Работа шлюзов как сообщающихся сосудов

Это – обычный закон физики о сообщающихся сосудах. Если уровень воды в одной ёмкости (море, реке или океане) отличается от другого, то для преодаления этой преграды и возводят шлюзы или каскад из них, если разница в уровнях уж слишком велика.
Судоходный шлюз — гидротехническое сооружение на судоходных и водных путях для обеспечения перехода судов из одного водного бассейна (бьефа) в другой с различными уровнями воды в них. Он с двух сторон ограничен затворами, между располагается смежная камера, позволяющая варьировать уровень воды в её пределах. Перевод судов посредством судоходного шлюза осуществляется последовательным переводом в смежную камеру после выравнивания в них уровня воды. Использование шлюзов главным образом направлено на то, чтобы сделать водные пространства с различными уровнями воды в них более пригодными для судоходства.
Принцип работы шлюза следующий:
Входные ворота открываются, и судно заходит внутрь камеры.
Входные ворота закрываются.
Открывается перепускной клапан, вызывая падение уровня воды в камере с находящимся в ней судном.
Впускные ворота открываются, судно выходит из камеры.
Шлюзование длится как правило от 10 до 20 минут в зависимости от размера камеры и перепада уровня воды. В случае, если судно движется вверх по течению, процесс реверсируется: судно входит в пустую камеру, затем открывается клапан, наполняя камеру водой и поднимая судно.
При шлюзовании как правило стараются чередовать направление пропускания судов: после того, как судно, идущее, к примеру, вниз по течению, завершило шлюзование, в камеру уже пониженным уровнем воды в ней может сразу же зайти судно, движущееся в обратном направлении. Таким образом не требуется выполнять лишнее заполнение, либо слив воды из камеры.
Это же свойство сообщающихся сосудов я использую на своей даче. Под водостоком с крыши стоит одна бочка на 250 литров. Рядом – точно такая же другая. Между бочками я перекинул силиконовый шланг, оба конца которого касается дна бочек. Шланг заполнен водой. По мере наполнения первой бочки вода по законам Архимеда и Паскаля перетекает во вторую. Так, вода заполняет не одну, а две бочки одновременно. А дождевой водой полезно ополаскиваться, освежаться и мыть волосы. Итак, у меня летом всегда имеется 1,000 литров дождевой воды, которую я проверяю на предмет защиты от радиоактивности и щёлочности и кислотности. Ведь мы уже давно живём в зараженном мире.
Единственное, что меня всю жизнь удивляет и достаёт, то это Панамский канал. Мы всё время говорим, что уровень Мирового океана равен = 0. ак почему же в Панамском канале, содиняющим Тихий океан с Атлантическим установлены шлюзы. Ведь уровень воды у них одинаков. Очевидно, строители при помощи шлюзов пытались преодалеть масивные ганитные породы на дне канала, чтобы не взрывать их, а “перепрыгнуть”.

Панамский канал со шлюзами.

Всем привет!

Хочется надеяться, что это не последний пост на нашем канале.

Сегодня мы хотели бы рассказать о шлюзах на наших реках. Зачем они нужны? Как они устроены и пр.

Итак, начнем с самого начала. Все наши равнинные реки, к коим относится и Волга, и Кама, и Ока и др. имеют между собой много общего. Если попробовать разрезать все русло реки от истока до устья по оси судового хода, то получится продольный профиль реки. Если река течет в своем естественном русле, то этот профиль будет иметь вот такой вид

Продольный профиль реки. Рисунок с сайта Гидротехнического бюро

Условно все реку можно разделить на три участка: верхнее течение или горный участок как на схеме, среднее течение и нижнее течение. Все эти участки имеют свои особенности.

Так горный участок или верхнее течение, как правило, характеризуется небольшими глубинами, малой шириной, но при этом довольно высокими скоростями течения. Также на этом участке очень много порогов и перекатов. Судовой ход (если он есть) чаще всего очень извилистый.

В среднем течении скорость течения уже заметно снижается и количество перекатов заметно снижается, а вот плесов (то есть широких и глубоководных участков) увеличивается. Ширина русла увеличивается. Судовой ход более ровный.

В нижнем течении плесов, чаще всего, еще больше (хотя и не всегда). Глубины здесь максимальные и ширина тоже. Но здесь прослеживается еще один момент: практически все взвешенные частицы, находящиеся в воде, в местах с невысокими скоростями течения начинают оседать (физика, однако), образуя перекаты.

Как с этим бороться? Проще всего, построить плотину. Уровень воды выше плотины поднимется и затопит пороги, что создаст более благоприятные условия для судоходства. И если на реке построить несколько плотин, то продольный профиль будет больше похож на лесенку.

Продольный профиль реки Волги. Из учебника Д.К.Земляновского.

Чтобы речной теплоход мог попасть из верхнего бьефа в нижний или наоборот строят специальные судопропускные сооружения – шлюзы. Собственно шлюзование – это процесс перемещения судна из одного бьефа в другой.

