Судопропускные сооружения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «Пермский государственный

национальный исследовательский университет»

Географический факультет

 

 

Кафедра гидрологии и охраны водных ресурсов

 

 

 

Реферат

Судопропускные сооружения

 

 

 

Выполнил
студент 4 курса		Скворцов Г.А.
Проверил
преподаватель		Михайлов А.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2014 
Оглавление

 

 

  

Введение

Судопропускные сооружения – гидротехнические сооружения, предназначенные для преодоления судами перепадов уровней воды в гидроузлах и на судоходных каналах.

Строительство судоходных каналов и водохранилищ приводит к необходимости переброски речных судов между бьефами. Традиционно эта задача решается при помощи шлюзов, гораздо реже используются судоподъемники. 

Различают шлюзовые системы, судоподъемные системы и судопропускные сооружения штормовых барьеров.

В первых двух случаях выбор судопропускного сооружения производится на основе технико-экономических расчётов. При этом учитываются грузоподъёмность судов, обеспеченность гидроузла водой для пропуска судов через шлюз (шлюзования), величины перепадов уровней воды и колебания их в верхнем и нижнем бьефах, а также топографические и геологические условия района гидротехнических сооружений.

 

1. Шлюз

Шлюз Фултон на р. Мисисиппи, США

 

С двух сторон ограничен затворами, между которыми располагается смежная камера, позволяющая варьировать уровень воды в её пределах.

Наибольшее распространение получили камерные шлюзы, сооружаемые для пропуска судов практически любого водоизмещения, при напорах до 40—60 м, на гидроузлах, расположенных в самых разнообразных природных условиях.

В отличие от судоподъемников, при использовании шлюзовых систем требуется большое количество воды, что приводит к снижению их пропускной способности и в том числе к меньшей скорости пропуска судов. Преимуществом является их более простое и дешевое в обслуживании техническое оснащение по сравнению с судоподъемниками.

Основные сведения

Процесс пропускания судна через шлюз называется шлюзованием. Перевод судов посредством судоходного шлюза осуществляется последовательным переводом в смежную камеру после выравнивания в них уровня воды. Использование шлюзов главным образом направлено на то, чтобы сделать водные пространства с различными уровнями воды в них более пригодными для судоходства.

Каждый шлюз имеет три главных элемента:

• Герметичная камера, соединяющая верхнюю и нижнюю головные части канала и имеющая объём, достаточный для включения в себя одного, или нескольких судов. Положение камеры фиксированное, однако уровень воды в ней может изменяться.
• Ворота — металлические щиты, расположенные на обоих концах камеры и служащие для впускания и выпускания судна из камеры перед началом шлюзования и герметизирующие камеру во время шлюзования.
• Водопроводное устройство — устройство, предназначенное для наполнения, либо опустошения камеры. Как правило, в качестве такого устройства используется плоский щитовой затвор. В крупных шлюзах могут использоваться перекачные насосы.

Принцип работы шлюза следующий:

1. Входные ворота открываются, и судно заходит внутрь камеры.
2. Входные ворота закрываются.
3. Открывается перепускной клапан, вызывая падение уровня воды в камере с находящимся в ней судном.
4. 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, процесс реверсируется: судно входит в полупустую камеру, затем открывается клапан, наполняя камеру водой и поднимая судно.

При шлюзовании как правило стараются чередовать направление пропускания судов: после того, как судно, идущее, к примеру, вниз по течению, завершило шлюзование, в камеру уже пониженным уровнем воды в ней может сразу же зайти судно, движущееся в обратном направлении. Таким образом не требуется выполнять лишнее заполнение, либо слив воды из камеры.

