Вертикальные и наклонные судоподъемники, судоподъемники с водяным клином.

Судоподъемники

В судоподъемниках судно из бьефа в бьеф перемещается механизмами в наполненной водой камере или насухо. Опыт перевозки судов без воды — небольшой из-за значительных конструктивных трудностей при решении вопросов опирания корпусов различных видов судов на элементы судовоз- ной тележки.

Судоподъемники подразделяются на вертикальные и наклонные. В вертикальных судоподъемниках вес судо- возной камеры, воды и судна уравновешивается либо жесткими противовесами, либо давлением воды в закрытых (поршневых) камерах, либо поплавками. Для транспортирования можно использовать давление воды из ВБ, а также механические приводы.

Для строительства наклонных судоподъемников используют низовой откос плотины или пологий береговой склон (1: 7...1: 10) долины, по которым сооружают судовозные пути. По ним перемещается судовозная тележка, на которой установлена судовозная камера. Ввиду огромных масс и усилий подвижные элементы (тележки, камеры) делают парными или применяют противовесы.

Приводными механизмами судовозная камера перемещается из нижнего бьефа в верхний и обратно. Со стороны НБ конструкции однотипны. Сопряжение с ВБ имеет несколько конструкций.

При значительных колебаниях уровня воды в водохранилище применяют поворотную конструкцию. Вытянутая на гребень плотины камера вместе с тележкой и судном разворачивается на поворотном круге на 180° и далее опускается по судовозным путям по верховому откосу плотины до уровня в ВБ. Судно выплывает вперед кормой, затем разворачивается.

При малом изменении уровня в ВБ (несколько метров) судно в судовоз- ной камере вывозится до отметок уровня в ВБ в специальную камеру. После остановки подвижных устройств въезд в камеру перекрывается, камера заполняется водой из ВБ, и судно уходит вверх по реке.

В последние годы разработана конструкция бескамерного водоклинового судоподъемника. Он представляет собой наклонный лоток, сопрягающий верхний и нижний бьефы. Дно его в обоих торцах расположено ниже расчетных уровней в бьефах на глубину не менее судоходной. Верхняя голова имеет ворота для предотвращения пз- лива воды по лотку. Вместо нижней головы имеется подвижное устройство с Катковыми

уплотнениями по внутренней поверхности лотка. Благодаря этому устройству в лотке держится клин воды, в котором находится на плаву транспортируемое судно. При перемещении вверх по судовозному лотку подвижного устройства перемещается и водный клин с судном. При выравнивании уровней водного клина и ВБ судно входит в ВБ. На построенном подъемнике с габаритами расход воды составляет 300 м3/ч.

Известны и другие конструкции судоподъемников [57].

Транспортными судоподъемниками называют сооружения для преодоления судами сосредоточенных падений уровней воды на искусственных водных путях и речных гидроузлах посредством перемещения их между смежными бьефами на плаву в наполненной водой камере или насухо на тележках. Судоподъемники применяют на судоходных соединениях через водоразделы рек, плохо обеспеченные водой, и при высоконапорных гидроузлах. В таких условиях, как показывают расчеты, однокамерные шлюзы расходуют много воды. Устройство многокамерных шлюзов приводит к созданию сооружений большой протяженности, а следовательно дорогих и характеризующихся большими затратами времени на проводку судов.
Судоподъемник независимо от его типа состоит из следующих основных частей: камеры или платформы на тележках для перемещения судов, строительных конструкций и оборудования для перемещения камер. В зависимости от способа перемещения камер различают вертикальные и наклонные судоподъемники. Необходимо отметить, что судоподъемники до сих пор являются уникальными сооружениями, на которых не получили применения, как на шлюзах, типовые конструкции. Поэтому ниже дается описание в основном схем наиболее совершенных и крупных судоподъемников.
Вертикальные судоподъемники подразделяются на поршневые, гидравлические, поплавковые и канатные (механические).
Поршневые судоподъемники (рис. 20.5) состоят из двух камер, по торцам которых установлены ворота. Каждая камера опирается на поршень с сальниковым уплотнением, движущийся в цилиндре. Оба цилиндра наполнены жидкостью и соединены трубопроводом, на котором установлен затвор. Камеры обычно перемещаются за счет массы добавочного слоя воды 24 - 30 см, которая поступает из верхнего бьефа и создает повышенное давление в цилиндре.

Рис. 20.5. Вертикальный двухниточный гидравлический судоподъемник на Центральном канале в Бельгии. 1 - цилиндр (шахта); 2 - подъемные ворота бьефа; 3 - камера; 4 - направляющий каркас; 5-ворота камеры; 6 - поршень; 7 - чугунная облицовка шахты.

