ВОДНЫЕ ПУТИ РОССИИ СТАТЬИ

СУДОХОДНЫЕ ШЛЮЗЫ

 

СУДОХОДНЫЕ ШЛЮЗЫ  

ТИПЫ СУДОХОДНЫХ ШЛЮЗОВ

        Судоходный шлюз представляет собой напорное гидротехническое сооружение, предназначенное для перемещения судов из одного бьефа в другой.

        Современные судоходные шлюзы строят из железобетона, а элементы оборудования изготавливают из стали. Шлюз состоит из трех основных частей: верхней и нижней голов и камеры. Головы шлюза предназначены для размещения оборудования, ворот, водопроводных систем, пульта управления. Они воспринимают напор воды. Камера шлюза предназначена для размещения в ней шлюзуемых судов.

По числу камер и их взаимному расположению судоходные шлюзы делятся на однокамерные, многокамерные, однониточные и двухниточные. Число камер шлюза в составе гидроузла зависит от напора воды на гидроузел, геологических и прочих местных условий, его устанавливают расчетным путем.

         Наиболее распространены однокамерные шлюзы. Прежде однокамерные шлюзы строились для напоров, не превышавших 20 м. В современных условиях с развитием строительной индустрии напор в однокамерном шлюзе может быть значительно больше.

         При относительно небольших напорах (6-8 м) и существенных колебаниях уровня воды в верхнем бьефе (ВБ) дно на подходах к шлюзу со стороны верхнего и нижнего бьефов (НБ) и дно камеры шлюза могут находиться примерно на одной высоте.

         Здесь лимитирующей судоходство является глубина на нижнем пороге шлюза. Увеличенная вследствие напора глубина на верхнем пороге не создает возможности для повышения загрузки транзитных судов.

При больших напорах воды строят шлюзы со стенкой падения, которая выравнивает глубины на порогах верхней и нижней голов шлюза, позволяет уменьшить высоту ворот со стороны верхнего бьефа, снизить затраты на строительство шлюза. Наличие уступа в верхней голове используют и в технологических целях - для прохода судов ворота верхней головы опускаются под воду у стенки падения.

         В поперечном сечении камера современного шлюза имеет очертания дока с вертикальными стенами.

При необходимости преодоления значительного напора воды или по иным технико-экономическим соображениям строят многокамерные шлюзы. Многокамерный шлюз представляет собой несколько последовательно расположенных шлюзов с общими средними (промежуточными) головами. Двухкамерные шлюзы имеются на Волгоградском гидроузле, Беломорско-Балтийском канале, «Канале имени Москвы». Трехкамерные шлюзы имеются на Днепрогэсе, Новосибирском гидроузле, шестикамерный шлюз - на Пермском гидроузле.

         При стабильных уровнях воды в верхнем и нижнем бьефах общий напор на гидроузел равномерно распределяется на камеры многокамерного шлюза. Однако в большинстве случаев уровни в бьефах подвержены значительным и несогласованным во времени колебаниям. Например, при глубокой предполоводной сработке водохранилища возможны резкие колебания уровня воды в нижнем бьефе при суточном регулировании стока. В этом случае нижняя камера многокамерного шлюза не сможет вместить весь объем воды, поступающей в нее из верхних камер. Для исключения перелива воды через ворота шлюза необходимо устройство специальных водосбросов. Число камер многокамерного шлюза определяется расчетным путем на основе пропускной способности шлюза, расхода воды на шлюзование и т. д.

В остальных случаях при больших напорах (30 м и более) строят шахтные шлюзы. Конструкция шахтного шлюза позволяет уменьшить высоту ворот нижней головы и существенно облегчить их. Часть напора на нижнюю голову воспринимается бетонным элементом шлюза - забральной стенкой.

         На водных путях СНГ сейчас эксплуатируются три шахтных шлюза: Усть-Каменогорский (на р. Иртыш), Павловский (на р. Уфе), Днепровский (в составе Днепрогэса).

