Цель раздела: углубленное изучение вопросов, связанных со сбережением воды при шлюзовании, конструкций шлюзов в условиях дефицита воды

Многокамерные шлюзы

В настоящее время на постсоветском пространстве успешно работают однокамерные шлюзы при напоре до 23 м на нескальных грунтах. В Казахстане эксплуатируется однокамерный шлюз напором 42 м на скальных грунтах (Усть-Каменогорский шлюз на р. Иртыш).

    Опыт проектирования и научных исследований показывает, что при больших напорах на однокамерный шлюз существенно увеличиваются скорость течения воды в галереях и вакуум за затворами, возникают кавитационные явления. Это ведет к усложнению системы его питания и соответственно к удорожанию шлюза.

Материалоемкость шлюза возрастает в квадратичной зависимости с увеличением напора на шлюз. Появляются трудности при проектировании и эксплуатации механического оборудования, испытывающего значительные нагрузки.

На судоходных соединительных каналах и на ВВП на маловодных реках возникают затруднения, обусловленные либо дефицитом воды при возрастающем объеме сливной призмы, либо сбросом большого количества воды в нижний бьеф при опорожнении камеры.

Применение многокамерных (многоступенчатых) шлюзов позволяет уменьшить или исключить большую часть отмеченных выше недостатков.

В многокамерном шлюзе преодолеваемый перепад уровней разбивается на п частей (см. рис. 1.4 в). При этом на шлюзование расчетного судна или состава расходуется уменьшенное в n раз количество воды сливной призмы по сравнению с их шлюзованием в однокамерном шлюзе.

Конструкции камер многокамерных шлюзов просты, а их механическое оборудование испытывает более низкие нагрузки по сравнению с мехоборудованием однокамерных шлюзов. Как правило, многокамерные шлюзы обладают меньшей материалоемкостью, например, Пермский шлюз на р. Каме (рис. 1.25 и 1.26).

Кроме того, во многих случаях деление общего напора на части в многокамерном шлюзе позволяет наиболее рационально вписывать шлюз в существующий рельеф местности, обеспечивая минимальные объемы основных видов работ.

Пропускная способность многокамерных шлюзов, особенно при большом числе камер, теоретически ниже, чем однокамерных, так как растет число операций при шлюзовании. Это связано с переходом судов из камеры в камеру. Особенно увеличивается время шлюзования при двустороннем движении судов через шлюз.

Однониточные многокамерные шлюзы рекомендуется возводить на водных путях с небольшим судооборотом.

Для обеспечения большей пропускной способности, превышающей показатели однокамерного шлюза, строятся парные многокамерные шлюзы.

При этом каждая нитка должна работать в режиме одностороннего судопропуска.

Например, для строящегося высоконапорного гидроузла «Три Ущелья» (Three Gorges) (рис. 1.27) использована именно такая схема для пропуска большого грузопотока.

Однако создание второй нитки требует увеличения вдвое капитальных затрат на строительство по сравнению с однониточным шлюзом.

При осуществлении двустороннего шлюзования по одной нитке или даже при одностороннем шлюзовании по обеим ниткам парного многокамерного шлюза время пропуска судов становится столь велико, что это лимитирует использование скоростного пассажирского флота. На гидроузле «Три Ущелья» (Three Gorges) (см. рис. 1.27) пассажирские суда поднимают с помощью малогабаритного вертикального судоподъемника.

В зависимости от приходящегося на отдельную камеру напора многоступенчатые шлюзы могут иметь различные системы питания. Например, шестикамерный Пермский шлюз (год постройки – 1954, с расчетным напором на весь шлюз =19,5 м) имеет головную систему питания с клинкетами в воротах, четырехкамерный Бухтарминский шлюз (1967 г., =67,5 м) – простую распределительную, строящийся пятикамерный шлюз гидроузла «Три Ущелья» (2010 г., =110 м) – эквиинерционную (рис. 1.28).

Эффективность работы и материалоемкость многокамерного шлюза во многом определяются схемой высотной разбивки сооружения на ступени. Особое внимание необходимо уделять выбору отметок днищ и верха стенок отдельных камер при значительных колебаниях уровней воды в одном из бьефов – нижнем или верхнем

 

 

а

б

Рис. 1.25. Схема Пермского гидроузла:

а – схематический план гидротехнических сооружений; б – продольный разрез по шлюзу;

1 – гидроэлектростанция; 2 – земляная плотина; 3 – парный шестикамерный шлюз

Рис. 1.26. Поперечный разрез парного шестикамерного Пермского шлюза

        

а

б

Рис. 1.27. Схема гидроузла «Три Ущелья» (КНР):

а – схематический план гидротехнических сооружений; б – продольный разрез по шлюзу;

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

 

 

Рис. 1.28. Эквиинерционная система питания пятикамерного

(на примере верхней камеры) шлюза гидроузла «Три Ущелья» (КНР):

1 – водозаборные галереи; 2 – ворота верхней головы; 3 – водоподающая распределительная галерея; 4 – рабочий затвор наполнения камеры;

5 – распределительная галерея; 6 – водовыпуски; 7 – соединительная галерея; 8 – рабочий затвор опорожнения камеры; 9 – ворота средней головы

 

    Особенности гидравлического расчета многокамерных шлюзов появляются, как правило, при значительных колебаниях одного из бьефов, сопоставимых с напором на верхнюю или нижнюю камеру шлюза.

В таких условиях приходится использовать специальные режимы маневрирования затворами водоводов. Иногда более целесообразно осуществлять дополнительное пополнение камер шлюза водой из специальных бассейнов, где она запасается при ее дефиците в процессе шлюзования или организовать сброс излишков воды из камеры, используя систему боковых водосливов.