При открытии затвора жидкость по трубопроводу начинает перетекать из одного цилиндра в другой и камеры двигаются одна вниз, другая вверх со средней скоростью до 7 см/с. Верхний бьеф подводится к, камере с помощью моста-канала, заканчивающегося воротами, к которым подходят ворота камеры, когда она в верхнем положении. В нижнем положении камера судоподъемника располагается в специальной приемной камере с воротами со стороны нижнего бьефа. Ворота в камере открывают тогда, когда между торцами стенок камеры и стенками бьефа выдвигается уплотнение и промежуток между воротами заполняется водой.
Наиболее крупные гидравлические судоподъемники построены в Западной Европе в первой четверти нашего века для преодоления судами грузоподъемностью до 800 т перепадов уровней в 15- 20 м. Камеры их имеют длину 43 м и ширину 10 м при глубине 2,7 м; нагрузка от камеры с водой на поршень достигает 1700 т; давление в цилиндрах диаметром 4 м составляет 42 атм. Поплавковый судоподъемник (рис., 20.6 а) состоит из камеры, покоящейся на специальных поддерживающих ее металлических конструкциях, закрепленных на одном или нескольких (обычно двух) поплавках.
Подъемная сила поплавков должна соответствовать весу всей системы - камеры с водой (и судном), металлических ферм и поплавков - в течение всего периода подъема и опускания. Поэтому в нижнем положении камера судоподъемника может опускаться только в сухую, отделенную воротами от нижнего бьефа, приемную камеру, а цилиндрической формы колодцы (шахты) под камерой, в которых движутся поплавки, должны быть наполнены водой до верха. Для компенсации изменения веса плавающей части судоподъемника при погружении в воду металлических каркасов стоек, соединяющих камеру с поплавками, по оси каждого из них устраивается закрытая сверху и открытая снизу вертикальная труба, заполненная воздухом. При движении какого-либо поплавка вниз увеличивается давление воды в трубе, воздух сжимается и в нее входит вода; при этом взвешивающая сила поплавка уменьшается почти на ту же величину, на которую она возрастает из-за погружения в воду каркаса стойки. Это позволяет достаточно точно уравновесить подвижную часть судоподъемника при всех ее положениях и ограничиться небольшой мощностью механизмов вертикального перемещения, которые должны преодолевать только силы сопротивления движению - трения и инерции, а также избыток или недостаток объема воды в камере вследствие неточного ее наполнения.
Для уменьшения мощности механизмов применялась иногда догрузка камеры при ее движении вниз слоем воды в несколько сантиметров, впускаемой в камеру из верхнего бьефа и затем выпускаемой в нижний. Наиболее крупный поплавковый судоподъемник построен в 1962 г. на Дортмунд-Эмском канале в Вальтропе (ФРГ) для преодоления судами водоизмещением 1500 т перепада в 14,5 м. Камера этого судоподъемника имеет размер в плане 93х12 м при глубине воды в ней 3 м. Она опирается на два поплавка, что обеспечивает статическую определимость системы. Каждый поплавок представляет собой полый металлический цилиндр диаметром 10 м и длиной около 35 м. Скорость перемещения камеры 15 см/с-наибольшая скорость, достигнутая на современных вертикальных судоподъемниках.
В механическом судоподъемнике (рис. 20.6 б) вес камеры с водой и находящимся в ней на плаву судном уравновешивается в основном противовесами, соединенными с камерой через блоки многочисленными стальными канатами или цепями. Для приведения камеры в движение механизмы судоподъемника (обычно электрические лебедки) должны преодолеть только сопротивление трения, силы инерции и неуравновешенной части канатов. Наиболее крупный механический вертикальный судоподъемник находится в ГДР на канале между реками Одер и Хавель. Его металлическая камера имеет длину 85 м, ширину 12 м, глубину воды в ней 2,5 м; наибольшая грузоподъемность судна 1000 а преодолеваемый судоподъемником перепад уровней в канале составляет около 37 м.
Наклонные судоподъемники в зависимости от величины прео допеваемого падения, профиля трассы, размеров и водоизмещения (грузоподъемности) наибольших намеченных к пропуску судов способа перемещения камеры могут иметь весьма различные схемы. По форме продольного профиля они могут быть односкатными (рис. 20.7 а) или двускатными (рис. 20.7 б). Суда могут перемещаться в них насухо на тележках или на плаву в камерах. Тележки и камеры могут быть самоходными или прицепными, т. е. механизмы перемещения могут находиться на них или на неподвижных частях судоподъемника.

Рис. 20.7. Однониточные продольные судоподъемники при больших колебаниях уровня воды в бьефах. с - односкатный с верховым и низовым шлюзами; б - двускатный с поворотным кругом; 1 - ворота шлюза; 2 - верховой шлюз; 3 - ворота камеры; 4 - судно; 5 - косяковая тележка; 6 - судовозный путь; 7 - низовой шлюз; 8 - поворотный круг; 9 - разъездной судовозный тупик.

Самый большой двускатный судоподъемник построен на Kpaсноярском гидроузле на Енисее для преодоления судами грузоподъемностью 1500 т (в перспективе 2000 т) падения 101 м. Камера судоподъемника полезным размером 90х18 м и глубиной воды в ней 2,5 м - самоходная на 148 колесах, объединенных попарно в 74 балансирные тележки. Вес конструкции камеры около 4 тыс. т. В одном конце камеры устроены ворота сегментного типа; другой конец камеры тупиковый. Для обеспечения входа судна в камеру в одном бьефе и выхода его из нее в другом камера на своем пути через гидроузел должна развернуться, для чего в наивысшей очке подъема устроен специальный поворотный круг. Расчетная скорость движения камеры 1 м/с; продолжительность одного пропуска судов через судоподъемник около 1,5 ч.