RU2355846C1

RU2355846C1 - Floating gate of navigation pass (caisson gate)

Info

Publication number: RU2355846C1
Application number: RU2007138671/03A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Викторович Купреев (RU); Вячеслав Викторович Купреев; Владимир Алексеевич Чернецов (RU); Владимир Алексеевич Чернецов; Аркадий Афанасьевич Малютин (RU); Аркадий Афанасьевич Малютин; Андрей Львович Сухоруков (RU); Андрей Львович Сухоруков; Владимир Иванович Щекачихин (RU); Владимир Иванович Щекачихин; Виталий Иванович Климович (RU); Виталий Иванович Климович
Original assignee: Открытое акционерное общество "ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева"
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2009-05-20

Abstract

FIELD: construction industry.

SUBSTANCE: invention refers to hydraulic structures, dams, and flood protection structure complexes. Floating gate of navigation pass includes vertical closing power-actuated gates with wings the bottom surface of which is zigzag-shaped throughout the width of the wing, which is characterised by inlet horizontal section from the forebay, and outlet section of the surface, which is inclined and deviating upwards and adjacent to forebay at an obtuse angle from afterbay. In lower part of floating gate, in inlet horizontal section thereof there located is a shield, and in inclined outlet section of the bottom surface throughout the wing length there installed is a part that is made with the possibility of positive buoyancy and attached to inclined outlet section of the bottom surface of L length, for example on pylons thus forming uniform section channel of width of at least 1/7L. Lower point of the above part is located, as to the height, at the level of shield lower point, and projects, as to the length, beyond the wing dimension for not more than 1/20L. Pressure face of that part is located at the angle α=15-20° to the line connecting lower points of the part and the shield.

EFFECT: eliminating vertical natural vibrations of floating gate, which appear during submersion for setting on sill of navigation pass under conditions of water level difference in water area from forebay and afterbay, and reliable installation of floating gate on the sill with a clearance between shield and sill if there is water level differences, and specified weight of floating gate is performed without increase.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений, плотин, комплексов защитных сооружений от наводнений и предназначено для создания плавучего затвора судопропускного сооружения (батопорта).The invention relates to the field of hydraulic structures, dams, complexes of protective structures against floods and is intended to create a floating shutter of a ship throughput structure (batoport).

Известен плавучий затвор судопропускного сооружения, включающий закрывающиеся вертикально установленные механизированные ворота со створками, поверхность днища у которых по ширине днища створки имеют ломаную форму, характеризующуюся входным горизонтальным участком со стороны верхнего бьефа и примыкающим к нему со стороны нижнего бьефа под тупым углом, наклонным и отклоняющимся вверх выходным участком поверхности, причем в нижней части затвора в начале горизонтального участка имеется щиток (Селезнев С.В., Лохматиков Г.П. Поверхностные затворы больших пролетов судопропускных сооружений, шлюзов и доков. Санкт-Петербург, Энергоатомиздат, Санкт-Петербургское отделение, 1995, с.657).A floating gate of a ship passage structure is known, including vertically mounted mechanized gates with flaps that are closed, the bottom surface of which has a broken shape along the width of the bottom of the flap, characterized by a horizontal entrance section from the upstream side and adjacent to it from the downstream side at an obtuse angle, inclined and deviated upward with the exit portion of the surface, and in the lower part of the shutter at the beginning of the horizontal portion there is a shield (Seleznev S.V., Lokhmatikov G.P. e-gates of large spans of ship passageways, locks and docks (St. Petersburg, Energoatomizdat, St. Petersburg Branch, 1995, p. 657).

