Совершенствование эксплуатационных качеств судоходных шлюзов с головной системой питания

Транспорт является областью материального производства и играет огромную роль в экономической жизни общества. Особое значение транспорт имеет для стран с высокими темпами развития экономики, промышленности и сельского хозяйства. Для России, имеющей многочисленное население и обладающей обширной территорией, на которой сосредоточены, огромные природные богатства, производственные базы и продукция АПК, роль транспорта чрезвычайно велика.

Важное место в транспортной системе занимает водный транспорт и, в особенности, внутренний. Во многих странах он является приоритетным ввиду высоких эксплуатационных и экономических показателей, а также его экологических особенностей. В Германии, например, на долю внутреннего водного транспорта приходится свыше 20% всех грузовых перевозок.

По протяженности водных путей и запасам водных ресурсов Россия и страны СНГ (бывшего СССР) занимают ведущее место в мире. На их территории насчитывается более ПО тыс. рек и озер общей протяженностью около 4 млн. км, значительная часть которых может быть использована для судоходства. Протяженность эксплуатируемых водных путей составляет в настоящее время примерно 150 тыс. км и превышает длину внутренних водных путей США и всех стран Западной Европы более чем в 2 раза.

В развитии водных путей нашей страны особое внимание уделялось их комплексному использованию для удовлетворения различных нужд народного хозяйства: гидроэнергетики, судоходства, промышленного и гражданского водоснабжения, лесосплава, орошения земель и нужд других водопользователей.

Возведение крупных комплексных гидроузлов на реках Европейской части страны и строительство судоходных каналов (Беломорско-Балтийского, канала им. Москвы, Волго-Донского и Волго-Балтийского) позволило создать.

Единую глубоководную систему водных путей России (ЕГС), соединяющую пять морей: Балтийское, Белое, Каспийское, Азовское и Черное. Для пропуска судов в составе речных гидроузлов и на искусственных водных путях возведены судопропускные сооружения в виде судоходных шлюзов. Создание ЕГС существенно повлияло на структуру флота и условия плавания судов. Перевозки грузов стали осуществляться крупнотоннажными судами грузоподъемностью до 5300 т и составами обшей грузоподъемностью до 22 000 т. Существенно увеличилась дальность перевозок и условия плавания судов. Значительная часть перевозок выполняется судами смешанного (река-море) плавания.

Крупное гидротехническое строительство осуществлялось и на реках Сибири, однако в составе некоторых гидроузлов до сих пор отсутствуют судопропускные сооружения. На отдельных участках рек нарушено сквозное судоходство, что пока не позволяет использовать эти водные магистрали для организации перевозок на дальние расстояния. Тем не менее водные пути Сибири и Дальнего Востока остаются наиболее экономичными и пока единственными для организации грузовых и пассажирских перевозок в этих регионах. Водные пути являются единственными транспортными магистралями и в труднодоступных районах Крайнего Севера. В настоящее время примерно 60% районов Сибири и до 80% районов Крайнего Севера осваиваются с использованием водного транспорта.

Строительство шлюзованных водных систем привело к значительному повышению пропускной способности внутренних водных путей, экономических и эксплуатационных показателей работы флота, а также роли речного транспорта в общей транспортной структуре России. Так, например, пропускная способность Волги составила более 100 млн. т, что значительно больше пропускной способности двухпутной железной дороги, а себестоимость перевозок грузов водных транспортом обходится дешевле более чем в два раза/Несмотря на это пропускная способность шлюзованного водного пути в значительной степени зависит от пропускной способности судоходных шлюзов, которые иногда не обеспечивают пропуск требуемого количества судов. Это приводит с скоплению в бьефах значительного количества ожидающих шлюзования судов и составов, а следовательно, и к большим материальным затратам. В связи с этим, одним из наиболее ответственных и сложных звеньев транспортной системы в эксплуатации на водных путях являются судоходные шлюзы.

Пропускная способность судоходных шлюзов может быть ограниченной по следующим основным причинам:

• если она достигла или превысила проектные значения для данного типа шлюзов;

• когда качество системы питания не обеспечивает удовлетворительные условия стоянки судов в камере при их шлюзовании, в особенности, при пропуске крупнотоннажных судов и составов.

