ЗАТВОР СУДОПРОПУСКНОГО ОТВЕРСТИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E02B7/50 

Изобретение относится к гидротехнике, а точнее к конструкции затворов, предназначенных для закрытия судопропускных отверстий водоподпорных сооружений (плотин, дамб).

Предлагаемая конструкция может использоваться для перекрытия поверхностных водопропускных отверстий больших размеров (по ширине и высоте) любого другого назначения. Также эта конструкция может использоваться для перекрытия ворот сухих доков, наклонных стапелей других судостроительных и судоремонтных сооружений.

Существующие конструкции гидротехнических затворов описаны в БСЭ, т. 6. Конструкция плавучего затвора-ботапорта описана в книгах Гидротехнические сооружения, Р. Р. Чугуев. М. Высшая школа, 1978 и Механическое оборудование гидротехнических сооружений. М. Энергоиздат, 1982.

Размеры всех существующих плавучих затворов ограничены требованиями к необходимой прочности их конструкции. Возможность использовать съемные промежуточные (по ширине отверстия) опоры, которые используются для затворов, например, на ирригационных плотинах, в данном случае практически нереальны, так как технически трудноосуществима операция установки-снятия опор, а их конструкция при нагрузках, характерных для большепролетных и высоконапорных затворов судопропускных отверстий становится чрезмерно громоздкой и массивной.

В качестве прототипа предлагаемой конструкции затвора принят плавучий затвор-ботапорт. Затвор по прототипу имеет плавающий понтон, в нижней части своего внутреннего объема содержащий балластные отсеки, балластную систему, систему воздушных вентиляционных труб, имеющих выход через топ-палубу ботапорта. С помощью балластировки отсеков изменяется осадка ботапорта, что используется для перекрытия судопропускного отверстия. Ботапорт, снабженный буксирным и швартовным устройствами, перемещается (в плавающем режиме) и позиционируется в створе судопропускного отверстия, в балластные отсеки принимается вода, ботапорт садится на днище судопропускного отверстия, высота и длина корпуса ботапорта перекрывают площадь отверстия. Открытие судопрохода начинается с откачки балласта и всплытия ботапорта, после чего ботапорт отводится из створа судопропускного отверстия.

При данных высоте и длине корпуса ботапорта, обусловленных пропускными размерами перекрываемого отверстия, ширина ботапорта, значения конструктивных параметров листовой наружной обшивки, элементов внутреннего набора (переборок, подкрепляющих балок) корпуса ботапорта определяются требованиями к его необходимой прочности (общей и местной) при действии нагрузки на напорную грань ботапорта и возникающей в результате перепада давлений воды с внешней и внутренней сторон затвора.

В предлагаемой конструкции плавающего затвора рассматривается понтон коробчатой формы с параллельными продольными гранями и размерами по длине, определяемыми длиной судопропускного отверстия. Расстояние между продольными гранями, ширина понтона, определяются высотой судопропускного отверстия (высотой стенок судопропускного отверстия). Торцевые стенки понтона могут быть перпендикулярны к продольным, а палубная и днищевая грани понтона в этом случае имеют форму прямоугольника. В нерабочем положении понтон плавает на поверхности воды по ватерлинии, определяемой осадкой, ограниченной высотой понтона (расстоянием между палубной и днищевой гранями). Внутренний объем понтона подразделяется переборками на балластные отсеки. Основные группы отсеков образуются с помощью продольных водонепроницаемых переборок.

На палубной грани понтона, перпендикулярно к продольным его граням, установлены вертикальные башни также коробчатой формы. Торцевые отсеки башен совпадают с плоскостями продольных граней понтона. Ширина и высота башни определяются значениями внутреннего ее объема, площадью горизонтального сечения (ватерлинии), необходимыми по условиям статики эксплуатационных положений затвора. Количество башен по длине понтона определяется также условиями общей его прочности как неразрезной конструкции закрытия с промежуточными опорами, роль которых в рабочем положении выполняют башни. Внутренний объем башен разделяется на балластные отсеки вертикальными непроницаемыми переборками, установленными в плоскостях продольных непроницаемых переборок понтона, а также горизонтальными непроницаемыми платформами, самая верхняя платформа выполняет функции палубы безопасности (определяет предельную осадку понтона-затвора при его вертикальном погружении).

