Обоснование габаритных размеров камеры лесо-судопропускных сооружений из условия их безаварийной эксплуатации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.07, доктор технических наук Сапцин, Валерий Петрович

• Сапцин, Валерий Петрович
• доктор технических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук Сапцин, Валерий Петрович

Условные обозначения

Введение

Глава I. Обзор отечественных и зарубежных исследований по неста -ционарным процессам в камере лесо-судопропускных сооружений

1.1. Общие положения

1.2. Работы отечественных ученых по гидродинамике наклонных судоподъемников

1.3. Исследования наклонных судоподъемников за рубежом

1.3.1. Наклонный судоподъемник Ронкьер ( Бельгия )

1.3.2. Исследования по судоподъемнику Орлик ( ЧСР )

1.3.3. Исследования по судоподъемнику Арзвиль ( Франция )

1.3.4. Исследования по водоклиновым судоподъемникам

1.3.5. Другие зарубежные исследования в области наклонных судоподъемников

Глава II. Колебательные процессы в камере лесо-судопропускного сооружения, свободной от транспортируемых тел

2.1. Общие положения

2.2. Амплитуда колебаний и скорости распространения волн при мгновенной остановке

2.3. Линейное приближение теории колебательных процессов в камере с продольной компоновкой

2.4. Колебания волн в свободной камере с поперечной компоновкой 66 Выводы по главе II

Глава III. Продольные перемещения транспортируемого тела в камере лесо-судопропускного сооружения

3.1. Общие положения

3.2. Продольные перемещения неучаленного судна при мгновенной остановке камеры

3.3. Продольные перемещения неучаленного судна при остановке камеры за некоторый конечный промежуток времени

Выводы по главе III

Глава IV. Оптимальные режимы неравномерного движения камеры лесо-судопропускного сооружения

4.1. Общие положения

4.2. Частотные характеристики колебаний воды и плавающих тел в камере сооружения

4.3. Поведение неучаленного судна в период неравномерного движения камеры 96 Выводы по главе IV

Глава V. О гидродинамическом воздействии на плавающее тело, совершающее колебания в камере лесо-судопропускного сооружения

5.1. Постановка задачи

5.2. Приближенное решение задачи

5.3. Анализ полученных формул и результаты численных расчетов 121 Выводы по главе V

Глава VI. Экспериментальные исследования колебаний воды и плавающих тел в камере лесо-судопропускного сооружения

6.1. Условия подобия при моделировании нестационарных процессов

6.2. Экспериментальная установка с самоходной камерой продольного

6.3. Модели судов

6.4. Принципы выбора измерительной аппаратуры и ее состав

6.5. Модель несамоходной камеры с поперечной компоновкой

6.6. Модели плотов

6.7. Формирователь временных сигналов ( ФВС )

6.8. Описание реальной учалки на модели камеры с продольной компоновкой 155 Выводы по главе VI

Глава VIL Основные результаты экспериментальных исследований нестационарных процессов в камере лесо- судопропускного сооружения

7.1. Самоходная камера с продольной компоновкой, свободная от плавающих тел

7.2. Исследования колебательных процессов в самоходной камере с плавающим на поверхности воды судном

7.3. Экстренное торможение камеры с судном, зачаленным за неподвижные тумбы

7.4. Колебания воды и судна, зачаленного за специальные амортизирующие устройства

7.5. Влияние положения судна по длине камеры на колебательные процессы в камере

7.6. Вопросы транспортировки судов различных очертаний и водоизмещений

7.7. Экспериментальные исследования колебательных процессов в камере с поперечной компоновкой

7.8. Влияние вертикальной составляющей ускорения движения камеры 203 Выводы по главе VII

Глава VIH. Натурные испытания на Красноярском судоподъемнике

8.1. Постановка задачи натурных испытаний

8.2. Результаты испытаний при движении камеры без судна

8.3. Результаты исследований условий отстоя судна в камере 217 Выводы по главе VIII

Глава IX. Рекомендации по проектированию наклонных лесо-судопропускных сооружений

9.1. Выбор типа и компоновка в составе гидроузла

9.2. Природоохранные и экологические мероприятия

9.3. Оценка перспективного грузооборота

9.4. Определение габаритных размеров судовозной камеры

9.4.1. Глубина наполнения камеры

9.4.2. Назначение высоты стенок судовозной камеры

9.4.3. Габаритная длина и ширина судовозной камеры

9.5. Условия транспортировки судов ( секций плотов ) в эксплуатационных условиях

9.6. Рекомендуемый тип лесо-судопропускного сооружения 233 Основные выводы 240 Литература 244 Приложения 267

