ГОЛОВНАЯ СИСТЕМА НАПОЛНЕНИЯ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА С ОБХОДНЫМИ ГАЛЕРЕЯМИ

Предлагаемая полезная модель относится к области гидротехнических сооружений, а именно к судоходным шлюзам, и касается устройства головных систем наполнения судоходных шлюзов с обходными галереями. Устройство позволяет создать благоприятные условия стоянки судов в камере шлюза во время шлюзования за счет повышения эффективности гашения энергии потока воды, поступающего в камеру шлюза при его наполнении.
Головные системы питания шлюзов условно разделены на две основные группы: безгалерейные и с короткими обходными галереями. В системах с короткими обходными галереями питание камер производится через водоводы, располагаемые в днищах или стенах голов шлюза. В системах с короткими обходными галереями гашение энергии потока обеспечивается за счет соударения встречных потоков или посредством разделительного устоя, расположенного по оси шлюза. Одним из недостатков таких систем является недостаточно эффективное гашение энергии потока воды, поступающего в камеру шлюза из верхнего бьефа при шлюзовании для обеспечения благоприятных условий стоянки судна в камере при выполнении шлюзования.
Известна система питания судоходного шлюза (пат. РФ №2089705, МПК Е02С 1/06, опубл. 10.09.1997), выполненная в виде водопроводной галереи, снабженной затворами со стороны верхнего и нижнего бьефов, расположенных в пределах разных голов шлюзовой камеры. В данной системе обеспечение благоприятных условий стоянки судна в камере шлюза происходит посредством перераспределения расхода воды по длине камеры судоходного шлюза.
Недостатком такой системы наполнения является относительно сложная конструкция днища камеры шлюза, обусловленная необходимостью размещения в нем водопроводных галерей, а также значительные объемы грунтовых и бетонных работ, необходимые для возведения судоходного шлюза с такой системой наполнения.
Известна система наполнения судоходного шлюза (пат. CN №201485842 (U) МПК Е02С 1/06, Е02С 1/08, опубл. 26.05.2010), выполненная в виде обходных галерей наполнения, размещенных в верхней голове судоходного шлюза с системой выпусков, расположенных в камере шлюза за порогом верхней головы.
Недостатком такой системы является относительно сложная конструкция системы водовыпусков.
Среди известных аналогов наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и назначению является головная система наполнения, с водопроводными галереями по а.с. SU №1331954, Е02С 1/00, опубл. 23.08.1987. В системе-прототипе гашение энергии потока воды, поступающего в камеру шлюза, происходит на водовыпусках галерей наполнения, представляющих собой продолжение водопроводной галереи, выполненной под порогом ворот верхней головы, и накрытой плитой с отверстиями, причем площадь водовыпусков постепенно увеличивается от оси шлюза к шкафной части устоев ворот. Постепенное увеличение площадей водовыпусков водопроводных галерей приводит к появлению неравномерности распределения скоростей потока воды вблизи порога ворот верхней головы при наполнении камеры, с возрастанием скоростей потока близи стен. Положительный эффект от такого распределения скоростей заключается в очистке шкафной части верхней головы от плавающего мусора, в то же время это явление вызывает возникновение пульсационных составляющих скоростей потока воды, в целом ухудшающих условия стоянки судна в камере при шлюзовании. Кроме того система обеспечивает только частичное гашение энергии потока воды.
Заявляемая полезная модель позволяет повысить эффективность гашения энергии потока воды за счет геометрии водовыпусков, обеспечивающей равномерное распределение скоростей потока воды, поступающего в камеру судоходного шлюза.
Для повышения эффективности гашения энергии потока воды, в заявленной полезной модели используется следующая совокупность существенных признаков: в головной системе наполнения судоходного шлюза с обходными галереями, расположенными, как и прототип, симметрично относительно оси судоходного шлюза и включающими водопроводные галереи наполнения и водовыпуски, при этом водовыпуски перекрыты сверху горизонтальной балочной решеткой с неравномерным шагом балок, в отличие от прототипа, водовыпуски имеют прямоугольное поперечное сечение, площадь которого увеличивается в направлении от стен камеры к оси шлюза в пределах 20-30% от величины площади выходного сечения водопроводной галереи наполнения.
Сущность предлагаемой модели заключается в равномерном распределении скоростей потока воды, поступающего в камеру судоходного шлюза, по его ширине. Указанное равномерное распределение скоростей происходит вследствие взаимодействия двух противоположно направленных потоков воды, поступающих из водопроводных галерей наполнения, в части камеры шлюза непосредственно за порогом рабочих ворот над отверстиями водовыпусков. Поперечное сечение водовыпусков, постепенно увеличивающееся в направлении от стен камеры к оси шлюза, наряду с шагом балок горизонтальных балочных решеток, перекрывающих отверстие водовыпусков, подбираются таким образом, чтобы величина суммарных гидравлических сопротивлений, создаваемых этими элементами, приводила к появлению на выходе из каждого водовыпуска потока воды со спектром скоростей, обеспечивающим максимально возможную величину диссипации энергии.
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, 2), где дано схематическое изображение предлагаемой головной системы наполнения судоходного шлюза с обходными галереями.
Заявляемая система состоит из верхней головы шлюза, двухстворчатых рабочих ворот 1, расположенных перед камерой шлюза 2, водопроводных галерей наполнения 3, расположенных симметрично, относительно оси судоходного шлюза. При этом водовыпуски галерей наполнения 4 имеют прямоугольное поперечное сечение, площадь которого увеличивается в направлении от стен камеры к оси шлюза в пределах 20-30% от величины площади выходного сечения 6 галереи наполнения 3. Со стороны камеры шлюза в верхней части водовыпусков 4 размещены горизонтальные балки 5 шириной от 0,5 до 1,0 м, расположенные с неравномерным шагом, постепенно увеличивающимся в направлении оси шлюза. Размеры поперечного сечения галерей наполнения и водовыпусков, а также параметры расположения балок горизонтальной балочной решетки, подбираются так, чтобы обеспечить минимальное время наполнения камеры судоходного шлюза при одновременном выполнении благоприятных условий стоянки шлюзующегося судна в камере.
По сравнению с известными аналогами предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность гашения энергии потока воды, поступающего в камеру судоходного шлюза, уменьшить размеры камеры судоходного шлюза за счет сокращения длины успокоительного участка 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.
Представленные выше факторы позволяют сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель соответствует критерию «промышленная применимость».