Использование шлюзов необходимо в случаях, когда для осуществления прохода судов создаётся искусственный обводной канал в обход таких препятствий, как пороги, плотины, дамбы и проч. Плотина увеличивает глубину водного пространства перед ней, в таком случае шлюз может быть установлен либо непосредственно в плотине, будучи её составной частью, либо в устье бьефа. Река, оснащённая такого рода сооружениями, носит название водного пути. Также с помощью установки шлюза в устье реки можно добиться того, чтобы река перестала быть подверженной влиянию приливов и отливов в крупных водоёмах, в которые она впадает. Для усовершенствования водного пути на реке используются дополнительные шлюзы:

В верхней части обводного канала устанавливается водоспускной шлюз для предотвращения наводнений. Чем длиннее обводной канал, тем больше разница уровня воды в реке между началом и концом канала, таким образом очень длинный обводной канал может потребовать установки дополнительных групп шлюзов в разных местах канала. Шлюзы также служат для поднятия и опускания воды в водохранилищах.

При строительстве первых искусственных каналов, возводимых, как правило, на довольно плоских, не гористых участках местности, их инженеры и строители предпочитали строить обводы в случае попадания на пути канала холмов, либо низин. Однако, удлинение канала влекло за собой чрезмерное удорожание его строительства и увеличивало длительность прохождения по нему судна. Для решения этой проблемы стали применяться шлюзы. Далее, по мере усовершенствования технических знаний и возможностей, для прохождения препятствий стали применяться всё новые решения: акведуки, туннели, дамбы. И в каждом из таких сооружений продолжили использовать шлюзы, ставшие с тех времён и по сей день неотъемлемой частью практически любого гидросооружения.

2. Судоподъёмник

Роторный судоподъемник «Фолкирк Вил» в Шотландии, 2002

 

Судоподъёмники применяют гораздо реже, чем шлюзы, главным образом при напорах 60—70 м, в условиях ограниченного расхода воды на шлюзование, для пропуска судов сравнительно небольшой грузоподъёмности (до 2 тысяч т).

Преимущество судоподъёмников перед шлюзами — относительно малая потеря воды из верхнего канала при подъёме и спуске судов. Недостатки — более сложная конструкция, более высокая цена сооружения, а также ограничения по размерам и водоизмещению судов, из-за огромной массы, которую необходимо поднимать.

 

Вертикальный судоподъемник на Центральном канале в Бельгии, 2002

Судоподъемник Красноярской ГЭС, 1982

Судоподъёмники различают по способу перемещения судов, по направлению перемещения, по типу привода и балансировке. Судоподъёмники, способные перемещать одновременно несколько судов, разделяют на двойные и парные.

По способу перемещения:

• Без воды – в таких судоподъёмниках судно поднимается из воды, перемещается на специальных опорах и затем снова спускается на воду. Преимущества этого метода в том, что работа затрачивается лишь на перемещение самого судна, а также в отсутствие потерь воды из верхнего канала. Недостаток заключается в том, что возможно повреждение корпуса, если судно очень тяжелое или специально не оборудовано для такого подъёма.
• На плаву – судно перемещается в подвижной камере, наполненной водой. Камера и торцы каналов запираются водонепроницаемыми затворами. По сравнению с подъёмом без воды, повреждение корпуса маловероятно, поскольку судно находится в камере на плаву. Кроме того, сокращается время подъёма, потому что достаточно лишь пришвартоваться, как в шлюзах.

Вместе с судном приходится поднимать громадный объём воды в камере. Однако по закону Архимеда вес судна в камере равен весу вытесненной им воды, следовательно, вес камеры всегда одинаков. Это позволяет точно подобрать противовесы или подъёмную силу поплавков так, чтобы работа по перемещению судов сводилась к работе против сил трения.

