Типы судоходных шлюзов и особенности их работы
СУДОХОДНЫЕ ШЛЮЗЫ
Устройство однокамерного шлюза.
Типы судоходных шлюзов и особенности их работы
Судоходными шлюзами называются напорные гидротехнические сооружения, при помощи которых суда преодолевают сосредоточенные падения уровней воды на гидроузлах при переходе из одного бьефа в другой.
Основными конструктивными частями судоходного шлюза являются: верхняя и нижняя головы; расположенная между ними камера; верхний и нижний подходные каналы, примыкающие к соответствующим головам шлюза (рис. 12.1).
Рис. 12.1. Схематический план шлюза:
1 – верхний подходной канал; 2 – верхняя голова; 3 – камера шлюза;
4 – нижняя голова; 5 – нижний подходной канала: 6 – направляющие палы;
7 – причальная стенка.
Головы шлюза поддерживают разность уровней воды между бьефами и камерой при ее наполнении и опорожнении. На них размещается оборудование, предназначенное для осуществления процесса шлюзования. В камере шлюза, ограниченной с боков стенами, находятся суда при их шлюзовании. На стенах камеры размещаются устройства в виде тумб, а по высоте – плавучие рымы, за которые швартуются суда.
Подходные каналы, примыкающие к головам шлюза, имеют размеры, обеспечивающие расхождение судов при входе в камеру и выходе из нее, а также безопасные условия стоянки судов, ожидающих шлюзования у причальных стенок. Для обеспечения плавного входа судов в отверстия голов шлюза устраиваются направляющие палы, которые имеют в плане вид криволинейных стен.
Наиболее широкое применение, благодаря простоте конструкций и экономичности, нашел тип шлюза с наполнением камеры из-под плоских подъемно-опускных ворот (рис. 12.2).
Отверстие между стенами верхней головы закрывается воротами в виде металлического щита, который поднимается на определенную высоту для наполнения камеры шлюза. При подъеме ворот вода из верхнего бьефа поступает в камеру через отверстие, образуемое нижней кромкой ворот и порогом. После выравнивания уровней воды в камере и верхнем бьефе ворота опускаются вниз, освобождая отверстие для прохода судов. Самая высокая часть днища головы называется порогом. Вертикальная грань порога образует стенку падения. Емкость, в которую непосредственно поступает вода из верхнего бьефа при наполнении камеры шлюза, называется камерой гашения энергии потока. В пределах камеры гашения располагаются экран корытообразной формы, обеспечивающий соударение падающей струи и направление ее на стенку падения, который опирается по ширине шлюза на два раздельных бычка, гасительный колодец и балочная распределительная решетка, предназначенная для выравнивания скоростей потока по глубине после выхода в камеру шлюза. Камера шлюза по длине состоит из отдельно стоящих секций, длиной по 20-30 м каждая, разделенных между собой температурно-осадочными швами.
Отверстие между стенами нижней головы закрывается двустворчатыми воротами, которые в закрытом положении поддерживают уровень верхнего бьефа в камере. При установлении в камере уровня нижнего бьефа, створки ворот, вращаясь на вертикальных осях, заходят в ниши (шкафы) и освобождают отверстие для пропуска судов из камеры шлюза в нижний подходной канал. Опорожнение камеры осуществляется через короткие обходные водопроводные галереи, расположенные в стенах нижней головы. Галереи опорожнения снабжены рабочим затвором и двумя ремонтными затворами.
Шлюз оборудован механизмами для открытия ворот и затворов, причальными устройствами для швартовки судов, предохранительными устройствами для защиты ворот от навала судов и другими приспособлениями. Для изоляции шлюза и отдельных его частей от бьефов, на случай осмотра и ремонта перед головами шлюза предусмотрены ремонтные ворота. На верхних головах часто устраивают аварийно-ремонтные или аварийные затворы, которые могут перекрывать судоходное отверстие в процессе наполнения камеры при возникновении на шлюзе аварийных ситуаций.
