Системы питания судоходных шлюзов

Основные вопросы темы: характеристика качества наполне­ния (опорожнения) камеры шлюза водой, головные системы пи­тания, распределительные системы питания, схемы питания с водозабором и водосбросом вне судового хода.

Наполнение и опорожнение шлюзных камер водой осуществляют с помощью водопроводных устройств: отверстий в воротах или водово­дов и затворов. Водопроводные устройства являются одним из основ­ных элементов камерного шлюза, определяющих его конструктивные и эксплуатационные условия.

К системе питания судоходного шлюза предъявляют два противоположных требования. С одной стороны наполнение и опо­рожнение камеры водой должно происходить в предельно сжатые сроки, а с другой - обеспечивать спокойный гидравлический режим отстоя судов во время шлюзования, не подвергать суда резким толчкам, опасным для судов и ворот шлюза.

Характеристикой качества наполне­ния (опорожнения) камеры водой служит величина натяже­ния причальных тросов шлюзуемого судна. Расчетную величину натяжения тросов определяют по формуле

где W - водоизмещение судна.

Фактическая величина натяжения причальных тросов зависит от времени наполнения, опорожнения камеры, объема сливной призмы, размеров и формы водопроводных устройств и величины напора. Вре­мя наполнения (опорожнения) камеры водой определяют гидравличес­ким расчетом.

Известны различные системы питания камер. Основной задачей их проектирования является достижение равномерного поступления или выпуска воды по всей длине камеры без продольных течений и волно­вых явлений. Системы питания разделяют по способу поступления воды в камеру: сосредоточенные (головного питания) и распределительные (продольного питания); по способу забора и выпуска воды: в преде­лах судового хода и за пределами судового хода.

Типичные системы питания судоходных шлюзов приведены на схемах рис. 23, 24 и 25.

Головные системы питания являются наибо­лее экономичными, получили широкое распространение. Их применяют обычно при напорах Н < 10 м, длине камеры < 150 м и глубине на короле < 3 м. Камеру наполняют водой из-под затвора или с помощью коротких обходных галерей.

Судоходное отверстие между стенами верхней головы перекрывают плоским металлическим щитом, сегментным или секторным затвором (рис. 23, а, в, г). Щит одновременно служит воротами и затвором. Щит или затвор сначала поднимают до определенной высоты, вода че­рез отверстие поступает в нишу камеры шлюза. После выравнивания уровней щит (затвор) опускают в нишу и открывают отверстие в голове для пропуска судов, затем поднимают его из ниши в рабочее положение. В нише энергия водного потока частично гасится, далее по­ступает во вторую часть камеры гашения и в камеру шлюза. Поступле­ние воды по всей ширине отверстия обеспечивает равномерное распре­деление скоростей по ширине камеры шлюза.

Наиболее часто применяют систему питания из круговых коротких обходных галерей (рис 23, б). Форма поперечного сечения галерей может быть круглой и прямоугольной. Верх входного отверстия гале­рей заглубляют ниже минимального уровня воды не менее чем на 0,3 м во избежание засасывания воздуха. Иногда галереи верхней го­ловы удлиняют и устраивают из них ряд выпусков для уменьшения ско­ростей и равномерного поступления воды по длине камеры.

При наличии стенки падения и гашении энергии водного потока га­сителями в головных системах питания удается добиться спокойного наполнения камеры водой.

Распределительные системы пита­ния с продольными водопроводами в стенах (рис. 24, а) или дни­ще (рис. 24, б) обеспечивают более равномерное распределение рас­хода воды по длине и ширине камеры шлюза. В продольном водопрово­де устраивают ряд мелких выпусков, которые обычно располагают на одинаковых расстояниях. Общую площадь всех выпусков каждой нитки продольной галереи принимают не менее удвоенной площади ее расчет­ного сечения. Высота выпуска должна быть меньше запаса под днищем судна, а ширина - не больше высоты выпуска. Забор и сброс воды осуществляют в головах шлюза через входное и выходное отверстия, расположенные по концам водопровода.

Водозабор и сброс воды вне судово­го хода обеспечивают спокойные условия отстоя судов, ожидаю­щих шлюзования в подходных каналах (рис. 25), Водозабор и водовыпуск за пределами судового хода требуют устройства водопроводов значительной протяженности, что удорожает строительство шлюза. Кроме этого, после выравнивания уровней в камере и бьефах остают­ся дополнительные перепады воды.

Систему питания шлюза выбирают на основании технико-экономичес­ких расчетов. Удешевление конструкции шлюза требует уменьшения длины водопроводов. Это достигают применением стенки падения, пропуском воды под воротами или переливом сверху.

Безопасность наполнения камеры судоходного шлюза обеспечивают в строительном отношении устройством гасителей энергии в виде эк­ранов, порогов, а в эксплуатационном - постепенным в начале напол­нения открыванием затворов водопроводных галерей.