В первом случае требуется строительство дополнительных ниток шлюзов или сроки строительства их могут быть несколько отодвинуты путем внедрения на существующих шлюзах, в первую очередь, ускоренных режимов наполнения (опорожнения) камер, обеспечивающих безопасные условия шлюзования судов, и технических мероприятий, позволяющих существенно сократить время по другим операциям шлюзования (вход, выход, учалка судов и т. п.).

Во втором случае удовлетворительные условия стоянки судов при шлюзовании можно обеспечить за счет использования замедленных режимов наполнения (опорожнения) камер, тогда эффективность других мероприятий по улучшению эксплуатационных показателей работы шлюзов может оказаться недостаточной. Улучшение показателей работы существующих шлюзов здесь можно достичь путем совершенствования качества систем питания и использованием других технических мероприятий, требующих меньших капитальных затрат, по сравнению со строительством дополнительных ниток, которое считается нелогичным при неиспользованной пропускной способности шлюза.

В настоящее время в России и странах СНГ эксплуатируется около 160 судоходных шлюзов с различными системами питания. Для примера можно привести число эксплуатируемых шлюзов по другим странам: Португалия — 5- Австрия — 10- Канада — 12- Италия — 16- Великобритания — 23- Франция — 35- Нидерланды — 36- Бельгия — 39- Германия — более 400- США — 103 (данные на 1990 г.).

Примерно 140 отечественных шлюзов имеют головную систему питания как наиболее простую и экономичную. Значительная часть шлюзов среднего и большого напоров имеют систему наполнения из-под затворов различной конструкции с частичным разделением напора и со стенкой падения. Они расположены на магистральных водных путях с интенсивным судопотоком и по своим гидравлическим показателям не уступали аналогичным шлюзам с распределительными системами питания. Однако, в современных условиях их пропускная способность считается ограниченной: они не обеспечивают безопасные условия шлюзования крупнотоннажных судов и составов, доля которых значительно возросла. С целью улучшения эксплуатационных показателей существующих шлюзов с головной системой питания проводились многочисленные лабораторные и натурные исследования по выбору оптимальных режимов наполнения (опорожнения) камер для различных групп судов и составов, которые не всегда приводили к желаемым результатам. В ряде случаев улучшение условий стоянки шлюзуемых судов достигнуто за счет увеличения времени наполнения или опорожнения камер, а использование ускоренных режимов вызвало разрушение бетона и отдельных элементов систем питания.

В отечественной практике щлюзостроения накоплен большой опыт, имеющий мировое признание, однако, качеству систем питания не всегда уделялось должное внимание. Под качеством системы питания в дальнейшем будем считать совершенство ее гасительных устройств, обеспечивающих поступление в камеру шлюза или из нее такой энергии потока, при которой соблюдались бы удовлетворительные условия стоянки всех групп шлюзуемых судов и оптимальное время наполнения (опорожнения) камеры, соответствующее заданной пропускной способности шлюза. Качество систем питания оценивалось по условиям стоянки в камере расчетных судов при проведении лабораторных гидравлических исследований, которые выполнялись на стадии проектирования, иногда в ограниченные по времени сроки, и, естественно, не позволяли достаточно полно исследовать гидромеханические процессы, сопровождающие шлюзование судов.

Анализ эксплуатации головных систем наполнения камер судоходных шлюзов показал, что на качество систем питания существенное влияние оказывают конструкции и взаимное расположение ее элементов, обеспечивающих гашение скорости потока, поступающего в камеру, от кинематических параметров которого зависят условия стоянки судов и время их шлюзования. Большинство же эксплуатируемых судоходных шлюзов с головными системами наполнения камер не соответствуют этим требованиям. До сих пор слабо изучена эффективность работы отдельных элементов камеры гашения (экрана, порога, стенки падения, козырька затвора, колодца, балок распределительной решетки и т. п.) и нет рекомендаций по конструкциям этих элементов и их взаимному расположению. Недостаточно полно исследовались и волновые процессы в камере шлюза, поэтому при выборе режимов наполнения (опорожнения) камер ограничивались обеспечением нормативных условий стоянки расчетных судов по максимальной прямой (направленной к нижней голове шлюза) или обратной (направленной к верхней голове) гидродинамической силе. Теоретические методы выбора режимов с учетом волновых процессов в камере шлюза не всегда использовались ввиду их приближенности.

