RU176758U1

RU176758U1 - HEADLAND SYSTEM

Info

Publication number: RU176758U1
Application number: RU2017108815U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Михайлович Гапеев; Георгий Георгиевич Рябов; Татьяна Юрьевна Нычик; Руслан Сергеевич Смирнов; Александр Николаевич Ушакевич
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2018-01-29

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к области гидротехнических сооружений, а именно к головным безгалерейным системам опорожнения судоходных шлюзов. Система обеспечивает эффективное гашение энергии потока воды на входе в подходной канал при опорожнении камеры шлюза за счет более равномерного распределения скоростей потока воды. Это, в свою очередь, положительно влияет на состояние дна нижнего подходного канала и создает благоприятные условия стоянки судов во время шлюзования. Как и прототип, головная система питания судоходного шлюза включает ворота, расположенные в нижней голове шлюза, в нижней части которых выполнены водовыпускные отверстия, перекрываемые регулируемыми затворами. В отличие от прототипа система дополнительно снабжена горизонтальной балочной решеткой, размещенной в нише, выполненной в днище нижней головы шлюза с возможностью регулируемого подъема и установки напротив водовыпускных отверстий при открытии последних. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.The proposed utility model relates to the field of hydraulic structures, and in particular to head-mounted, galleryless emptying systems for shipping locks. The system provides effective quenching of the energy of the water flow at the entrance to the approach channel when emptying the airlock chamber due to a more uniform distribution of water flow rates. This, in turn, has a positive effect on the state of the bottom of the lower approach channel and creates favorable conditions for the stay of vessels during lockwork. Like the prototype, the head power system of the shipping lock includes a gate located in the lower head of the lock, in the lower part of which water outlets are made, overlapped by adjustable gates. Unlike the prototype, the system is additionally equipped with a horizontal beam grate located in a niche made in the bottom of the lower head of the airlock with the possibility of adjustable lifting and installation opposite the water outlets when opening the latter. 3 C.p. f-ls, 2 ill.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области гидротехнических сооружений, а именно к судоходным шлюзам, и касается устройства головных безгалерейных систем опорожнения шлюзов. Устройство позволяет создать благоприятные условия шлюзования судов и защитить от разрушений дно нижнего подходного канала.The proposed utility model relates to the field of hydraulic structures, namely to navigable locks, and relates to the installation of head non-gallery lock emptying systems. The device allows you to create favorable conditions for ship locks and protect the bottom of the lower approach channel from damage.

Головные системы опорожнения шлюзов условно разделены на две основные группы: безгалерейные и с короткими обходными галереями (см. Водные пути и гидротехнические сооружения: учебник для вузов / Г.Л. Гладков и др.; ФГБОУ ВПО СПб ГУВК, 2011, с. 366). В безгалерейных системах опорожнение камер может производиться через отверстия в воротах (клинкеты) или из-под ворот различной конструкции (плоских подъемных или опускных, сегментных, секторных, поворотных и т.п.). В системах с короткими обходными галереями опорожнение камер производится через водоводы, размещаемые в днищах или стенах голов шлюза.The head systems for emptying locks are conventionally divided into two main groups: non-gallery and with short bypass galleries (see Waterways and hydraulic structures: a textbook for high schools / GL Gladkov et al .; FSBEI HPE SPb GUVK, 2011, p. 366) . In non-gallery systems, chambers can be emptied through openings in the gates (clinkets) or from under gates of various designs (flat lifting or lowering, segmented, sectorial, rotary, etc.). In systems with short bypass galleries, the chambers are emptied through water ducts located in the bottoms or walls of the gateway heads.

Безгалерейные системы опорожнения камер через отверстия в воротах (клинкеты) применяются, в основном, на шлюзах малого напора и в гидравлическом отношении являются несовершенными из-за отсутствия в них эффективных гасительных устройств.Non-gallery systems for emptying chambers through openings in gates (clinkets) are used mainly on low-pressure locks and are hydraulically imperfect due to the lack of effective damping devices.

В гидротехническом строительстве для гашения энергии водного потока используются устройства, выполненные, как в изобретении по пат. RU №2048645, в виде гасительного экрана, или, как в изобретении по пат. RU №2409725 - в виде рассекающей сетки из сборных распорных армированных элементов.In hydraulic engineering, devices designed as in the invention of US Pat. RU No. 2048645, in the form of a damping screen, or, as in the invention according to US Pat. RU No. 2409725 - in the form of a dissecting grid of prefabricated expansion reinforced elements.

