Тема 8. Эксплуатация судоходных шлюзов и судоподъемников. Обеспечение безопасности судопропуска.

Шлюзы служат для пропуска судов из одного бьефа в другой. Процесс прохода судна через шлюз называется шлюзованием судов.

Принципиальная схема шлюзов одинакова, но в их устройстве есть некоторые отличия. Шлюз состоит из верхней головы А (рис. 34), нижней головы Б и камеры В. Стенки шлюзов могут быть вертикальными или откосными. Откосные встречаются На небольших шлюзах старых систем.

К головам шлюзов примыкают подходные каналы 2 для швартовки судов, ожидающих шлюзования. Головы шлюза делают значитель­но массивнее, чем камеру, так как в них располагаются ворота и водопроводные устройства.

Г: Наполнение и опорожнение камеры водой происходит при помощи специальных водопроводных устройств без применения насосов. Во время наполнения и опорожнения камеры ворота 6 закрыты, В открытом состоянии они входят в специальные ниши-шкафы 7, чтобы быть заподлицо со стенками камеры и не мешать проходу судов.

Ворота шлюзов могут быть различных систем. В настоящее время нижние ворота обычно делают двустворчатыми, а верхние — сегмент­ными или плоскими опускными. Для пропуска судов такие ворота опу­скают в ниши. Порог 8, к которому примыкают ворота, называется ко­ролем. Глубина в шлюзе hк для судоходных целей отсчитывается от него.

Полезной длиной камеры шлюза считается расстояние от ниж­него конца шкафной ниши верхних ворот до верхнего конца шкафной ниши нижних ворот шлюза. В пределах полезной длины осуществляет­ся расстановка судов для шлюзования.

Системы наполнения камер могут быть различными. При напорах до 12 м наибольшее распространение имеет головная система, при ко­торой используются водопроводы 5 (см. рис. 34) и затворы 4. Выход­ные отверстия водопроводов располагают за шлюзовыми воротами друг против друга. Выходящие из противоположных водопроводов потоки воды встречаются и частично гасят свою энергию, что улучшает условия шлюзования судов.

По числу последовательно расположенных камер шлюз может быть однокамерным, двухкамерным, трехкамерным и т. д.

Однокамерные шлюзы строят для малых и средних напо­ров. Такие шлюзы имеют Волго-Донской судоходный канал имени В. И. Ленина, Угличский, Рыбинский, Волховский гидроузлы.

Рис. 34. Схема судоходного шлюза

Многокамерные шлюзы сооружают при больших напорах. У таких шлюзов общий напор делится на несколько камер, расположен-ных последовательно одна за другой. Например, Днепровский шлюз состоит из трех камер с напором по 13,5 м, два шлюза канала имени Москвы — из двух камер с напором по 9 м, Новосибирский — из трех и т. д.

Иногда условия местности не позволяют построить многокамер-ные шлюзы непосредственно один за другим. Тогда шлюзы разделяют судоходным каналом — межшлюзовым бьефом. Длина межшлюзовых бьефов различна, например у Горьковских шлюзов — 2 км, у Куйбышевских — 4 км. В шлюзах с судоходным каналом и многокамерных воды на шлюзование расходуется меньше по сравнению с однокамерным, но общее время шлюзования значительно больше. В межшлюзовых бьефах наблюдается неустановившийся волновой ре­жим (раскачка бьефа), затрудняющий судоходство и эксплуатацию шлюза.

При большом напоре вместо многокамерных строят однока­мерные шлюзы шахтного типа. Камера такого шлю­за представляет собой глубокую шахту. Со стороны нижнего бьефа де­лается глухая стенка, которая в своей нижней части имеет отверстие для прохода судов, перекрываемое плоским подъемным затвором. Напор Усть-Каменогорского шлюза шахтного типа (р. Иртыш) пре­вышает 40 м.

По числу параллельно действующих камер шлюзы могут быть однониточные (один шлюз), двухниточные (два рядом рас­положенных шлюза) и т. д. Двухниточные шлюзы применяют на ре­ках с большим грузооборотом. Например, Камский шлюз имеет па­раллельные нитки, каждая из которых представляет собой шестикамер­ный шлюз общей длиной 1500 м с суммарным напором до 22 м. Гидро­узлы на Волге, начиная с Рыбинского и кончая Волгоградским, име­ют двухниточные шлюзы.