В связи с этим, обоснование эксплуатационных качеств систем питания должно производиться в лабораторных условиях с полным изучением гидромеханических процессов в камере гашения и камере шлюза как на частных фрагментарных), так й общих моделях, а также с использованием более со-•вершенных теоретических методов расчета геометрических и гидравлических параметров систем питания. Целесообразно и проведение в дальнейшем натурных исследований для более полной оценки качества систем питания при существующих гидрологических условиях, которые могут отличаться от проектных, в особенности, в начальные периоды эксплуатации судоходных шлюзов. Эти исследования необходимы также для корректировки режимов наполнения (опорожнения) камер и изучения отдельных физических явлений, которые невозможно исследовать на моделях шлюзов (вибрация затворов, влияние аэрации потока и др.).

До настоящего времени лабораторные и натурные исследования проводились различными по профилю организациями: проектными, эксплуатационными, учебными и научно-исследовательскими, методика которых существенно отличается как по составу и полноте рассматриваемых явлений, так и по использованию аппаратуры, датчиков и приборов для измерения' фиксируемых параметров. Отсутствие единой методики исследований и обработки опытов нередко приводило к искажению полученных результатов, а иногда, и физических явлений.

В связи с изложенным, проблема совершенствования эксплуатационных качеств судоходных шлюзов является одной из наиболее актуальных для водного транспорта.

В представленной работе дается подробный анализ эксплуатационных качеств судоходных шлюзов с головной системой питания, впервые оценено влияние на качество системы наполнения ее отдельных элементов как по кинематике потока внутри камеры гашения, так и по условиям стоянки в камере шлюзуемых судов, разработана новая методика гидравлического расчета наполнения камер, методика определения основных размеров элементов и их взаимного расположения. Часть работы посвящена изучению ранее не исследо ванных гидромеханических явлений, сопровождающих шлюзование судов с жидкими грузами и судов, имеющих начальный дифферент на нос или корму. Приведены также новые результаты экспериментальных исследований ряда эксплуатируемых и проектируемых шлюзов, внедрение которых на практике позволило улучшить их эксплуатационные показатели.

В основу диссертации положены научно-исследовательские работы, выполняемые в течение многих лет на кафедре гидротехнических сооружений и конструкций Ленинградского института водного транспорта (ныне университета водных коммуникаций) под руководством автора или при его непосредственном участии. Результаты исследований ежегодно докладывались на конференциях и опубликованы в трудах института и других изданиях.

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложения, в котором содержится 26 таблиц, 107 рисунков и акты о внедрении результатов исследований.

7.7.Выводы.

1. Гидромеханические процессы, сопровождающие наполнение камер судоходных шлюзов с головной системой питания при наличии в них наливных судов, в достаточной степени изучены в работах автора, однако выбор безопасных режимов их шлюзования для конкретного шлюза пока не осуществлялся. Оптимальные режимы наполнения камеры с наливным судном разрабатывались при обосновании системы питания второй нитки шлюза № 8 ВБК и учтены при составлении технического проекта.

2. Влияние жидкого груза в судах на величины гидродинамических сил, действующих при опорожнении камеры шлюза с головной системой питания, до настоящего времени не было изучено. Выполненные исследования позволили дать оценку закономерностям изменения гидродинамических сил в зависимости от скорости подъема затворов опорожнения камеры.

3. С увеличением скорости подъема затворов опорожнения прямые гидродинамические силы увеличиваются и несколько превышают аналогичные силы для сухогрузного судна, а обратные силы, наоборот, уменьшаются с увеличением скорости и оказались меньше аналогичных сил для сухогрузного судна. Уменьшение обратных сил связано с качеством запроектированной системы опорожнения камеры и с соотношением колебаний жидкого груза в отсеках наливного судна и возмущающей силы.