К недостатком первого устройства относится значительная неравномерность скоростей потока воды, оказывающая негативное воздействие на условия стоянки судов в процессе шлюзования, а также судов, ожидающих шлюзования у пришлюзовых причалов в нижнем подходном канале. Значительная неравномерность скоростей потока воды на выходе из водопропускных отверстий также оказывает неблагоприятное воздействие на состояние крепления дна в нижнем подходном канале, что, в конечном счете, приводит к уменьшению сроков между капитальными ремонтами сооружений.The disadvantage of the first device is the significant non-uniformity of the water flow rates, which negatively affects the parking conditions of the vessels during the lock process, as well as the ships waiting for lock at the berths in the lower approach channel. Significant non-uniformity of water flow rates at the outlet of the culverts also has an adverse effect on the state of the bottom fastening in the lower approach channel, which ultimately leads to a reduction in the time between capital repairs of structures.

Недостатком второй конструкции является ее стационарное размещение в пределах поперечного сечения канала, создающее препятствия для судоходства и невозможность обеспечения габаритов судового хода без изменения полезных свойств такой конструкции.The disadvantage of the second design is its stationary placement within the cross section of the channel, which creates obstacles to navigation and the inability to ensure the dimensions of the shipway without changing the useful properties of such a design.

Более широкое использование для опорожнения камер судоходных шлюзов с головными системами опорожнения получили системы с короткими обходными галереями. Нижняя голова шлюза таких систем предусматривает опорожнение камеры через обходные галереи посредством затворов, которые поднимаются на заданную высоту для пропуска воды из камеры в подходной канал. Гашение энергии потока на входе в подходной канал обеспечивается за счет соударения встречных потоков или посредством разделительного устоя, расположенного по оси шлюза.The wider use for emptying chambers of shipping locks with head emptying systems was obtained by systems with short bypass galleries. The lower gateway head of such systems involves emptying the chamber through bypass galleries by means of shutters that rise to a predetermined height to allow water to pass from the chamber into the approach channel. The quenching of the flow energy at the entrance to the approach channel is ensured by the collision of the oncoming flows or by means of a separation abutment located along the axis of the lock.

Системы опорожнения камер с обходными галереями являются более сложными в конструктивном отношении, чем безгалерейные системы, и требуют увеличения размеров голов шлюза - их длины и толщины стен. Кроме того при больших расходах воды, в нижнем подходном канале могут наблюдаться значительные скорости, вызывающие размыв дна.Drainage systems for cameras with bypass galleries are structurally more complex than non-gallery systems and require an increase in the size of the airlock heads — their length and wall thickness. In addition, at high water flow rates, significant speeds can be observed in the lower approach channel, causing erosion of the bottom.

Среди известных аналогов наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и назначению является устройство, описанное в книге «Водные пути и гидротехнические сооружения: авт. Г.Л. Гладков и др.; ФГБОУ ВПО СПб ГУВК, 2011, с. 366. Устройство-прототип представляет собой головную систему опорожнения камеры судоходного шлюза, включающую ворота, расположенные в нижней голове шлюза, с клинкетами, выполненными в нижней части ворот и перекрываемыми затворами, и механизмы, регулирующие переток воды из камеры в подходной канал.Among the known analogues, the closest to the proposed device by its technical nature and purpose is the device described in the book “Waterways and hydraulic structures: ed. G.L. Gladkov and others; FSBEI HPE SPb GUVK, 2011, p. 366. The prototype device is a head system for emptying the chamber of a shipping lock, including a gate located in the lower head of the lock, with clinkets made in the lower part of the gate and overlapping shutters, and mechanisms regulating the flow of water from the chamber into the approach channel.

Недостатком системы является отсутствие в ней эффективных гасительных устройств, что негативно влияет на состояние дна в нижнем подходном канале. Кроме того, это сказывается на условиях стоянки судов, находящихся в нижнем подходном канале и испытывающих при опорожнении камеры гидродинамическое воздействие потоков воды.The disadvantage of the system is the lack of effective damping devices in it, which negatively affects the state of the bottom in the lower approach channel. In addition, this affects the parking conditions of ships located in the lower approach channel and experiencing hydrodynamic effects of water flows when the chamber is emptied.

Заявляемая полезная модель позволяет решить проблему обеспечения эффективного гашения энергии потока воды в нижнем подходном канале при опорожнении камеры шлюза за счет выравнивания скоростей потока воды на входе в канал. При этом система не препятствует прохождению судов после опорожнения камеры.The inventive utility model allows to solve the problem of ensuring effective quenching of the energy of the water flow in the lower approach channel when emptying the chamber of the airlock by aligning the speed of the water flow at the entrance to the channel. Moreover, the system does not interfere with the passage of vessels after emptying the camera.