Недостатком этого плавучего затвора является то, что в процессе его посадки на порог при наличии перепада уровней воды между верхним и нижним бьефами более 0,8 м, возникающего при действии нагонной волны, поведение створок вблизи порога становится неустойчивым (даже при наличии мероприятий по стабилизации, таких как стабилизирующие цистерны, водопереточные каналы, проницаемая обшивка со стороны нижнего бьефа), и они начинают совершать вертикальные автоколебания значительной амплитуды, которые могут привести к ударам плавучего затвора о порог. Это в свою очередь грозит нарушением целостности конструкции затвора, потерей герметичности отсеков плавучести, его затоплением и невозможностью открытия судопропускного сооружения после наводнения. Причиной возникновения этих автоколебаний является обтекание принятой формы подводной части плавучего затвора потоком, обусловленным перепадом уровней воды между верхним и нижним бьефами. При обтекании подводной части плавучего затвора потоком в районе наклонного выходного участка возникают крупные вихревые структуры, которые являются неустойчивыми при вертикальных перемещениях затвора, и поэтому происходит периодический отрыв вихревых структур, что приводит к пульсациям давления на нижней части затвора. Вследствие того, что изменения вертикальной силы, обусловленной пульсациями давления на нижней части плавучего затвора, и скорости вертикальных перемещений близки по фазе, возникает автоколебательный процесс со значительной амплитудой колебаний затвора.The disadvantage of this floating shutter is that during its landing on the threshold in the presence of a water level difference between the upper and lower concretes of more than 0.8 m arising from the action of the surge wave, the behavior of the valves near the threshold becomes unstable (even in the presence of stabilization measures, such as stabilizing tanks, water transfer channels, permeable casing from the downstream side), and they begin to make vertical self-oscillations of significant amplitude, which can lead to strokes of the floating shutter about threshold. This, in turn, threatens to violate the integrity of the design of the shutter, loss of tightness of the buoyancy compartments, its flooding and the inability to open the ship building after the flood. The reason for the occurrence of these self-oscillations is the flow around the adopted shape of the underwater part of the floating shutter due to the difference in water levels between the upper and lower pools. When a stream flows around the underwater part of a floating gate in the region of an inclined outlet, large vortex structures appear that are unstable when the gate moves vertically, and therefore there is a periodic separation of the vortex structures, which leads to pressure pulsations on the lower part of the gate. Due to the fact that changes in the vertical force due to pressure pulsations at the bottom of the floating shutter and the speed of the vertical displacements are close in phase, a self-oscillating process occurs with a significant amplitude of the shutter oscillations.

Испытания такой конструкции плавучего затвора на масштабной фрагментарной модели в гидравлическом лотке и на пространственной модели подтвердили наличие указанных автоколебаний при перепадах уровней более 0,8 м (фиг.2), что явно недостаточно для надежной эксплуатации затвора судопропускного сооружения.Tests of such a design of a floating shutter on a large-scale fragmentary model in a hydraulic chute and on a spatial model confirmed the presence of these self-oscillations at level differences of more than 0.8 m (Fig. 2), which is clearly not enough for reliable operation of the shutter of a ship throughput structure.

Время перекрытия судоходного канала при наводнении и стоимость восстановления в случае повреждений плавучего затвора и порога судопропускного сооружения являются основными экономическими факторами, определяющими экономическую эффективность сооружения. Раннее закрытие плавучего затвора в условиях отсутствия или при минимальном перепаде уровней также приведет к задержке прохода большого количества судов, что является прямыми экономическими потерями. Авария плавучего затвора при перекрытии судоходного канала в условиях большого перепада уровня приведет как к задержке прохода судов, так и к издержкам по устранению аварии и ремонту затвора. Минимизация этих издержек и повышение надежности работы плавучего затвора возможна только при достаточно высокой устойчивости нормального функционирования затвора при значительных перепадах уровней.The overlapping time of the navigable canal during a flood and the cost of restoration in the event of damage to the floating bolt and threshold of the ship passage are the main economic factors that determine the economic efficiency of the structure. Early closure of the floating shutter in the absence or with a minimum level difference will also lead to a delay in the passage of a large number of vessels, which is a direct economic loss. The accident of a floating shutter during the blocking of the navigable canal under conditions of a large level difference will lead both to a delay in the passage of ships and to the costs of eliminating the accident and repairing the shutter. Minimizing these costs and improving the reliability of the operation of the floating shutter is possible only with a sufficiently high stability of the normal functioning of the shutter at significant level differences.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является принятый нами за прототип плавучий затвор судопропускного сооружения (батопорт), включающий закрывающиеся вертикально установленные механизированные ворота со створками, поверхность днища у которых по ширине створки имеет ломаную форму, характеризующуюся входным горизонтальным участком со стороны верхнего бьефа и примыкающим к нему со стороны нижнего бьефа под тупым углом наклонным отклоняющимся вверх выходным участком поверхности, причем в нижней части затвора на его входном горизонтальном участке имеется щиток, а на наклонном выходном участке поверхности днища вдоль длины створки установлена наделка произвольной формы в поперечном сечении, у которой крайняя нижняя точка находится по высоте, по крайней мере, на уровне не выше 0,1 ширины створки ворот у ее днища над уровнем горизонтального участка поверхности днища, а по ширине створки - на уровне, отстоящим от начала наклонного участка не ближе 0,4 длины этого участка (патент RU №2288319, Е02В 7/50, опубл. 27.11.2006).Closest to the claimed combination of essential features is the floating gate of the ship-passing structure (batoport) adopted by us for the prototype, which includes vertically mounted mechanized gates with shutters that are closed, the bottom surface of which has a broken shape along the width of the shutter, characterized by a horizontal entrance from the upstream side and adjacent to it from the side of the downstream at an obtuse angle, the inclined upwardly deflecting output surface, and in the lower part and the shutter, there is a flap at its horizontal entrance portion, and on the inclined output section of the bottom surface along the length of the sash there is a clutch of arbitrary shape in cross section whose extreme lower point is at a height of at least not higher than 0.1 sash width the gate at its bottom above the horizontal portion of the bottom surface, and the width of the sash at a level spaced from the beginning of the inclined portion no closer than 0.4 of the length of this portion (patent RU No. 2288319, EV 7/50, publ. 11/27/2006).