4. Оценка влияния жидкого груза на условия стоянки наливных судов при наполнении камер судоходных шлюзов с распределительными системами питания до настоящего времени не выполнялась. Изучение данного вопроса проводилось на модели проектируемого высоконапорного шлюза (26 м) при устройстве распределительной и эквиинерционной систем питания.

5. Изменения гидродинамических сил, действующих на наливное судно при наполнении камер с распределительными системами питания, происходят согласно колебаниям жидкого груза в отсеках и они тем выше по величине, чем меньше число отсеков. При этом, наибольшее увеличение сил, по сравнению с аналогичными силами для сухогрузного судна, зафиксировано в 1,56 раза при исследованиях распределительной системы питания с одним подводом воды в камеру ив 1,25 раза — при исследованиях эквиинерционной системы питания.

6. Выполненные лабораторные исследования показывают, что проектирование головных и распределительных систем питания камер судоходных шлюзов должно осуществляться с учетом пропуска через них не только сухогрузных судов, но и судов с жидкими грузами.

7. Натурные гидравлические исследования распределительной системы наполнения камеры Каховского шлюза с напором 17 м позволили сделать качественную оценку гидравлических явлений, сопровождающих шлюзование крупнотоннажных судов (составов) и обосновать безопасные для них режимы наполнения камеры.

2ЬЪ.

8. Эксплуатационные режимы наполнения камеры Каховского шлюза, разработанные на стадии проектирования для судов водоизмещением до 2000 т, оказались неприемлемыми для шлюзования крупнотоннажного флота при больших коэффициентах стеснения живого сечения камеры: действующие на них силы в 2 — 3 раза превышали нормативную величин}'. Рекомендованные режимы наполнения камеры для крупнотоннажных судов разработаны с учетом волновых колебаний, расположения судов относительно выпусков системы питания и внедрены на практике.

9. Изучены гидромеханические процессы, сопровождающие шлюзование крупнотоннажного толкаемого состава из 4-х барж общим водоизмещением 25 000 т в камере шлюза с распределительной системой питания среднего напора (13 м). Экспериментальные исследования с составами подобного типа в отечественной практике не проводились.

10. Исследования показали, что безопасные условия стоянки толкаемого состава обеспечиваются при скоростях подъема затворов наполнения и опорожнения камеры, близких к мгновенной скорости. Эти результаты связаны в первую очередь с качеством системы питания, в которой выпуски и принятые конструктивные решения распределительных галерей запроектированы с учетом кинематики потока.

Рассматриваемая система питания может служить аналогом при проектировании распределительных систем питания судоходных шлюзов как среднего, так и высокого напоров.

11. Выполнен анализ неудовлетворительной работы и причин разрушения обратных сегментных затворов системы опорожнения камеры второго Запорожского шлюза с напором 37 м, в результате которого установлено, что они запроектированы без учета влияния кинематики потока в шахте затворов и в галереях бокового водовыпуска на эксплуатационные параметры затворов.

2Ц

12. Проведены натурные гидравлические исследования системы опорожнения камеры с затворами частично измененной конструкции, в которых, в отличие от существующих, изменена форма носка с выпуклой на вогнутую и осуществлена обшивка ног, подтверждающие их удовлетворительную работоспособность. Наличие обшивки ног предотвращает распространение вихревого вальца в шахты затворов, а вогнутое очертание носка — уменьшает зону вальца за затворами в галереях бокового водовыпуска.

13. Исследована согласованная работа обратных сегментных затворов, и затвора доопорожнения камеры и даны рекомендации по условиям стоянки судов при совместной их работе в условиях применения на поверочной стадии работы новых затворов эксплуатационного режима опорожнения камеры второго Запорожского шлюза. Разработаны также режимы опорожнения камеры, удовлетворяющие безопасным условиям стоянки различных групп судов и нормативной величине понижения давления за затворами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Составлена общая характеристика судоходных шлюзов России и стран СНГ, в которой указаны тип системы питания, напор на камеру, число и размеры камер в плане. Установлено, что из 160 эксплуатируемых шлюзов 138 имеют головную систему питания, как наиболее простую и экономичную, и только 22 шлюза — распределительную.