Балластная система затвора состоит из приемного трубопровода, насоса и отливного-перекачивающего трубопровода. Патрубки приемного, отливного-перекачивающего трубопроводов проведены в каждый из балластных отсеков понтона и башен. В составе балластной системы имеются коллекторные трубы, имеющие соединения с забортной водой (приемное и отливное отверстия) и соответствующими внутренними трубопроводами. Управление движением балластной воды по трубопроводам производится с помощью клинкетных закрытий. Подача энергии к исполнительным механизмам и устройствам балластной системы осуществляется по гибким коммуникациям (электрокабель, гибкий гидротрубопровод) с центрального пульта управления (ЦПУ), установленного вне затвора, например, на стенке судопропускного сооружения. Таким же образом осуществляется связь внешнего ЦПУ с датчиками контрольно-измерительной системы управления затворов (датчики замера количества балласта в отсеках, погружения углов понтона для контроля за положением затвора, датчики контроля за открытием-закрытием клинкетов и т.п.).

С помощью балластной системы и контролируемого заполнения балластных отсеков затвор может изменять свое плавающее положение на воде. При равномерном заполнении балластных отсеков понтона и башен затвор вертикально погружается в воду. При неравномерной относительно диаметральной плоскости понтона балластировке или перекачке предварительно равномерно принятого в понтон балласта из отсеков, расположенных между продольной гранью и диаметральной плоскостью понтона в отсеки, прилегающие к противоположной продольной грани, затвора будет поворачиваться относительно своей продольной оси, а при соответствующем заполнении балластных отсеков башен затвор будет приведен в положение, повернутое к первоначальному на 90^о. Соответствующей балластировкой отсеков затвор в этом положении будет изменять только осадку. Обратный порядок балластировки приведет затвор в первоначальное положение.

Перевернутый в направлении к судопропускному отверстию на 90^о и увеличением осадки посаженный на днище судопропускного отверстия затвор занимает свое рабочее положение перекрывает судопропускное отверстие. В этом положении башни оказываются со стороны нижнего бьефа и своими торцевыми гранями опираются на днище судопропуского сооружения (флютбет), они становятся опорами для конструкции понтона, днищевая грань которого воспринимает давление воды со стороны верхнего бьефа.

Предлагаемая конструкция затвора обладает следующими свойствами, которые не присущи отличительным признакам в известных технических решениях и не равны сумме этих свойств:
конструкция затвора в виде плавающего коробчатого понтона башнями позволяет использовать нерабочее положение затвора в качестве причального сооружения, а также для постановки (докования) на палубной грани понтона (между башнями) судов с целью их профилактического ремонта, а в рабочем положении выполняет функции перекрывающего элемента, имеющего опоры, функции которых выполняют конструкции башен затвора;
балластная система затвора, имеющая в своем составе балластные насосы, приемные и отливные трубопроводы, систему клинкетов, воздушные трубы, выведенные через верхние части башен, всегда остающиеся над водой; балластные отсеки, основные группы которых образованы продольными водонепроницаемыми переборками, позволяют затвору равномерно погружаться и поворачиваться относительно его продольной оси;
управление и контроль за работой балластной системы, контроль за положением затвора осуществляется из внешнего ЦПУ посредством гибких коммуникаций, что позволяет ставить затвор (повернутый на 90^о) на днище судопропускного отверстия для выполнения своей рабочей функции без обслуживающего персонала на его борту.

