УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ВОРОТ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА ОТ НАВАЛА СУДОВ
DEVICE FOR PROTECTING NAVIGATION LOCK GATE FROM BERTHING IMPACT

Изобретение относится к области водного транспорта и предназначено для повышения безопасности шлюзования судов.
Известны устройства защиты ворот судоходного шлюза от навала судов, включающие гибкий заградительный элемент, перекрывающий судоходный пролет шлюза и амортизаторы, установленные на стенах камеры шлюза (см. а.с. СССР №872635, МПК Е02С 1/10, опубл. 1981 г.; а.с. СССР №1079745, МПК Е02С 1/10, опубл. 1984 г.; пат. РФ №2425922, МПК Е02С 1/00, опубл. 2011). Недостатком устройств является сложность управления заградительным элементом, который при установке в судоходный пролет специальными механизмами опускается в воду ниже осадки судов или поднимается вверх портальным подъемником выше надводных габаритов судна. Работа таких механизмов приводит к частым отказам и к остановке шлюза.
Известны системы защиты ворот судоходного шлюза в виде поворотных рам, которые шарнирно закреплены на стенах шлюза и перекрывают только часть судоходного пролета шлюза, удерживая судно за скуловые обводы (см. Rudolf Kuhn, Binnen-werkehrwasserbau, Berlin. 1984, стр. 298). Однако такие системы недостаточно надежны, т.к. требуют маневрирования поворотными рамами перед каждым входом судна в камеру, что удлиняет цикл судопропуска, и, кроме того, требуют наладки механизмов поворота.
Известны также устройства защиты ворот, основанные на формировании в камере шлюза встречной волны, останавливающей судно перед воротами шлюза без перекрытия судоходного пролета во время шлюзования судна. В устройстве, являющемся наиболее близким аналогом заявляемого изобретения (пат. РФ №2335599, МПК Е02С 1/00, опубл. 2008), образование встречной волны обеспечивается пуском воды из двух емкостей, установленных на нижней голове шлюза. При этом волна образуется в камере шлюза в том случае, если датчик, установленный на стенке камеры шлюза, зафиксирует превышение скорости движения судна на расстоянии 100-150 м от ворот. Для быстрого опорожнения емкостей с водой в водоводах камеры устанавливаются быстропадающие затворы, срабатывающие по команде датчиков, контролирующих движение судна в камере.
Достоинством прототипа является то, что гидравлическая система защиты ворот шлюза исключает необходимость перекрытия судоходного пролета шлюза механическими средствами, как это осуществляется в указанных выше аналогах. Однако создание водяной «подушки безопасности» в устройстве-прототипе требует необходимости накопления значительных объемов воды и соответственно монтажа на стенах камеры шлюза достаточно объемных резервуаров. Кроме того, в известной гидравлической системе опорожнение резервуаров и возникновение встречной волны происходит практически мгновенно, за счет чего остановка судна осуществляется в начальный момент его приближения к воротам.
Предлагаемое устройство сохраняет достоинства прототипа - исключает необходимость перекрытия судоходного пролета шлюза заградительными элементами, но при этом, для создания водяной «подушки безопасности», обеспечиваемой встречной волной, не требует объемных накопительных резервуаров с водой и устройств их опорожнения, и кроме того осуществляет не мгновенное, а постепенное торможение судна на всем пути его приближения к воротам. Таким образом, технический результат от использования изобретения заключается в обеспечении возможности постепенного торможения судна при одновременном упрощении процесса за счет создания встречной волны без применения устройств накопления и пропуска воды.