Для удобного захода в шлюз устраивают специальные направляю­щие сооружения палы 3 (см. рис. 34). Они представляют собой свай­ные кусты, поставленные на определенном расстоянии один от другого,. железобетонные или деревянные эстакады, стенки или удерживаемые цепями понтоны. Для швартовки судов, ожидающих шлюзования, предназначаются причалы 1.В большинстве случаев они представ­ляют собой железобетонную стенку,

Причальные устройства в камере шлюза необходимы в связи с тем, что при наполнении в ней создается беспорядочное течение воды, под воздействием которого судно движется в разные стороны. Для предот­вращения аварии судну необходимо надежно ошвартоваться.

Причальные устройства в камерах бывают неподвижные и подвиж­ные. К неподвижным относятся причальные тумбы и рымы. Суда зачаливают за тумбы при помощи троса, огон (петля) которого надевается на тумбу. По мере наполнения камеры трос подбирают, а при опорожнении, наоборот, потравливают. Неподвижные рымы (рис. 35, в) в стенках камеры устраивают для того, чтобы при подъе­ме и опускании судна швартовные тросы можно было перекладывать

Рис. 35. Причальные устройства в камере шлюза

с рыма на рым, когда они не испытывают натяжения. Рымы приме­няют лишь для учалки малых су­дов, так как перекладывать тросы больших судов трудно. По высоте камеры рымы располагают не реже чем через 1,5 м. Они имеются и на подходах к шлюзам у причальных стенок.

Швартовка за тумбы возможна в шлюзах с напором до 6—7 м. При больших напорах применяют подвижные причальные устройства — плавучие рымы. 1

Плавучий рым 1 (рис. 35, б) — это большой цилиндриче­ский поплавок, который поднимается и опускается вместе с уровнем воды в специальной шахте 2 в стенке камеры. В верхней части по­плавка прикреплен крюк, за который швартуются суда 3.

В нишах камеры шлюза устанавливают лестницы-стремянки. Для пропуска судов применяют сигнализацию в виде светофоров.

Распоряжения на суда передают словесно через громкоговорители или по УКВ связи.

Суда пропускают через шлюз обычно круглосуточно. При движении судна, например, снизу вверх выполняют следующие операции: откры­тие нижних ворот; ввод судна в шлюз; закрытие нижних ворот; на­полнение камеры; открытие верхних ворот; выход судна из шлюза. Пропуск одного судна продолжается от 25 до 35 мин. При движении судна сверху вниз операции выполняются в обратном порядке.

Несамоходные суда и плоты чаще всего проводит через шлюз сам буксировщик или специальные рейдовые буксиры. В некоторых слу­чаях применяется береговая тяга (например, на Камском гидроузле плоты проводят электровозы, передвигающиеся по рельсам параллель­но шлюзу). Управление механизмами ворот и затворами водопроводных галерей на шлюзах дистанционное, осуществляемое с пульта управле­ния шлюза. Организацию движения флота на его подходе к границам судоходных шлюзов, подготовку судов к пропуску через судоходные шлюзы и каналы, а также обеспечение очередности их пропуска осу­ществляют специальные диспетчерские по шлюзованию пароходст­ва, в бассейне которого расположен шлюз, а на отдельно расположен­ных шлюзах — диспетчеры (начальники вахт) шлюзов.

Пропуск судов через шлюзы осуществляется по плану-графику шлюзовании, который составляют на основе расписания и нормативов графика движения. В соответствии с ним пропуск пассажирских, грузопассажирских и других судов, работающих по расписанию, планируется в первую очередь исходя из расписания их движения. Для остального флота должна обеспечиваться следующая очеред­ность: первая очередь — нефтеналивные составы и танкеры с грузом I класса или его остатками, суда с взрывчатыми и отравляющими ве­ществами; вторая — спецобъекты и суда технического флота; третья очередь — сухогрузные самоходные суда и толкаемые составы, нефте­наливные составы и танкеры с грузом II—IV классов; четвертая —

сухогрузные буксируемые составы и плоты; пятая очередь — флот ведомственных организаций. Суда, следующие на ликвидацию аварий, пропускаются через шлюз вне очереди.

Совместное шлюзование судов разрешается в таком порядке: пассажирские и грузопассажирские суда с сухогрузными судами и суда­ми технического флота; танкеры и нефтеналивные составы с грузами (или их остатками) любого класса; танкеры и нефтеналивные составы, имеющие грузы (или их остатки) III—IV классов, с сухогрузными судами. Пассажирские скоростные суда при совместном шлюзовании с другими судами заходят в шлюз последними и устанавливаются в ка­мере таким образом, чтобы у них на траверзе не было других судов.

