Конструкция судоходного шлюза

    Судоходный шлюз (голл. sluis, от лат. excludo – удерживаю, отделяю) – это напорное гидротехническое сооружение (ГТС), предназначенное для подъема и опускания (шлюзования) судов с одного уровня воды на другой за счет распределения воды (перетекания) между основными частями шлюза.

    Судопропуск через шлюз включает в себя, помимо непосредственно шлюзования, еще ряд операций, связанных с прохождением судном шлюза.

    Обычно судоходный шлюз (рис. 3.1) имеет в своем составе следующие основные части: верхний подходной канал, верхнюю голову, камеру, нижнюю голову, нижний подходной канал.

 

 

Рис. 3.1. 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

 

    Камера шлюза – место, где происходит подъем – опускание находящихся на плаву судов. Подъем осуществляется за счет выравнивания уровней воды в камере и верхнем подходном канале путем наполнения камеры. Опускание – за счет выравнивания уровней воды в камере и нижнем подходном канале путем опорожнения камеры. В состав камеры входят устройства для обеспечения безопасности шлюзования (плавучие рымы, швартовные тумбы, предохранительные устройства для защиты ворот от навала судов).

    Головы шлюза – конструкции, воспринимающие разность уровней воды (напор) между подходным каналом и камерой при ее наполнении и опорожнении. На головах размещается оборудование для обеспечения судопропуска.

    Примыкающие к головам шлюза подходные каналы имеют плановые 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 узкий судоходный пролет голов шлюза сооружаются направляющие палы, которые имеют в плане криволинейное очертание.

    Из-за простоты конструкции широкое распространение в СССР получил тип шлюза (рис. 3.2) с наполнением камеры из-под подъемно-опускных ворот верхней головы и опорожнением через короткие галереи, проходящие в устоях нижней головы (ВБВП, ВДСК и др.).

План шлюза

 

Продольный разрез

Рис. 3.2. Конструкция унифицированного однокамерного шлюза для 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

 

    Пролет между устоями верхней головы перекрывается воротами в виде металлического щита, который поднимается на определенную высоту для наполнения камеры. При подъеме ворот вода из верхнего бьефа поступает в камеру шлюза через отверстие, образующееся между нижней кромкой щита ворот и железобетонным порогом верхней головы (верх стенки падения в пролете между устоями перед воротами). После выравнивания уровней воды в камере и в верхнем бьефе ворота опускаются вниз, освобождая входной пролет для прохода судов.

    Пространство, в которое поступает вода из верхнего бьефа при наполнении камеры шлюза, называется камерой гашения энергии воды. В данном случае она ограничена стенкой падения (см. рис. 3.2), а за пазами ворот – гасительным экраном ( конструкцией, обеспечивающей отражение струи с направлением в водобойный колодец камеры гашения). Из водобойного колодца вода проходит через балочную распределительную решетку (конструкцию, предназначенную для выравнивания скоростей потока по глубине при выходе в камеру шлюза) на выходе из камеры гашения. За распределительной решеткой должен находиться успокоительный участок (длиной ), который не входит в полезную длину камеры шлюза (). Гасительный экран по ширине шлюза (полезная ширина камеры шлюза ) обычно снабжен опорными бычками, служащими также и для крепления съемных балок распределительной решетки.

    Камера шлюза по длине состоит из отдельных секций длиной по 20–30 м каждая, разделенных температурно-осадочными швами.

    Судоходный пролет между устоями нижней головы перекрывается двустворчатыми воротами – затвором, состоящим из двух поворотных створок с вертикальной осью вращения. Створки ворот в закрытом положении в плане образуют трехшарнирную арку, взаимно упираясь друг в друга и в устои, поддерживая уровень воды с напорной стороны. При открытии створки ворот, вращаясь на вертикальных осях, убираются в шкафные ниши (углубления в устоях головы), освобождая судоходный пролет. Опорожнение камеры шлюза (см. рис. 3.2) осуществляется через две короткие обходные водопроводные галереи, расположенные в устоях нижней головы. Каждая снабжена рабочим затвором, для оперативного ремонта которого в условиях работающего шлюза предусмотрено по два ремонтных затвора на галерею.

    Для осушения, осмотра и ремонта всего шлюза предусмотрены ремонтные ворота верхней и нижней голов шлюза. На верхней голове они выполняются, как аварийно-ремонтные ворота, которые могут перекрывать судоходный пролет и в текущей воде при возникновении нештатных ситуаций.

    Совокупность устройств и механизмов, служащих для наполнения (опорожнения) камеры, составляет систему питания шлюза.