Введение к работе
Актуальность диссертационной работы. Транспорт играет ;ключительно важную роль в экономической жизни всех развитых :ран мира. Особенно велико его значение для России с ее поис-іне огромной территорией. Важную роль в транспортной системе шей страны занимает водный транспорт, который во многих ее гионах порой является наиболее оправданным, а зачастую и (инственным средством для перевозки грузов.
Так, речной транспорт находится вне конкуренции в районах гвоения новых территорий, быстрее и дешевле других видов MOST быть включен в хозяйственный оборот.
Транспортное обеспечение разведки и освоение потенциаль-IX ресурсов Западно-Сибирского нефтегазового комплекса, военных районов ' Сибири, несмотря на близость расположения этих >сторождений к Байкало-Амурской магистрали, к строящейся же-!зной дороге Беркакит-Томмот-Якутск, невозможны без дальней-іго развития речного транспорта, осуществления широкомасштаб-)й программы улучшения судоходных условий на водных путях.
Использовать существующие естественные водотоки для вод->го транспорта, поддерживая судоходные условия исключительно >адиционными методами - землечерпанием и выправлением, не :егда представляется целесообразным, а иногда и невозмож-I.Решение этой задачи требует осуществления хомплекса мероп-іятий, включающего регулирование стока, для которого чаще :его необходимо строительство гидроузлов.
К сожалению, положение практически на всех реках, являю-іхся крупными транспортными магистралями, до настоящего вре-:ни зависело в основном от локальных и ведомственных решений, к как на фоне реализации широкой программы строительства [дроэлектростанций нередко судоходные трассы перекрывались дроузлами без шлюзованных систем.
Из 15 крупнейших строящихся и введенных в эксплуатацию дроузлов, расположенных за Уралом, только на Новосибирском, хтарминском, Усть-Каменогорском, Красноярском, Богучанском и льбинском предусмотрены судопропускные сооружения.
Отсутствие последних на Саяно-Шушенском и Майнском
(р.Енисей), на Иркутском, Братском и Усть-Илимском (р.Ангара на Зейском (р.Зея) и Вилюйском (р.Вилюй), Бурейском и Них Бурейском (р.Бурея), Крапивинском (р.Томь), Хантайскои (р.Ха тайка) и Куреиском (р.Курейка) гидроузлах привело к нарушеь речных транспортных связей. В результате грузы, которые мої бы быть доставлены по водным путям, обрабатываются наземь транспортом, перевозки которым существенно дороже. Так, в ї эультате разрыва сквозного судоходства на Верхнем Енисее наг сен существенный экономический ущерб республике Тыва, обуслс ленный необходимостью перевозок нефтепродуктов и других гр зов, обеспечивающих жизнедеятельность региона, до Саяногорс по железной дороге, далее до Джойки автотранспортом и толі затем речным флотом до Кызыла.
Гидроэнергетическое строительство в Амурском бассе? также приводит к существенному сокращению сети водных путе Так, если в 1975 г. протяженность Здесь транспортных магистр лей составляла 8663 км, то на перспективу 2000 г. планирует эксплуатировать только 7221 км.
Таким образом, в условиях Сибири и Дальнего Востока с сутствие судопропускных сооружений в гидроузлах нарушг транспортные связи и не только является причиной уменыпе» пропускной способности эксплуатируемых, но и исключает воэме ность использования перспективных водных путей.
Дальнейшее развитие всех звеньев внутреннего водне транспорта, определение роли каждого из них должно основьіваї ся на детальных технико-экономических исследованиях. Зде становится очевидной вся важность надежного обоснования га( ритов камер транспортных гидротехнических сооружений с учеі размерений современных и новых типов судов и режимов их.двш ния.
К настоящему времени и при эксплуатации шлюзов возниі серьезные проблемы. Они связаны с тем, что фактическая пі пускная способность судоходного шлюза, габаритные размеры і торого были определены в соответствии с действующими на мом< проектирования нормативными документами, оказывается намне ниже расчетной. Это обусловлено несколькими причинами:
Во-первых, тем, что ранее не принимались во внимание о< бешюсти гидродинамических процессов, возникающих в каие
(опропускных сооружений при движении судов.
Во-вторых, появлением на внутренних водных путях судов іьшой грузоподъемности, размерения которых близки к размерам іер судопропускных сооружений. Процесс их судопропуска зат-»нителен и занимает много времени.
В силу этих обстоятельств фактические скорости движения ;четных судов в камерах шлюзов примерно в 3-4 раза меньше шятых в процессе проектирования нормативных величин. Это іяется причиной их низкой пропускной способности и резко їжает эффективность эксплуатации водного пути, что особенно гуально для Сибири и Дальнего Востока, где вследствие суро-с климатических условий продолжительность навигации весьма зелика. Отсюда становится очевидной вся важность и своевре-шость решения задачи увеличения груэопропускной способности чествующих шлюзов, позволяющего снять не только экономичес-г, но и социальные проблемы.
Проблема низкой пропускной способности относится и к шлю-Новосибирского гидроузла, который регламентирует речные пе-зозки на участке Средней Оби, делает весьма затруднительной шспортировку минерально-строительного сырья, добытого в зо-водохранилища, и ведет к возникновению природоохранных эблем из-за вынужденной добычи строительных песков в русло-{ и пойменных карьерах ниже ГЭС.
