Устройство для лабораторных исследований эксплоатационных качеств судоходных шлюзов Советский патент 1938 года по МПК E02B1/02 E02B3/10 

Рациональное проектирование судоходных шлюзов может быть достигнуто лишь при условии выбора целесообразной системы водопитания камеры, обспечивающей спокойный отстой судов на причалах в процессе шлюзования. Однако в то время, как это условие легко обеспечивается в шлюзах малых размеров, проектирование мощных водопроводных устройств, прё дназначенных для наполнения камер шлюзов крупных габаритных размеров, представляет собой весьма сложную и ответственную задачу.

Судоходно-эксплоатационные качества проектируемых систем питания шлюзов оцениваются обычно путем определения величин гидродинамических усилий, воспринимаемых судном, находящимся в шлюзе во время течения в него воды через водопроводные устройства. Эти усилия, которые должны быть- восприняты тросами, удерживающими суда на причалах в процессе шлюзования, не могут быть с достаточной достоверностью определены теоретическим путем., так как величина их зависит от способа подачи воды з камеру, а также от конструкции специальных устройств, пред --«J

назначенных для гашения вредной энергии воды, поступающей в камеру, влияние которых не поддается теоретическому учету. Поэтому, наиболее правильныл и надежным способом определения усилий, воспринимаемых причальными тросами, является измерение этих сил в лабораторной обстановке на моделях проектируемых шлюзов, при условии соответствуюшего моделирования размеров сооружения, расходов воды, поступающей в камеру, усилий, воспринимаемых причальными тросами, и т. д.

Лабораторный метод проверки судоходно - эксплоатационных качеств водопроводных систем шлюзов нашел уже широкое применение при проектировании современных шлюзов как за границей, так и в СССР. При проведении лабораторных исследований на моделях шлюзов измерение гидродинамических усилий, воспринимаемых судами, в подавляющем большинстве случаев производится с помощью прибора системы проф. Маккавеева, а также аналогичного устройства прибора проф. Крея.

Сушность действия обоих приборов заключается в следующем. Доначала опыта модель судна Л (фиг. 1)

уравновешивается двумя нитями, перекинутыми через блоки Я Бу, с подвешенными па концах цилиндрами В, By, опуш.енными в ванночки Г, Г. с водою, при перемеш;ении судна под влиянием потока воды, поступающей в камеру, на величину а цилиндр Si спускается в ванночку FI на ту же величину а, уменьшаясь в своем весе на величину , где г- радиус цилиндра В; на такую же величину увеличивается вес цилиндра 2, поднимаюш,егося из воды. Следовательно, при перемешении судна на величину а на него действует сила потока .г-а и такая же величина реактивной силы прибора R, которая возвращает судно в первоначальное положение по миновании уравновешивающей ее силы потока. Прибор записывает величину перемещения судна в течение всего периода опыта; по этим записям могут быть, на основании приведеных выше соображений, определены соответствующие усилия, действующие на судно.

Основным и существенным недостатком прибора является то обстоятельство, что при самом незначительном перемещении судна на него начинают действовать одновременно две силы: потока воды Р и реакции прибора R, что не имеет места в натуре, где причальные тросы имеют обычно значительную слабину, позволяющую судну приобрести разгон и дернуть трос со значительной динамической силой. Таким образом, в то время, как в натуре реактивная сила троса вступает в работу почти внезапно, в приборе мы имеем дело с идеально упругим закреплением судна. Указанное свойство существующих лабораторных измерительных приборов заставляет предполагать значительное преуменьшение величин усилий, измеренных в лаборатории, по отношению к силам, имеющим место в натуре. Таким образом, то первостепенное значение, которое в последнее время приобрели лабораторные исследования шлюзов, существенно умаляется искажением результатов измерений величин усилий с помощью приведенных вьпие приборов, что может, в результате использования опытных данных, привести к затруднительным условиям эксплоатации проектируемых шлюзов. Произведенные в последние годы на построенных уже шлюзах натурные измерения усилий в причальных тросах действительно указывают на весьма значительное преуменьшение сил, измеренных ранее в лабораторных условиях. В некоторых случаях данные натурных измерений в несколько раз превышают соответствующие им результаты лабораторных опытов. С целью устранения изложенных недостатков существующих измерительных приборов предлагается устройство для лабораторных исследований эксплоатационных качеств судоходных щлюзов с применением индукционных динамометров и фотографических регистрирующих измеряемые усилия приборов, Е основ которого положено стремление создать в лабораторной обстановке условия шлюзования судов, наибо лее близко приближающиеся к натурным.