Недостатком прототипа является то, что из-за отсутствия каналов для поступления воды в зону разряжения перед установленной наделкой при приближении батопорта к порогу возникает сила, приводящая к подсосу батопорта к порогу и возможным его ударам о порог, что не обеспечивает его безопасную эксплуатацию. Кроме того, перемещение щитка вдоль входного горизонтального участка приведет к необходимости увеличения пригрузки батопорта для обеспечения надежного стояния его на пороге.The disadvantage of the prototype is that due to the lack of channels for water to enter the discharge zone before the set-up, when the batoport approaches the threshold, a force arises that leads to the suction of the batoport to the threshold and its possible impact on the threshold, which does not ensure its safe operation. In addition, the movement of the flap along the horizontal entrance portion will lead to the need to increase the load of the batoport to ensure its reliable standing on the threshold.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение вертикальных автоколебаний плавучего затвора судопропускного сооружения (батопорта), возникающих в процессе погружения для посадки на порог судопропускного сооружения в условиях наличия перепада уровней воды в акваториях со стороны верхнего и нижнего бьефов, для обеспечения безопасности его эксплуатации, а также обеспечения надежного стояния батопорта на пороге с зазором между щитком и порогом при наличии перепадов уровней воды и волнения без увеличения заданной пригрузки батопорта.The objective of the invention is the elimination of vertical self-oscillations of the floating gate of the ship throughput structure (bathoport) arising during the dive for landing on the threshold of the ship throughput structure in the presence of a difference in water levels in the waters from the upper and lower downstream, to ensure the safety of its operation, as well as ensuring reliable standing of the bag port on the threshold with a gap between the shield and the threshold in the presence of drops in water levels and waves without increasing the specified bato load Orta.

Поставленная задача достигается тем, что плавучий затвор судопропускного сооружения (батопорт), включающий закрывающиеся вертикально установленные механизированные ворота со створками, поверхность днища у которых по ширине створки имеет ломаную форму, характеризующуюся входным горизонтальным участком со стороны верхнего бьефа и примыкающим к нему со стороны нижнего бьефа под тупым углом, наклонным и отклоняющимся вверх, выходным участком поверхности, в нижней части плавучего затвора на его входном горизонтальном участке размещен щиток, а на наклонном выходном участке поверхности днища вдоль длины створки установлена наделка, согласно изобретению наделка выполнена с возможностью положительной плавучести и закреплена к наклонному выходному участку поверхности днища длиной = L, например, на пилонах с образованием канала постоянного сечения, шириной не менее 1/7L, при этом нижняя точка наделки по высоте расположена на уровне нижней точки щитка, а по длине выступает за габарит створки не более чем на 1/20L, причем напорная грань наделки расположена под углом α=15-20° к линии, соединяющей нижние точки наделки и щитка.The task is achieved in that the floating gate of the ship-passing structure (bathoport), including vertically mounted mechanized gates with flaps that are closed, the bottom surface of which has a broken shape along the width of the flap, characterized by a horizontal entrance area from the upstream side and adjacent to it from the downstream side at an obtuse angle, inclined and tilting upward, the output surface portion, in the lower part of the floating shutter on its horizontal entrance portion current, and on the inclined outlet portion of the bottom surface along the length of the sash, fitting is installed, according to the invention, the fitting is made with the possibility of positive buoyancy and fixed to the inclined outlet portion of the surface of the bottom of length = L, for example, on pylons with the formation of a channel of constant cross section, at least 1 / wide 7L, while the lower setting point in height is located at the level of the lower point of the flap, and in length it protrudes beyond the casement dimension by no more than 1 / 20L, and the pressure side of the setting is located at an angle α = 15-20 ° to the line, s unifying low points nadelki and shield.