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

X У Ъ - система координат, жестко связанная с камерой, I - время, <¡2 - расход жидкости, - расход жидкости, поступающей в камеру на единице длины, р , ра - давление в жидкости и на ее свободной поверхности, ^р ,р - плотность и удельный вес жидкости, С^ - ускорение силы тяжести, % - ордината свободной поверхности жидкости, 1Г0 - скорость равномерного движения судовозной камеры, ^о '¿4 " Уморение движения судовозной камеры, его горизонтальная й вертикальная составляющие, , 7^- " время разгона, торможения камеры, ¿к - длина камеры,

- ширина камеры, ¡ък - начальная глубина наполнения камеры,

ЪТК - площадь поперечного сечения жидкости в камере,свободной от судов,

ЪТ - площадь поперечного сечения жидкости, С - скорость распространения волны возмущения, ^ - наибольшая длина расчетного судна ( секции плота ), £ - приведенная длина судна ( секции плота ), ¡4 - ширина судна ( секции плота ) по ватерлинии, Ыс - площадь поперечного сечения судна ( секции илота) в нормальном положении, V? - осадка судна ( секции илота ), о - продольная координата центра тяжести судна ( секции плота ) в равновесном положении,

- продольное перемещение центра тяжести судна ( секции плота),

Р Р - продольные координаты оконечностей судна ( секции плота ) в системе координат XXX, Р -вертикальное перемещение центра тяжести судна ( секции плота ) относительно состояния покоя ), ^ - ордината плоскости плавания судна, у^ - угол наклонения судна ( секции плота), (угол поворота судна относительно поперечно-горизонтальной оси ),

§ - площадь плоскости плавания судна ( секции плота),

- объем водоизмещения судна ( секции плота ), ^/¿^ - масса судна ( секции плота ), рр - момент инерции судна относительно центральной поперечной оси,

У - продольная метацентрическая высота, пъ - присоединенная масса жидкости, приходящаяся на единицу длины судна ( секции плота ), зс- - коэффициент присоединенной массы жидкости,

- волновая сила, действующая на судно ( секцию плота ), Гпр ~ продольная сила, действующая на судно ( секцию плота ) со стороны причальных устройств, 8 - угол наклона судовозных путей, М-нл ' коэффициент полнодревесности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование габаритных размеров камеры лесо-судопропускных сооружений из условия их безаварийной эксплуатации»

Перспективы развития транспорта имеют исключительно важное значение в экономической и социальной жизни любой страны. Особенно велика его роль для России, обширной по своей территории, на которой сосредоточены мощные предприятия, большие запасы сырьевых ресурсов ( полезные ископаемые, лесные массивы, возобновляемые источники электроэнергии - богатый водный потенциал рек, сельское хозяйство и т.п.).

Важную роль в транспортной сети России играет внутренний водный транспорт, дж которого уже созданы естественные пути-реки, озера, искусственные каналы, и который для некоторых районов и регионов является единственным средством для перевозки грузов ( особенно для условий Сибири и Дальнего Востока ). На многих реках, входящих в состав судоходных путей России, таких как Волга, Енисей, Амур, Лена, уже построены комплексные гидротехнические сооружения, которые коренным образом изменили режим рек, подтопили притоки и позволили создать новые транспортные магистрали, рассчитанные на современные суда со значительной осадкой, грузоподъемностью до 6000 т.

Таким образом, возможности для развития перевозок внутренним водным транспортом в связи со строительством комплексных гидроузлов значительно расширились.

Водный транспорт обладает некоторыми преимуществами по сравнению с другими видами транспорта. Расчеты показывают [ 24, 173 ], что первоначальные затраты на организацию судоходства по естественным магистральным водный, путям с пропускной способностью ( 80. 100 ) млн.тонн грузов в год, примерно 3 10 раз меньше, чем расходы на сооружение ширококолейной железной дороги и оснащение ее подвижным составом, и в ( 2.3 ) раза меньше, чем на сооружение