Для достижения этого требования настоящее предложение предусматривает использование естественных способов зачалки судов на моделях посредством тросов (нитей), перекинутых с судов на причалы, но так как искомая сила действия потока на судно в большинстве случаев интересна не сама по себе, а как фактор, вызывающий те или иные усилия в причальных тросах, то, поэтому, при помощи данного устройства имеется в виду осуществить непосредственное определение усилий, возникающих в причальных тросах. Согласно изобретению, с целью сохранения направления участков нитей, действующих на динамометры с одновременным выбиранием слабины их, применены совместно действующие блоки. Один из этих блоков укрепляется на модели судна и находится на вращающейся вокруг вертикальной оси стойке. Другой же блок расположен на причале и снабжен храповиком, допускающим свободный выбор слабин нити при посредстве груза. Устройство дает возможность измерять усилия одновременно в четырех причальных нитях. На чертеже фиг. 1 изображает вышеописанную схему действия прибора Крея-Маккавеева; фиг. 2 и 3 - блоки, укрепляемые, соответственно, на модели судна и на причале; фиг. 4-схему динамометра; фиг. 5- схему моста; фиг. 6-лентопротягивающий механизм; фиг. 7 - разрез осветительной щели; фиг. 8-вид сверху (при снятой крышке) осветительной и измерительной (пишущей) части устройства; фиг. 9-то же вид сбоку (боковая стенка снята); фиг. 10-электрическую схему включения устройства (лентопротягивающее устройство не показано). Причальные тросы одним концом крепятся обычно за кнехты судна, а другим за тумбы причалов, установленные на стенах П1люза, и по мере подъема (или опускания) судна выбираются или травятся вручную. На модели перечалка вручную представляет значительные неудобства, так как требует специального наблюдателя у каждого причала. Поэтому в предлагаемом устройстве, с целью автоматического выбирания освобождающейся слабины причальной нити в процессе наполнения камеры, предусмотрены два последовательных блока 2 (фиг. 3), один из которых снабжен храповиком 3 и западающей 8 зубцы его собачкой, препятствующей обратному ходу. Причальная нить 5, идущая от модели судна, перекидывается через первый блок (.свободный) и идет на второй блок, где делает один полный оборот и свободно свисает, оканчиваясь прикрепленным к ней иебольщим грузом 4. Вес груза должен быть возможно малым, однако, достаточным для того, чтобы препятствовать скольжению нити по обойме второго блока. Оба блока укреплены в линию на пластинке 6, которая может врапшться на вертикальной оси 7, в случае перемены направления нити, идущей к судну, при возможных перемещениях последнего. Очевидно, что действие предлагаемого причального устройства будет вызывать в нити постоянное усилие, равное весу прикрепленного к ней груза. Это должно учтено при обработке показаний динамометров. Предложенное устройство для автоматического выбирания троса не может быть применено и случае его травления при опорожнении камеры; в этом случае может служить зачалка за пловучие рымы. Динамометры, посредством котолзых производятся измерения усилий в причальных нитях, располагаются на модели судна. Непосредственное присоединение нити к динамометру невозможно вследствие постоянного изменения направления нити в связи с перемещениями судна в вертикальном, а отчасти и в горизонтальном направлениях. Чтобы сохранить направление нити, закрепляемой в динамометре, неизменным, она перебрасывается через пространственный блок 7 (фиг. 2), сидящий на горизонтальной оси, боковые щеки которой в свою очередь могут вращаться при посредстве стойки 9 вокруг вертикальной оси, совпадающей с нитью, сходящей с блока и направляющейся к динамометру. Вертикальная ось вращения блока устроена в виде полой трубки 8, на которую надета стойка 9, вращающаяся с минпмальным трением. Нить, сходящая с блока, проходит внутри трубки 8 и, таким образом, совпадает с геометрической осью вращения блока. При горизонтальных перемещениях судна система поворачивается вокруг вертикальной оси под действием силы, действующей на реборду блока и обладающей плечом а. При вертикальных перемещениях судна система работает как обычный блок. Во всех случаях, нить, идущая к динамометру, сохраняет неизменное вертикальное направление. Измерение усилий, возникающих в причальных нитях, осуществляется при помощи электрических динамометров (фиг. 4). Каждый из таких динамометров имеет вид двуплечего рычага 70, вращающегося на вертикальной оси 77 в агатовых подпятниках. С осью рычага связана спиральная пружина 72, создающая соответствующий противодействующий момент. На концах рычага закренлены сердечники 75 язычковой формы, выходящие из катушек 14 нри вращении рычага. Причальная нить 5 прикрепляется к одному из плеч рычага с таким расчетом, чтобы расход нити не превышал мм при полном угле отклонения в 60-65°. При вращении оси динамометра под влиянием приложенного усилия сердечники выходят из катушек, меняя тем самым их коэфициент самоиндукции. Число витков на катушках выбирается в зависимости от прилагаемого напряжения таким, чтобы силой притяжения катушек можно было пренебречь, сравнительно с начальным противодействуюш,им мо.ментом пружины. Если сделать силу притяжения чрезмерно большой, то характер зависимости между приложенным усилием и током в цепи, включающей катушки, сильно исказится.

