Калугина_Шлюзованные системы ВВП. Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство морского и речного транспорта Омский институт водного транспорта филиал
 Скачать 3.9 Mb.
|
|
1.5.3 Классификация судоподъемников Вертикальные судоподъемники. Судоподъемники служат для вертикального перемещения судов в наполненной водой камере, имеющей с обоих концов ворота. Чтобы сделать возможным сопряжение камеры с верхним или нижним бьефом, в бьефах также имеются ворота. Для подъема судна из нижнего бьефа в верхний, камера должна находиться в нижнем положении, а пространство между нижними воротами камеры и воротами нижнего бьефа должно быть заполнено водой. Открывают указанные ворота и в камеру вводят судно. После этого 78 закрывают те и другие ворота, удаляют оставшуюся между ними воду и поднимают камеру. Камеру останавливают в момент, когда уровень воды в ней будет одинаков с уровнем верхнего бьефа. Затем, чтобы перекрыть зазор между стенкой бьефа и торцом камеры, выдвигают уплотнение и заполняют водой пространство между верхними воротами камеры и воротами верхнего бьефа, открывают ворота и выводят судно в бьеф. Опускание судна из верхнего бьефа в нижний, происходит по такому же принципу, но в обратном порядке. Вертикальные судоподъемники по способу уравновешивания подвижной части и характерным конструктивным признакам подразделяются на: гидравлические (поршневые), поплавковые и механические. Гидравлические судоподъемники всегда строят парными, т. е. с двумя камерами. Каждая камера опирается на один поршень, который движется в цилиндре. Цилиндры заполнены водой и соединены между собой трубопроводом с установленным на нем затвором. Между поршнем и цилиндром имеется уплотнение. Давление воды в цилиндре, действуя на поршень, уравновешивает вес поршня и камеры с водой. Величина давления в цилиндре зависит от веса подвижной части судоподъемника и диаметра поршня, например, в судоподъемнике Петерборо (Канада) давление равно 42кгс/см 2 Рис.39 Схема гидравлического (поршневого) судоподъемника: 1 — цилиндр (шахта); 2 —подъемные ворота бьефа; 3 —подъемная камера; 4—направляющий каркас; 5 — ворота подъемной камеры; 6 — уплотнение между камерой и стенкой бьефа; 7— приемная камера; 8 — поршень; 9 — уплотнение; 10— чугунная облицовка шахты; 10 — затвор трубопровода Камеры движутся вследствие того, что верхняя камера наполнена водой больше (на величину ∆t), чем нижняя. Добавочный слой воды в 79 верхнюю камеру впускают из верхнего бьефа, после чего уровни воды в камере и бьефе становятся одинаковыми. С началом открытия затвора вода начинает перетекать по трубопроводу из одного цилиндра в другой и камеры приходят в движение — одна вниз, другая вверх. Когда камера, имеющая водяную пригрузку, опустится, лишнюю воду из нее выпускают в нижний бьеф. Гидравлические судоподъемники невыгодно строить для перемещения крупных судов, а также при большой разности уровней бьефов. Наиболее крупные из построенных судоподъемников этого типа могут пропускать суда грузоподъемностью до 800 тс при разности уровней до 20м. Поплавковые судоподъемники для уравновешивания камеры с водой и поддерживающих ферм имеют вертикальные поплавки, погруженные в наполненные водой шахты. Шахты могут быть расположены под камерой, сбоку от нее и даже над ней. У всех построенных судоподъемников шахты находятся под камерой. Рис.40 Схема поплавкового судоподъемника. Шахты имеют цилиндрическую форму; наибольшая глубина шахты у судоподъемника Ротензее (Германия) — 54,3м. Камера перемещается между направляющими каркасами (башнями). Перемещение почти уравновешенной камеры осуществляется механизмом, который должен преодолевать лишь сопротивление движению. Новый поплавковый судоподъемник Генрихенбург, построенный в 1962г. в ФРГ, преодолевает высоту 14,5м и имеет камеру полезными размерами 93X12X3 м. Он позволяет пропускать суда