По направлению перемещения:

• Продольные – судно расположено вдоль направления перемещения. Это самый простой тип судоподъёмников, который можно применять лишь на подъёмах с небольшим уклоном. Примером может служить судоподъёмник Красноярской ГЭС.
• Особый вид наклонного продольного судоподъёмника — «наклонный шлюз». Однин из затворов такого «шлюза» подвижен, за счёт чего можно изменять длину рабочей камеры, а следовательно, регулировать высоту уровня воды в ней. Такие судоподъёмники сооружены во Франции: один на Южном канале (Фонсеранны), второй на боковом канале Гаронны (Наклонный шлюз в Монтеш).
• Поперечные – судно располагается перпендикулярно направлению перемещения. Такое расположение позволяет сооружать судоподъёмники с большим уклоном, чем у продольных. Пример — наклонный судоподъёмник близ Сен-Луи и Арзвиллера на канале Марна — Рейн в Лотарингии.
• Вертикальные – судно перемещается вертикально вверх или вниз. Различают три вида вертикальных судоподъёмников:
• механические работают аналогично обычному лифту. Камера висит на тросах и уравновешивается противовесом,
• в поплавковых камера поддерживается поплавками, которые находятся в подземных резервуарах (т. н. шахтах или колодцах). Изменяя количество воды в шахтах, можно поднимать или опускать камеру,
• в плунжерных две камеры связаны между собой и приводятся в движение по принципу гидравлического пресса.
• Вращающиеся – работают по принципу колеса обозрения. Суда перемещаются в двух камерах, подвешенных к большому колесу, которое вращается вокруг своей оси. Единственный в мире вращающийся судоподъёмник — Фолкеркское колесо в Шотландии.

По типу привода и балансировке

Судоподъёмники, в которых противовесом является вторая камера для подъёма судов, называют парными. Когда первая камера опускается, вторая поднимается, и наоборот. Если камеры могут двигаться независимо друг от друга, судоподъёмник называют двойным.

• Водяной балласт – некоторые парные судоподъёмники работают исключительно за счёт силы тяжести, подобно фуникулёрам с водяным балластом. Если верхнюю камеру заполнять водой чуть больше, чем нижнюю, то из-за небольшой разницы в весе верхняя камера будет опускаться, а нижняя соответственно подниматься. Таковы, например, судоподъёмники на центральном канале в Бельгии.
• Гидравлический привод – большинство гидравлических судоподъёмников — парные. Камеры соединены с поршнями в гидравлических цилиндрах под землей. При спуске одной камеры гидравлическая жидкость выталкивается в цилиндр другой камеры, поднимая её. Дополнительные гидравлические насосы используются лишь для компенсации отклонений в весе камер, открытия и закрытия затворов или работы в аварийном режиме.
• Электрический привод – все судоподъёмники, построенные после 1917 года, приводятся в действие электромоторами, для уменьшения затрат энергии дополнительно применяется водяной балласт. Исключение составляют два французских наклонных шлюза, в которых используются дизельные локомотивы.

При высоких напорах и больших навигационных колебаниях уровней воды возводят судопропускные сооружения комбинированного типа — с верховым шлюзом и односкатным наклонным судоподъёмником.

При значительных подъёмах уровня воды в половодье на гидроузлах малого напора (3—5м) для пропуска судов в период затопления шлюза целесообразно использование разборных судоходных плотин с устройством опускных затворов. В связи с расширением применения скоростных судов (например, на подводных крыльях, на воздушной подушке) в составе гидроузлов нередко возводят специальные судопропускные сооружения, отличающиеся высокой пропускной способностью.

3. Судопропускные сооружения штормовых барьеров

Судопропускное сооружение С-1, часть комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга

 

Судопропускные сооружения штормовых барьеров имеют вид водонепроницаемых ворот, недоступных для прохода судов во время возникновения тех или иных нагонных явлений. Обычно состоят из двух плавающих сегментных затворов (батопортов).

 

 

Список источников

1. Денерт Г., Шлюзы и судоподъёмники, [пер. с нем.], М., 1961
2. Гришин М. М., Гидротехнические сооружения, М., 1962
3. Семанов Н. А., Варламов Н. Н., Баланин В. В. Судоходные каналы, шлюзы и судоподъёмники, М., 1970
4. Михайлов А. В., Внутренние водные пути, М., 1973.
5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Судопропускное_сооружение
6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Судоподъёмник
7. http://ru.wikipedia.org/wiki/Шлюз_(гидротехническое_сооружение)
8. http://rushydro.livejournal.com/308271.html