Динамометр монтируется в небольшой закрытой коробке прямоугольной формы. На одной из ее стенок помещены два зажима с выводом от последовательно соединенных катушек, а на другой - отверстие с пропушенной наружу причальной нитью.

Связь каждого из динамометров с магнитоэлектрической системой пишущего прибора осуществляется по схеме моста, питаемого неременным током (фиг. 5). Мост состоит из четырех плеч; 1) катушки динамометра Z-i с полным сопротивлением; 2) эквивалентной ей катушки самоиндукции /.2 с полным сопротивлением; 3) и 4) сравнительных активных сопротивлений R и R,. В диагональ моста включена измерительная система магнитоэлектрического самопишущего прибора последовательно с меднозакисным выпрямителем.

Обмотка катушки Z., помешена на сердечнике, собранном из наборного железа с некоторым воздушным зазором. Изменяя величину этого зазора, а также вводя и выводя небольшое дополнительное сопротивление (активное) в цепи катушки, можно в точности подогнать ее данные к соответствующим величинам катушки динамометра, т. е. получить момент начального равновесия моста. Сопротивления и наматываются на миканитовых пластинках и берутся равными друг другу. После окончательной подгонки положение сердечника La закрепляется и в дальнейшем схема не подвергается изменения.м.

В начальный момент равновесия ток в диагонали моста отсутствует; однако, с изменением коэфициента самоиндукции катушки динамометра мост выходит из равновесия- в диагонали появляется ток, заставляющий отклоняться подвижную систему пишущего прибора вместе со связанной с ней указывающей стрелкой.

Мостик монтируется в одном ящике с самопишущим прибором. Катушки самоиндукции и сопротивления отделены от остальных деталей самописца железным экраном, выполненным в виде закрытой коробки. Для целей охлаждения в крышке коробки имеется ряд небольших отверстий.

На фиг. 8 и 9 изображены известного уже рода магнитоэлектрические системы пишуп1,ей части устройства, причем здесь показаны четыре однотипных системы, так как, со гласно вышесказанному, устройство предназначено для одновременного измерения усилий в четырех причальных нитях.

Режим работы подбирается возможно ближе к апериодическому. От каждой системы выведены наружу нуль-корректор 75, а также обшиГ для всех четырех систем арретир 76 Стрелки-указатели 77 из алюминие вой трубки на концах несколько сплющены. Каждая из систем помещается в самостоятельном отделении и соединена внутренними проводами со с.хемой моста.

Непрерывная запись всех колебаний стрелок-указателей производится фотографическим путем. Для этой цели каждая из стрелок 77 перемещается под узкой щелью 18, освещаемой сверху источником света 19, и отбрасывает тень на ленту светочувствительной бумаги, протаскиваемой под щелью с постоянной скоростью особым механизмом. По проявлении светочувствительной бумаги след от точки пересечения стрелки с осветительной щелью дает

кривую на черном фоне, соответствующую перемещению стрелки по времени. Ординаты всех четырех кривых отсчитываются непосредственно в граммах, причем для удобства чтения графика масштабная сетка наносится автоматически (при записи) с помощью тонких волосков, перегораживающих световую щель в местах значущих точек (например, О г, 100 г, 200 гит. д.). Линии времени также наносятся автоматически при помощи особого коммутаторного устройства, связанного с лентопротяжным механизмом и выключающего осветитель через каждые 5 или 10 сек. на время, за которое бумага успевает переместиться на щирину светового следа, отбрасываемого щелью.

