верхних головах обычно применяется при отсутствии стенки падения, т. е. при напоре ме­нее 5 - 6 м, на нижних головах применяется повсеместно. В поперечном сечении галерея обычно имеет форму пря­моугольника с закругленными углами. Площадь поперечного се­чения галереи может достигать 10 - 20 м2. Чтобы улучшить гид­равлические характеристики водопроводной системы, сечение га­лереи по ее длине меняется - у входа и выхода больше, в средней части – меньше, на входах в галереи устанавливаются разделительные бычки. Эти конструктивные решения повышают пропускную

способность галереи, выравнивают по ее площади скорости течения. На выходе в нижний бьеф галерея врезается в днище шлюза и вода в подход­ной канал поступает снизу, че­рез щели распределительной ре­шетки. В средней части галерея перекрывается металлическим затвором, который поднимается (или поворачивается, сдвигает­ся и т.д.) с помощью механиз­мов, управляемых с пульта шлю­за. Для периодического осмотра и ремонта галереи во входной и выходной ее частях имеются устройства для ремонтных за­граждений.

С

Рис.105 Поперечный разрез камеры шлюза с распределительной сис­темой питания

целью лучшего гашения энергии потока выходные части правой и левой галерей распо­ложены встречно по отношению друг к другу. Два встречных по­тока воды бурно сопрягаются, гасят часть своей энергии и уст­ремляются в сторону полезной части камеры или в сторону под­ходного канала. Благодаря уширению последнего скорость те­чения этого потока уменьшается и его воздействие на судно, ожидающее шлюзования, ослабляется. В то же время энер­гия потока в камере гасится в меньшей степени. В связи с практической неизменностью по длине шлюза его поперечного сечения волновые колебания масс воды и ско­рость потока в камере остаются значительными, неблагоприятно воздействуя на шлюзуемое судно. Поэтому наполнение камер через короткие галереи в верхних головах шлюзов применяется реже.

3. Многолетний опыт эксплуатации шлюзов различных конст­рукций показал, что при головной системе питания и напорах более 6 - 7 м наилучшим является безгалерейный способ напол­нения камеры. В этом случае подача воды в камеру шлюза осу­ществляется из-под подъемно-опускных (или поворотных) ворот верхней, головы шлюза. Камера гашения, отделен­ная от камеры шлюза экраном, и балочный гаситель обеспечива­ют хорошее гашение энергии потока, выравнивание скоростей течения по ширине и глубине камеры. При больших напорах, превышающих 12 - 13 м, сосредоточен­ная система не обеспечивает надлежащее гашение энергии по­тока. В этом случае безопасные условия для шлюзуемого судна могут быть достигнуты за счет увеличе­ния времени наполнения камеры. Однако подобная мера ухудшает эксплуатацион­ные показатели шлюза и не всегда при­емлема.

При больших напорах рациональной оказывается распределительная система питания шлюза с длинными галереями. В верхней и нижней головах галереи затворами отделены от бьефов. Поперечное сечение галерей име­ет прямоугольную или трапециевидную форму со сглаженными углами. Площадь сечения галереи иногда может превышать 10 - 12 м2. Галереи находятся ниже уров­ня нижнего бьефа и всегда заполнены во­дой, кроме ремонтного периода (рис.105).

При открытии затвора верхней головы под действи­ем напора вода через выпуски устремляется в камеру шлюза. В первый момент вода начинает поступать через выпуски, располо­женные ближе к верхней голове, постепенно в работу включа­ются и дальние выпуски. При опорожнении камеры в первую очередь начинают работать выпуски у нижней головы. Подобная неравномерность в работе выпусков вызывает перемещения масс воды в камере и динамические нагрузки в швартовных устрой­ствах.

Для уменьшения этого дефекта распределительной системы размер отверстий выпусков и интервалы между ними по длине камеры делаются переменными. Благодаря этому достигается сравнительно равномерная подача воды в камеру при наполне­нии и забор воды из камеры при опорожнении. Размеры выпус­ков и схема их расположения определяются с помощью гидрав­лических расчетов и лабораторных исследований. Помимо этого, при распределительной системе питания в камере шлюза наблю­даются неблагоприятные для шлюзуемого судна инерционные колебания уровня воды.

