Общая характеристика распределительных систем питания у шлюзов России и стран СНГ

№ п/п	Наименование шлюзов	Схема подвода воды	Размеры камеры ´ , м	Напор H_d, м	Размеры выпусков , м	Количество выпусков, шт.			Фактическое время наполнения камеры, мин
1	Бухтарминский четырехкамерный	Со стороны верхней головы	100 ´ 18			15	1,12	0,85		7,0
2	Кременчугский		270 ´ 18	18,3		196	1,13	0,85		9,0
3	Нижне-Свирский		198 ´ 21,5	11,0	0,76 – 0,87	46	1,13	0,76		9,5
4	Павловский		120 ´ 15	32,9		36	1,24	0,70		14,5
5	Усть-Каменогорский		100 ´ 18	40,0		15	1,25	0,70		25,4
6	Каховский		270 ´ 18	16,6		74	1,26	0,80		8,0
7	Запорожский трехкамерный		120 ´ 18			44	1,7	0,62		12,0
8	Волховский		144 ´ 17	10,8		29	1,98	0,56		10,0
9	Воткинский		290 ´ 30	23,0		144	3,65	0,70		12,0

Табл. 3.2 (продолжение)

№ п/п	Наименование шлюзов	Схема подвода воды	Размеры камеры ´ , м	Напор H_d, м	Размеры выпусков , м	Количество выпусков			Фактическое время наполнения камеры, мин
10.	Верхне-Свирский	К середине	281 ´ 21,5	15,9		408	2,92	0,74	8,9
11.	Запорожский однокамерный	С выпусками на отдельных участках камеры	283 ´ 18	39		71	2,95	0,90	12,5
12.	Волгоградские двухкамерные		290 ´ 30			82	4,05	0,73	8,5
13.	Самарские		290 ´ 30	11		123	4,25	0,72	10,0
14.	Рыбинские		290 ´ 30	17		32	4,80	0,75	8,0
15.	Чебоксарские	С галерея-ми, разде-ленными на отсеки	290 ´ 30	13		123	5,03	0,78	7,5

По данным лабораторных исследований проф. И. М. Коновалова установлено, что выходящие из подводных отверстий струи воды расширяются примерно по следующему закону:

(3.18)

где у – расстояние по вертикали от отверстия до рассматриваемого сечения.

На их основе рекомендуется для уменьшения воздействия на судно струй, выходящих из донных выпусков в момент наибольшего значения поступающего в камеру расхода воды, расстояние между донными выпусками назначать не более:

(3.19)

где и s – глубина воды на пороге и осадка судна в полном грузу, (в м);

– возвышение уровня воды в камере над начальным уровнем в момент времени, соответствующий . Ширину выпусков рекомендуется принимать из условия недопущения засорения топлой древесиной в пределах 0,20–0,40м.

При больших скоростях, поступающих в камеру струй воды, над выпусками часто устанавливают гасительные экраны в виде стальных листов, закрепленных на высоте 0,2÷0,3 м от щелевых отверстий. Экраны могут выступать над днищем камеры (Каховский шлюз) или находиться на уровне отметки днища в углублениях (Запорожский шлюз). Однако в любом случае они усложняют конструкцию системы питания и создают неудобства в эксплуатации: срываются со шпилек, засоряются древесиной, мусором, обрастают подводными организмами и т. п.

Выпуски в виде расходящихся насадок позволяют уменьшить скорость струй на выходе в камеру, но требуется обеспечивать отсутствие отрыва потока (Воткинский шлюз; см. рис. 3.36).

Наиболее эффективными считаются выпуски с небольшими камерами гашения перед выходом потока, но для их создания надо увеличивать толщину плиты перекрытия до 1,5÷2,0 м (см. рис. 3.36).

Боковые выпуски из расположенных в стенках камер продольных галерей размещают у самого дна камеры и делают высотой не более , с целью недопущения удара струи о борта выходящих из них шлюзующихся судов (см. рис. 3.35). Чтобы выходящие из противоположных выпусков струи могли максимально расшириться до встречи друг с другом, выпуски рекомендуется располагать не реже, чем через расстояние:

(3.20)

а подъем уровня воды в камере ко времени поступления в нее максимального расхода принимать не менее, чем:

.	(3.21)

Рис. 3.35. Система водовыпусков Нижне-Свирского шлюза с простой распределительной системой питания и водоводами в стенках камеры

Рис. 3.36. Система водовыпусков Воткинского шлюза с простой

распределительной системой питания с водоводами в днище камеры

Однако, при расположении боковых выпусков друг против друга, выходящие из них струи образуют водяные бугры на оси камеры. Наличие бугров приводит к тому, что несимметрично расположенное в камере судно отжимает к стенке камеры.

При сложных распределительных системах питания вода подается из основных продольных галерей во вспомогательные поперечные выпускные галереи (рис. 3.38), а из них через выпускные отверстия или решетки (колосники) поступает в камеру (рис. 3.37).

Рис. 3.37. Конструкции водовыпусков сложной распределительной системы питания Рыбинского шлюза

При таких распределительных системах питания поступающий в камеру поток воды распределяется на большую площадь камеры. Благодаря поперечным вспомогательным галереям значительно увеличивается соотношение площади выпусков к площади основных продольных галерей, следовательно, уменьшаются скорости в выходных сечениях выпусков.

Существенно снижаются местные гидравлические явления в камере над выпусками (образование водяных бугров) и обеспечиваются более спокойные условия шлюзования судов. Кроме того, большая, чем в коротких выпусках, масса воды в выпускных галереях приводит к уменьшению начальной неравномерности их работы.

Рис. 3.38. Конструкции водовыпусков сложных распределительных систем питания:

а – Чебоксарский шлюз; б – Самарский шлюз

Коэффициент , характеризующий отношение суммарной площади водовыпускных отверстий к площади основных галерей для рассматриваемых (см. табл. 3.2) шлюзов изменяется в весьма широком диапазоне (от 1,12 до 5,03). Опыт эксплуатации отечественных и зарубежных шлюзов показывает, что наиболее благоприятные условия стоянки судов в камерах шлюзов с распределительными системами питания обеспечиваются при выполнении условия

Большое влияние на формирование уклонов поверхности воды в камере шлюза, особенно в продольном направлении, оказывает расположение водовыпускных отверстий по длине и ширине камеры.

Более равномерные уклоны создаются в случае, если выпуски занимают значительную часть длины камеры (0,7 и более). При небольшой длине участка с выпусками на свободных участках камеры образуются уклоны поверхности воды, связанные с растеканием бугров, иногда недопустимые по условиям стоянки судов.

Самые низкие значения коэффициента , определяемого отношением длины камеры с выпусками к ее полезной длине, наблюдаются на Волховском (0,56) и трехкамерном Запорожском шлюзах (0,62). Остальные шлюзы (см. табл. 3.2) имеют значения в диапазоне 0,70÷0,90.

Наиболее совершенными являются конструкции цилиндрических водовыпусков. В зависимости от системы питания конкретного шлюза они могут располагаться либо в перекрытии днища камеры (рис. 3.39), либо в стенах между галереей и камерой (рис. 3.40). Чтобы исключить влияние выходящей струи на шлюзуемое судно, водовыпуски устраиваются в днище с наклоном, а из галереи в стене выходят в специальную нишу.

	Рис. 3.40. Конструкции цилиндрических водовыпусков сложных распределительных систем питания (Шлюз Хантерсвилл, США)
	Рис. 3.39. Конструкции цилиндрических водовыпусков сложных распределительных систем питания (Шлюз Юльцен II, Германия)