Лентопротяжный механизм и осветительное устройство для всех четырех систем общие.

Лентопротяжный механизм состоит из валиков 20, 21 (фиг. 6), вращающихся в подпшпниках, установленных в боковых стенках самописца. Валики связаны между собой бесконечной резиновой лентой 22, являющейся как бы приводным релшем. Один из валиков 20 - ведущий, другой 21 - ведомый. Сверху к поверхности резиновой ленты прижимается система резиновых роликов 23. Пружины 24 заставляют ролики всегда находиться в плотно прижатом состоянии. Бумага 25 закладывается от руки в желобок 26 и захватывается при вращении первым рядом роликов 23. Далее она следует под световыми щелями, засвечивается и через выходной желобок 27 выходит наружу. Ведущий валик 20 вращается от электродвигателя, с которым он связан посредством комбинир01ванной червячно - щестереночной передачи. Лентопротяжный механизм монтируется в нижней части ящика самописца. Детали, расположенные в непосредственной близости от световой щели, во избежание рассеяния света зачерняются.

Осветительное устройство имеет целью создать на бумаге ярко освещенную резкую полосу, позволяющую равномерно засвечивать ленту при протягивании последней под щелью

и в -то же время- обеспечивающую наличие четкой теневой точки в месте пересечения стрелки со щелью. Щель, изображенная в разрезе на фиг. 7, составлена из двух эбонитовых пластинок 28. Стрелка 29 находится под щелью, а еще ниже, под стрелкой, проходит бумага 30. Расстояния от щели до стрелки и от стрелки до бумаги выбираются минимальными (порядка 1,5-2,0 мм}.

Питание устройства переменным током необходимо как для мостика, так и для освещения. Двигатель питается непосредственно от сети 110- 120 V. К схеме мостика желательно подвести напряжение не выще 40 V. Лампы, предпочтительно, соединяются параллельно, для чего необходимо еще одно напряжение 6 V. Этим требованиям удовлетворяет понижающий трансформатор с двумя вторичными обмотками на 6 и 40 V. Мощность его колеблется в пределах от 100 до 250 W в зависимости от типа ламп. Потребление энергии мостиком крайне незначительно. Трансформатор устанавливается вне самописца и соединен с ним двумя парами проводов.

Для пояснения действия устройства на фиг. 10 изображена схема его включения. Здесь показана модель щлюза 31, в которой помещено судно 52, закрепленное четырьмя причальными нитями55 крученого щелка в избранном положении. Каждая из причальных нитей одним концом закреплена в причале 34, а другим концом переброщена через пространственный блок 55 и закреплена на рычаге динамометров 36. Последние, равно как и блоки, неподвижно укреплены на модели судна. Каждый из динамометров соединен парой проводов с соответствующим ему электрическим мостиком 57, помещенным, как и все другие далее перечисляемые части прибора, вне модели судна.

Четыре электрических мостика переменного тока 57, четыре магнитоэлектрические пищущие системы 38, лентопротяжный механизм, осветительные лампы 39 и коммутаторное устройство 40 собраны в общем футляре 4J и представляют собой больщую часть устройства.

Вышеперечисленные части устройства, объединенные в футляре 41 вместе с отдельно стоящим питающим трансформатором 42 и двигателем 43, помещаются в отдалении от модели щлюза в специальном темном помещении.

Предмет изобретения.

Устройство для лабораторных исследований эксплоатационных качеств судо.ходных щлюзов с применением индукционных дина.мометров и фотографических регистрирующих измеряемые усилия приборов, отличающееся тем, что, с целью сохранения направления участков нитей, действующих на динамометры, с одновременным выбиранием слабины последних, применены совместно действующие блоки / и 2, из которых блок / укреплен на модели судна и расположен на вращающейся вокруг вертикальной оси стойке, а блоки 2- на причале, причем они снабжены храповиком 3, допускающим свободный выбор слабин нити при помощи груза 4.

фиг;

i nVYiк авторскому свидетельству Н. Н. А. Зорина, И. М. Когана и Г.

-&

пл Б. Городенского. В. Эндера 52541 к авторскому свидетельству Н. Н. А. Зорина. И. М. Когана и Г. Б. Городенского. В. Эндера 52541