Распределительные системы питания имеют множество конст­руктивных вариантов: сквозные продольные галереи (одна, две, три и т. д.), тупиковые галереи с подводом воды в их среднюю часть, поперечные галереи и т. п.

При сопоставлении сосредоточенной и распределительной си­стем питания можно отметить следующее.

Благодаря небольшим габаритам водопроводных устройств шлюзы с сосредоточенной системой питания требуют меньших капиталовложений.

Сосредоточенная система при напорах до 10 - 12 м обеспечи­вает удовлетворительное гашение энергии потока. Однако пол­ностью устранить колебательные (волновые) перемещения масс воды и продольные течения в камере не удается. В результате этого швартовные устройства судна испытывают значительные динамические

Рис. 106 Схематический план шлюза с распределительной системой питания и боковыми забором и выпуском воды

1 — водозабор в верхнем бьефе; 2 — верхний подход; 3 — глубинные водопровбдные галереи; 4 — донные водопроводные галереи шлюза; 5 — нижний подход; 6 — водо­сброс в нижнем бьефе; 7 — глухая плотина

нагрузки, допускаемая величина которых косвенно влияет на продолжительность наполнения и опорожнения камеры шлюза, препятствует их сокращению.

Распределительная система питания усложняет конструкцию шлюза и существенно повышает его строительную стоимость. В то же время равномерная подача воды в камеру обеспечивает гидравлический режим, при котором волновые колебания масс воды и продольные течения незначительны, что позволяет сокра­тить время наполнения (опорожнения) шлюза по сравнению с сосредоточенной системой (при прочих равных условиях).

Таким образом, шлюз с распределительной системой требует повышенных капиталовложений, однако, обладая высокой про­пускной способностью, обеспечивает экономию эксплуатационных расходов по флоту.

Выбор оптимальной системы питания производится на основе детальных гидравлических, эксплуатационных и экономических расчетов.

С целью устранения неблагоприятных для судоходства вол­новых колебаний и течений воды на подходах к шлюзу при его наполнении (опорожнении) иногда забор и сброс воды выносят за пределы подходных каналов (рис.106). Забор воды для на­полнения осуществляется с помощью водозабора, вынесенного за волнолом - в водохранилище. По заглубленным галереям вода подается в водопроводную систему шлюза. При опорожнении шлюза вода аналогичным образом подводится к водосбросу, вынесенному за обвалование канала.

Подобный способ подвода и отвода воды применяется при распределительной системе питания в случае удобной для этого компоновке сооружений гидроузла. Благоприятный для судоход­ства гидравлический режим нижнего подходного канала позво­ляет сократить время опорожнения камеры шлюза. Целесообраз­ность боковых приема и сброса воды обосновывается расчетным путем.

Судоподъемники

Ш

Рис. 107 Вертикальный поплавковый судоподъемник

апродольный разрез; б—поперечный разрез

люзование судна одонокамерным шлюзом со значительным напором требует большого расхода воды и времени. Замена в этом случае однокамерного шлюза многокамерным позволяет уменьшить объем сливной призмы и соответственно сократить расход воды, однако снижает и пропускную способность шлюза.

В связи с изложенным, чтобы преодолеть большой напор, обеспечить необходимую пропускную способность и сократить расход воды, иногда оказывается рациональным строительство судоподъемников, хотя они очень сложны в эксплуатации, тре­буют значительных затрат энергии на перемещение камеры, больших капиталовложений, граничивают габариты перемеща­емых судов.

Аналогично шлюзу, судоподъемник предназначен для переме­щения судна из бьефа в бьеф. Принципиальным отличием явля­ется то, что у шлюза камера неподвижна, а у судоподъемника она перемещается.

Рис. 108 Наклонный продольный двускатный судоподъемник

1,3,4-судовозные пути, 2-тележка, 5-судно

Судоподъемники требуют для преодоления судами падения на­пора на гидроузлах на плаву в камерах весьма небольшого объема воды, в основном на

Рис. 109 Вертикальный механический судоподъемник

а-продольный разрез, б-поперечный разрез

фильтрационные потери ее через уплотнения затворов. Это и вызвало возведение судоподъемников разных ти­пов с середины прошлого века на новых судоходных каналах в бед­ных водными ресурсами районах Западной Европы и Северной Америки. На них суда грузоподъемностью до 10 т преодолевали перепады до 65 м и грузоподъемностью до 50 и затем до 600 т - перепады в 15 - 20 м, некоторые из этих судоподъемников еще дей­ствуют.