Предлагаемая конструкция плавучего затвора судопропускного сооружения (батопорт) поясняется чертежами.The proposed design of the floating gate of the ship throughput structure (butt port) is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлено поперечное сечение плавучего затвора судопропускного сооружения (батопорта).Figure 1 shows the cross section of a floating shutter of a ship throughput structure (batoport).

На фиг.2 - пример реализации измерения перемещений свободноплавающей фрагментарной модели батопорта.Figure 2 is an example of the implementation of the measurement of displacements of a free-floating fragmentary model of a bath port.

Плавучий затвор судопропускного сооружения (батопорт) содержит закрывающиеся вертикально установленные механизированные ворота со створками 1, у которых поверхность днища имеет ломаную форму по ширине створки, характеризующуюся входным горизонтальным участком 2 со стороны верхнего бьефа и примыкающим к нему со стороны нижнего бьефа под тупым углом, наклонным и отклоняющимся вверх, выходным участком 4 поверхности днища.The floating gate of the ship-passing structure (bathoport) contains vertically mounted mechanized gates with shutters 1, the bottom surface of which has a broken shape along the width of the shutter, characterized by a horizontal entrance section 2 from the upstream side and adjacent to it from the downstream side at an obtuse angle, inclined and deviating up, the output section 4 of the surface of the bottom.

В начале входного горизонтального участка 2 поверхности днища вдоль длины створки 1 установлен щиток 3. На наклонном выходном участке 4 поверхности днища вдоль створки 1, например, на пилонах 5 установлена наделка 6, выполненная с возможностью положительной плавучести, образующая с наклонным выходным участком 4 поверхности днища канал постоянного сечения шириной не менее 1/7L. Нижняя точка наделки 6 по высоте расположена на уровне нижней точки щитка 3, а по длине выступает за габарит створки 1 не более чем на 1/20L. Напорная грань 7 наделки 6 расположена под углом α=15-20° к линии, соединяющей нижние точки наделки 6 и щитка 3.A flap 3 is installed at the beginning of the horizontal input portion 2 of the bottom surface along the length of the sash 1. On the inclined output portion 4 of the bottom surface along the sash 1, for example, on the pylons 5, a clad 6 is installed, which is capable of positive buoyancy, forming with the inclined output section 4 of the bottom surface constant section channel with a width of at least 1 / 7L. The lower point of the lining 6 is located in height at the level of the lower point of the flap 3, and in length protrudes beyond the dimension of the sash 1 by no more than 1 / 20L. The pressure face 7 of the cladding 6 is located at an angle α = 15-20 ° to the line connecting the lower points of the cladding 6 and the shield 3.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Поток жидкости при наличии положительных перепадов уровней воды между верхним и нижним бьефами проходит под батопортом, формируется в транзитную струю с высоким значением скорости потока и низким давлением в ее верхней части, расположенной вблизи днища батопорта. Наклонный выходной участок 4 поверхности днища батопорта позволяет обеспечить приток жидкости из нижнего бьефа в область низкого давления и тем самым уменьшить дестабилизирующую подсасывающую силу. Однако при этом обширное вихревое течение проходит в область наклонного выходного участка 4 поверхности днища, и нестабильность этого течения приводит к возникновению значительных вертикальных колебаний батопорта. Наделка 6 изменяет характер обтекания нижней части батопорта в положениях вблизи порога судопропускного сооружения и путем частичного замещения вихревой области под батопортом предотвращает процесс периодического возникновения и срыва крупных вихрей при вертикальных перемещениях батопорта.The liquid flow in the presence of positive changes in water levels between the upper and lower pools flows under the butt port, is formed into a transit stream with a high value of the flow velocity and low pressure in its upper part, located near the bottom of the butt port. The inclined outlet portion 4 of the bottom surface of the butt port allows for the flow of fluid from the downstream to the low pressure region and thereby reduce the destabilizing suction force. However, in this case, an extensive vortex flow passes into the region of the inclined outlet section 4 of the bottom surface, and the instability of this flow leads to the appearance of significant vertical oscillations of the bath port. Naddelka 6 changes the nature of the flow around the lower part of the batoport in the positions near the threshold of the ship throughput and, by partially replacing the vortex region under the batoport, prevents the process of the periodic occurrence and disruption of large vortices during vertical movements of the batoport.

