4.5. Транспортные судоподъемники

Одним из эффективных путей экономии воды при эксплуатации высоконапорных судопропускных сооружений или судоходных соединений через водоразделы рек является использование вместо шлюзов различных типов судоподъемников. Судоподъемник, как правило, имеет подвижную камеру (или тележку), в которой помещается судно на плаву (или насухо). Камера судоподъемника может перемещаться из одного бьефа в другой вертикально или по наклонному пути. В зависимости от этого судоподъемники делят на вертикальные и наклонные. Оригинальным судопропускным сооружением является водоклиновый судоподъемник, в котором перемещается по наклонному каналу не камера, а клин воды с находящимся в нем судном.

В подвижной камере суда транспортируются как на плаву, так и насухо, а на тележках – только насухо. При перемещении на плаву не имеет значения, какое судно находится в камере груженое или порожнее или его совсем нет, так как при постоянном уровне воды в камере масса камеры с водой не изменяется. Это позволяет произвести уравновешивание камеры судоподъемника. В случае перемещения судов насухо судоподъемник получается более легким и дешевым, однако совершаемая при транспортировке судна таким способом механическая работа зависит от массы судна и необходим комплекс мероприятий по предотвращению возникновения недопустимых деформаций корпуса.

4.5.1. Вертикальные судоподъемники

Для варианта вертикального перемещения судов в камере с обоих концов имеются ворота (рис. 4.20). Сопряжение камеры с верхним или нижним бьефом осуществляется через полушлюзы, в которых также имеются ворота.

Рассмотрим цикл работы такого судоподъемника, например, для подъема судна из нижнего бьефа в верхний. Камера находится в нижнем положении, а пространство между нижними воротами камеры и воротами полушлюза нижнего бьефа заполнено водой. Ворота полушлюза бьефа и камеры открывают и в камеру входит судно. Затем ворота закрывают, удаляют заключенную между ними воду и поднимают камеру до тех пор, пока уровень воды в ней не сравняется с уровнем верхнего бьефа. Для перекрытия зазора между воротами полушлюза верхнего бьефа и торцом камеры, по всему периметру выдвигают уплотнение и заполняют водой пространство между верхними воротами камеры и воротами полушлюза верхнего бьефа, открывают те и другие ворота и выводят судно в бьеф. Спуск судна из верхнего бьефа в нижний бьеф производится по аналогичному алгоритму.

Рис. 4.20. Схема вертикального судоподъемника:

1 – ворота полушлюза верхнего бьефа; 2, 4 – соответственно верхние и нижние ворота камеры; 3 – транспортируемое судно; 5 – камера судоподъемника; 6 – контурное уплотнение; 7 – ворота полушлюза нижнего бьефа

Вертикальные судоподъемники по способу уравновешивания подвижной части и характерным конструктивным признакам подразделяют на гидравлические (поршневые), поплавковые и механические.

Гидравлический судоподъемник (рис. 4.21) всегда строят парным, т. е. с двумя камерами. Каждая камера опирается на один поршень, который движется в цилиндре. Цилиндры заполнены водой и соединены между собой трубопроводом с установленным на нем затвором. Между поршнем и цилиндром имеется уплотнение. Давление воды в цилиндре, действуя на поршень, уравновешивает вес поршня и камеры с водой.

Рис. 4.21. Схема гидравлического судоподъемника:

1 – направляющий каркас; 2 – подвижная камера; 3– поршень; 4 – сальниковое уплотнение; 5 – цилиндр (шахта); 6 – затвор на трубопроводе; 7 – соединительный трубопровод; 8 – ворота полушлюза бьефа; 9 – ворота камеры; 10 – мост канал;

11 – уплотнение между камерой и стенкой бьефа

Давление в цилиндре зависит от веса подвижной части судоподъемника и диаметра поршня.