грузоподъемностью до 1500тс. Вес подвижных частей судоподъемника 5000т, в том числе 3500т воды. Поплавковые судоподъемники нерационально применять для преодоления значительных высот, так как при этом возникает 80 необходимость устройства глубоких шахт, которые значительно увеличивают стоимость сооружения и сложны в эксплуатации. Механические судоподъемники позволяют преодолевать значительную разность уровней бьефов. Уравновешивание камеры в однониточном судоподъемнике достигается применением противовесов. Противовесы не нужны в парных судоподъемниках, так как камеры их, будучи взаимно связанными (пластинчатыми цепями, стальными канатами), уравновешивают друг друга. Наиболее крупный механический судоподъемник Нидерфинов построен в ГДР в 1934г. Он имеет камеру полезными размерами 85X12X2,5м и преодолевает разность уровней бьефов 35,7м. Указанные размеры камеры позволяют пропускать уда грузоподъемностью до 1000 тс. Вес порожней камеры судоподъемника 1600 т, с водой 4200 т. Подвижная камера, закрытая с торцов воротами, подвешена помощью 256 стальных канатов диаметром 52мм. Канаты перекинуты через блоки диаметром 3,5м, укрепленные на верху каркаса. К свободным концам канатов подвешены противовесы. Перемещение камеры осуществляется с помощью четырех механизмов, расположенных по два с каждой стороны камеры. Каждый механизм имеет звездочку, которая находится в зацеплении с вертикальной цевочной рейкой, укрепленной на каркасе сооружения. От этих же механизмов вращаются четыре вертикальных винта (шпинделя), находящиеся в зацеплении с вертикальными гаечными колоннами и выполняющие функции противоаварийного стопорного устройства. Наклонные судоподъемники. Наклонные судоподъемники могут быть продольными, если продольная ось судна совпадает с правлением движения, и поперечными, в которых продольная осьсудна перпендикулярна направлению движения. По форме продольногопрофиля пути наклонные судоподъемники делятся на двускатные и односкатные. Рис.41 Схема двускатного продольного судоподъемника 81 Двускатный продольный судоподъемник простейшего типа состоит из колесной тележки, на которой судно поднимается из одного бьефа до гребня сооружения (т. е. до наивысшей точки), а затем спускается во второй бьеф. Тележка перемещается с помощью канатной лебедки. В таких судоподъемниках суда перевозят в осушенном состоянии. Чтобы обеспечить при перевозке горизонтальное положение судна, рельсы для передних и задних колес тележки располагают на разных уровнях или применяют так называемые косяковые тележки, имеющие клиновидную форму. В последнем случае на каждом скате пути располагают самостоятельную косяковую тележку и перемещают судно на гребне путей с одной косяковой тележки на другую. Перемещение крупных груженых судов осуществляют в камере с водой. Такая схема применена, в частности, на судоподъемнике Красноярского гидроузла. Односкатные судоподъемники с перемещением судов на плаву требуется отделять от верхнего бьефа напорным сооружением. При больших колебаниях верхнего бьефа напорное сооружение выполняют в виде шлюза, а при малых колебаниях — полу шлюза. Во избежание значительного изменения веса подвижной камеры при опускании ее под уровень нижнего бьефа нижнюю часть судоподъемника ограждают от бьефа шлюзом или полу шлюзом. Таким образом, камера судоподъемника движется на всем протяжении по сухому пути. К подобным сооружениям с двумя полу шлюзами относится судоподъемник Ронкьер (Бельгия), введенный в эксплуатацию в 1968г. Судоподъемник позволяет преодолевать разность уровней бьефов 68м судами грузоподъемностью 1650тс и имеет две камеры, работающие независимо одна от другой. Суда перевозят в камерах, наполненных водой. Длина камеры 91м, ширина 12м, глубина воды в ней от 3 до 3,7м. Каждая камера установлена на косяковой тележке, которая перемещается по путям, уложенным с уклоном 1:20. Камера перемещается