В дальнейшем для более крупных судов предлагались мно­гочисленные схемы судоподъемников. Однако большинство этих схем (например, с расположением судна внутри вращающегося ци­линдра, с подъемом камеры на коромысле и др.) не применяются и представляют теперь лишь исторический интерес. Осущест­влялись же лишь две основные схемы судоподъемников - верти­кальные и наклонные, различающиеся направлением перемещения на них судов.

Вертикальные судоподъемники бывают поплавковые и механические. На поплавковых судоподъемниках камера опи­рается на расположенные под ней в шахтах два вертикальных по­плавка (рис.107), что обеспечивает статическую определимость системы. Последний крупный поплавковый судоподъемник постро­ен в 1962 г. на Дортмунд-Эмском канале в Вальтропе (ФРГ) для преодоления судами грузоподъемностью до 1300 т перепада в 14,5 м. Он был признан целесообразнее шлюза в связи с особыми местными условиями - горными выработками под сооружением, которые могли вызвать большие неравномерные осадки секций ка­меры и голов его.

Н

Рис. 110 Двухниточный наклонный продольный односкатный судоподъемник Ронкьер

а-прдольный разрез, б-план, в-разрез по камере

а механических судоподъемниках камера, под­вешенная на многочисленных стальных канатах или цепях, частич­но уравновешивается противовесами и поднимается электромото­рами (рис.109). На вертикальных судоподъемниках для частич­ного преодоления неуравновешенной части камеры с водой и умень­шения мощности механизмов перемещения применяется догрузка камеры слоем воды в несколько сантиметров, впускаемой в камеру из верхнего бьефа и затем выпускаемой в нижний бьеф. Недостат­ком вертикальных судоподъемников является з начительное ослож­нение их конструкций при больших колебаниях уровней воды в верхнем бьефе. Поэтому они сооружались только на судоходных каналах с малыми колебаниями уровней воды в них. Последний судоподъемник данного типа построен в ФРГ на обходном канале р. Эльбы.

Продольные наклонные судоподъемники в зависимости от про­филя их трассы бывают двускатными или односкатными. Суда мо­гут перемещаться в них насухо на платформе или на плаву в ка­мерах. Тележки и камеры могут быть самоходными или прицепны­ми с расположением механизмов перемещения на неподвижных частях судоподъемника.

Двускатные судоподъемники с перемещением на­сухо лодок и небольших судов (грузоподъемностью примерно до 100 т) применяли раньше других типов судоподъемников для преодоления высоких водоразделов между двумя реками. Их применяли и в последующем для перевалки насухо спортивных судов и катеров через крупные речные гидроузлы.

Односкатные судоподъемники с перемещением су­дов на плаву строили на судоходных каналах (с обычными на них небольшими колебаниями уровня воды), между ними и другими водоемами или рекой, они должны быть отделены от верхнего бье­фа головой в виде полушлюза. Самый большой судоподъемник та­кого типа - двухниточный судоподъемник Ронкьер - построен в Бельгии на канале Шарлеруа - Брюссель для преодоления судами грузоподъемностью до 1300 т перепада 67,5 м (рис. 110).

П

Рис . 111 Наклонные продольные судоподъемники при больших колебаниях в бьефах

а—односкатный с верховым судоходным шлюзом (продольный разрез); б—двускатный с са­моходной камерой (продольный разрез)

ри значительных колебаниях уровня верхнего бьефа, обычных на гидроузлах комплексного назначения с регулирующими сток реки водохранилищами,