Процесс пропуска судов из одного бьефа в другой состоит из отдельных операций и может осуществляться в одностороннем (при наличии судов одного направления) или двухстороннем порядке. Так, для пропуска судов из нижнего бьефа в верхний при одностороннем движении, в камере должен быть установлен уровень нижнего бьефа, открыты ворота нижней головы и дан разрешающий сигнал светофора на вход судов из нижнего подходного канала в камеру шлюза. После входа судов в камеру нижние ворота закрываются, суда швартуются к причальным устройствам и подают сигнал о готовности. При подъеме верхних ворот на определенную высоту камера заполняется водой. По мере наполнения камеры вместе с уровнем воды поднимаются и суда. Когда уровень в камере сравняется с уровнем верхнего бьефа, ворота верхней головы открываются, на судах отдаются швартовые и по разрешающему сигналу светофора они выходят из камеры шлюза в верхний подходной канал. Шлюзование судов из верхнего бьефа в нижний производится в обратной последовательности.
В зависимости от числа последовательно расположенных камер шлюзы подразделяется на однокамерные и многокамерные, а по числу параллельно расположенных камер – на однониточные и многониточные.
В однокамерном шлюзе (см. рис. 12.2) суда преодолевают весь напор на гидроузле в одной камере. Однокамерные шлюзы нашли самое широкое распространение не только в России, но и за рубежом. Иногда, для уменьшения объема сливной призмы Vсл и сокращения времени шлюзования одиночных судов, однокамерные шлюзы могут возводиться с проме 
жуточной (средней) головой (рис. 12.3, а). При больших напорах на камеру обычно строят однокамерные шлюзы шахтного типа, отличающихся от средне- и низконапорных шлюзов стенкой со стороны нижнего бьефа, которую принято называть забральной (рис. 12.3, б). Шахтные шлюзы возводят на скальных грунтах, они используют большой объем сливной призмы на одно шлюзование и имеют малую пропускную способность.
Если напор разбит на несколько равных частей и суда преодолевают его последовательно в нескольких камерах одного шлюза, то такой шлюз называется многокамерным или многоступенчатым (рис. 12.3, в). В отличие от однокамерного шлюза, многокамерный шлюз имеет промежуточные головы, сопрягающие две смежные камеры. На промежуточных головах величина напора удваивается тогда, когда одна камера наполнена, а нижележащая опорожнена. При шлюзовании судов в многокамерных шлюзах объем сливной призмы уменьшается пропорционально числу камер, но увеличивается время шлюзования. Для уменьшения затрат на шлюзование и увеличения пропускной способности шлюзов применяются серийные шлюзования, заключающиеся в пропуске судов в порядке одностороннего движения из верхнего бьефа в нижний, а затем наоборот. Многокамерные шлюзы возводятся на водных путях с небольшим судооборотом и при необходимости уменьшения напора на отдельную камеру по технико-экономическим соображениям, а также с учетом геологических и водохозяйственных условий.
Для экономии расходуемой воды при шлюзовании и с целью уменьшения влияния волновых явлений, возникающих при наполнении и опорожнении камеры, устраиваются шлюзы со сберегательными бассейнами (рис. 12.3, г). Они чаще всего строятся на судоходных каналах. Рядом с камерой шлюза (слева и справа) возводят открытые или закрытые бассейны, которые забирают воду из камеры при ее опорожнении и отдают обратно при наполнении. Каждый бассейн соединен с камерой шлюза при помощи водопроводов, снабженных затворами. Чаще всего строят шлюзы с тремя сберегательными бассейнами, так как большее их число дает малое приращение экономии воды и вызывает удорожание строительства шлюза. Шлюзы со сберегательными бассейнами требуют при их возведении выполнения больших объемов работ, сложного оборудования, обладают меньшей пропускной способностью и поэтому в нашей стране не строились. Их применение может быть обосновано при строительстве судоходных каналов в засушливых районах и для больших по размерам судоходных шлюзов. Самыми крупными в мире шлюзами со сберегательными бассейнами являются новые шлюзы Панамского канала, строительство которых начато в 2009 г. и будет завершено в 2014 г. (к 100-летнему юбилею канала). Проектом реконструкции канала предусмотрено возвести два трехкамерных шлюза (один – со стороны Атлантики, а второй – со стороны Тихого океана) с размерами камер 420 м в длину, 60 м в ширину и 18 м в глубину, рассчитанными на пропуск расчетного судна класса “постпанамакс” водоизмещением свыше 300 000 кН).
