До настоящего времени во всем мире построено около 60 судоподъемников, из них 44 наклонных и 16 вертикальных. Строительство наклонных судоподъемников и судовозных дорог велось с конца XVIII и до конца XIX столетия, однако рассмотрение конструкций и опыта эксплуатации наклонных судоподъемников позволяет сделать вывод, что этот тип судопропускных сооружений незаслуженно забыт. Основные недостатки, из-за которых строительство судоподъемников наклонного типа было приостановлено, при современном техническом прогрессе могут быть успешно преодолены, и эти сооружения при определенных условиях могут оказаться весьма эффективными и экономичными. Высокий уровень развития машиностроения, строительство крупнейших промышленных объектов и широкое гидротехническое строительство на реках Сибири создают необходимые условия, при которых транспортные судоподъемники могут и должны получить широкое распространение.
Анализ приведенных в табл. 13.4 конструктивных решений и основных характеристик наклонных судоподъемников показывает, что зарубежная практика проектирования ориентируется в основном на уравновешенный тип наклонных судоподъемников. Это объясняется тем, что наклонные судоподъемники располагаются на каналах, где навигационные колебания уровней незначительны и возможно уравновешивание судовозных камер с малыми затратами.
Поиск оптимального решения судоподъемников в условиях стесненной компоновки гидроузла, при напоре 100 м и более, при колебаниях уровней в бьефах, измеряемых десятками метров, и грузоподъемности расчетных судов 2000 т и более представляет весьма сложную инженерную и научно-техническую проблему.
Рис. 13.7. Наклонный судоподъемник Красноярской ГЭС.
1 — центральная опора; 2 — мост поворотного устройства; 3 — судовозная камера; 4 — опорно-ходовые тележки; 5 — сегментный затвор.
Таблица 13.4. Конструктивные решения и основные показатели построенных наклонных транспортных судоподъемников и судовозных дорог
Таблица 13.5. Запроектированные в СССР наклонные судоподъемники
На рис. 13.7 дана принципиальная схема пологонаклонного судоподъемника Красноярской ГЭС, отличительными особенностями которого являются следующие принятые в проекте конструктивные решения:
наличие на водоразделе поворотного круга, что позволило вписаться трассой судоподъемника в рельеф местности с минимальными объемами скальных выемок; выполнение судовозной камеры самоходной, в результате чего обеспечивается ее заезд под любой навигационный уровень верхнего и нижнего бьефов;
устройство тупикового разъезда в примыкании к поворотному кругу, что дает возможность увеличить в перспективе судопропускную способность судоподъемника с помощью монтажа второй судовозной камеры;
возможность использования принятой схемы наклонного судоподъемника на других гидроузлах при необходимости обеспечения временного судоходства на строительный период (при перекрытии русла гидроузла).
Трасса судоподъемника проходит по левому берегу Енисея вблизи уреза реки. Угол в плане между осями верхового и низового путей составляет около 142°. Общая протяженность судовозных путей 1600 м. Максимальная высота подъема камеры по низовому наклонному пути равна 118 м, высота подъема по верховому пути — от 17 до 30 м. Поворотное устройство, расположенное в районе примыкания глухой бетонной плотины к берегу, на стыке верховых и низовых судовозных путей, предназначено для разворота судовозной камеры. Оно представляет собой наклонную стальную балку длиной 105 м. Перемещение судов из одного бьефа в другой осуществляется в самоходной наполненной водой камере. Металлическая камера, располагается на косяковой пространственной ферме, перемещается по продольным наклонным путям таким образом, что дно камеры неизменно остается горизонтальным.
Судоподъемник Красноярской ГЭС был пущен во временную эксплуатацию в 1978 г. В настоящее время продолжается усовершенствование и доводка работы отдельных элементов судоподъемника, что позволит обеспечить эксплуатацию судоподъемника в проектном режиме.
В разработанных в СССР проектах наклонных судоподъемников, как видно из табл. 13.5, габариты судовозных путей в основном унифицированы, что позволяет осуществить их серийный выпуск и тем самым сократить стоимость металлоконструкций и оборудования, а также сроки строительства судоподъемников.
Конструктивные решения и основные характеристики построенных за рубежом вертикальных судоподъемников приведены в табл. 13.6.