1 км шоссейной автомобильной дороги. Кроме того, водный транспорт требует значительно меньше механической энергии, чем сухопутный транспорт: железнодорожный и автомобильный. Для перемещения 1 т груза по воде нужно затратить в 6 раз меньше механической энергии, чем на перемещение на то же расстояние по рельсовым путям, и в 25 раз меньше, чем для перевозки по безрельсовым дорогам. Перечисленные особенности водного транспорта оказывают существенное влияние на экономические показатели его работы, делают речные перевозки массовых грузов ( особенно на дальние расстояния ) наиболее дешевыми. При правильной организации транспортного процесса себестоимость перевозок по магистральным рекам в ( 1,5.2,0 ) раза ниже, чем по железной дороге, и в ( 20.25 ) раз ниже, чем по автострадам. Перевозки по малым рекам в ( 5.6 ) раз дешевле транспортировки грузов по автодорогам [34]. Более низкая себестоимость перевозок на водном транспорте объясняется тем, что в целом на единицу мощности и израсходованного топлива, материалов и заработанной платы приходится больше продукции, чем на других видах транспорта. В работе | 239 ] приведены подсчеты экономистов, по которым стоимость одного тонно-километра перевозок по каналу Рейн-Дунай составит 3,9 пфеннинга по сравнению с 12,8 пфеннингов по железной дороге и 24,3 пфеннинга автомобильным транспортом.

Развитие водного транспорта на современном этапе во всем мире определяется следующими факторами: значительно меньшим, чем на железнодорожном и автомобильном транспорте энергопотреблением ( на 80 и 30% соответственно ); более высокой производительностью труда; меньшей потребностью в материалах по сравнению с железнодорожным и автомобильным транспортом ( в 2 и 4 раза соответственно ); минимальным негативным воздействием на окружающую среду; возможностью перевозки уникальных по габаритам грузов [ 34, 101 ].

В настоящее время возникает острая необходимость в организации работ по совершенствованию и реконструкции существующих водных систем Европейской части России. Дальнейшее развитие нашей страны немыслимо без интенсивного развития регионов Сибири и Дальнего Востока, для которых водный транспорт еще долгое время будет оставаться одним из наиболее экономичных, а подчас и единственным видом транспорта. Сибирь и Дальний Восток являются для России главной сырьевой базой. Здесь сосредоточено практически 3/4 всех минеральных топливно-энергетических и более половины гидроэнергетических ресурсов и запасов промышленной древесины, а также значительные доли запасов цветных металлов и различного минерального сырья [ 198 ].

Однако основными потребителями всех этих богатств являются предприятия и промышленные комплексы Европейской части России, стран ближнего и дальнего зарубежья. Не подлежит сомнению тот факт, что с началом возрождения промышленных предприятий России начнет расти потребность в сырье, а это приведет к существенному увеличению грузопотоков, причем преимущественно } широтном направлении, которое потребует комплексного использования всех видов транспорта. В середине восьмидесятых годов грузонапряженность железнодорожных путей Сибири в 1,5.2,0 раза превышала ее среднюю по Союзу величину, на отдельных участках ( Омск-Новосибирск ) в 5.6 раз Протяженность автомобильных дорог с твердым покрытием в Сибири составляет всего 7% от протяженности их в России. Кроме того, стоимость перевозок железнодорожным транспортом в последние годы возросла настолько, что многие предприятия стали отказываться от их услуг. В этих условиях все возрастающее значение в хозяйственном освоении Сибири и Дальнего Востока, да и жизни всег России, должны приобретать перевозки грузов водным транспортом.

Еще в 1906 году выдающийся русский инженер-гидротехник Н.П. Пузыревский говоря о транспортной системе России того времени, указывал на несоответствие пропускной способности системы и стоимости перевозок с размерами государства. ".Могучему телу России нужны артерии, иначе она не сможет жить. Такими артериями для нее могли бы быть водные пути сообщения." В те годы он обосновал на основе проведенного им анализа возможность присоединения к водным магистралям Европейской России рек азиатской части страны. По мнению Н.П. Пузыревского, возможность присоединения могла быть достигнута устройством водного сообщения через реки Чусовую, впадающую а Каму, и И сеть впадающую в Тобол, в этом случае сплошной водный путь достигнет озера Байкал. Сибирская водная магистраль будет состоять из рек Камы, Чусовой, соединительного канала через Уральский хребет; далее в состав магистрали войдут реки Исеть, Тобол, Иртыш, Обь, затем Обь-Енисейский канал, Енисей и Ангара.

Естественные водные пути ( судоходные реки ) и искусственные ( каналы ) имеют, как правило, в своем составе серию гидроузлов, которые для сквозного судопропуска должны быть оборудованы различными лесо-судопропускными сооружениями. На внутренних водных путях в составе речных гидроузлов нашей страны, Западной Европы, США, Канады и других стран мира наиболее широкое распространение получили судонропускные сооружения в виде судоходных шлюзов. Вместе с тем в тех случаях, когда перепад уровней достигает значительной величины, со шлюзами начинает успешно конкурировать другой тип судопропускных сооружений: вертикальные или наклонные судоподъемники, представляющие собой наполненные водой судовозные камеры, перемещающиеся из одного бьефа в другой по вертикальным или наклонным направляющим, вместе с находящимся в них судном [ 198 ].

