- •Введение Предмет, цели, и задачи изучения курса (дисциплины)
- •Основные этапы исторического развития портов и водных путей.
- •Современное состояние и перспективы развития портов
- •Классификация, состав и основные элементы морских и речных портов. Классификация морских и речных портов.
- •Состав и основные элементы порта
- •Грузооборот, пропускная способность и судооборот порта
- •Морские и речные судоходные каналы Классификация судоходных каналов
- •А) полного профиля б) неполного профиля в) отсутствие прорези
- •Основные элементы судоходных каналов
- •Определение основных размеров каналов
- •Полная глубина в канале:
- •Акватория и территория порта Основные элементы акватории порта
- •Глубины на акватории порта
- •Расположение оградительных сооружений
- •Расположение и размеры входа в порт
- •Определение основных размеров акватории порта
- •Расположение причального фронта
- •Портовая территория
- •Естественный режим морских побережий и устьевых участков рек и его влияние на устройство и эксплуатацию портов и водных путей собщений
- •Элементы естественного режима морских побережий и устьевых участков рек.
- •Морские волны и их классификация
- •А) на бесконечной глубине б) на конечной глубине
- •Портовые гидротехнические сооружения Классификация портовых причальных сооружений.
- •Специализация причалов.
- •Р ис. 20 Основные типы причальных сооружений а) гравитационный б) на свайном основании в) тонкая стенка г,д,е) смешанная конструкция Типы гравитационных сооружений.
- •Конструкции портовых причальных сооружений в виде тонкой стенки, на сваях и колоннах
- •Конструкции причальных сооружений на свайных основаниях
- •Классификация особых типов причалов
- •Рейдовые и островные причалы
- •Причальные сооружения на опорах повышенной несущей способности.
- •Плавучие причалы
- •Кессоны
- •Причальные приспособления
- •Швартовные устройства
- •А) вращающаяся винтовая тумба б) тумба с откидной головкой в) быстроотделяющиеся гаки
- •Внешние силы и нагрузки, действующие на портовые причальные сооружения и особенности расчета Классификация внешних сил и нагрузок действующих на портовые причальные сооружения
- •Эксплуатационные нагрузки
- •Собственная масса конструкции и постоянных устройств
- •Давление грунта
- •Нагрузки, возникающие при взаимодействии между судном и причалом
- •Волновое давление
- •Состав нагрузок, их сочетание и последовательность расчетов
- •Портовые оградительные сооружения Классификация оградительных сооружений
- •Оградительные сооружения с вертикальной стенкой
- •Оградительные сооружения из обыкновенных массивов
- •Оградительные сооружения из циклопических массивов
- •Ячеистые (целюлярные) массивы
- •Оградительные сооружения из массивов-гигантов
- •Оградительные сооружения из свай
- •Широкие молы
- •Оградительные сооружения откосной формы
- •Молы из наброски сортированного камня
- •Оградительные сооружения из наброски массивов
- •Оградительные сооружения из песка
- •Новые типы оградительных сооружений
- •Молы и волноломы сквозной конструкции
- •Плавучие оградительные сооружения
- •Пневматические волноломы
- •Внешние силы и нагрузки действующие на оградительные сооружения
- •Основные виды оборудования
- •Транспортное оборудование портов
- •Энергоснабжение и освещение порта
- •Водоснабжение и канализация порта
- •Средства связи
- •Прочие виды оборудования порта
- •Подъемно-транспортные машины и механизмы
- •А) мостовой б) консольный
- •Поворотные краны
- •Вертикальные подъемники
- •Вагоноопрокидыватели
- •Скреперные установки
- •Тележки безрельсового транспорта
- •Погрузчики безрельсовые колесные и гусеничные
- •Подъемно-транспортные машины непрерывного действия
- •Устройство и назначение судовых грузовых устройств Назначение и устройство судовых грузовых устройств, их классификация
- •Основные элементы грузовых устройств со стрелами
- •Принципиальные схемы работы грузовыми стрелами и их размещение на судне
- •Легкие и тяжеловесные грузовые стрелы
- •Грузовые мачты и грузовые колонки
- •Классификация водных путей сообщений и гидротехнических узлов
- •Классификация внутренних водных путей.
- •Состав и основные элементы гидротехнических узлов
- •Основные понятия, конструктивные формы и типы шлюзов
- •Конструкция судоходного шлюза
- •Короткими обходными водопроводными галереями.
- •Временные причальные сооружения
- •Временные стационарные причалы
- •Габаритные размеры стационарных временных причалов
- •Нагрузки, действующие на временные причалы
- •Конструкция временных стационарных причалов
- •Организация работ по возведению стационарных причалов
- •Плавучие причалы
- •Причалы из судов, барж и других плавучих средств
- •Литература
-
П
Рис.104 Нижняя голова шлюза с
Рис.104. Нижняя голова шлюза с
Короткими обходными водопроводными галереями.
а—продольный 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
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
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
а—продольный
разрез; б—поперечный разрез
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
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
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)
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.