Таблица 13.6. Конструктивные решения и основные характеристики построенных вертикальных транспортных судоподъемников
Канал, место расположения | Тип судоподъемника | Преодолеваемый напор, м | Масса с водой, т | Габариты камеры, м | Грузоподъемность судна, т | ||
Длина | Ширина | Глубина | |||||
Большой западный канал, Таунтон (Англия) | Механический с двумя уравновешенными камерами, подвешенными на цепях Галля и перемещающимся избыточным слоем воды в одной из камер | 14,02 | 17,0 | 9,1 | 2,2 | 0,85 | 8 |
Центральный канал, Ля-Ливьер (Бельгия) | Плунжерный с двумя уравновешенными камерами. Перемещение камеры пригрузочным слоем воды | 15,40 | 1050 | 43,6 | 5,8 | 2,4 | 400 |
Канал Гогенцоллерн, | Механический однокамерный уравновешенный с раздельными противовесами на стальных канатах. Перемещение камеры по цевочным рейкам от общего электропривода | 36,00 | 4300 | 85,0 | 12,0 | 2,5 | 1000 |
Средне-Германский канал, Ротензее (ГДР) | Поплавковый однокамерный, перемещение камеры по четырем винтам с приводом от электромотора | 18,67 | 4800 | 85 | 12,0 | 2 5 | 1000 |
Большой западный канал, Таунтон (Англия) | Механический с двумя уравновешенными камерами, подвешенными на цепях Галля и перемещающимися избыточным слоем воды в одной из камер | 14,02 | 17,0 | 9,1 | 2,2 | 0,85 | 800 |
Дортмунд-Эмский канал, Геерихенбург (ФРГ) | Поплавковый с одной камерой, уравновешенной 5 поплавками. | 14,50 | 3000 | 68,0 | 8,6 | 2,5 | 600 |
Гидравлические судоподъемники имеют серьезные конструктивные и эксплуатационные недостатки. К числу первых следует отнести сложность конструкций цилиндров и уплотнений между ними, а к числу вторых — взаимосвязанность камер. Задержка судопропускных операций и тем более ремонт одной из камер приводит к простою другой камеры, а отсутствие судов встречных направлений — к холостому ходу одной из них. Недостаток поплавковых судоподъемников состоит в необходимости сооружения водонепроницаемых глубоких шахт значительного диаметра, что представляет собой достаточно сложную инженерную задачу.
Механический судоподъемник отличается от других типов менее сложной конструкцией и высокими эксплуатационными качествами. Расположение такого судоподъемника в выемке и применение высокопрочных материалов может значительно облегчить его конструкцию, что позволит ему успешно конкурировать с другими типами судоходных сооружений.
Необходимо расширить проведение проектных проработок, лабораторных и особенно натурных исследований для решения, в частности, таких вопросов, как сопряжение судовозных камер с бьефами в условиях больших колебаний уровней, механизация ввода судов в судовозную камеру; определение для различных типов судоподъемников предельных допустимых значений скоростей и ускорений камер при движении; изыскание новых и долговечных материалов для камер судоподъемников, с тем, чтобы значительно сократить массу камеры и ее стоимость. Необходимо также тщательно исследовать гидравлические условия входа судов в судовозную камеру и выхода из нее, а также входа и выхода судовозных камер из бьефа; условия надежной работы судоподъемников при низких температурах воздуха и обледенении судовозных путей. При составлении проектов судоподъемников следует обращать особое внимание на полноту геологических изысканий.
Значительное расширение области поиска оптимальных проектных решений судоподъемников может быть получено, если удастся решить задачу перевозки груженых судов насухо. Важными резервами удешевления судоподъемников является снижение массы подвижной его части за счет применения специальных сплавов и высокопрочных синтетических материалов, а также снижение энергопотребления путем механического или энергетического уравновешивания камер.
Перспективным представляется пересмотр всей транспортной системы водного пути в увязке со строительством судоподъемников. В частности, весьма эффективной может оказаться схема воднотранспортных перевозок по методу тяговых плеч в тяжеловесных толкаемых составах, состоящих из сравнительно мелких секций (по типу применяемых в США). При этом сортировочные рейды устраиваются в районе судоподъемника. Такое решение при сравнительно малом размере камер судоподъемников позволит формировать составы оптимальной для каждого бьефа грузоподъемности, улучшит работу транзитного флота и судоходных сооружений, повысит тем самым их эффективность.
