ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ВОРОТ ШЛЮЗА ОТ НАВАЛА СУДОВ
SAFETY DEVICE FOR PROTECTING LOCK GATE FROM SHIPS DOCKING IMPACT

Изобретение относится к области водного транспорта и предназначено для защиты ворот шлюза при шлюзовании судов.
Известны устройства, обеспечивающие защиту ворот судоходного шлюза при входе судна в шлюз (а.с. СССР №872635, МПК E02C 1/10, опубл. 1981 г.; а.с. СССР №1079745, МПК E02C 1/10, опубл. 1984 г.; пат. РФ №2425922, МПК E02C 1/00, опубл. 2011 г. ). Устройства включают гибкий заградительный элемент, перекрывающий судоходный пролет шлюза и амортизаторы, установленные на стенах камеры шлюза.
Недостатком таких устройств является сложная система соединения заградительного органа с амортизаторами, а также необходимость перекрытия судоходного пролета перед каждым входом судна в шлюз.
Известны устройства, в которых установка заградительного элемента производится посредством подъема и опускания наклонных штанг, установленных на тележках, при этом тележки оборудованы амортизаторами в виде резиновых блоков (пат. РФ №2532036, МПК E02C 1/10, опубл. 27.10.2014).
В указанном устройстве соединение заградительного органа с амортизаторами производится автоматически, однако для осуществления операции требуется сложная конструкция подъема и опускания наклонных штанг.
Из известных решений наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства по технической сущности и назначению является предохранительное устройство для защиты ворот шлюза от навала судов по пат. РФ №2579229, МПК E02C 1/10, опубл. 10.04.2016. Устройство-прототип состоит из гибкого заградительного органа в виде цепи или каната, перекинутого через судоходный пролет шлюза и соединенного с тележками. Вдоль стен камеры шлюза проложены рельсовые пути, на которых установлены тележки. При навале судна на гибкий орган происходит передача усилия на тележки с амортизаторами, в результате чего осуществляется гашение энергии навала и соответственно торможение судна.
Недостатком предохранительного устройства является сложность и низкая надежность его тормозной системы из-за использования в качестве прижимных элементов резиновых блоков. Кроме того освобождение судоходного пролета от заградительного органа при выходе судна из шлюза в нижний бьеф и установка его перед приближением судна к воротам является достаточно трудоемкой операцией, усложняющей и замедляющей шлюзование судна.
Предлагаемое решение позволяет повысить надежность устройства и сократить временные и трудозатраты, связанные с перекрытием судоходного пролета шлюза заградительным органом и освобождением от него при шлюзовании судна.
Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в предохранительном устройстве защиты ворот шлюза от навала судов, состоящем, также как и прототип, из гибкого заградительного органа в виде троса или цепи, перекинутого через судоходный пролет камеры шлюза, при этом концы заградительного органа присоединены к двум тележкам, установленным симметрично с двух сторон пролета на рельсовые пути, проложенные вдоль стен камеры, в отличие от прототипа, рельсовые пути имеют уклон с повышением в сторону ворот шлюза. В свою очередь на концах рельсовых путей установлены лебедки с грузовыми канатами, присоединенными к тележкам, с возможностью подъема тележек на высоту расположения заградительного органа, превышающую высоту надводного габарита шлюзуемых судов.
Сущность изобретения заключается в остановке судна перед воротами шлюза при его навале на заградительный орган, за счет того, что система «судно - заградительный орган - тележки», перемещаясь вверх по наклонным путям, обеспечивает торможение и остановку судна. В свою очередь, для пропуска судна под заградительными органами при выходе судна из шлюза в нижний бьеф эта тормозная система вместе с лебедкой, осуществляет подъем заградительного органа на высоту, превышающую надводные габариты судна. При входе судна в шлюз из верхнего бьефа с помощью лебедок заградительный орган вместе с тележками опускается в исходное положение.
Сопоставление предлагаемого устройства, предохраняющего ворота шлюза от навала судна с помощью заградительного органа, и его прототипа показало, что задача - повышение надежности устройства и снижение временных и трудозатрат, связанных с перекрытием судоходного пролета шлюза заградительным органом и освобождением от него при шлюзовании судна, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области водного транспорта не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлено изображение шлюза с предохранительным устройством (вид сверху);
на фиг. 2 продольный разрез шлюза, когда судно находится в контакте с заградительным устройством;
на фиг. 3 продольный разрез шлюза, когда судно выходит из шлюза и заградительный орган поднят выше надводных надстроек суда;
на фиг. 4 разрез шлюза по I-I;
на фиг. 5 разрез шлюза по II-II.
Предлагаемое устройство выполнено следующим образом.
На стенах камеры шлюза 1 проложены рельсовые пути 2, на которых установлены тележки 3. Рельсовые пути 2 имеют уклон, повышающийся в сторону ворот шлюза. Тележки 3, установленные на рельсовые пути 2, опираются на боковую стенку 4, принимающую горизонтальные нагрузки, действующие на тележки. Между тележками 3 через камеру шлюза перекинут заградительный орган (трос, цепь) 5, заключенный в оболочку из фрикционного материала (резины). Рельсовые пути прокладывают по эстакадам 6, в конце которых установлены грузовые лебедки 8, связанные канатами с тележками 3. С помощью лебедок тележки поднимаются по эстакаде, поднимая при этом заградительный орган на высоту, превышающую надводные габариты судна.
Тележки 3 могут быть выполнены двухъярусными, нижний ярус которых опирается на рельсовые пути 2 и стенку 4, а верхний ярус соединяет канатом тележку с лебедкой 8.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Судно 9 при подходе к воротам 10 шлюза 1 встречает форштевнем заградительный орган 5, передавая усилие от навала на тележки 3, которые перемещаются по наклонным рельсовым путям 2 вверх. При этом возникает тормозная сила, которая рассчитывается по уравнению:
i
где W - водоизмещение судна, α - уклон рельсовых путей.
Задаваясь значениями уклона рельсовых путей, можно рассчитать «тормозной» путь судна перед воротами шлюза по уравнению (2):
где V - скорость судна при навале на заграждения, Р - присоединенная масса воды, α - пройденный «тормозной путь».
После остановки судна 9 и его отхода к швартовым рымам, тележки 3 лебедками 8 поднимаются вверх по рельсовым путям (эстакадам 6), поднимая заградительный орган 5 на высоту, позволяющую судну 9 беспрепятственно выйти в нижний бьеф.
Высота эстакады 6 в верхней точке может быть вычислена по формуле
H
где T - высота надводной части судна, Н - напор воды перед выходом судна из камеры, h - высота подъема заградительного органа над стенками шлюза.
Предлагаемое решение позволяет защитить ворота шлюза от навала судов и сократить время их шлюзования, за счет уменьшения временных и трудозатрат, связанных с освобождением и установкой заградительного органа в шлюзе при каждом проходе судна в нижний бьеф.
Конструкция была разработана специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в ходе научно-исследовательских работ. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования устройства в шлюзовых камерах канала им. Москвы и гидроузлов Волжского каскада. В дальнейшем предполагается рекомендовать устройство для использования на внутренних водных путях Российской Федерации, что позволит значительно повысить безопасность шлюзования судов.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».