Перечисленные свойства позволяют сделать заключение, что техническое решение плавающего затвора судопропускного отверстия отвечает критерию "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображен плавучий затвор в проекциях сверху (фиг. 1, а), со стороны продольной грани понтона (фиг. 1, б) и его торцевой грани (фиг. 1, в); на фиг. 2 последовательные положения затвора в процессе его поворота на 90^о; на фиг. 2, а начало поворота, 2, г конечное повернутое на 90^о положение затвора; на фиг. 3 рабочее положение затвора, перекрывающего судопроходное отверстие водоподпорного сооружения: фиг. 3, а вид со стороны верхнего бьефа (на днищевую грань понтона), 3, б вид сверху; 3, в сечение А-А на фиг. 3, а; на фиг. 4 фрагмент схемы балластной системы.

Плавучий затвор (фиг. 1) имеет понтон 1 и башни 2. На фиг. 1 в качестве примера показан затвор, на понтоне которого установлены 3 башни, две в оконечностях, одна по середине длины понтона. С помощью продольных водонепроницаемых переборок 3 образованы основные группы балластных отсеков 4, 5, 6. Водонепроницаемые переборки 7 и платформы 8, 9 образуют балластные отсеки в башнях. Платформа 9 выполняет функции палубы безопасности.

В верхней части башен затвора, всегда остающейся над водой (фиг. 2), сделан выход 10 системы воздушных труб балластных отсеков. От затвора к внешнему ЦПУ (фиг. 3, а) проведен гибкий коммуникационный кабель 11.

Балластная система, фиг. 4, состоит из центробежного насоса 12, приемного отверстия 13, балластного коллектора 14, патрубков балластного трубопровода 15, 16, 17, приемного и отливного патрубков 18 и 19, перекачивающего коллектора 20, перекачивающих патрубков 21, 22, 23, клинкетных закрытий 24-32. Патрубки балластного трубопровода завершаются в каждом из балластных отсеков приемно-сливными диффузорами 33, из балластных отсеков выходят воздушные трубы 34. Отливное отверстие 35.

В нерабочем положении затвор швартуется у стенки водоподпорного сооружения в непосредственной близости от судопропускного отверстия. Здесь понтон 1 (фиг. 1) затвора используется в качестве причального сооружения или как стапельное место для профилактического осмотра и ремонта подводной части судов, которые могут быть поставлены на палубу понтона между башнями 2 (фиг. 1) в доковом эксплуатационном режиме затвора (вертикальное погружение-всплытие).

Для перекрытия судопропускного отверстия затвор отводится от стенки (с помощью буксиров или тросов и буксирных лебедок, установленных на стенке судопропускного сооружения). На траверсе судопропускного отверстия начинается управление балластной системой затвора из внешнего ЦПУ с помощью гибкой кабельной связи 11 (фиг. 3, а). Открываются клинкетные закрытия 24, 26, 27, 28 (фиг. 4) (все другие клинкеты закрыты) всех групп балластных отсеков 4, 5, 6 (фиг. 1). При этом происходит равномерная балластировка самотеком), затвор увеличивает осадку, вертикально погружается в воду. При достижении осадки, соответствующей минималь- ному значению надводного борта понтона (300-500 мм), открытые клинкеты закрываются производится подготовка затвора к повороту (суда, поставленные на стапель-палубу понтона затвора, должны быть предварительно выведены). Для создания кренящего момента необходимо произвести перекачку балласта в отсеки, прилегающие к опорным граням понтона и башен, которыми затвор позиционируется в направлении к судопропускному отверстию. Пусть на фиг. 1 это будут отсеки группы 6. Тогда, чтобы перекачать балласт из отсеков 5 в отсеки 6, открываются клинкетные закрытия 27, 29, 32 и запускается насос 12 (фиг. 4). А для перекачки балласта также из группы отсеков 4 необходимо открыть клинкет 28. Подобным образом происходит прием-перекачка балласта в отсеки башен (перекачивающие патрубки этих отсеков не показаны). При заполнении балластных отсеков воздух вытесняется водой из отсеков через воздушные трубы 34 и выходит в атмосферу из выходов на башнях 10 (фиг. 2).