Все изложенное выше подтверждает актуальность решения ізанньїх проблем, началом для работы над которыми послужило дание Ленинградского отделения института Гидропроект, выдан-г в соответствии с Постановлением государственного комитета змина СССР по науке и технике от 26 октября 1970 г. за № Э.
Цель и задачи диссертационной работы.
На основе изучения процессов, связанных с перемещением job в камерах судопропускных сооружений, дать ответ на комп-<с вопросов, возникающих при проектировании и эксплуатации эзов, и найти обоснованные инженерные решения как для опре-іения размеров поперечного сечения проектирумых камер судо-*ных шлюзов, так и для увеличения пропускной способности су-зтвующих судоходных шлюзов.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
-
выдать рекомендации по назначению скоростей движения судов в камерах судоходных шлюзов на основе изучения процессов, происходящих при вводе (выводе) судна;
-
разработать расчетное обоснование размеров поперечного сечения камер судопропускных сооружений;
-
исследовать нестационарные процессы в камерах судопропускных сооружений при движении судна с помощью численных методов;
-
разработать пути увеличения грузопропускной способности существующих шлюзов (эта задача относится к проблемам внутренних водных путей);
-
разработать способ определения оптимальных размеров поперечного сечения камер судоходных шлюзов (а это - задаче гидротехнического строительства);
-
выполнить экспериментальные исследования с целью апробации предложенной методики расчета нестационарных гидродинамических процессов, происходящих в камерах судопропускных сооружений при движении судна.
Для достижения цели работы необходимо осуществить математическую постановку задач о нестационарных гидродинамически; процессах в камерах и каналах судопропускных сооружений, реализовать их решение и по возможности довести отдельные результаты до инженерного вида.
На защиту выносятся:
решение задачи о движении судна в камере судопропускно го сооружения;
расчетное обоснование размеров поперечного сечения ка мер судопропускных сооружений;
методы численного решения задачи о нестационарных гид родинамических процессах в камерах судопропускных сооружений
расчетное обоснование путей увеличения пропускной спо собности существующих шлюзов;
методы гидравлического расчета боковых продольных гале рей;
результаты экспериментальных и натурных исследовани нестационарных гидродинамических процессов при движении судн в камере судопропускного сооружения;
расчетное, обоснование оптимальных размеров поперечног
:ечения камер судопропускных сооружений.
Научная новизна заключается в разработке методов расчет--іого обоснования габаритов и увеличения пропускной способности судоходных шлюзов:
-
в получении и усовершенствовании решений нестационарных гидродинамических процессов, происходящих в камерах судопропускных сооружений при движении судна;
-
в разработке расчетного обоснования размеров поперечного сечения камер судопропускных сооружений;
-
в предложении путей увеличения грузопропускной способности существующих судоходных шлюзов;
Практическая ценность работы заключается в том, что разработан инженерный аппарат, дающий возможность обосновывать размеры поперечного сечения камер судопропускных сооружений, (в том числе и оптимальные) и с высокой для практических целей точностью оценивать пропускную способность судоходного шлюза в зависимости от его габаритов и размерений расчетного судна.
Внедрение предложенных способов увеличения пропускной способности существующих судоходных шлюзов дает возможность существенно сократить время шлюзования и, следовательно, увеличить тем самым их пропускную способность.
Внедрение результатов диссертационной работы связано с проведением исследований в этом направлении непосредственно по заданию Ленинградского отделения института Гидропроект. В процессе проведения исследований промежуточные результаты на отдельных этапах выполнения докладывались и обсуждались на семинарах отдела судоходных сооружений Ленгидропроекта, а затем применялись при проектировании конкретных объектов. Об этом имеются соответствующие акты.
Основные положения выполненной работы внедрены в учебном процессе Новосибирской государственной академии строительства в спецкурсе по водным путям, курсовом и дипломном проектировании .
Вышедшая по теме исследований монография дает возможность как специалистам в области проектирования судоходных шлюзов, так и эксплуатационникам внедрять результаты исследований в производство.
Структура и объен работы. Диссертация (в I томе) объемом
293 страницы, включая 75 рисунков, 1 таблицу. Библиографический список содержит 317 наименований.
Апробация работы. Результаты исследований опубликованы і 23 работах, докладывались на многочисленных конференциях, координационных совещаниях, семинарах, проводимых в: Ленинградском институте водного транспорта (1981 г.). Дальневосточное военно-морском училище им. адмирала Макарова (1985, 1987 гг.), г. Одессе (1989 г.), научно-исследовательском секторе института Гидропроект (г. Москва - 1971 г.). Московском филиале ЛИВТг (1976, 1977 гг.). Ленинградском политехническом институте - Не кафедре водных путей и портов (1976, 1977 гг.) и кафедре гидравлики (1977), Ленинградском отделении института Гидропроекі ( 1973, 1976, 1977, 1982, 1987, 1992, 1994 гг.), Новосибирск институте инженеров водного транспорта ( 1976, 1990, 199; гг.), на семинарах Института гидродинамики со АН СССР ( 1973 до 1983 гг.), Всесоюзном научно-исследовательском институте гидротехники ( 1976, 1977, 1992 гг.), Красноярском отделена института Гидропроект, управлении Красноярского судоподъемника, Енисейском бассейновом управлении водных путей, на семинарах и конференциях Новосибирского инженерно-строительного института ( систематически, с 1970 по 1994 гг.).