Камеры перемещаются вследствие того, что верхняя из них наполнена водой больше (на значение ), чем нижняя. Добавочный слой воды в верхнюю камеру поступает из верхнего бьефа, после чего уровни воды в камере и бьефе становятся одинаковыми.

При открытии затвора вода начинает перетекать по трубопроводу из одного цилиндра в другой и камеры приходят в движение (одна вниз, другая вверх). После опускания камеры, имеющей водяную пригрузку, лишнюю воду из нее выпускают в нижний бьеф.

Наиболее крупные из построенных судоподъемников этого типа обслуживают суда водоизмещением до 800 т при разности уровней до 20 м.

У поплавкового судоподъемника (рис. 4.22) для уравновешивания камеры с водой и поддерживающих ферм вертикальный поплавок погружен в наполненную водой шахту, которая может быть расположена под камерой (чаще всего), сбоку от нее или над ней.

Рис. 4.22. Поплавковый судоподъемник (Ротензее):

1 – подвижная приемная камера; 2 – направляющие конструкции; 3 – ходовой винт;

4 – конструкция, поддерживающая камеру; 5 – шахта; 6 – поплавок

Шахты имеют цилиндрическую форму. Число поплавков и их размеры зависят от подъемной силы. Построенные судоподъемники имеют 2 – 5 поплавков; наибольший диаметр поплавка 10 м, высота 36 м.

Подъемная сила поплавков, всегда погруженных в воду, остается постоянной и равной весу всех подвижных частей, если камера поднята. Почти уравновешенная камера перемещается между направляющими каркасами механизмом, который преодолевает лишь сопротивление движению.

Поплавковый судоподъемник Генрихенбург (полезные размеры камеры 93×12×3 м), построенный в 1962 г. в ФРГ, преодолевает высоту 14,5м,. Он позволяет пропускать суда грузоподъемностью до 1500 т.

Поплавковые судоподъемники нерационально применять для преодоления значительных высот, так как при этом, как правило, возникает необходимость устройства глубоких шахт, что значительно увеличивает стоимость сооружения и усложняет эксплуатацию.

Механический судоподъемник (рис. 4.23) позволяет преодолевать значительную разность уровней бьефов. Камеры в однониточном судоподъемнике уравновешиваются с помощью противовесов. Противовесы не нужны в парных судоподъемниках, так как камеры их, будучи ваимносвязанными (пластинчатыми цепями, стальными канатами), уравновешивают друг друга.

Механический судоподъемник Люнебург был построен в 1976 г. на обводном канале р. Эльба, преодолеваемый напор равен 38 м. Размеры камеры 100×12×3,6 м. Камера перемещается с помощью четырех механизмов (по два с каждой стороны камеры). В каждом механизме имеется звездочка, которая находится в зацеплении с вертикальной цевочной рейкой на каркасе сооружения. От этих механизмов вращаются также четыре вертикальные винта, находящиеся в зацеплении с вертикальными гаечными колоннами и выполняющие функции противоаварийного стопорного устройства.

Каркас судоподъемника выполнен в виде четырех башен, объединенных в рамную систему. Подвижная камера, закрытая с торцов воротами, подвешена с помощью стальных канатов. Канаты перекинуты через блоки диаметром 3,5 м, укрепленные на верху каркаса. К свободным концам канатов подвешены противовесы.

Вертикальная скорость перемещения камеры – 24 см/с является максимальной для всех построенных типов судопропускных сооружений.

Рис. 4.23. Механический судоподъемник (Люнебург, ФРГ)

1 – подвижная камера; 2 – противовес; 3 – аварийно-стопорное устройство (винт);

4 – уравновешивающая цепь; 5 – блок; 6 – башня

В наиболее крупном механическом судоподъемнике Стрепи-Тьё (Бельгия, 2002 г.) полезные размеры камеры 112×12×(3,35 – 4,15) м, что позволяет пропускать суда грузоподъемностью до 1350 т. Масса камеры с водой – 8000 т. Камера преодолевает разность уровней бьефов 73,15 м за семь минут.