Наличие наделки 6 также приводит к увеличению демпфирования вертикальных колебаний (в соответствии с теорией качки плавающих тел), кроме того, дополнительное гидравлическое сопротивление в канале между наклонным выходным участком 4 поверхности днища и наделкой 6 также способствует демпфированию вертикальных колебаний. Перечисленные выше факторы приводят к тому, что составляющая гидродинамических сил, пропорциональная скорости движения батопорта, находится фактически в противофазе со скоростью перемещений батопорта, и это, в свою очередь, приводит к устранению автоколебательных режимов вблизи дна.The presence of cladding 6 also leads to an increase in damping of vertical vibrations (in accordance with the theory of rolling bodies of floating bodies), in addition, additional hydraulic resistance in the channel between the inclined outlet section 4 of the bottom surface and cladding 6 also contributes to damping of vertical vibrations. The factors listed above lead to the fact that the component of hydrodynamic forces, proportional to the speed of the traction port, is actually in antiphase with the speed of movement of the traction port, and this, in turn, eliminates self-oscillating regimes near the bottom.

Устойчивое положение батопорта обеспечивается на малых расстояниях от порога судопропускного сооружения, что позволяет батопорту иметь устойчивое положение на пороге при наличии зазора между батопортом и порогом при заданной нагрузке.The stable position of the bagport is ensured at small distances from the threshold of the ship throughput structure, which allows the boat port to have a stable position on the threshold in the presence of a gap between the bagport and the threshold at a given load.

Пример сопоставления перемещений аналога и перемещений батопорта предлагаемого изобретения при наличии перепада уровней воды показан на графике фиг.2 (получен по результатам физического моделирования).An example of a comparison of the movements of the analogue and the movements of the butt port of the invention in the presence of a difference in water levels is shown in the graph of figure 2 (obtained by the results of physical modeling).

Предлагаемое изобретение устраняет вертикальные автоколебания плавучего затвора судопропускного сооружения (батопорта), возникающие в процессе погружения для посадки батопорта на порог судопропускного сооружения в условиях наличия перепада уровней воды в акваториях со стороны верхнего и нижнего бьефов и обеспечивает безопасность его эксплуатации, а также обеспечивает надежное стояние затвора на пороге с зазором между щитком и порогом при наличии перепадов уровней воды и волнения без увеличения заданной пригрузки батопортов.The present invention eliminates the vertical self-oscillations of the floating gate of the ship throughput structure (bathoport) arising during the dive for landing the boat port on the threshold of the ship throughput structure in the presence of a difference in water levels in the water areas from the upper and lower pools and ensures the safety of its operation, and also ensures reliable shutter stand on the threshold with a gap between the shield and the threshold in the presence of differences in water levels and waves without increasing the specified load of the load ports.

Claims

A floating gate of a ship-passing structure (batoport), including vertically mounted mechanized gates with flaps that are closed, the bottom surface of which has a broken shape along the width of the flap, characterized by a horizontal entrance section from the upstream side and adjacent to it from the downstream side at an obtuse angle, inclined and upwardly deviating exit surface portion, with a flap placed at the bottom of the floating shutter at its horizontal entrance, and on the inclined exit on the surface of the bottom along the length of the sash, an adjustment is established, characterized in that the adjustment is made with the possibility of positive buoyancy and is fixed to an inclined output section of the surface of the bottom with a length L, for example on pylons, with the formation of a channel of constant cross section with a width of at least 1 / 7L, while the lower the height adjustment point is located at the level of the bottom point of the flap, and protrudes in length beyond the leaf dimension by no more than 1 / 20L, and the pressure side of the temperature adjustment is at an angle α = 15-20 ° to the line connecting the lower points of the temperature and the soup weaving.