В техническом отношении устройство непрерывного водного пути в Сибирь ( по предложению Н.П. Пузыревского ) представлялось вполне осуществимым, главная проблема заключалась в преодолении Яблоневого хребта путем устройства соединительного канала. Однако применение судоподъемников в местах сосредоточенных перепадов уровня вполне могло бы обеспечить преодоление, казалось бы неразрешимой проблемы.

Задачи комплексного использования водных путей делают весьма актуальной проблему разработки методов расчета, подбора экономичных типов и габаритных размеров камеры лесо-судопропускных сооружений.

К вопросу необходимости создания единой глубоководной субширотной воднотранспортной магистрали в азиатскую часть страны с выходом ее на Западе к Волге, а на Востоке - к Амуру, вновь вернулись в семидесятые годы, и эта идея рассматривалась как перспективная задача крупного масштаба [ 63, 78, 101, 198 ], решение которой позволило бы освоить речным транспортом мощный грузопоток в широтном направлении.

Основная трасса сибирского водного пути [ 101 ] намечалась в основном через систему малых рек Сибири и межбассейновые судоходные сооружения.

Элементы единой водной системы России и этапы ее строительства, по мнению автора работы [ 78 ], должны сводиться к следующему:

I этап - Обь - Иртыш ( Чая - Омь ); II этап - Обь - Енисейский канал; III этап -сквозное судоходство по Ангаре ( гидроузлы Иркутский, Братский, Усть-Илимский, Богучанекий должны обеспечивать сквозной судопронуск ); IV этап -соединение Иртыш - Урал ( Тобол - Урал); V этап - Урал - Волга; VI этап - канал Енисей - Лена ( Илим - Кут ); VII этап - соединение Б ай кал- С с лен ra - II! и л ка-Амур; VIII этап - канал Иртыш - Тобол ( Камышловский лог - Емуртла ). Как можно видеть, указанные выше элементы единой водной транспортной системы -Сибречпути, во многом повторяют схему широтно-ориентированного водного пути Н.П. Пузыревского.

Разработанный перспективный план развития гидроэнергетики в Российской Федерации до 2000 г. предполагал строительство ряда гидроузлов. В случае реализации этого плана рассмотрим возможные схемы развития водных путей в районах Сибири и Дальнего Востока f 101, 198 ].

В бассейнах рек Ангары и Енисея наиболее перспективной схемой для развития водных путей является река Ангара с каскадом водохранилищ, которые имеют возможность создать Байкале - Енисейский водный путь; верхний Енисей с каскадом водохранилищ для обеспечения водного пути в Туву; реки Нижняя и Подкаменная Тунгуска с каскадом водохранилищ, по которым возможно осуществлять перевозку угля из Тунгусского каменноугольного бассейна. До строительства гидроузлов на р.Ангаре, длиной 1797км (от Байкала до Енисея ), регулярное судоходство осуществлялось только на участках верхнего и нижнего течения. Иркутский, Братский, Усть-Илимский гидроузлы коренным образом изменили условия осуществления судоходства в подпертых бьефах за счет существенного увеличения глубин. Благодаря водохранилищам появились новые трассы по руслам несудоходных притоков. Так, в связи с появлением Братского водохранилища | 63 ], при его длине в 530 км, проложено 1,4 тыс. км судоходных трасс. Однако в связи с отсутствием лесо-судопропускных сооружений на ангарских гидроузлах, судоходство осуществляется по Ангаре лишь на изолированных участках и, кроме этого, вынуждает в навигационный период перевозить значительный объем грузов по железной дороге. С созданием Байкале - Енисейского водного пути протяженностью более 2,5 тыс. км удалось бы с железной дороги переключить значительный объем грузопотока для водного транспорта. Уже сейчас параллельно реке Ангаре перевозится между Иркутском, Братском и Усть-Илимом по железной дороге более 5,5 млн. т грузов, при этом протяженность дороги в ( 1,5.2,0 ) раза больше, чем вод;.:ого пути по водохранилищам.

