Судоходные шлюзы

По своей конструкции судоходный шлюз – это напорное гидротехническое сооружение на судоходных и водных путях, обеспечивающее переход судов из одного водного бассейна (бьефа) в другой с различными уровнями воды в них.

Обычно судоходный шлюз имеет в своем составе следующие основные части: верхний подходной канал, собственно конструкции шлюза, нижний подходной канал.

Схематический план судоходного шлюза:

1 – верхний подходной канал; 2 – верхняя голова; 3 – камера шлюза; 4 – нижняя голова;

5 – нижний подходной канал; 6 – направляющие палы; 7 – причальные стенки

Примыкающие к головам шлюза подходные каналы имеют размеры, обеспечивающие расхождение судов, ожидающих входа в камеру и судов, выходящих из нее. В подходных каналах обеспечиваются безопасные условия движения судов и стоянки их у причальных стенок.

Для входа судов в относительно узкие судоходные пролеты голов шлюза сооружаются направляющие палы, которые имеют в плане криволинейное очертание.

Собственно шлюз имеет три главных элемента:

· герметичную камеру, имеющую верхнюю и нижнюю головные части и объем (вместимость), достаточный для размещения одного или нескольких судов; уровень воды в камере изменяется в процессе шлюзования;

· ворота – металлические щиты, расположенные на обоих концах камеры и служащие для впускания и выпускания судна из камеры и герметизирующие камеру во время шлюзования;

· водопроводные устройства, предназначенное для наполнения и опорожнения камеры; как правило, в качестве таких устройств используются щитовые затворы.

План шлюза

Продольный разрез

Конструкция унифицированного однокамерного шлюза (ВБВП):

1 – аварийно-ремонтные ворота верхней головы; 2 – порог верхней головы и стенка падения; 3 – основные подъемно-опускные ворота; 4 – гасительный экран; 5 – опорный бычок; 6 – распределительная решетка; 7 – плавучий рым; 8 – температурно-осадочный шов (через 20 – 30 м); 9 – секция камеры; 10 – галерея опорожнения;

11 – двустворчатые ворота; 12 – порог нижней головы; 13 – паз ремонтных ворот нижней головы; 14 – камера гашения; 15 – устои верхней головы; 16 – пазы ремонтных затворов галерей опорожнения; 17 – рабочий затвор галереи опорожнения; 18 – нижний подходной канал; 19 – верхний подходной канал

Широкое распространение в России (СССР) получил тип шлюза с наполнением камеры из-под подъемно-опускных ворот верхней головы и опорожнением через короткие галереи, проходящие в устоях нижней головы (ВБВП, ВДСК и др.).

Принцип работы шлюза при проходе из верхнего бьефа (с более высоким уровнем воды) в нижний следующий:

· входные ворота открываются, в камере устанавливается уровень воды верхнего бьефа;

· судно заходит внутрь камеры и швартуется к тумбам, расположенным на плавучих рымах;

· входные ворота закрываются;

· открываются затворы водопроводных устройств на нижней голове, вызывая падение уровня воды в камере с находящимся в ней судном до уровня нижнего бьефа;

· впускные ворота открываются, судно выходит из камеры.

Шлюзование длится, как правило, от 10 до 20 минут в зависимости от размера камеры и перепада уровня воды. В случае если судно движется вверх по течению, из нижнего бьефа в верхний, процесс меняется на обратный: судно входит в камеру с уровнем воды, соответствующим нижнему бьефу, швартуется, нижние ворота закрываются, затем открывается затворы водопроводных устройств верхней головы, наполняя камеру водой и поднимая судно.

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.

Схема многокамерного шлюза

Для увеличения пропускной способности шлюза устраивают несколько камер, расположенных параллельно друг другу. Такие шлюзы называются многониточными (двухниточными, трехниточными).

В Китае на крупнейшем в мире гидроузле «Три ущелья» сооружен пятикамерный двухниточный шлюз. В Англии на канале Эйвон есть даже шестнадцатикамерный (16-ти) шлюз. В практике гидротехники шлюзы, следующие непосредственно друг за другом принято называть «лестницей».

Шлюз Волго-Донского судоходного канала

Куйбышевское водохранилище на участке судоходного двухниточного шлюза

а

б

Схема гидроузла «Три ущелья»:

а – схематический план гидротехнических сооружений;

б – продольный разрез по шлюзу;

1 – здание гидроэлектростанции; 2 – водосливная плотина; 3 – двухниточный пятиступенчатый шлюз; 4 – вертикальный судоподъемник для скоростных судов

Двухниточный пятиступенчатый шлюз гидроузла «Три ущелья»,

Китай (модель)

Камера шлюза «Три ущелья», Китай

Камера шлюза «Три ущелья»

Соседние камеры для спуска судов – «Три ущелья»

Панамский канал

Шестнадцатикамерный (16) шлюз (лестница) на канале Эйвон, Англия