Под действием кренящего момента, возникающего от перекачки балласта, затвор кренится, одновременно увеличивая свою осадку. Осадка затвора в повернутом на 90^о положении по отношению к осадке начального погружения определяется зависимостью:
T₉₀ T_н где Т₉₀, Т_н осадки в повернутом положении и начальном (вертикальном в пределах высоты понтона) погружении;
L, B длина и ширина понтона;
b ширина башни;
n количество башен;
LB; (Lh + nbB) площади ватерлиний понтона и периметра продольной грани понтона плюс торцевые грани башен.

Отношение LB/(Lh + nbB) может иметь значение 3-5. Например, при Т_н 4,0 м Т₉₀= 15-20 м. Осадка Т₉₀ не должна превосходить глубины воды на пороге судопропускного отверстия, при этом затвор должен сохранять положение "На ровный киль". Вследствие этого процедура поворота затвора происходит под контролем, дистанционно из ЦПУ с использованием гибкой кабельной связи 11 (фиг. 3).

В перевернутом плавающем положении затвор заводится в створ судопропускного отверстия, прижимается к уплотнительному устройству боковых стенок отверстия, дополнительно балластируется для равномерного увеличения осадки. С этой целью открываются клинкеты 24 и 29, включается насос 12 (фиг. 4) и открываются клинкеты 30 или(и) 31. Затвор садится опорными гранями на днище судопропускного сооружения и перекрывает судопропускное отверстие, фиг. 3, а; 3, б и 3, в.

Динамика действия затвора в процессе открывания отверстия происходит в порядке, обратном описанному выше. При откачке балласта клинкет 24 закрыт, клинкеты 29, 25 открыты, с помощью насоса 12, клинкетов 26, 27, 28 осуществляется контролируемая откачка балласта, в результате чего затвор всплывает (его отводят из отверстия), поворачивается на 90^о и всплывает на первоначальную осадку своего нерабочего положения.

Изобретение относится к гидротехнике. От известной конструкции плавающего затвора-ботапорта отличается конструкцией корпуса, состоящего из коробчатого по форме понтона с параллельными продольными гранями и также коробчатых башен, установленных на палубной грани перпендикулярно к продольным граням понтона. Балластные отсеки понтона и башен, балластная система затвора, позволяющая принимать балласт, перекачивать его из одной группы отсеков в другую, обеспечивают возможность вертикального погружения и поворота затвора относительно его продольной оси на 90°. Установленный в повернутом положении на днище судопропускного отверстия, затвор занимает свое рабочее положение, в котором понтон выполняет функции закрывающего элемента, а башни, обращенные в сторону нижнего бьефа, - подкрепляющих понтон элементов, его опорных конструкций. В нерабочем плавающем (башни вверх) положении затвор может использоваться как причальное сооружение, а также - в докодовом режиме для постановки на палубе понтона (между башнями) судов, других плавсредств с целью профилактического осмотра, ремонта подводной части. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ЗАТВОР СУДОПРОПУСКНОГО ОТВЕРСТИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ, включающий понтон с балластными отсеками, балластной системой, швартовным и буксирным устройствами, причем длина и ширина понтона равны соответственно ширине и высоте судопропускного отверстия, отличающийся тем, что понтон выполнен в виде плоского короба с продольными водонепроницаемыми переборками, образующими балластные отсеки, и башен, выполненных в виде плоских пустотелых коробов со служебными платформами в верхней части, установленных поперек понтона на его верхней палубной грани, причем башни также выполнены с водонепроницаемыми переборками, образующими балластные отсеки, а каждый балластный отсек снабжен воздушной трубкой, выходная часть которой расположена в верхней части одной из башен. 2. Затвор по п.1, отличающийся тем, что балластная система снабжена устройством дистанционного управления. 3. Затвор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что балластная система снабжена трубопроводом, соединяющим балластные отсеки между собой.