На верхнем Енисее благодаря водохранилищам Красноярского, Саяно-Шушенского и Майнского гидроузлов в перспективе имеется возможность создания единого глубоководного пути от г. Красноярска до г. Кызыла. Однако, действующие в настоящее время два гидроузла - Саяно-Шушенский и Май некий, не имеют лесо-судопропускных сооружений [ 63, 78 ]. Вместе с тем по результатам расчетов, проведенных в Ленгипроречтрансе, через створ этих гидроузлов определен грузопоток свыше 1,2 млн. т, что безусловно свидетельствует о необходимости строительства судопропускных сооружений в этих гидроузлах. Строительство транспортных судопропускных гидротехнических сооружений на них следует признать наиболее эффективным решением транспортной проблемы в Туве: строительство наклонного судоподъемника потребует средств в 2 раза меньше, чем на реконструкцию двух имеющихся автомобильных дорог и в 12 раз меньше, чем на строительство железной дороги до г. Кызыла | 101 I. При этом создается сквозной водный путь от г. Кызыла по всему Енисею до г. Игарки, протяжением 2705 км.

Реки Нижняя и Подкаменная Тунгуска являются правобережными притоками реки Енисей. Бассейны этих рек охватывают огромные неосвоенные районы правобережья Енисея, на этой территории вообще отсутствуют какие-либо транспортные пути. Схемой энергетического использования этого района Восточной Сибири предусмотрено строительство четырех гидроэлектростанций как на р. Н.Тунгуска, так и на р. Подкаменная Тунгуска. Причем в первую очередь предполагается построить на Нижней Тунгуске Туруханскую ГЭС, на Подкаменной Тунгуске - Тунгусскую ГЭС. На этих гидроузлах предпочтительнее оказываются уравновешенные наклонные судоподъемники. Строительство Туруханской ГЭС напором 180 м создаст глубоководное водохранилище длиной 1240 км, примыкающее к районам месторождений нефти, газа и угля. Необходимо заметить, что еще с 1982 года перспективный грузооборот этого района по оценкам специалистов Ленгипроречтранса составлял 2,97 млн. т Возведение комплексных гидроузлов позволит не только увеличить глубины, но и удлинить эксплуатируемые водные пути только в пределах основного русла на Нижней Тунгуске почти на 1000 км, а на Подкаменной Тунгуске на 150.200 км, что как раз и может решить транспортную проблему освоения этих районов.

Река Лена является важнейшей транспортной магистралью республики Саха -Якутия. Схемой энергетического использования предусматривается строительство в этом регионе трех-четырех гидроузлов. Общая протяженность водных путей в пределах подпертых бьефов составит 3296 км. Наряду с главной рекой этого региона - р. Леной, предполагается использовать для энергетики и развития водных путей ее притоки: р.Вилюй, р.Мархе, р.Олекму и р.Алдан. В общей численности намечено 10. 11 гидроузлов, образующих непрерывную систему водохранилищ, которые могут быть использованы для создания водного пути между Леной и Байкало-Амурской магистралью и подачи грузов в Бодайбинский промышленный район. В свою очередь на реках Олекме и Алдане намечено к проектированию еще 7 гидроузлов для создания второй очереди водных пут ей между Леной и БАМом [ 101 ]. река Вилюй - единственная транспортная магистраль района богатого природными ресурсами, но лишенного железнодорожного сообщения и автомобильных дорог. При использовании водохранилищ от 4 гидроузлов на р.Вилюй судоходство может быть обеспечено на участке протяженностью 2050 км, а на его притоке р.Мархе ( от двух гидроузлов ) - 1050 км. В этом случае создается водный путь с востока на запад к Тунгусскому угольному бассейну, при этом преодоление напоров на гидроузлах может быть обеспечено судопропускными сооружениями ( шлюзами, судоподъемниками ).

Река Витим является также единственным водным путем для перевозки массовых грузов в Бодайбинско- Мамский горно-промышленный район Иркутской области. Судоходство по Витиму осуществляется на протяжении 1475 км от п. Романовка до Устья. В Ленгидропроекте разработана схема строительства каскада ГЭС ( 6 гидроузлов ), позволяющей решить проблему обеспечения электроэнергией района и обеспечивающей создание водного пути протяженностью около 1000 км. Это позволит осуществить водную связь трассы Байкало-Амурской магистрали с бассейном р.Лены.

Схема использования гидроэнергетических ресурсов р. Алдан предусматривает строительство гидроузлов на его правом притоке р. Учуре, и двух гидроузлов на р. Тимптоне, что существенно улучшит водный путь по р. Алдан.

