УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ВОРОТ ШЛЮЗА
PROTECTION DEVICE OF SLUICE GATE

Изобретение относится к области водного транспорта, а именно к устройствам защиты ворот шлюзов от навала судов, и предназначено для повышения безопасности шлюзования судов.
Известны устройства защиты ворот, основанные на формировании в камере шлюза встречной волны, останавливающей судно перед воротами шлюза во время шлюзования судна (см. пат. РФ №2335599, МПК Е02С 1/00, опубл. 2008; пат. РФ №2594536, МПК Е02С 1/00, опубл. 2016). В устройстве по пат. РФ №2335599 образование встречной волны обеспечивается попуском воды из двух емкостей, установленных на нижней голове шлюза. При этом волна образуется в камере шлюза по сигналу от датчика скорости, установленного на стенке камеры шлюза. По команде с датчика, контролирующего скорость движения судна в камере, срабатывают быстропадающие затворы и происходит опорожнение емкостей с водой в водоводах камеры. Достоинством системы является то, что гидравлическая система защиты ворот шлюза исключает необходимость перекрытия судоходного пролета шлюза механическими средствами. Однако создание встречной волны требует необходимости накопления значительных объемов воды и соответственно монтажа на стенах камеры шлюза достаточно объемных резервуаров.
Устройство по пат. №2594536 сохраняет достоинства предыдущего аналога, но при этом, для создания водяной «подушки безопасности», обеспечиваемой встречной волной, не требует объемных накопительных резервуаров с водой и устройств их опорожнения. Указанное устройство по технической сущности и назначению является наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого устройства.
Устройство-прототип состоит из узла формирования встречной волны в виде ориентированных навстречу движению судна винторулевых механизмов, расположенных перед воротами шлюза и подключенных к датчику измерения скорости движения судна, установленного на стенке камеры шлюза. Винторулевые механизмы смонтированы на подвижных тележках с возможностью подъема и опускания в камеру шлюза ниже уровня воды, а тележки установлены на рельсовых путях, проложенных вдоль стен камеры шлюза в зоне остановки судна перед воротами.
Недостатком устройства является недостаточно быстрое торможение судна перед воротами, что при большой скорости судна может привести к его навалу на ворота.
Предлагаемое решение позволяет сократить время торможения судна перед воротами за счет мгновенного формирования в камере шлюза преграды, предотвращающей навал судна.
Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в устройстве защиты ворот шлюза, включающем, так же как и прототип, узел формирования встречной волны, расположенный перед воротами шлюза и подключенный к датчику измерения скорости движения судна, установленному в камере шлюза, в отличие от прототипа, узел формирования встречной волны выполнен в виде оболочки из эластичного водо- и воздухонепроницаемого материала, закрепленной на днище шлюза перпендикулярно его продольной оси, и двух газогенераторов, установленных на противоположных стенках камеры шлюза и соединенных трубопроводами с двух концов с полостью оболочки. При этом на верхнем ригеле ворот установлен экран, вогнутая поверхность которого обращена в сторону камеры.
Сущность изобретения заключается в том, что за счет упругой оболочки, уложенной перед воротами шлюза поперек камеры и сопряженной с газогенераторами, при угрозе навала судна на ворота происходит мгновенное заполнение оболочки газом. При этом деформация оболочки вызывает подъем поверхности воды в камере с формированием вальца перед движущимся судном, предотвращающим его навал на ворота.
Сопоставление предлагаемого решения и прототипа показало, что поставленная задача - снижение времени остановки судна перед воротами шлюза - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области водного транспорта не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемой конструкции критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена схема формирования встречной волны в камере шлюза,
на фиг. 2 дано схематическое изображение камеры шлюза с расположенной в ней оболочки,
на фиг. 3 представлена схема формирования продольного уклона воды после отражения от экрана.
Для формирования встречной волны 1 перед судном 2 на днище камеры шлюза 3 (фиг. 1, 2) укладывается эластичная водо- и воздухонепроницаемая оболочка 4, которая крепится к бетонному основанию анкерами 5. На стенках камеры шлюза 3 размещены газогенераторы 6, которые посредством системы трубопроводов (на рис.не показаны) соединяются с полостью оболочки 4. На верхнем ригеле ворот 7 установлен экран 8, вогнутая поверхность которого обращена в сторону камеры. На воротах 8 закреплены датчики 9, соединенные с газогенераторами 6, например, с помощью оптико-электронной системы (на рис. не показана).
Устройство работает следующим образом.
При угрозе навала судна на ворота шлюза датчики 9, контролирующие скорость судна 2, подают сигналы в газогенераторы 6, инициирующие синхронное возгорание в них порохового заряда. Газы, поступающие в полость оболочки 4 от газогенераторов 6, мгновенно заполняют ее, вызывая явление, подобное гидравлическому удару, который распространяется к поверхности воды, формируя водяной валец 1. Размеры и форма вальца 1 зависят от контура и размеров оболочки 4, а также времени наполнения оболочки газами. Валец 1 должен иметь размеры, которые могли бы остановить судно 2 перед воротами 7 или погасить его скорость, чтобы при навале исключить повреждение верхнего ригеля ворот 7. При растекании вальца в сторону ворот в камере шлюза происходит отражение волны от экрана 8, установленного на воротах 7.
Остановка судна происходит вследствие воздействия на корпус судна:
- водяного вальца при формировании вальца непосредственно перед носом судна. В этом случае остановка судна происходит практически мгновенно в результате воздействия на него как гидростатических, так и гидродинамических сил (фиг. 1).
- уклона водной поверхности при формировании вальца до подхода судна. В этом случае остановка судна происходит за счет воздействия уклона водной поверхности, который формируется при растекании водяного вальца в сторону камеры и отражения его от экрана 8. (фиг. 3). На судно при этом действует продолжительная тормозная сила.
Предлагаемая 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.
Применение изобретения наиболее эффективно в шлюзах р. Волги и канала им. Москвы, где ширина камер шлюзов составляет 30 м. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «промышленная применимость».