канатным механизмом, состоящим из нескольких лебедок, снабженных противовесами. Поперечные судоподъемники применяют для преодоления судами большой разности уровней бьефов при значительных уклонах местности. Это объясняется тем, что при больших уклонах судоходного пути низовой конец косяковой тележки должен иметь большую высоту, а следовательно, требуется большая глубина заложения путей в месте примыкания к нижней голове, что усложняет производство работ и удорожает стоимость сооружения. Последний из построенных поперечных судоподъемников — Сан Луи (Франция). Он введен в эксплуатацию в 1969г. и позволяет преодолевать судам грузоподъемностью 350 тс разность уровней бьефов 44,5м. 82 Судоподъемник с водяным клином является новым типом сооружения. Он представляет собой наклонный канал, в котором движется затвор, перемещающий клинообразную призму воды вместе с находящимся в ней судном. От верхнего бьефа канал отделен воротами. Первый опытный судоподъемник с водяным клином построен в 1973г. у местечка Монтеш (Франция) и рассчитан на пропуск судов грузоподъемностью 400тс. 1.5.4 Наклонные судоподъемники Наклонными судоподъемниками называются наклонные плоскости, снабженные путями, по которым в особых тележках насухо или в наполненных водой камерах производят перемещение небольших судов из одного водоема в другой. Наклонные судоподъемники называют также наклонными плоскостями (или судовозными дорогами). Прообразом таких судоподъемников у нас были волоки, существовавшие в допетровской Руси между верховьями ряда рек, по которым суда «волочили» на катках, колесных ходах, полозьях, а иногда и без всяких приспособлений. Перевозка судов насухо, даже при небольших высотах подъема и малых размерах судов, неблагоприятно отражалась на их прочности. Поэтому развитие наклонных судоподъемников в дальнейшем преследовало цели усовершенствования самого пути и перевозочных средств, что в конечном итоге позволило несколько увеличить высоту подъема и размеры судов, а также безопасность их перевозки. Однако наклонные судоподъемники нашли ограниченное применение, в современной же практике строительства водных путей их почти не применяют. В зависимости от расположения судов при их перевозке наклонные судоподъемники разделяются на продольные и поперечные. При продольных судоподъемниках судно располагается вдоль путей, при поперечных — перпендикулярно к ним. Продольные наклонные судоподъемники могут быть с одним, иди двумя скатами. В первоначальном своем виде судоподъемники были двухскатные, так как приходилось преодолевать водораздел между двумя реками. С появлением камерных шлюзов была сделана попытка применить односкатные судоподъемники со шлюзом в верхнем бьефе. Последние были построены в 1825—1833гг. для преодоления падений от 11 до 30м с перевозкой насухо судов грузоподъемностью до 70т, причем путям был придан уклон 1:10. Для опускания судна в нижний бьеф тележки вводили в шлюз, после чего нижние ворота закрывали и камера шлюза наполнялась водой до уровня верхнего бьефа. Тогда открывали верхние ворота, в шлюз вводили судно, которое опускали на тележки, после чего закрывали верхние ворота, опорожняли камеру, открывали нижние ворота, и судно 83 начинали спускать по наклонной плоскости в нижний бьеф. Для подъема судна в верхний бьеф тележки с судном после преодоления наклонной плоскости вводили в опорожненную камеру, закрывали нижние ворота, наполняли камеру водой и после открытия верхних ворот выводили судно в верхний бьеф. Ввиду дороговизны таких шлюзов продольные односкатные судоподъемники дальнейшего распространения не получили и были вытеснены двухскатными. Двухскатные судоподъемники были, например, применены в .1845— 1860гг. для преодоления падения от 13 до 25м с перемещением судов грузоподъемностью до 60т. Эти судоподъемники устроены с рельсовыми путями, уклон одного ската 1:12, другого 