Амур - главная река Дальнего Востока и по своим размерам и водности уступает только таким сибирским рекам как Енисей, Лена, Обь. Реки бассейна Амура интенсивно используются для судоходства и сплава леса. В перевозках речного транспорта ( особенно в бассейнах рек Сибири и Дальнего Востока ) лесные грузы составляют ( 60.70 )% общего объема грузов [ 84 ].

Предполагается гидротехническое строительство на левобережных притоках р.Амура ( р.Бурее, Сслснджс и Шилке ), возведение лесо-судопропускных сооружений на этих гидроузлах позволит улучшить условия плавания на водных путях Амура протяженностью более 3 тыс. км.

• Г 6

Водные пути Северо-Восточной Сибири включают в себя водотоки рек Оленек, Яны, Индигирки и Колымы. Каскад гидроузлов предусмотрен на этих водотоках. На р. Колыма построен один гидроузел, строится второй. Создание транспортных судопропускных сооружений на этих гидроузлах обеспечит более надежную связь с глубинными районами Севера [ 101 ].

Приведенный краткий анализ охватывает 27,6 тыс.км водных путей, что составляет 30% общей их протяженности в Сибири и на Дальнем Востоке в настоящее время. Перспективное их освоение приведет к тому [ 78 ], что около 16 тыс.км водных путей будет проложено по водохранилищам, остальные пс зарегулированным участкам рек ( нижние бьефы ). Отсутствие судопропускных сооружений в гидроузлах разобщит водные пути на 73 отдельных водоема, что практически исключит развитие в них судоходства.

Повидимому, учет на новом уровне факторов и условий возникновения негативных ситуаций при гидротехническом строительстве, повлияет на схему перспективного использования гидроэнергетических ресурсов основных рек и их притоков в Сибири и на Дальнем Востоке, которая, как правило, предусматривала возведение высоконапорных гидроузлов. Так, из 73 указанных выше гидроузлов, 47 , вероятно, будут иметь напор более 60 м, 15 гидроузлов от 30 до 60 м и только 11 гидроузлов предполагают напоры менее 30м. Пересмотр параметров гидроузлоз безусловно приведет к увеличению числа последних с напорами, при которых в качестве лесо-судопропускного сооружения наиболее целесообразно использовать судоходные шлюзы [198 }, в то время, как на высоконапорных гидроузлах более 'экономичным является устройство наклонного судоподъемника [ 2, 100,101,157 ].

Далее следует отметить, что дальнейшее осуществление крупны гидротехнических проектов отдельных ведомств или их групп без учета общих перспектив улучшения комплексного использования речных систем нельзя считать прйемлемым. Уже сейчас возникла острая необходимость в организации работы, связанной с совершенствованием и реконструкцией существующих речных систем, которая может основываться на огромном отечественном опыте проектирования транспортных гидротехнических сооружений.

В то же время речной транспорт в районах освоения новых территорий находится вне конкуренции. Он является единственным видом транспорта, который дешевле и быстрее других может быть включен в хозяйственный оборот. Известно, например, что речной транспорт сыграл решающую роль в освоении нефти и газа Западной Сибири [ 101 ]. Аналогичное положение складывается в настоящее время на северо-востоке страны и в ряде других районов Восточной Сибири. Здесь прокладка сухопутных путей в условиях горного рельефа местности чрезвычайно затруднена, а использовать существующие отечественные водотоки для транспорта, поддерживая судоходные условия исключительно традиционными методами ( землечерпание, выправление ), не представляется целесообразным.

Поэтому для транспортного освоения рек в Сибири и иа Дальнем Востоке оптимальным может быть проведение комплекса работ, связанных с созданием гидроузлов, в составе которых необходимо предусмотреть лесо-судопропускные сооружения для обеспечения сквозного судопропуска.

Следует заметить, что судопропускные гидротехнические сооружения занимают весьма заметное место в транспортных системах всех развитых стран мира.

В целом ряде западных стран строительству и реконструкции водных путей придается большое значение. Так, в Бельгии проведена реконструкция канала Брюссель-Шарлсруа со строительством уравновешенного наклонного судоподъемника Ронкъер с продольной компоновкой; во Франции построен Арзвиль наклонный судоподъемник с поперечной компоновкой при реконструкции капала Марна-Рейн, введены в эксплуатацию водоклиновые бескамерные судоподъемники Монтеш и Фонсеранн; в Австрии и Германии строится водный путь Рейн-Майн-Дунай; проведены перспективные проработки соединительного водного пути Адриатика-Дунай, предполагающие наклонный л* судоподъемник на перепаде в 200 м. В США завершено строительство водного пути Теннеси-Томбигби [ 198 ].