На водных путях с интенсивным судоходством рядом друг с другом строят несколько шлюзов, которые называют многониточными. Чаще всего в одном своре располагают два шлюза, называемые двухниточными или парными (рис. 12.3, д). Парные шлюзы удобны в эксплуатации, позволяют экономить сливную призму (при устройстве системы питания с перепуском воды из одной камеры в другую) и при необходимости периодически осуществлять очистку камер от затонувшей древесины, а также мелкие ремонтные работы.
Существуют также шлюзы, которые кроме пропуска судов могут выполнять и другие функции, например, пропускать без размывов расход воды из верхнего бьефа в нижний. Такой шлюз является не только судоходным, но и водопропускным, получив название шлюза-водосброса. Шлюзы водосбросы пока не получили широкого применения. Первый в России однокамерный шлюз-водосброс на р. Уфе – Павловский с напором 33 м эксплуатируется с 1962 г.; он имеет малую пропускную способность и рассчитан на пропуск, в основном, паводковых расходов воды.
К другим типам шлюзов, не предназначенных для судоходства, можно отнести рыбопропускные шлюзы, которые служат для пропуска ценных пород рыб из нижнего бьефа в верхний, и шлюзы-регуляторы, регулирующие поступление воды на различные водохозяйственные цели.
Источник
Что значит однониточный шлюз
Тушино 20+ запись закреплена
Так что же такое шлюз, как он работает и для чего нужен? Краткий ликбез.
Шлюз судохоодный – гидротехническое сооружение, расположенное между водоёмами (бьефами) с разными уровнями, предназначенное для пропуска судов или плотов из одного бьефа в другой.
Процесс проводки судов (плотов) через шлюз называют шлюзованием. Суда подходят к шлюзу по подходным каналам (верховому и низовому), имеющим причальные сооружения для отстоя судов, ожидающих шлюзования, и направляющие сооружения (направляющие палы), обеспечивающие безопасный вход судов в шлюз. Суда проводят из верхнего бьефа в нижний или обратно через камеры шлюзов, уровни воды в которых выравнивают в соответствии с уровнями бьефов.
Судоходные шлюзы сооружают в подпорных речных гидроузлах, судоходных каналах, а также в морских портах, акватории которых подвержены приливам и отливам со значительной амплитудой.
При строительстве первых искусственных каналов, возводимых, как правило, на равнинных участках местности, инженеры и строители предпочитали строить обводы в случае попадания на пути канала холмов либо низин. Однако удлинение канала влекло за собой чрезмерное удорожание строительства и увеличивало длительность прохождения по нему судна. Для решения этой проблемы стали применяться шлюзы. Далее, по мере усовершенствования технических знаний и возможностей, для прохождения препятствий стали применяться всё новые решения: акведуки, туннели, дамбы. И в каждом из таких сооружений продолжили использовать шлюзы, ставшие с тех времен и по сей день неотъемлемой частью практически любого гидросооружения.
Современные камерные шлюзы начали сооружаться в Западной Европе в XVI в. и постепенно вытеснили бескамерные шлюзы (полушлюзы). Полушлюзы представляли собой плотину, один из водопропускных пролётов которой был оборудован двустворчатыми воротами и приспособлен для проводки судов. Последнее даже при совершенно незначительных напорах было чрезвычайно затруднительно, т.к. суда приходилось проводить в потоке воды, скорости которого были весьма высокими, и удерживать против течения канатами и т.д. Поэтому полушлюзы систематически заменялись камерными шлюзами: например, при открытии в 1811 г. судоходства по Тихвинской системе (одна из трёх судоходных систем, соединявших р. Волгу с Петербургом, ныне заброшена и разрушена) в её составе было 34 камерных шлюза и 51 полушлюз, но к середине XIX в. все полушлюзы были упразднены и заменены камерными шлюзами.