Выполнен подробный анализ работы судоходных шлюзов по гидравлическим и эксплуатационным показателям, который показывает, что многие из них, в особенности шлюзы с головной системой питания, не всегда обеспечивают заданную пропускную способность и безопасные условия для шлюзуемых судов.

2. В результате анализа эксплуатационных и конструктивных особенностей головных систем наполнения камер шлюзов установлено, что в большинстве случаев их проектирование осуществлялось без учета влияния элементов системы питания на гидравлические параметры поступающего в камеру потока воды и структуры флота:

• по гидравлическим условиям работы основные элементы системы наполнения не обеспечивают эффективного гашения скоростей потока и их равномерного распределения по глубине при выходе в камеру шлюза;

• неучет структуры флота привел к значительному увеличению коэффициентов стеснения живого сечения камер при уровне нижнего бьефа, достигающих для крупнотоннажных судов значений 0,6−0,9, и, как следствие, к уменьшению скоростей движения при пропуске их через шлюзы;

• в условиях больших стеснений судами живого сечения камер и при неэффективной работе гасительных устройств это привело к дополнительному увеличению действующих на суда максимальных гидродинамических сил, в особенности обратных, превышения которых, над нормативными значениями для отдельных шлюзов составили от 3 до 10.

3. Принятые по проекту режимы наполнения камер с постоянными скоростями не обеспечивали безопасные условия стоянки в них крупнотоннажных судов и составов. Анализ экспериментальных исследований показал, что улучшение эксплуатационных показателей работы отдельных судоходных шлюзов достигнуто за счет разработки многопрограммных режимов подъема затворов, рассчитанных для различных групп судов и внедрения автоматизированных систем управления судопропуском. В большинстве случаев рекомендованы замедленные режимы наполнения камер, которые привели к еще более заметному увеличению времени шлюзования, а на некоторых шлюзах (Саратовские, Ниж-не-Камские и др.) безопасность судопропуска до сих пор не обеспечена. Последнее обстоятельство указывает на то, что в условиях несовершенства гасительных устройств, гидромеханические процессы в камерах шлюзов не всегда поддаются регулированию только изменением скоростей подъема затворов.

4. Анализ мероприятий по повышению пропускной способности судоходных шлюзов, которые систематизированы по различным направлениям, показывает, что непосредственно шлюз обладает большими возможностями по созданию оптимальных условий для шлюзуемых судов. Особое внимание должно уделяться рациональному проектированию систем питания, обоснованию типа и размеров шлюза, его элементов и конструкций, выбору режимов наполнения (опорожнения) камер, которые в конечном итоге определяют надежную работу и техническое состояние судопропускного сооружения.

5. Проведены специальные гидравлические исследования по изучению работы основных элементов системы наполнения камер из-под плоских подъемно-опускных затворов в условиях установившихся и неустановившихся режимов движения потока, эффективность которых впервые оценивалась по различным критериям, в том числе по кинематике потока внутри камеры гашения, величине и характеру распределения в камере шлюза, изменениям коэффициентов кинетической энергии и коэффициентов расхода, а также по значениям действующих на суда продольных гидродинамических сил.

Результаты исследований подтверждают ранее сделанный вывод о том, что проектирование систем питания судоходных шлюзов должно производиться с учетом кинематики потока, обусловливающей гидромеханические процессы в камере шлюза:

• выявлено существенное влияние элементов системы питания на гидравлические параметры поступающего в камеру потока воды, а также на условия стоянки шлюзуемых судов;

• установлено, что положение вихревых вальцов, образуемых при обтекании различных элементов верхней головы, регулируется путем изменения размеров водопропускных отверстий, очертанием и взаимным расположением элементов;

• разработанная методика исследований позволяет определять рациональный состав, размеры, очертание и расположение основных элементов системы питания, оценивать ее качество по кинематике потока в камере шлюза и условиям стоянки шлюзуемых судов.