1:24. По рельсам перемещаются уравновешивающие друг друга катучие тележки 7, соединенные между собой тросами Тросы перекинуты через барабан. При вращении барабана один трос поднимает тележку наверх, а другой трос опускает ддругую тележку вниз (под действием ее веса). Для вытаскивания тележек из верхнего бьефа с другой стороны к ним прикреплены тросы, перекинутые через барабаны, расположенные в нижнем бьефе. В обоих бьефах уложено по две дополнительные колеи. Бандажи колес устроены с ребордами, позволяющими катить одну ось по основной колее а, другую — по дополнительным. Благодаря этому в начале и конце движения судно поднимается и опускается в горизонтальном положении, что устраняет вредные напряжения в его корпусе. Двухскатные судоподъемники могут быть устроены также и с одной тележкой, не уравновешенной противовесами. Рис.42 Разновидность свободных поперечных спусков Поперечный наклонный судоподъемник был применен только в одном случае в 1900г. для преодоления падения 22,9м судами грузоподъемностью до 70т. Дорога оборудована четырьмя парами рельсов 1 й, уложенных с уклоном 1:4. По рельсам перемещаются две тележки с наполненными водой камерами 2 длиной 24,4м и шириной 4,6м. Тележки связаны тисами, 84 перекинутыми через горизонтальные шкивы 3. В нижнем бьефе камеры погружают в воду, в верхнем — прижимают посредством гидравлических прессов к примыкающей к наклонной плоскостичасти 4 верхнего бьефа. Камеры со стороны верхнего бьефа и подходные части последнего закрываются подъемными воротами 5, уравновешенными противовесами. Привод для движения тележек с камерами — от паровой машины. Опыт применения наклонных судоподъемников позволяет отметить следующие их серьезные недостатки: неприемлемость перевозки судов насухо, ввиду больших напряжений, возникающих в их корпусе; трудность перевозки судов в камерах; колебания воды в камере во время движения -вредно отражаются на прочности судна; тележки и камеры сложны и громоздки, особенно при значительном уклоне дороги; затруднительно обеспечить параллельность движения тележек в поперечных судоподъемниках; значительная длина наклонных судоподъемников и их высокая стоимость. Эти недостатки затруднили распространение наклонных судоподъемников. Вертикальным судоподъемником называется сооружение, служащее для вертикального перемещения судов в наполняемых водой камерах.. Такие судоподъемники применяются для преодоления больших напоров в каналах (максимальный напор в подстроенных судоподъемниках 36м). Камера судоподъемника должна иметь размеры, отвечающие заданным размерам судов. С обоих концов камера ограждена воротами. Верхний и нижний подходы к судоподъемнику имеют ворота непосредственно у камеры. При подъеме судна из нижнего бьефа в верхний открывают ворота, ограждающие нижний бьеф, и нижние ворота камеры, вводят в камеру судно, закрывают ворота камеры и бьефа; удаляют оставшуюся между ними воду и поднимают камеру. Подъем прекращается в момент достижения уровнем воды в камере горизонта верхнего бьефа, после чего пространство между верхними воротами камеры и воротами, ограждающими верхний бьеф, заполняется водой; ворота открываются и судно выводят в верхний бьеф. При опускании судна из верхнего бьефа в нижний указанные операции производят в обратном порядке. Продолжительность пропуска судна из одного бьефа в другой составляет всего 15—20мин., таким образом, пропускная способность судоподъемника больше, чем шлюза, а тем более нескольких шлюзов, которые он может заменить. Вес камеры с водой всегда остается постоянным, независимо от наличия и тоннажа перемещаемых судов, так как при входе в камеру судно вытесняет из нее объем воды, соответствующий своему весу, а при выходе судна из камеры этот же объем воды вновь в нее поступает. Благодаря этому можно точно уравновесить вес камеры, перемещение, которой 85 потребует тогда относительно