Для ремонта шлюза предусматриваются затворы, позволяющие отделить его от верхнего и нижнего бьефа при осушении камеры.
Кроме ворот и затворов с механизмами, камеры шлюза оборудуются причальными устройствами для учалки судов.
Примыкающие к верхней и нижней головам шлюза подходы состоят из каналов для захода судна в шлюз, направляющих устройств, обеспечивающих безопасность входа судов в камеру, причальных устройств и сооружений для отстоя судов в ожидании шлюзования.
Обеспечение четкой и безопасной проводки судов на современных шлюзах гарантируется с помощью навигационной сигнализации, связи и автоматического управления всеми операциями шлюзования.
На внутренних водных путях нашей страны эксплуатируются более 100 судоходных шлюзов. Габариты шлюзовых камер достигают: длина - 300 м, ширина - 30 м, напор на одну камеру - 20 м.
Различные по своим техническим характеристикам современные судоходные шлюзы представляют собой уникальные сооружения с высокой степенью электрофикации, которая позволяет коренным образом улучшить технологию производственных процессов и условия труда обслуживающего персонала.
Состав и характер электрического оборудования шлюза определяются его местом в технологической линии, интенсивностью движения на водной магистрали и уровнем автоматизации управления.
Успешная работа судоходного шлюза зависит от надежности и четкости действия всех элементов электрического оборудования. В процессе проектирования и строительства шлюзов предусматривается, что их электрическое оборудование должно обеспечивать:
заданный технологический режим работы объекта;
постоянную готовность к действию;
возможность дистанционного, а в необходимых случаях и автоматического управления;
экономичность и полную безопасность работы.
Указанные требования выполнимы лишь при высокой степени электрификации, автоматизации и качества электрического оборудования.
1.2. Состав и назначение механического оборудования гидротехнических сооружений.
Механическое оборудование шлюзов делится на:
основное, предназначенное для непосредственного выполнения операций по пропуску судов через шлюз. К нему относятся рабочие ворота, затворы и их механизмы;
вспомогательное, необходимое для обеспечения пропуска судов по определенной схеме и включающее подвижные и неподвижные причальные устройства;
ремонтное, предназначенное для отделения камеры от верхнего и нижнего бьефов, состоящее из ремонтных и аварийных ворот, подъемных устройств, насосных агрегатов и т.п.
Различные размеры камер шлюзов и назначения напоров, а также специфика работы вызвали появление большого разнообразия конструкций шлюзовых ворот ( плоские,подъемно-опускные, сегментные, откатные, двустворчатые и другие ) и затвор галерей ( плоские, сегментные, цилиндрические, дисковые и т.п.).
В настоящее время наибольшее распространение получили плоские подъемно-опускные и сегментные ворота для верхних голов шлюзов, двустворчатые - для нижних, плоские и цилиндрические затворы - для галерей.
Плоские подъемно - опускные ворота ( рисунок 2 ) представляет собой щит 1, перекрывающий судоходное отверстие и перемещающийся на
колесных или скользящих опорах в вертикальных боковых пазах 2. Нижняя часть ворот выполнена с наклоном в сторону камеры для направления струи при наполнении на гасители и устранения вакуума под щитом и при его подъеме. Аналогичное устройство имеют и плоские затворы водопроводных галерей.
В эксплуатационных условиях ворота могут принимать три положения: 1) рабочее ( судоходное отверстие перекрыто ); 2) наполнение
( открыта часть судоходного отверстия ); 3) судоходное ( судоходное
отверстие открыто ).
По эксплуатационно - гидравлическим требованиям при наполнении камеры шлюза ворота приподнимаются над рабочем положением на 1-3 м с ограниченной скоростью до 0,2-0,6 м/мин, а по окончании наполнения, на скорости, превышающей скорость перемещения при наполнении в 20-25 раз, они опускаются в судоходное положение. В рабочее положение из судоходного ворота перемещаются также с большой скоростью.
Плоские ворота конструктивно просты и позволяют перекрывать судоходные отверстия значительных размеров при относительно небольших габаритах голов камеры. Однако перемещение в вертикальной плоскости и требование двух резко отличающихся скоростей движения вызывает необходимость применения сложных приводных устройств и сооружения помещении для расположения электромеханического оборудования.
Сегментные ворота (рисунок 3 ) по назначению аналогичны плоским подъемно - опускным, но перемещаются они не по вертикали, а по дуге. Рабочая поверхность их криволинейна, что позволяет за счет давления воды в операции наполнения камеры обходится меньшими усилиями для подъема таких ворот по сравнению с плоскими.