6. Экспериментальным путем установлено, что коэффициенты расхода системы наполнения существенно зависят от конструкции порога и очертаний ножа (козырька) подъемно-опускных ворот и они должны определяться по результатам исследований или на основании данных для шлюзов-аналогов. Кроме того, опытные значения коэффициентов расхода, отнесенные к площади водопропускного отверстия, определенной по высоте подъема ворот по вертикали, оказались примерно в 1,5−2,0 раза меньше рекомендуемых значений, принимаемых при выполнении гидравлических расчетов по существующей методике.

7. В связи с этим выполнены теоретические исследования по совершенствованию методов гидравлического расчета судоходных шлюзов:

• разработана новая методика гидравлического расчета наполнения камер шлюзов из-под затворов, отличающаяся от существующей простотой вычислений и более близким совпадением результатов расчета с экспериментальными данными. Она основана на рассмотрении схемы истечения жидкости через малые отверстия, аналогичной работе водоспуска, и в ней учтено влияние на гидравлические параметры потока направляющих элементов, а также фактическое изменение площади водопропускного отверстия, принимаемой по нормали к плоскости ножа затвора;

• предложена конструкция верхней головы шлюза с комбинированной схемой головного наполнения камеры, предусматривающая одновременное истечение жидкости через водоспуск при опускании затвора и через его гребень и позволяющая исключить положение поверхностного вальца за экраном, а также разработана методика гидравлического расчета этой системы питания. Расчеты показывают, что применение комбинированной схемы головного наполнения позволяет существенно уменьшить время наполнения камеры по сравнению с использованием типовой схемы наполнения из-под затвора при его подъеме и, тем самым, сократить время судопропуска;

• разработана упрощенная методика гидравлического расчета головных систем наполнения камер судоходных шлюзов с использованием данных шлюзов-аналогов, которая может быть использована при проектировании типовых ниток шлюзов, незначительно отличающихся по размерам от существующих, или при реконструкции последних. Использование этой методики в проектах реконструкции верхних голов существующих шлюзов № 6 и № 7 ВБК позволило отказаться от проведения дополнительных лабораторных исследований, которые являются трудоемкими и дорогостоящими.

8. На основе приближенного теоретического решения, выполненного с учетом теории движения турбулентных струй, условий неразрывности по пути движения потока и его отражений о твердые стенки, а также с использованием результатов экспериментальных исследований и предлагаемой методики гидравлического расчета наполнения камер судоходных шлюзов, получены новые зависимости для определения: длины участка камеры гашения между экраном и стенкой падения;

• длины участка распределения потока, принимаемой от внутренней плоскости экрана до створа расположения балочной решетки;

• высоты водопропускного отверстия под экраном и глубины гасительного колодца;

• длины успокоительного участка в камере шлюза за балочной решеткой.

Даны также рекомендации по составу и очертаниям других элементов верхней головы и предложена методика определения высоты водопропускных отверстий между балками распределительной решетки, шаг которых увеличивается снизу вверх.

9. Проведены специальные экспериментальные исследования по изучению новых гидромеханических явлений, сопровождающих шлюзование судов в камерах шлюзов как с головной, так и распределительной системами питания:

• выявлено влияние на величины гидрош^м-ических сил, действующих при наполнении камеры шлюза с головной системой питания, начального дифферента крупнотоннажного сухогрузного и наливного судна. Установлено, что силы действующие на суда при начальном дифференте, в особенности при дифференте на нос, превышают аналогичные силы для судна с равномерной осадкой и это увеличение тем выше, чем больше дифферент судна (от 20 до 40%).

Выявленные закономерности изменения сил связаны с изменением стеснений живого сечения камеры носом или кормой судна и уменьшением остойчивости наливного судна.