Что же касается России, то в ближайшие годы после подъема ее экономики и вхождения в рыночную систему развитых стран Европы и мира, мы будем вынуждены усиленными темпами развивать транспортные связи между регионами и при этом особое внимание будет уделено водному транспорту, как наиболее экономичному из всех существующих видов транспорта по состоянию на настоящее время. Развитие водного транспорта немыслимо без строительства искусственных водных путей, основным элементом которых выступают, как правило, судопропускные сооружения. При проектировании судопропускных сооружений проектные организации вынуждены для каждого конкретного случая выполнять большой объем работ по разработке различных типов и вариан тов суд ©пропускных сооружений для нахождения наиболее оптимального. Так, решению о строительстве судоподъемника Красноярской ГЭС предшествовала разработка 9 вариантов судоходных шлюзов и 14 вариантов различных типов судоподъемников с определением основных объемов работ и их стоимости по каждому рассмотренному варианту. В каждом варианте проектировщики были вынуждены проводить большие расчеты, в том числе и гидравлические, дающие возможность оценивать не только специфические вопросы, связанные с поведением судна в камере, но и определять пропускную способность дан ног*, варианта судопропускного сооружения.

Нормативного документа, официально действующего, связанного с проектированием габаритных размеров подвижной камеры наклонной, судоподъемника в России пока не существует, на проектирование традиционные судопропускных сооружений - судоходных шлюзов, СНиПы имеются [ 167 ]. Вес дело в том, что необходимо предусмотреть при проектировании судовознок камеры наклонного судоподъемника наибольшую пропускную способность сооружения, а это приводит к выбору перспективного размера расчетного судна секции плота ) и к выбору наибольшей скорости равномерного движения камеры. Однако, это связано со временем движения судовозной камеры по рельсовым путям, а пропускная способность сооружения в целом связана и с условиями ввода и вывода судов. Оказалось необходимым, обосновать габаритные размеры камеры лесо-судопропускного сооружения из условия безаварийной эксплуатации и наметить пути повышения пропускной способности наклонных судоподъемников. Этой цели и посвящена настоящая работа.

Она явилась обобщением результатов исследований, проведенных автором в начале в Новосибирском инженерно-строительном институте в период с 1962 по 1969 гг., а затем в Марийском государственном техническом университете с 1978 г и по настоящее время.

Первоначально научно-исследовательская тема " Исследование влияния способов учалки судов в наклонном судоподъемнике Красноярской ГЭС на условия отстоя судна в камере " выполнялась в Новосибирске при содружестве трех институтов: Института гидродинамики СО АН СССР. НИСИ и НИИВТа под руководством д.т.н., проф. О.Ф. Васильева. Результаты, полученные в результате исследований, использовались проектировщиками, эксплуатационный персонал их учитывал при подготовке сооружения к сдаче в эксплуатацию.

Была выполнена кандидатская диссертация Исследования аварийных режимов движения камеры наклонного судоподъемника " ( 1966 ), автор диссертации участвовал в натурных испытаниях Красноярского судоподъемника в 1976 году. Однако, при дальнейшей работе н^д изучением гидравлических процессов в камере наклонного судоподъемника стало ясно, что уравновешенный наклонный судоподъемник с поперечной компоновкой является одним из эффективных типов лесо-судопропускного сооружения; в 1987 году была выполнена модель подобного сооружения в масштабе 1:25 в связи с предполагаемым строительством на Богучанском гидроузле. В результате проведенных исследований получены расчетные зависимости по оценки перемещений транспортируемых тел для оптимальных режимов движения камеры. го

Для увеличения пропускной способности лесо-судопропускных сооружений, связанные с условиями ввода и вывода судов ( секций плота ), в работе предлагаются конструктивные решения , защищенные авторскими свидетельствами и патентом Российской Федерации [ 12 ].

Целью диссертационной работы является на основе изучения нестационарных процессов, связанных с вопросами транспортировки судов, секций плотов в камерах судопропускных сооружений, найти обоснованные инженерные решения для определения габаритных размеров вновь проектируемых камер наклонных судоподъемников из условия их безаварийной эксплуатации.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

1) получение рекомендаций по определению параметров волн при экстренной остановке камеры ( свободной и при наличии плавающих тел );

2) определение максимального продольного перемещения неучаленного судна ( лишенного связей со стенками камеры ) в условиях экстренной остановки камеры;

3) расчетное обоснование габаритных размеров камеры наклонного судоподъемника;

4) получение рекомендаций по условиям отстоя неучаленного судна ( секции плота ) при наиболее благоприятных эксплуатационных режимах неравномерного движения камеры наклонного судоподъемника;

5) решение задачи о гидродинамическом воздействии воды на судно совершающее значительные вертикальные колебания;

6) выполнение экспериментальных исследований на модельных установках б камерах наклонных судоподъемников с целью апробации приближенных теоретических решений: а) продольная камера ; б) камера с поперечной компоновкой.