Для разрешения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: головная система опорожнения судоходного шлюза, (так же как и прототип, включающая ворота, расположенные в нижней голове шлюза, в нижней части которых выполнены водовыпускные отверстия, перекрываемые регулируемыми затворами) в отличие от прототипа, дополнительно снабжена горизонтальной балочной решеткой, размещенной в нише, выполненной в днище нижней головы с возможностью регулируемого подъема и установки напротив водовыпускных отверстий при открытии последних. Балочная решетка устанавливается в нише на вертикальных направляющих, обеспечивающих возможность ее перемещения в вертикальной плоскости и фиксации в горизонтальной плоскости. При этом механизм подъема выполнен в виде регулируемых гидроцилиндров, размещенных на стенках нижней головы судоходного шлюза по обеим сторонам от балочной решетки. Для синхронизации движения гидравлических цилиндров, а также своевременной установки балочной решетки в рабочее положение перед открытием водовыпускных отверстий в воротах шлюза, управляющие входы гидроцилиндров подключены к автоматической системе управления процессом шлюзования.To solve this problem, the following set of essential features is used: the head system for emptying the shipping lock, (as well as the prototype, which includes gates located in the lower head of the lock, in the lower part of which water outlets are blocked by adjustable gates), in contrast to the prototype, equipped with a horizontal beam lattice located in a niche made in the bottom of the lower head with the possibility of adjustable lifting and installation opposite the water outlets When the opening of the latter. The beam lattice is installed in a niche on vertical guides, providing the possibility of its movement in the vertical plane and fixation in the horizontal plane. In this case, the lifting mechanism is made in the form of adjustable hydraulic cylinders located on the walls of the lower head of the shipping lock on both sides of the beam grill. To synchronize the movement of hydraulic cylinders, as well as to timely install the beam grate in the working position before opening the water outlets in the gateway, the control inputs of the hydraulic cylinders are connected to an automatic control system for the locking process.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что в системе опорожнения подъемно-опускная балочная решетка, устанавливаемая напротив водовыпускных отверстий в воротах нижней головы судоходного шлюза, создает условия эффективного выравнивания скоростей потока воды за счет того, что на пути потока появляются локальные гидравлические сопротивления. Величина сопротивлений зависит от длины, ширины и взаимного расположения балок в решетке, и подбирается так, чтобы в выходном сечении устройства спектр скоростей потока имел значения, близкие к средней скорости движения потока воды. Тем самым, обеспечивается возможность эффективного гашения энергии потока воды на входе в подходной канал, что в конечном итоге позволят обеспечить защиту дна канала от разрушений и, кроме того, улучшить условия стоянки судов на подходе в камеру шлюза при ее опорожнении.The essence of the proposed utility model is that in the emptying system, the lifting and lowering beam grate, which is installed opposite the water outlets in the gate of the lower head of the shipping lock, creates the conditions for efficient equalization of water flow rates due to the fact that local hydraulic resistances appear on the flow path. The resistance value depends on the length, width and relative position of the beams in the grating, and is selected so that in the output section of the device the flow velocity spectrum has values close to the average speed of the water flow. Thus, it is possible to efficiently extinguish the energy of the water flow at the entrance to the approach channel, which ultimately will protect the bottom of the channel from damage and, in addition, improve the parking conditions of vessels approaching the lock chamber when it is emptied.

Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача обеспечения эффективного гашения энергии потока воды в нижнем подходном канале при опорожнении камеры шлюза решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемой полезной модели критерию патентоспособности «новизна».A comparison of the proposed device and the prototype showed that the task of ensuring effective quenching of the energy of the water flow in the lower approach channel when emptying the lock chamber is solved as a result of a new set of features, which proves the proposed utility model meets the patentability criterion of "novelty".

Сущность полезной модели поясняется чертежом, гдеThe essence of the utility model is illustrated in the drawing, where

на фиг. 1 - дано схематическое изображение нижней головы шлюза с двухстворчатыми воротами;in FIG. 1 - a schematic representation of the lower head of a sluice with double-wing gates;

на фиг. 2 - изображение нижней головы шлюза с откатными воротами.in FIG. 2 - image of the lower head of the gateway with sliding gates.