Вахтенные начальники всех судов обязаны сообщать по УКВ ра­диосвязи диспетчерам по шлюзованию не менее чем за 1,5 ч о времени подхода к границам шлюза.

При подходе к границе отдельного шлюза или головного шлюза канала вахтенные начальники судов запрашивают у диспетчеров по УКВ радиосвязи указания о порядке шлюзования. При скоплении флота диспетчер по шлюзованию предупреждает вахтенных началь­ников подходящих судов о предполагаемой задержке шлюзования, со­общает ориентировочное время захода в границы канала (шлюза) и место стоянки.

Разрешение на заход судов в подходные каналы и постановку к причальным стенкам головных шлюзов каналов дает диспетчер (начальник вахты) шлюза.

Диспетчер (начальник вахты) шлюза руководит движением судов в границах шлюза и расстановкой судов в камере шлюза. При расста­новке в камере шлюза суда должны находиться в пределах стоп-сиг­налов, ограничивающих полезную длину камеры. Процесс шлюзова­ния начинается только после окончания швартовки всех шлюзующих­ся судов и сообщения об этом вахтенных начальников судов по УКВ радиосвязи или с помощью установленных звуковых сигналов. На­полнение камеры шлюза с забором воды из верхнего подходного ка­нала начинается только после окончания швартовки судов, находящихся у причальной стенки шлюза в верхнем бьефе.

При наполнении Камер шлюзов в них создается неустановившийся характер движения воды со значительными уклонами, скоростями течения и водоворотами. Особенно большие скорости течения возни­кают, если наполнение камеры происходит через ворота верхней головы.

В начале наполнения в камере создается продольный уклон по­верхности воды от верхней головы к нижней. Затем уклон приобре­тает направление от нижней головы к верхней. При головных систе­мах питания шлюзов первое приложение силы гидродинамического давления к судну происходит тогда, когда фронт первой волны достиг­нет судна и, отразившись от нижних ворот, вернется опять к корме. Причем первая волна поднимает носовую часть судна. Двигаясь даль­ше вдоль судна к верхней голове, волна уменьшает созданный уклоном дифферент судна.

Кроме силы отгона, на судно действует сила подсасывания, появляющаяся от понижения уровня у верхней головы в результате особого (эжекционного) действия потока, наполняющего камеру. Сила подсасывания направлена к верхней голове.

В первый период судно смещается к нижней голове, и кормовой трос провисает. Затем оно смещается от нижней головы к верхней, при этом слабина кормового троса уменьшается.

При смещении судна тросы испытывают столь большую нагрузку (сильные рывки), что иногда обрываются.

При опорожнении в камерах создается продольный уклон поверх­ности воды от верхней головы к нижней. В конце опорожнения уклон получает направление от нижней головы к верхней из-за инерционно­го понижения воды в камере по сравнению с уровнем воды в канале нижнего бьефа.

В камере шлюза могут наблюдаться также явления посадки уров­ня воды при ее переопорожнении в результате инерционного отгона воды. Величина посадки уровня может достичь нескольких десятков сантиметров. Неожиданная посадка уровня может служить причиной повреждения судов.

Чтобы уменьшить перемещение судов в камере, работают машина ми. Например, плоты при опорожнении смещаются в сторону нижней головы, поэтому буксир разворачивается на 180° и работает винтом, сдерживая навал плота на нижнюю голову. В конце опорожнения плот интенсивно движется в сторону верхней головы. Тогда буксир начи­нает работать винтом в обратную сторону, чтобы предотвратить навал плота на верхние ворота.

На гидроузлах с напором 100 м и более шлюзы мало себя оправды­вают, поэтому здесь строят судоподъемники — вертикаль­ные или наклонные. Возле Красноярского гидроузла введен в дейст­вие первый (пока единственный) в СССР продольно-наклонный судо­подъемник, при помощи которого суда могут преодолевать высоту бо­лее 100 м. Выбору судоподъемника способствовали специфические осо­бенности этого гидроузла: большой перепад бьефов, большие ампли­туды колебаний уровней в бьефах (в верхнем— 13 м, в нижнем— 6,3 м), сложная компоновка гидроузла и др.

В состав наклонного судоподъемника входят верховые и низовые судовозные пути, поворотное устройство, самодвижущаяся судовозная камера косякового типа, троллейная сеть, волнозащитные, при­чальные и другие сооружения.