Методика исследований. Для выполнения поставленных в работе задач использовались теоретические и экспериментальные методы. Методика проведения теоретических исследований основывалась на использовании уравнений гидродинамики. Экспериментальные модельные установки применялись крупномасштабными ( 1:25 ), полуавтоматическими. Так как иеследуемыс процессы носят ярко выраженный динамический характер, неустановившийся во времени, в процессе разработки методики наблюдений использованы в основном автоматически действующие синхронизированные электрические измерительные схемы. Автор диссертации принимал участие в натурных испытаниях Красноярского судоподъемника в 1976 году

Научная новизна работы заключается в расчетном обосновании габаритных; размеров камеры наклонного лссо-судопропускншо сооружения, гарантирующих его безаварийную эксплуатацию. Габаритные размеры определялись при мгновенной остановке камеры, что по совокупности можно классифицировать как решение научной проблемы, имеющее важное значение в цепи мероприятий по назначению нормативных размеров подвижной камеры наклонного судоподъемника из условий его безаварийной эксплуатации с учетом наибольшей пропускной способности сооружения в целом.

Личный вклад автора выразился в разработке общего подхода к решению поставленных задач, создании модели уравновешенного судоподъемника с поперечной компоновкой с полуавтоматическим приводом движения камеры и разработкой измерительных схем, непосредственном участии в проведении экспериментов, теоретической обработке полученных результатов, формулировке научных положений и выводов, в создании новых технических решений, участии в натурных испытаниях Красноярского судоподъемника.

Достоверность научных положений и основных выводов установлена их экспериментальной проверкой на крупномасштабных моделях ( 1 - камера с продольной компоновкой, 2-е поперечной ) в лабораторных условиях, результатами численного моделирования, а также подтверждается результатами натурных испытаний на Красноярском судоподъемнике.

На защиту выносятся следующие положения:

- решение задачи о волновых колебаниях в камере при мгновенной ее остановке, применение линейной теории при неравномерных режимах движения камеры;

- решение задачи о продольных перемещениях судна при мгновенной остановке камеры и за малый конечный промежуток времени;

- расчетное обоснование габаритных размеров камеры наклонного судоподъемника;

- решение задачи по условиям отстоя судов при благоприятных эксплуатационных режимах движения камеры;

- решение задачи о гидродинамическом воздействии воды на судно, совершающее колебания в камере;

- результаты экспериментальных модельных и натурных исследований нестационарных процессов в камере лесо-судопропускного сооружения;

- рекомендации по проектированию наклонных лесо-судопропускных сооружений, возможные пути увеличения пропускной способности таких сооружений.

Практическое значение исследований оценивается использованием их 1 опытно-конструкторских и проектных работах, выполненных в Ленгидропроекте Л е ш и и р ор с ч тр а 11 с с, СКБ Ленгидросталь. При модельных исследования? Красноярского судоподъемника основные результаты передавались организациям, ведущим проектирование наклонного судоподъемника. Материалы исследований были также использованы Енисейским бассейновым управлением пути в процессе эксплуатации судоподъемника. Использование наклонного судоподъемника с поперечной компоновкой в проекте Богучанского гидроузла дает ежегодный экономический эффект по сравнению с лесоперевалочной базой. Результаты исследований используются в учебном процессе МГТУ при чтение лекционного материала по судопропускным сооружениям на водных путях в курсе " Гидротехнические сооружения "; при выполнении дипломных проектов ( 6 дипломников в 1996-1997гг.) по специальности "Мелиорация и рекультивация земель".

Результаты диссертационной работы на различных стадиях и этапах ее выполнения докладывались на многочисленных совещаниях, семинарах и конференциях в различных учреждениях. Об этом подробно изложено в автореферате диссертации.

Автор считает своим приятным долгом выразить признательность и благодарность О.Ф. Васильеву - действительному члену РАН и А.А.Атавину -заместителю директора Института водных и экологических проблем РАН, научным консультантам диссертации; а также научному сотруднику Института гидродинамики РАН Е.М.Романову, и зав. кафедрой кибернетики МГТУ Б.Ф. Лаврентьеву, от которых он в процессе работы над диссертацией получал ценные консультации.