  На участках с интенсивным судоходством строят парные (двухниточные) шлюзы. Такой шлюз имеет большую пропускную способность, при его использовании снижаются затраты времени на пропуск судов. В состав парного шлюза могут входить шлюзы любого из перечисленных типов. На наиболее грузонапряженных участках единой глубоководной системы - реках Волге и Каме - все судоходные шлюзы двухниточные.

Для повышения и понижения уровня воды в шлюзе до отметки верхнего или нижнего бьефа наполняют или опорожняют камеры. Подача и сброс воды происходят по специальным водопроводным системам самотеком под действием напора по принципу сообщающихся сосудов.

Объем подаваемой в шлюз или сбрасываемой из него воды называется сливной призмой. Она примерно равна произведению, полученному от перемножения длины, ширины камеры и напора.

   

КОНСТРУКЦИЯ ШЛЮЗА

        На внутренних водных путях России наиболее широкое распространение получил однокамерный шлюз со стенкой падения. В головах шлюза размещены: оборудование, механизмы, водопроводные системы, пульты управления. От верхнего бьефа камера шлюза отделена воротами, чаще всего имеющими вид плоского металлического щита, перемещаемого по вертикали. Длина щита несколько превышает ширину камеры, а высота - глубину на пороге верхней головы. Перед рабочими воротами на верхней голове имеются аварийные ворота, которые обычно являются подъемно-опускным металлическим щитом.

        У шлюза подобного типа рабочие ворота одновременно выполняют функцию гидравлического затвора. Для наполнения шлюза рабочие ворота медленно поднимают на высоту 1,5-2,5 м. Через образовавшуюся под воротами щель вода протекает из верхнего бьефа в камеру. Эта падающая с большой высоты мощная струя в камере шлюза может вызвать сильные колебания - "раскачку" воды. Чтобы ослабить неблагоприятное воздействие потока на ошвартованные в камере шлюза суда, воду из-под ворот направляют в специальное пространство за железобетонный экран, называемое камерой гашения энергии потока. Балочный гаситель способствует выравниванию скорости течения потока по глубине и ширине камеры шлюза. На примыкающем к балочному гасителю участке камеры, называемого успокоительным, движение потока остается довольно бурным и размещение судов там не допускается.

        От нижнего бьефа камера шлюза отделяется обычно двустворчатыми воротами. В закрытом состоянии створки ворот образуют между собой угол в 140о, благодаря чему давление воды стремящееся распрямить этот угол передаётся на боковые устои нижней головы. В открытом состоянии створки ворот размещаются в шкафных нишах. Пространство в зоне движения створок называют шкафной частью шлюза.

        Сброс воды при опорожнении камеры осуществляют через две короткие водопроводные галереи нижней головы, перекрывающиеся плоскими затворами. Высотой и скоростью их подъёма регулируется расход воды через галереи и время опорожнения камеры.

        Для возможности полного осушения камеры шлюза для ремонта, нижняя голова может быть отделена от нижнего бьефа ремонтным затвором.

        Камеры большинства судоходных шлюзов имеют сплошное днище и стены с вертикальной лицевой поверхностью выполненные из железобетона.

Позиции к рис. «Конструктивная схема однокамерного шлюза со стенкой падения»

1.       Плоские верхние ворота

2.       Ремонтно-аварийные ворота

3.       Камера гашения

4.       Железобетонный экран камеры гашения

5.       Балочный гаситель

6.       Короткие водопроводные галереи нижней головы

7.       Двустворчатые ворота

8.       Ремонтный затвор нижней головы

9.       Успокоительный участок

10.   Плоские щиты (затворы) водопроводных галерей

11.   Шкафные ниши

12.   Шкафная часть

 

        Основные габаритные размеры шлюза – это полезные длина, ширина и глубина камеры. Полезная длина шлюза это длина камеры без успокоительной и шкафной частей. По конструктивным соображениям глубина камеры обычно больше глубины на порогах верхней и особенно нижней голов, поэтому глубиной шлюза является глубина на пороге (короле).