могут применяться следующие схемы про­дольных наклонных судоподъемников: односкатный судоподъемник с верховым шлюзом, преодолевающим навигационные колебания уровня верхнего бьефа (рис.111а) и двускатный судоподъем­ник с поворотным кругом и судовозными путями к нему с обоих бьефов одинакового уклона; на последнем эти пути могут иметь между собой в горизонтальной плоскости угол, что облегчает впи­сывание их в рельеф местности, особенно горный. Самый большой двускатный судоподъемник построен на Красноярском гидроузле на р.Енисее для преодоления судами грузоподъемностью 1500 т (в перспективе 2000 т) перепада 101 м (рис.111 б), на котором самоходная камера перемещается по путям с помощью зубчатой передачи по рейке. В 1976 году впервые в СССР прошли испытания наклонного судоподъемника в районе Красноярской ГЭС. На Красноярском гидроузле (р. Енисей) наклонный двускатный судоподъемник работает при перепаде уровней в 100м. Камера длиной 90 м позволяет перемещать суда грузоподъемно­стью до 1500 т. Косяковая конструкция опирается на 156 колес. Ее перемещение производится с помощью зацепления зубчатых приводных колес за зубчатые рейки. Наклонные пути в нижнем и верхнем бьефах соответственно имеют длину 1248 и 306 м. На стыке этих путей для разворота судовозной камеры по­строен поворотный мост (круг) длиной 106 м. Судовозные пути имеют ширину колеи 9 м и уклон 1 : 10. Скорость камеры при подъеме может достигать 1,0, а при спуске 1,3 м/с.

Время проводки судов на плаву через такой судоподъемник получается значительным. Оно может быть уменьшено в 1,5 раза и более путем устройства у поворотного круга ту­пикового разъездного пути и ввода в работу второй камеры.

В последние годы во Франции на судоходных каналах построе­ны опытные поперечный наклонный (для небольших судов) и «кли­новой» судоподъемники.

Выбор судоподъемника вместо шлюза и его тип определяются в каждом конкретном случае в основном следующими факторами:

а) водоизмещением наибольшего расчетного судна;

б) степенью обеспеченности верхнего бьефа водой для шлюзования;

в) величи­ной преодолеваемого падения и амплитудой навигационных колеба­ний бьефов.

С увеличением размеров и грузоподъемности судов на внутрен­них водных путях конструкции камер и механическое оборудование судоподъемников значительно усложняются. В связи с этим для пропуска крупных судов большой грузоподъемности, достигающей на магистральных внутренних водных путях 5 - 10 тыс.т, судо­подъемники еще не сооружались. Водой на речных гидроузлах комплексного назначения шлюзование судов всегда обеспечено. На части построенных в Советском Союзе межбассейновых воднотранс­портных соединений водораздельные бьефы были обеспечены до­статочным количеством воды за счет собственной приточности или регулирования водохранилищами стока впадающих в них рек, а при машинном питании их водораздельных бьефов вода подавалась также и для водоснабжения или орошения. Поэтому водохозяйственных предпосылок для строительства на них судо­подъемников не было.

Приводившиеся сравнения вариантов судоходных шлюзов и су­доподъемников в гидроузлах комплексного назначения показывали целесообразность перехода на последние только при напорах, пре­вышающих в зависимости от местных топографических условий 60 - 70 м. Поэтому на гидроузлах, возводимых в России на равнин­ных реках, они применения не нашли.

В отечественной проектной практике последних лет во всех слу­чаях на гидроузлах большого напора со значительными колебания­ми верхнего бьефа принимали продольные наклонные судоподъ­емники.

Судоподъемники являются до сих пор единичными, уникаль­ными, весьма сложными сооружениями, строительные конструкции и особенно механическое оборудование которых не имеют устано­вившихся типов.

Наибольшее распространение судоподъемники получили в Западной Европе, где водность рек невелика, имеются большие перепады уровней и используются суда грузоподъемностью до 1000 - 1500 т.

В 1962 г. в ФРГ построен вертикальный поплавковый судо­подъемник с перепадом уровней 14,5 м, габаритами камеры 93Х12ХЗ м, перемещающий суда грузоподъемностью до 1500 т.

Наиболее крупный односкатный судоподъемник введен в экс­плуатацию в 1968 г. в Бельгии на канале Шарлеруа - Брюссель. Он преодолевает перепад уровней в 68 м, его камера габарита­ми 91Х12Х3,7 м позволяет перемещать суда водоизмещением до 1650 т.