Путешествуя по реке, рано или поздно, приходится иметь дело грандиозными гидротехническими сооружениями – шлюзами. Зачем же они нужны?
Тут придется начать «от сотворения мира гидроузла». Гидроузлы строят чаще всего либо для улучшения условий судоходства, либо для выработки электроэнергии. Чаще всего, стараются совместить одно с другим: выработка электроэнергии и подъем уровней воды на проблемном участке. Но, тут неизбежно встает еще один вопрос: как этот гидроузел преодолеть? Ведь вспомните золотое детство и игру с созданием плотин в ручейках. Построили вы плотину и с одной стороны уровень воды поднялся, а с другой понизился. Кстати, ту воду, что находится выше плотины, называют верхний бьеф, а ту, что ниже – нижний бьеф. А теперь представьте, что плотину вы построили не в ручейке, а на большой магистральной реке. Судам же нужно как-то через нее перескакивать? Вот для этого в состав гидроузла и входят различные судопропускные сооружения: шлюзы или судоподъемники. У нас в стране существует только один судоподъемник и тот находится в Сибири на реке Енисей и входит в состав Красноярской ГЭС. А в Европейской части – только шлюзы.
Таким образом, можно запросто сформулировать зачем нужен шлюз. Для перемещения теплоходов из одного бьефа в другой.
И вот теперь мы переходим непосредственно к конструкции шлюза. Любой шлюз состоит из следующих основных элементов: собственно, сама шлюзовая камера (В); верхняя и нижняя головы (А и Б) с воротами (6, 7); причальные и направляющие палы (1, 3) (причальные палы еще иногда называют причальной стенкой); верхний и нижний подходной канал (2).
Верхняя и нижняя головы на разных шлюзах могут довольно существенно отличаться с точки зрения архитектуры, но конструкция будет максимально похожей: порог, ворота, водоводные галереи, заслонки.
Верхние ворота чаще всего представляют собой огромный щит, который поднимается и опускается, а вот нижние ворота двухстворчатые. Причем, чтобы не мешать теплоходам входить и выходить из камеры, нижние ворота убираются в специальные ниши (7), чтобы не выступать за границы стенки камеры шлюза.
Наиболее мелкими (лимитирующими) местами любого шлюза являются пороги (8). И если в верхнем бьефе (водохранилище) уровни более-менее стабильны и изменяются не существенно в течение суток, то в нижнем бьефе запас воды над нижним порогом во многом зависит от попусков воды через водосливную плотину или ГЭС. Именно из-за этой особенности, порог нижней головы шлюза называется король.
Ну а далее все просто: теплоход заходит в камеру шлюза сверху или снизу, ворота закрываются, открываются затворы (4) водоводных галерей (5) и вода самотеком поступает в камеру шлюза или сливается из нее. Тут в полной мере используется закон сообщающихся сосудов: как только уровни воды в камере и в одном из бьефов сравняются – процесс условно можно считать законченным. После этого открываются противоположные ворота и теплоход выходит из камеры шлюза.
Начальник вахтенной смены шлюза (диспетчер) всегда находится в башне у верхней головы шлюза. Там он как в сказке про Машу – высоко сижу, далеко гляжу. Он видит теплоходы, подходящие сверху, теплоходы в камере шлюза и даже подходящие к шлюзу снизу. То есть, постоянно визуально контролирует процесс. Сейчас весь процесс шлюзования запускается всего одной кнопкой на пульте.
Еще несколько слов о конструкции шлюза.
Шлюзы могут отличаться друг от друга. Например, по количеству камер. По числу последовательно расположенных камер шлюз может быть однокамерным, двухкамерным, трехкамерным и т. д.
Однокамерные шлюзы строят для малых и средних напоров. Такие шлюзы имеют Волго-Донской судоходный канал имени В.И.Ленина, Канал имени Москвы, шлюзы в Угличе, Рыбинске, Городце, Чебоксарах, Балаково и др.
Если перепад высот между верхним и нижним бьефами велик, то тогда сооружают многокамерные шлюзы. У таких шлюзов общий перепад высот (напор) делится на несколько камер, которые располагаются последовательно одна за другой. Например, два шлюза канала имени Москвы (№7 и №8) состоят из двух камер с напором по 9 м в каждой камере. А в Перми на Камской ГЭС шлюзы вообще шестикамерные!
Но, не всегда условия местности позволяют построить многокамерные шлюзы. Тогда шлюзы разделяют соединительным судоходным каналом — межшлюзовым бьефом. Длина межшлюзовых бьефов различна, например у Горьковских шлюзов — 2 км, у Куйбышевских — 4 км.
При очень большом напоре вместо многокамерных строят однокамерные шлюзы шахтного типа. Камера такого шлюза представляет собой глубокую шахту. Со стороны нижнего бьефа делается глухая стенка, которая в своей нижней части имеет отверстие для прохода судов, перекрываемое плоским подъемным затвором.
Камеры шлюза могут располагаться и параллельно друг другу. По числу параллельно действующих камер шлюзы могут быть однониточные (один шлюз), двухниточные (два рядом расположенных шлюза) и т. д. Двухниточные шлюзы применяют на реках с большим грузооборотом. Например, гидроузлы на Волге, начиная с Рыбинского и кончая Волгоградским, имеют двухниточные шлюзы.
Надеюсь, что смог в статье ответить на большую часть вопросов, относительно того – зачем нужны шлюзы и как они работают.
P.S. Лайки и подписки приветствуются. Вам все равно, а мне приятно. Хотя и знаю, что эту приписку все равно никто не читает.