        Совокупность водопроводных устройств, обеспечивающих наполнение и опорожнение камеры шлюза, называют системой питания шлюза. Системы питания бывают двух видов – сосредоточенная (головная) и распределительная.

        При сосредоточенной системе питания подача воды в камеру и сброс из неё осуществляется соответственно в верхней и нижней головах шлюза. При больших напора свыше 14 м такая система не обеспечивает должного для безопасного шлюзования судов гашения скорости потока, и такие условия могут быть созданы только путём увеличения времени наполнения камеры, что снижает пропускную способность шлюза. Сосредоточенная система питания имеет следующие конструктивные решения. Простейшим типом сосредоточенной системы питания является наполнение и опорожнение камеры шлюза через отверстия в воротах, перекрываемые затворами. Этот тип питания применяется на шлюзах с небольшими напорами (например, на шестикамерном шлюзе Камского гидроузла). Широкое распространение получил способ сосредоточенного наполнения камеры шлюза из-под подъемно-опускных ворот верхней головы и опорожнения через круговые галереи нижней головы. Водопроводные устройства шлюзов с сосредоточенной системой питания имеют небольшие размеры, строительство их требует меньших капиталовложений. Однако в связи с возникающими в камере колебательными (волновыми) перемещениями масс воды и сильным течением продолжительность наполнения и опорожнения камеры оказывается довольно значительной.

        При больших напорах рациональной оказывается распределительная система питания шлюза, обеспечивающая возможность ускоренного наполнения и опорожнения камеры шлюза. При распределительной системе питания подача и сброс воды происходят посредством нескольких продольных галерей, расположенных в днище шлюза. Эти галереи с камерой шлюза соединены множеством выпусков (отверстий).

        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. Это позволяет сократить время наполнения и опорожнения камеры.

         Выбирают оптимальную систему питания 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 или опорожнении иногда места забора и сброса воды выносят за пределы подходных каналов. Такая конструкция шлюза применена на Угличском и Верхнесвирском гидроузле.

При сосредоточенном впуске воды в шлюз у верхней головы происходит местный подъем уровня воды, формируется одиночная длинная волна, фронт которой устремляется к нижней голове. По достижении нижних ворот прямая волна отражается и уже в качестве отраженной волны движется в сторону верхней головы. В процессе наполнения шлюза подобные прямые и обратные перемещения волн повторяются несколько раз. В итоге поверхность воды в камере шлюза попеременно приобретает наклон то к нижней, то к верхней голове. Шлюзуемое судно, оказавшись на наклонной поверхности воды, стремится переместиться по направлению мгновенного уклона. По соображениям безопасности все шлюзуемые суда подлежат обязательной швартовке за специальные устройства, находящиеся на стенах камеры. На современных высоконапорных шлюзах такими устройствами являются плавучие рымы, на низконапорных и старых шлюзах – вмонтированные в стены крючки и швартовные тумбы на парапетах стен.

Плавучий рым – швартовный крюк, смонтированный на плавучем понтоне, который передвигается в нише стенки шлюза по направляющим вслед за уровнем воды в камере шлюза.

         В настоящее время основные технологические операции по управлению механизмами шлюзов полностью механизированы и автоматизированы.  

 

 

Материал подготовлен на основе учебника для ВУЗов «Лоция ЕГС» Фролов Р.Д., Шмелёв Г.М. изд. 1991 г.

 
  

   Водные пути России - Информационно-справочный сайт
   Сайт входит в проект Российский речной флот и туризм INFOFLOT.RU
   При использовании материалов ссылка на WWW.INFOFLOT.RU обязательна.
   Пишите нам: map@infoflot.ru
    Информация на странице обновлена02 февраля, 2003
   Россия, Москва 2002

Rambler's Top100

MAFIA's Top100