Предлагаемая система опорожнения расположена в нижней голове шлюза и состоит из ворот 1 с водопропускными отверстиями 2, закрываемыми затворами, и горизонтальной балочной решетки 3. Решетка размещена в нише 4 с возможностью подъема и установки напротив отверстий 2 при их открытии. Горизонтальные балки решетки расположены с неравномерным по высоте шагом так, чтобы обеспечить выравнивание скоростей потока воды на выходе из водопропускных отверстий нижней головы. Для обеспечения возможности перемещения балочной решетки 3 в вертикальном направлении в стене нижней головы шлюза установлены два гидроцилиндра 5, управляемые от автоматической системы управления процессом шлюзования (на чертеже не показана), в свою очередь, в нише 4 выполнены вертикальные направляющие 6.The proposed emptying system is located in the lower head of the airlock and consists of a gate 1 with culvert holes 2 closed by gates and a horizontal beam lattice 3. The lattice is located in a niche 4 with the possibility of lifting and installation opposite the holes 2 when they are opened. The horizontal beams of the lattice are arranged with a step that is uneven in height so as to ensure equalization of the flow rates of water at the outlet of the culvert holes of the lower head. To ensure the possibility of moving the beam lattice 3 in the vertical direction, two hydraulic cylinders 5 are installed in the wall of the lower head of the lock, controlled by an automatic system for controlling the locking process (not shown in the drawing), in turn, vertical guides 6 are made in the niche 4.

Предлагаемая система работает следующим образом.The proposed system works as follows.

Перед открытием отверстий 2 в воротах 1 на управляющие входы гидроцилиндров 5 поступает сигнал от автоматической системы управления процессом шлюзования. Гидроцилиндры поднимают балочную решетку 3 из ниши 4, которая, перемещаясь по вертикальным направляющим 6, устанавливается напротив водовыпускных отверстий. Через отверстия 2 в воротах 1 вода из камеры шлюза поступает в нижний подходной канал. После выравнивания уровней воды в камере шлюза и в нижнем подходном канале по сигналу от автоматической системы управления процессом шлюзования балочная решетка 3 по вертикальным направляющим 6 опускается в нишу 4, освобождая пространство для прохода судов.Before opening the holes 2 in the gate 1 to the control inputs of the hydraulic cylinders 5 receives a signal from an automatic control system for the locking process. Hydraulic cylinders raise the beam grid 3 from the niche 4, which, moving along the vertical guides 6, is installed opposite the water outlets. Through holes 2 in gate 1, water from the lock chamber enters the lower approach channel. After leveling the water levels in the lock chamber and in the lower approach channel, according to the signal from the automatic control system for the locking process, the beam grate 3 along the vertical guides 6 is lowered into the niche 4, freeing up space for the passage of ships.

Подъемно-опускная балочная решетка 3 может быть установлена на нижней голове шлюза с двухстворчатыми воротами, как показано на фиг. 1, а также на нижней голове шлюза с откатными воротами (см. фиг. 2.)The lifting and lowering beam 3 can be mounted on the lower head of the double-wing gateway, as shown in FIG. 1, as well as on the lower head of the gateway with sliding gates (see Fig. 2.)

По сравнению с известными аналогами предложенное техническое решение позволяет обеспечить эффективное гашение энергии потока воды на входе в подходной канал при опорожнении камеры шлюза за счет более равномерного распределения скоростей потока воды. Это, в свою очередь, положительно влияет на состояние дна нижнего подходного канала и создает благоприятные условия стоянки судов во время шлюзования.Compared with the known analogues, the proposed technical solution allows for efficient quenching of the energy of the water flow at the entrance to the approach channel when the lock chamber is emptied due to a more uniform distribution of water flow rates. This, in turn, has a positive effect on the state of the bottom of the lower approach channel and creates favorable conditions for the stay of vessels during lockwork.

Описанное устройство разработано специалистами Испытательного центра гидротехнических сооружений и кафедры гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» при выполнении научно-исследовательской работы. Были произведены расчеты, показавшие возможность использования предложенной безгалерейной системы опорожнения в составе низконапорных и средненапорных шлюзов.The described device was developed by specialists of the Testing Center for Hydrotechnical Structures and the Department of Hydrotechnical Structures, Structures and Hydraulics FSBEI HE “State University of the Sea and River Fleet named after Admiral S.O. Makarova "when performing research work. Calculations were made that showed the possibility of using the proposed non-gallery emptying system as part of low-pressure and medium-pressure locks.

Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «промышленная применимость».The above allows us to conclude that the utility model meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. The head emptying system of the shipping lock, including a gate located in the lower head of the lock, in the lower part of which water outlets are blocked by adjustable gates, characterized in that it is additionally equipped with a horizontal beam grid located in a niche made in the bottom of the lower head, with the possibility of adjustable lifting and installation of the beam grate opposite the water outlet when opening the latter.

2. The head system for emptying the shipping lock according to claim 1, characterized in that the beam grid is installed in a niche on vertical guides.

3. The head system for emptying the shipping lock according to claim 1, characterized in that the lifting mechanism of the beam grate is made in the form of adjustable hydraulic cylinders located on the walls of the lower head of the shipping lock on both sides of the beam grate.

4. The head system for emptying the shipping lock according to claim 1, characterized in that the control inputs of the hydraulic cylinders are connected to an automatic control system for the locking process.