Получена приближенная зависимость для определения первого пика прямой гидродинамической силы, действующей на сухогрузное судно с начальным дифферентом, которая в ряде случаев является лимитирующей. Проанализировано также действие добавочных сил на переборки отсеков, обусловленных коле’ба*Ниями жидкого груза, при произвольных наклонениях наливного судна с неравномерным заполнением отсековполучены новые результаты исследований условий стоянки судов с жидкими грузами при опорожнении камеры шлюза с головной системой питания, позволившие дать оценку закономерностям изменения гидродинамических в зависимости от скорости подъема затворов: с увеличением скорости прямые силы увеличиваются и несколько превышают аналогичные силы для сухогрузного судна, а обратные, наоборот, уменьшаются с увеличением скорости и оказались меньше аналогичных сил для сухогрузного судна. Уменьшение обратных сил связано с качеством запроектированной системы опорожнения камеры и с соотношениями периодов колебаний жидкого груза в отсеках наливного судна и возмущающей силыопределено влияние жидкого груза на величины гидродинамических сил, действующих на наливное судно с различным числом отсеков при наполнении камер судоходных шлюзов с распределительными системами питания. Установлено, что изменения гидродинамических сил происходят согласно колебаниям жидкого груза в отсеках и они тем выше по величине, чем меньше число отсеков. При этом наибольшее увеличение сил, по сравнению с аналогичными силами для сухогрузного судна, зафиксировано в 1,56 раза при исследованиях распределительной системы питания с одним подводом воды в камеру ив 1,25 раза — при исследованиях эквиинерционной системы питания- • впервые на модели шлюза по условиям стоянки крупнотоннажного толкаемого состава из 4-х барж общим водоизмещением 25 000 т выполнена оценка качества распределительной системы питания, в которой выпуски и принятые конструктивные решения галерей запроектированы с учетом кинематики потока. Исследования показали, что безопасные условия стоянки толкаемого состава обеспечиваются при скоростях подъема затворов наполнения и опорожнения камеры, близких к мгновеннымв показана целесообразность использования в простых распределительных системах питания режимов наполнения камер со сдвигом затворов по времени, разработанных для различных положений судов в камере с учетом пробега длинных волн. Внедрение таких режимов на Каховском шлюзе позволило в 2−3 раза уменьшить Ае йст&'У юц^не^ гидродинамически©силы и обеспечить безопасность пропуска крупнотоннажных судов.

10. Выполнен анализ неудовлетворительной работы и причин разрушения обратных сегментных затворов системы опорожнения камеры второго Запорожского шлюза с напором 37 м и проведены исследования работоспособности новых затворов частично измененной конструкции:

• установлено, что существующие затворы были запроектированы без учета влияния кинематики потока в шахте затворов и в галереях бокового водовыпуска. В процессе эксплуатации они испытывали сильную вибрацию, а в галереях бокового водовыпуска на расстоянии до 50 м наблюдалась кавитационная эрозия;

• обоснована работоспособность новых затворов частично измененной конструкции, в которых, в отличие от существующих, изменена форма носка с выпуклой на вогнутую и осуществлена обшивка ног снизу. Наличие обшивки ног предотвращает распространение вихревого вальца в шахты затворов, а вогнутое очертание носка — уменьшает зону вальца в галереях бокового водовыпуска;

• разработаны режимы опорожнения камеры, удовлетворяющие безопасным условиям стоянки различных групп судов и нормативной величине понижения давления за затворамиопределена по условиям стоянки судов совместная работа обратных сегментных затворов и затвора доопорожнения камеры, которая до сих пор не рассматривалась. Установлено, что моменты закрытия рабочих затворов опорожнения и открытия затвора доопорожнения должны быть четко согласованы с волновыми процессами в камере шлюза.

11. Полученные результаты экспериментальных и теоретических исследований использованы:

• при обосновании качества системы питания шлюза № 8 ВБК, в проектах реконструкции существующих шлюзов № 6 и № 7 ВБК, проектируемого шлюза с распределительной системой питания для рек Сибири, при обосновании работы обратных сегментных затворов опорожнения камеры второго Запорожского шлюза и рекомендациях по улучшению работы Каневского шлюза;

• при разработке безопасных режимов шлюзования крупнотоннажных судов в камерах шлюзов № 6 и № 8 ВБК, Киевского, Каневского, Каховского, второго Запорожского и др. шлюзов;