Судовозные пути 8 (рис. 36, а) представляют собой рельсы с колеёй около 9 м и уклоном 1 :10, по которым между верхним и нижним бье-

Рнс. 36. Красноярский судоподъемник

фом и поворотным устройством перемещается камера 7 с судном 4. Скорость подъема и спуска камеры около 1 м/с. Судовая камера покоится на колесных опорах 1. Общая длина камеры 108,2 м, полезная — 90 м, наибольшая ширина камеры 26,5 м, полезная — 18 м, глубина воды в камере при заводке судна 2,5 м, при движении камеры 2,2 м.

Судно заходит в камеру через ворота, которые имеют сегментный затвор 6, опускаемый в нишу. Входная часть снабжена криволинейны­ми палами. Энергопитание механизмов 2 осуществляется через троллейную сеть 5 и токосъемники 3. Центральный пост управления находится в отдельном здании.

На верхнем участке низового судовозного пути камера накаты­вается на наклонную балку поворотного устройства. Поэтому балка является как бы продолжением судовозного пути. Поворотное уст­ройство 10 (рис. 36, б), находящееся на водоразделе, представляет со­бой стальную наклонную трехопорную балку 11, которая в определен­ном положении составляет продолжение верхового 9 или низового 12 судовозного пути. Поворотная балка 11, вращаясь вокруг вертикаль­ной оси на центральной опоре 15, обеспечивает поворот камеры с суд­ном на 142° в направлении предстоящего спуска по судовозному пути. Центральная опора 15 поворотного устройства снабжена роликовыми подшипниками 14, а каждая концевая опора 9 — тележками, опираю­щимися на круговую раму 16 и 13.

В верхнем бьефе сооружена волнозащитная стенка длиной 330 м, расположенная вдоль судовозных путей и ограждающая подходную акваторию от волн водохранилища. Кроме этого, предусмотрены две линии пневматических волноломов для создания спокойной подходной акватории у места отстоя судов и на участке прохода судов в камеру.

Для удобства захода судов в камеру предусмотрено специальное направляющее устройство-понтон, который в зависимости от уров­ней воды в водохранилище крепится к тем или иным швартовным уст­ройствам волнозащитной стенки.

На участке сопряжения низовых судовозных путей с подходным каналом, соединяющим судоподъемник с Енисеем, возведены: струе-направляющая стенка длиной 600 м, причальные устои, а также ре­монтное заграждение в виде головы шлюза с двустворчатыми ворота­ми. Ремонтное заграждение предназначено для откачки воды из кот­лована путей для их осмотра и ремонта.

Пропуск судов через судоподъемник осуществляется следующим образом. Судовозная камера вместе с судном спускается в воду. Через открывающиеся ворота в камеру из бьефа поступает дополнительное количество воды, увеличивающее глубину с 2,2 до 2,5 м, и судно вы­ходит из камеры.

После захода встречного судна, закрытия ворот и слива излишней воды камера поднимается вверх и накатывается на наклонные балки поворотного устройства. Затем она разворачивается и занимает такое положение, при котором наклонные балки являются продолжением противоположных судовозных путей, а входной торец камеры обращен в сторону спуска. После этого камера спускается до входа в воду дру­гого бьефа. Продолжительность одного полного двустороннего цикла

80—90 мин, в том числе: перемещение камеры 60 мин, поворот камеры 5 мин, заход и выход судна 20 мин, прочие операции 5 мин. Произво­дительность судоподъемника не менее 14 двусторонних судопропусков в сутки.

Маневрирование судов при входе в камеру и выходе из нее имеет определенные трудности, в частности судно должно-выходить из ка­меры или входить в нее задним ходом.

Судовозная камера оборудована также устройством для механиче­ской заводки судна и амортизационными швартовными приспособле­ниями, которые рассчитаны на погашение кинетической энергии дви­жущегося в камере судна при двух режимах — эксплуатационном и аварийном. При аварийной остановке ускорение достигает 0,5м/с², при этом путь в камере судна, учаленного амортизационным устройст­вом, равен 7 м.

Управление всеми механическими операциями осуществляется оператором пульта, находящегося в торце камеры. Оператор связан с вахтенным начальником судопоъдемника телефоном. Оператор каме­ры использует в работе установку подводного телевидения, которая позволяет непрерывно контролировать состояние путей на подводных участках.