Общие сведения об электрооборудовании водных путей. Протяженность внутренних водных путей, пригодных для судоходс-

1.1. Общие сведения об электрооборудовании водных путей. Протяженность внутренних водных путей, пригодных для судоходс-

тва, в нашей стране составляет около 500 тысяч километров, однако активно используются только 150 тысяч километров, из которых около 80 тысяч километров освоено за годы советской власти. В это же вре­мя построено около 16 тысяч километров искусственных водных путей, в том числе Беломорско-Балтийский канал ( ББК ), Волго-Балтийский водный путь ( ВБВП ) имени В. И. Ленина, Волго-Донской судоходный канал ( ВДСК ) имени В. И. Ленина, канал имени Москвы ( УКиМ ). Водный транспорт занимает все более заметное место в народном хо­зяйстве нашей страны и для дальнейшего роста грузооборота и пасса­жирских перевозок требует совершенствования водных путей. Для этого проводят руслоочищение, дноуглубдение, выправление, регулирование стока и шлюзование. Кроме того, для обеспечения безопасности плава­ния на водных путях создается судоходная обстановка в виде системы береговых и плавучих знаков, определяющих направление судового хода и его границы. Судоходная обстановка, выправление водных путей с помощью дамб, полузапруд и других сооружений, а также регулирование стока благодаря специальным водохранилищям при все своей масштаб­ности не отличаются большими расходами электроэнергии или специфи­кой электрификации. Поэтому основное внимание уделяется шлюзованию и использованию специального флота для руслоочищения и дноуглубле­ния.

Шлюзование реки позволяет резко увеличить глубины в речном пото­ке в результате строительства вдоль пути водоудерживающих плотин со специальными судопропускными сооружениями в виде шлюзов или судо­подъемников.

Улучшение судоходности водных путей повышает безопасность плава­ния и является одним из условий успешного развития водного транс­порта. Оно, в частности, осуществляется подъемом воды напорными гидротехническими сооружениями с судоходными шлюзами или судоподъ­емниками.

Судоходным шлюзом называется сооружение, предназначенное для пе­ревода судов из одного бьефа в другой, отличающихся уровнем воды. Разность уровней воды в верхнем и нижнем бьефах воспринимается шлю­зом как напор.

Схематический план и продольный разрез однокамерного шлюза при­ведены на рисунке 1.

Шлюзование осуществляется с помощью камеры 1, разделяющей бьефы, и устройств, позволяющих выравнивать уровни воды в камере отдельно с верхним и нижним бьефами. Со стороны каждого бьефа камера имеет судоходные отверстия, перекрываемые воротами 2. Для маневрирования воротами шлюзы оборудуются механизмами, располагаемыми на площадках или помещениях голов шлюзов.При наполнении и опорожнении камера со­единяется с бьефами водопроводными галереями 3, которые перекрыва­ются затворами. Водопроводных галерей и затворов может не быть, ес­ли для наполнения или опорожнения используются судоходные отверс­тия.

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 160-170^о 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.