Давайте посмотрим на конструкцию типового шлюза

Схема типового шлюза. Из учебника Д.К.Земляновского

Шлюз состоит из трех основных элементов: верхняя голова А, нижняя голова Б и камера шлюза В. Сверху и снизу к шлюзу примыкают подходные каналы 2. Для отстоя судов в ожидании шлюзования в подходных каналах делают специальные причальные стенки 1. А чтобы теплоходы могли заходить в камеру и выходить из нее при неблагоприятных условиях (сильный ветер и пр.) делаются специальные направляющие палы 3.

Наполнение или опорожнение камеры шлюза происходит через специальные водоводные галереи 5, которые перекрываются специальными затворами 4. Когда затвор открывается вода самотеком наполняет или опорожняет камеру шлюза (принцип сообщающихся сосудов). Но перед этим, камера шлюза должна быть полностью изолирована от верхнего и нижнего бьефа при помощи ворот 6. Ворота шлюзов могут быть различных систем. В настоящее время нижние ворота обычно делают двустворчатыми распашными, а верхние — сегментными или плоскими опускными. В открытом состоянии створки распашных ворот находятся в специальных шкафных нишах 7 чтобы не мешать судам при их прохождении.

Все вместе: водоводные галереи, затворы и ворота называются – головой шлюза.

Как видно из рисунка наиболее мелкими местами подходных каналов являются верхний и нижний пороги шлюза 8. Причем нижний порог имеет свое специальное название – король шлюза.

Из-за того, что уровень воды в нижнем бьефе во многом зависит от попусков воды через водосливную плотину гидроузла, глубина на короле шлюза может служить весь серьезным препятствием к прохождению шлюза судами. Ведь все теплоходы, которые ходят по нашим рекам должны строго соблюдать минимальный запас воды под днищем. И если запас будет недостаточным, то диспетчер шлюза не разрешит заход такого теплохода в камеру.

Шлюзы могут отличаться друг от друга. Например, по количеству камер. По числу последовательно расположенных камер шлюз может быть однокамерным, двухкамерным, трехкамерным и т. д.

Однокамерные шлюзы строят для малых и средних напоров. Такие шлюзы имеют Волго-Донской судоходный канал имени В.И.Ленина, Канал имени Москвы, шлюзы в Угличе, Рыбинске, Городце, Чебоксарах, Балаково и др.

Если перепад высот между верхним и нижним бьефами велик, то тогда сооружают многокамерные шлюзы. У таких шлюзов общий перепад высот (напор) делится на несколько камер, которые располагаются последовательно одна за другой. Например, два шлюза канала имени Москвы (№7 и №8) состоят из двух камер с напором по 9 м в каждой камере. А в Перми на Камской ГЭС шлюзы вообще шестикамерные!

Двухкамерные шлюзы на Канале имени Москвы. Шлюз №8. фото из открытых источников.

Но не всегда условия местности позволяют построить многокамерные шлюзы. Тогда шлюзы разделяют соединительным судоходным каналом — межшлюзовым бьефом. Длина межшлюзовых бьефов различна, например у Горьковских шлюзов — 2 км, у Куйбышевских — 4 км.

При очень большом напоре вместо многокамерных строят однокамерные шлюзы шахтного типа. Камера такого шлюза представляет собой глубокую шахту. Со стороны нижнего бьефа делается глухая стенка, которая в своей нижней части имеет отверстие для прохода судов, перекрываемое плоским подъемным затвором. Или судоподъемники. В России работает в настоящее время всего один судоподъемник в составе Красноярской ГЭС.

Камеры шлюза могут располагаться и параллельно друг другу. По числу параллельно действующих камер шлюзы могут быть однониточные (один шлюз), двухниточные (два рядом расположенных шлюза) и т. д. Двухниточные шлюзы применяют на реках с большим грузооборотом. Например, гидроузлы на Волге, начиная с Рыбинского и кончая Волгоградским, имеют двухниточные шлюзы.

Двухниточный шлюз Воткинской ГЭС на р.Каме. Фото из открытых источников.

Подытоживая, можно так описать процесс шлюзования:

· теплоход из нижнего или верхнего бьефа входит в камеру шлюза.

· закрываются ворота.

· открываются затворы водоводных галерей.

· происходит наполнение или опорожнение камеры.

· закрываются затворы и открываются ворота с противоположной стороны.

· теплоход выходит из камеры шлюза.

Надеемся, что смогли в статье ответить на большую часть вопросов, относительно того – зачем нужны шлюзы и как они работают.

Если понравилась статья – ставим палец вверх и подписываемся на наш канал.

Если возникло желание совершить экскурсию по Каналу имени Москвы
и реке Москве с прохождением шлюзов на т/х “Адмиралъ” – заходим на наш сайт www.rechflot.su

Или выходим на связь удобным способом: по телефону +7 495 131 2585 или по электронной почте cruises-admiral@yandex.ru