Камерный шлюз представляет собою отрезок канала, замкнутый со стороны обоих бьефов полушлюзами. Последние называются головами шлюза, а отрезок канала между ними – его камерой. Нижние головы шлюзов обычно оборудуют двустворчатыми воротами. Верхние головы оборудуют гидротехническими судопропускными затворами разных типов, но название «ворота» при этом сохраняется.
Шлюзование судов снизу вверх происходит в такой последовательности:
Сначала при обоих закрытых воротах происходит выравнивание уровня воды в камере с уровнем воды нижнего бьефа (опорожнение камеры), причём водопропускные отверстия, соединяющие камеру с нижним бьефом, открыты, а соединяющие с верхним бьефом — закрыты. После выравнивания уровней судно (или караван судов) заводят в камеру. После этого нижние ворота и затворы водопропускных отверстий, соединяющих камеру с нижним бьефом, закрывают и открывают отверстия, соединяющие камеру с верхним бьефом. Идёт наполнение камеры, причём вместе с уровнем воды поднимаются и суда, находящиеся в камере. После выравнивания уровня воды в камере с уровнем верхнего бьефа ворота верхней головы открывают, и суда выходят в верхний бьеф. Шлюзование из верхнего бьефа в нижний происходит в обратной последовательности.
При шлюзовании, как правило, стараются чередовать направление пропускания судов: после того, как судно, идущее, к примеру, вниз по течению, завершило шлюзование, в камеру с уже пониженным уровнем воды в ней может сразу же зайти судно, движущееся в обратном направлении. Таким образом, не требуется выполнять лишнее заполнение либо слив воды из камеры. Однако при каждом шлюзовании всё же происходит слив воды из камеры в нижний бьеф. Объём воды, требующийся для заполнения камеры от уровня нижнего бьефа до уровня верхнего бьефа и сливаемый в нижний бьеф при каждом опорожнении камеры, называется объёмом сливной призмы. Стремлением уменьшить потери воды на шлюзование обусловлено устройство многокамерных (многоступенчатых) шлюзов, шлюзов со сберегательными бассейнами и, наконец, судоподъёмников, у которых сливной призмы воды вообще нет.
По устройству судоходные шлюзы весьма многообразны, и их классифицируют по разным признакам.
По числу камер различают шлюзы однокамерные (состоят из одной камеры с верхней и нижней головами) и многокамерные (многоступенчатые). Последние состоят из нескольких последовательно расположенных камер, разделённых промежуточными головами. Главная причина увеличения числа камер – уменьшение объёма сливной призмы: по сравнению с однокамерным шлюзом у двухкамерного объём сливной призмы уменьшается вдвое, у трёхкамерного – втрое и т.д. Но вместе с тем возрастают неудобства при шлюзовании (судно должно последовательно переходить из камеры в камеру) и время шлюзования. Поэтому обычно ограничиваются двумя–тремя камерами, хотя существуют и пяти-, и шестикамерные шлюзы (например, Камский (Пермский) шлюз на р. Каме).
По числу ниток (параллельно расположенных камер) различают одно-, двух- и, редко, трёхниточные шлюзы. Шлюзы с числом ниток более одной устраивают, когда пропускной способности однониточного шлюза недостаточно.
По способу питания водой различают шлюзы с головными и распределительными системами питания.
По основному материалу различают шлюзы деревянные (с ряжевыми или стоечно-обшивными стенами), каменные (из каменной или кирпичной кладки), бетонные, железобетонные, из металлического шпунта.
Источник
