ГОЛОВНАЯ СИСТЕМА НАПОЛНЕНИЯ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА

Предлагаемая полезная модель относится к области гидротехнических сооружений, а именно к судоходным шлюзам, и касается устройства головных систем наполнения судоходных шлюзов. Устройство позволяет создать благоприятные условия стоянки судов в камере шлюза во время шлюзования.
Головные системы питания судоходных шлюзов имеют широкое распространение. Основным недостатком таких систем является недостаточно эффективное гашение энергии потока воды, поступающего в камеру шлюза из верхнего бьефа при шлюзовании. Потоки воды, обладающие значительной кинетической энергией, создают дополнительные гидродинамические силы, действующие на судно, находящееся в камере шлюза, что в результате приводит к ухудшению условий шлюзования. Таким образом, для обеспечения благоприятных условий стоянки судна в камере шлюза с головными системами питания приходиться увеличивать время наполнения камеры, чтобы уменьшить эффект гидродинамического и волнового воздействия потока воды на шлюзуемое судно. В связи с указанным недостатком головные системы питания применяются лишь на судоходных шлюзах с относительно небольшими напорами воды на камеру.
Известна головная система питания судоходного шлюза с подъемно-опускными воротами по пат. РФ №2044828, опубл. 27.09.1995, Е02С 1/06, в которой гашение энергии потока достигается за счет гасительного экрана и балок распределительной решетки, опирающихся на бычки, ниши, образованной стенкой падения и гасительным экраном, а также за счет соударения со струей потока, переливающегося через верховую грань подъемно опускных ворот.
Недостатком такой конструкции является невозможность эффективного гашения энергии потока воды, поступающего в камеру шлюза без перелива через верховую грань подъемно-опускных ворот, а также относительно сложную конструкция подъемно-опускных ворот, верхняя грань которых, обеспечивающая возможность перелива, выполнена обтекаемой формы.
Известен шлюз с головной системой питания по а.с.SU №1723256 А1, опубл. 30.03.1992, Е02С 1/00, оборудованной подъемно-опускными воротами, камерой гашения, горизонтальной балочной решеткой и водоводом, расположенным в днище верховой части камеры шлюза. Водовод соединяет камеру гашения и камеру шлюза, при этом часть потока воды, поступающего в камеру шлюза, проходит через горизонтальные балочные решетки, а другая часть потока направляется в камеру шлюза по водоводу.
Недостатком такой конструкции является большой объем бетонных работ, проводимых при строительстве шлюза, обусловленных размещением водопроводной галереи в днище камеры шлюза.
Среди известных аналогов наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и назначению является головная система наполнения по а.с. SU №1331954 А1, опубл. 23.08.1987, Е02С 1/00, оборудованная стенкой падения и плоским подъемно-опускным затвором. Гашение энергии потока воды, поступающего в камеру, происходит в камере гашения, расположенной непосредственно под основным затвором наполнения, а также системой горизонтальных балок.
Устройство-прототип обеспечивает гашение энергии потока воды, поступающего в камеру, лишь для шлюзов с небольшими действующими напорами воды (до 10 м), при этом в верховой части камеры шлюза необходимо предусматривать успокоительный участок, на котором происходит окончательное выравнивание эпюры скоростей потока.
Заявляемая полезная модель позволяет повысить эффективность гашения энергии потока воды за счет кинетического соударения струй потока воды в камере гашения.
Для решения указанной проблемы в головной системе наполнения, включающей, так же как и прототип, подъемно-опускные ворота, размещенные в нише верхней головы шлюза, гасительный экран и горизонтальные балки, опирающиеся на бычки, установленные в днище камеры шлюза по его продольной оси, в отличие от прототипа в центральной части гасительного экрана выполнены отверстия под углом 40°-50° к днищу камеры, при этом отверстия расположены равномерно в промежутках между бычками.
Сущность предлагаемой модели заключается в разделении потока воды, поступающего из отверстия, образованного нижней кромкой подъемно-опускных ворот и порогом верхней головы судоходного шлюза, на две части: одну, выходящую из-под гасительного экрана, и вторую, выходящую из отверстий в гасительном экране. Такое разделение потока приводит к появлению в области гашения энергии, в которой происходит соударение струй. Диссипация энергии воды, в области соударения встречных струй приводит к выравниванию эпюры скоростей потока воды, поступающего в камеру шлюза, при этом также происходит уменьшение пульсационных составляющих скорости.
Сопоставление предлагаемого устройства и устройства-прототипа показало, что повышение эффективности гашения энергии потока воды, поступающего в камеру шлюза, обеспечивается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1), на котором дано схематическое изображение предлагаемой головной системы.
Головная система питания судоходного шлюза состоит из верхней головы шлюза, подъемно-опускных ворот 1, расположенных в нише камеры гашения 2, гасительного экрана 3 с отверстиями 4, опирающегося на бычки 5, и горизонтальных балок 6, также опирающихся на бычки 5. Гасительный экран 3 имеет отверстия 4, расположение и форма которых выбираются таким образом, чтобы обеспечить прохождение сквозь них части потока воды, поступающего из-под подъемно-опускных ворот 1. Гашение энергии потока осуществляется в камере гашения 2 за счет соударения потока воды, поступающего из-под гасительного экрана 3, и струй, поступающих из отверстий в гасительном экране 3. Камера 2 ограничена со стороны камеры шлюза системой горизонтальных балок 6, установленных с неравномерным шагом по высоте (0,4-1,2 м). Размеры горизонтальных балок (высота: 0,5-1,5 м; длина: 1-2 м; ширина - в соответствии с шириной камеры шлюза) и их взаимное расположение зависят от величины действующего напора, а также от расчетной скорости маневрирования подъемно-опускными воротами при наполнении камеры.
Процесс наполнения камеры шлюза происходит следующим образом: после подъема подъемно-опускных ворот 1 в образовавшееся под ними отверстие поступает вода. Поток воды поступает на гасительный экран 3 с отверстиями 4, при этом часть потока воды отражается от внутренней грани гасительного экрана, а другая часть направляется через отверстия 4 в камеру гашения 2, в результате чего происходит его разделение на несколько струй. В камере гашения 2 происходит соударение струи, отразившейся от внутренней грани гасительного экрана, и струй, образовавшихся в результате прохождением потоком отверстий 4. Такое соударение струй обеспечивает потери энергии потока и выравнивание его эпюры скоростей на выходе из горизонтально-балочной решетки 6 в камеру шлюза 7.
По сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность гашения энергии потока воды, поступающего в камеру судоходного шлюза, и в конечном итоге уменьшить время, затрачиваемое на процесс шлюзования, при равных условиях стоянки шлюзующихся судов.
Описанное устройство разработано специалистами Испытательного центра гидротехнических сооружений и кафедры гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в процессе выполнения научно-исследовательских работ.
Изложенное позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель соответствует критерию «промышленная применимость».