Двустворчатые ворота (рисунок 4 ) состоят из двух полотен 1, вращающихся вокруг вертикальных осей, расположенных у стен камеры
2. В закрытом состоянии полотна опираются друг на друга опорными подушками створных столбов, образуя угол 160-170о с вершиной,направленной в сторону большего уровня воды ( верхнего бьефа ), создающего усилие для удержания створок закрытыми.
В эксплуатационных условиях двустворчатые ворота могут занимать лишь два положения: рабочее ( судоходное отверстие закрыто )и судоходное ( судоходное отверстие полностью открыто ), так как наполнение камеры шлюза при такой системе ворот осуществляется с помощью обводных галерей, снабженных своими затворами.
Цилиндрические затворы водопроводных галерей (рисунок 5 ) представляет собой цилиндр 1, установленный в специальной нише и перекрывающий водопроводное отверстие своей торцовой частью. Рабочее перемещение затвора осуществляется в вертикальной плоскости с помощью винтовой передачи 2 или гибкого тягового органа.
Благодаря цилиндрической форме поверхности затвора боковое давление воды на него уравновешивается, поэтому подъемное усилие при маневрирование затвором невелико. К недостаткам цилиндрических затворов относятся потребность в сложной форме галерей и чувствительность к вибрациям.
Механизмы ворот и затворов различаются в зависимости от размеров шлюзов, их конструкции и общей компоновки. Все механизмы, как правило, имею редукторы или гидравлические передачи и тяговые органы. В качестве последних применяются цепные, тросовые, кривошипно-шатунные,штангово-цепные и штанговые устройства.
Гидравлические передачи используют как для изменения передаточного числа и скорости движения рабочего органа, так и для получения необходимого вида механической характеристики привода. В гидравлических передачах рабочем телом является жидкость, свойства которой и определяют особенности этого типа передач.
Как и в любой передаче, в гидравлической также имеются входное и выходное звенья: первым может быть вал насоса,вторым - поступательно перемещающийся поршень в гидроцилиндре.
Гидравлические передачи делятся на гидростатические ( объемного действия ) и гидродинамические. В первых давление, создаваемое насосом, передается через жидкость как рабочее тело на исполнительный орган, во вторых жидкость приводится во вращательное движение ведущим звеном и увлекает за собой ведомое.
Мощность гидростатических систем в основном определяется давлением жидкости, и расход ее сравнительно невелик. Гидродинамические системы, наоборот, характеризуются большим расходом жидкости и малым статическим давлением.
Гидростатические передачи, способные обеспечить большие передаточные числа и преобразовать вид движения, получили преимущественное применение на водном транспорте. Выходные звенья этих передач могут иметь возвратно-поступательное, вращательное или возвратно-поворотное движение ( соответственно силовые гидроцилиндры, гидромоторы, моментные гидроцилиндры ).
На рисунке 6 представлена простейшая гидропередача, преобразующая вид движения. Давление, создаваемое насосом 1, с помощью распределителя 2 передается правой или левой полости цилиндра 3, обеспечивая необходимое направление движения рабочего органа. Дросселированием, т.е. отводом части жидкости с помощью дросселя 4 в емкость 5 по сливной магистрали, можно управлять скоростью движения поршня. Скорость движения рабочего органа можно изменять также регулированием насосной утановки.
Гидравлические передачи имеют ряд достоинств, обеспечивающих их широкое применение в промышленности и на транспорте:
возможность различного расположения узлов и элементов;
сравнительная легкость изменения направления движения рабочего органа;
простота защиты установки и рабочих органов от перегрузки;
бесшумность работы;
малая масса на единицу мощности;
простота преобразования вращательного движения в поступательное и обеспечение больших передаточных чисел в объемных передачах.
Основными недостатками этих передач являются; сложности прокладки трубопроводных коммуникаций; большие потери давления и утечки жидкости в уплотнениях; зависимость характеристик систем от температуры жидкости и ее
вязкости.
Тяговые органы служат для соединения приводного механизма с рабочим органом, т. е. с воротами или затворами шлюзов.Тяговые органы работают в исключительно тяжелых условиях, особенно в подъемных механизмах,где часто они находятся в воде и трудно доступны для обслуживания. Учитывая неравномерность нагрузки и тяжелые условия их работы, при проектировании тяговых органов стремятся обеспечить им прочность и надежность.
1.3. Основные свойства электрофицируемых механизмов гидротехнических сооружений.