Для достижения указанного технического результата используется следующая совокупность существенных признаков: в устройстве защиты ворот судоходного шлюза от навала судов, состоящем, так же как и прототип, из двух узлов формирования встречной волны, расположенных симметрично по обеим сторонам камеры перед воротами шлюза и подключенных к датчику измерения скорости движения судна, установленного на стенке камеры шлюза, в отличие от прототипа, узлы формирования встречной волны выполнены в виде ориентированных навстречу движению судна винторулевых механизмов, включающих трубчатые конусные насадки и гребные винты, установленные на валах, приводимых во вращение двигателем, и смонтированных на подвижных тележках с возможностью подъема и опускания в камеру шлюза ниже уровня воды, в свою очередь тележки установлены на рельсовых путях, проложенных вдоль стен камеры шлюза в зоне остановки судна перед воротами. Для обеспечения подъема и опускания в камеру шлюза винторулевых механизмов, последние установлены на штангах Г-образной формы, закрепленных на корпусах тележек и включающих поворотный круг, сопряженный с механизмом поворота, соединяющим опорно-ходовую часть и корпус тележки. Для формирования волн с направлением, перпендикулярным плоскостям скуловых отводов судна, винторулевые механизмы выполнены с возможностью поворота в горизонтальной плоскости и фиксации в требуемом положении. С этой целью узел снабжен механизмом поворота, включающим редуктор, двигатель и стопор.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача - обеспечение возможности постепенного торможения судна при одновременном упрощении устройства, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь проведенный информационный поиск в области водного транспорта не выявил отдельных отличительных признаков изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - схематическое изображение устройства в плане,
на фиг. 2 - схематическое изображение устройства в рабочем состоянии (вид сверху),
на фиг. 3 - схематическое изображение устройства в рабочем состоянии (вид справа),
на фиг. 4 - схематическое изображение устройства в нерабочем состоянии (вид сверху).
Предлагаемое устройство (фиг. 1) состоит из двух узлов, смонтированных на подвижных тележках 1, расположенных на рельсовых путях 2, проложенных вдоль стен камеры шлюза в зоне остановки судна перед воротами 3. На тележках 1 установлены механизмы 4, обеспечивающие подъем и опускание в камеру шлюза штанги 5, на которой установлены двигатель 6, трубчатая конусная насадка 7 и гребной винт 8 посредствам подшипников 9. Штанга имеет Г-образную форму.
Корпус тележки 1, где закреплена штанга 5, опирается на опорно-ходовую часть 10 тележки 1 через поворотный круг 11, что позволяет при движении судов в камере шлюза извлекать штангу 3 из камеры шлюза и поворотом корпуса тележки убирать за габариты камеры шлюза. На воротах камеры шлюза 3 устанавливается локатор скорости (датчик измерения скорости движения судна) 12, который предназначен для контроля скорости движения судна.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Перед входом судна в камеру шлюза тележки 1 устанавливают в начале участка пути торможения, при этом штанга 5 находится над водой в положении ожидания. При превышении скорости судна с локатора скорости 12 поступает сигнал в механизм 4, после чего штанга 5 с винторулевым устройством опускается в камеру шлюза. Гребной винт 8, закрепленный на штанге 5, ориентирован навстречу входящему судну. Угол поворота винта 8 задается таким, чтобы поток, создаваемый установкой, был направлен перпендикулярно плоскости скулового отвода судна на всем пути торможения.
По мере движения судна тележки 1 перемещаются по рельсовым путям 2 в сторону ворот 3, непрерывно создавая поток в скуловые обводы судна. Остановка тележек 1 производится после остановки судна перед воротами 3 шлюза.
Для того чтобы создаваемый навстречу входящему судну поток остановил судно перед воротами шлюза, энергия потока должна превышать энергию судна.
Расчет системы торможения судна производится по формуле:
где W - масса судна, V - скорость судна, р - коэффициент сопротивления, Е - энергия потока.
o
Исходный диаметр струи и исходная скорость V струи определяется по следующим выражениям:
В струе от гребного винта имеется сильный тангенциальный поток в форме водоворотов и общего вращения вокруг продольной оси.
Силу воздействия струи на вертикальную стенку можно определить по формуле (4):
o
где l - расстояние от сопла до вертикальной стенки; d - диаметр сопла; υ - выходная скорость потока из сопла; ω - площадь сопла; ρ - плотность жидкости.
Описанное устройство разработано специалистами кафедры Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования устройства на Волго-Балтийском водном пути, в шлюзовых камерах канала имени Москвы и гидроузлов рек Камы и Волги.
Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».