небольшого, постоянного по своей величине усилия. В зависимости от способа подъема судоподъемники можно подразделить на следующие основные типы: 1) судоподъемники с гидравлическими прессами, 2) судоподъемники с противовесами, 3) судоподъемники с поплавками, 4)судоподъемники с противовесами и поплавками (система Пузыревского). Впервые осуществленные судоподъемники имели две камеры одинакового веса, которые взаимно уравновешивали друг друга и перемещались одновременно в противоположных направлениях: одна вверх, другая вниз. Таким был первый построенный в 1838г. судоподъемник. Камеры его вмещали судно грузоподъемностью 8т, преодолеваемый напор был равен 14,02м. Применение здесь цепей для подвешивания камер стесняло габариты судов. Для судов больших размеров, кроме того, потребовалось бы большое количество цепей; распределение веса камер на цепи было бы неопределенным, и надежность подвеса камер не могла бы быть гарантированной Поэтому следующим этапом развития двухкамерного судоподъемника явилось применение гидравлически х прессов; в этом случае каждая камера поддерживается поршнем гидравлического пресса; цилиндры обоих прессов соединены между собой. Перемещение одной камеры из верхнего бьефа в нижний сопровождается перемещением другой камеры в обратном направлении. Это перемещение происходит благодаря разности весов камер, которая достигается наливанием (небольшого слоя воды, высотой A h в камеру в ее верхнем положении; одновременно с этим такой же слой воды выливается из другой камеры в нижний бьеф. Для приведения в движение камер необходимо открыть задвижку А, тогда первая камера опускается, и ее поршень вытесняет воду из цилиндра Б в цилиндр В, вследствие чего другая камера поднимается. Для направления движения камер по обеим их сторонам, устраивают каменные или бетонные стены или металлические башни. Судоподъемники этого типа работают плавно, без толчков, благодаря чему они получили относительно большее распространение. Первый судоподъемник с гидравлическими прессами был построен в 1875г., он имел камеры размером 22,7X4,72X1,5м для подъема судов грузоподъемностью 100т на высоту 15,3м. В дальнейшем был построен ряд-таких судоподъемников, причем высота подъема доходит до 20мин. грузоподъемность судов до 1000т, при этом камеры имеют размеры 2,67X10,06X3,0м. 86 Рис. 43 Двухкамерный судоподъемник Двухкамерные судоподъёмники снабжают также противовесом, в этом случае камеры могут перемещаться будучи взаимосвязаны или независимо друг от друга. Наиболее крупный судоподъемник с противовесом и построен в 1934г. у Нидерфинов. Судоподъемник преодолевает напор около 36 м и состоит из камеры, тросов с противовесами, механизмов управления, металлического каркаса и канала моста, соединяющего судоподъемник с верхним бьефом канала. Камера металлическая, имеет длину 85м, ширину. 12м; глубина воды в ней 2,5м; наибольшая грузоподъемность судна 1000т. С обоих концов камера закрывается противовесами. Каркас судоподъемника представляет собой сквозную металлическую конструкцию длиной около 94м, шириной 27м и высотой 10м. Судоподъемник с поплавками впервые был применен в 1887г. для судов грузоподъемностью 600т, при напоре от ,5 до 16м. Камера судоподъемника — металлическая, длиной 70м, шириной 8,8м, при глубине воды 2,5м — поддерживается стойками-фермами пяти вертикальных металлических поплавков диаметром 8,3м высотой 13м. Поплавки помещаются в шахтах, диаметром 9,2м и глубиной 29,4м, наполненных водой и единенных между собой горизонтальными трубами. Поплавки принимают вес подвижной части судоподъемника. Длительный опыт эксплуатации вертикальных судоподъемников свидетельствует о ряде их преимуществ по сравнению с заменяемыми ими шлюзами: возможности преодоления больших напоров, сбережении водных запасов, большей пропускной способности, надежности работы, упрощении и удешевлении эксплуатации. |