автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Совершенствование головной системы питания судоходного шлюза с короткими обходными галереями

На правах рукописи

МИЛЬЦЫН Дмитрий Алексеевич

СОВЕРШЕНСТОВАНИЕ ГОЛОВНОЙ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА С КОРОТКИМИ ОБХОДНЫМИ ГАЛЕРЕЯМИ

Специальность 05.23.07 Гидротехническое строительство

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 7 май 2012

САМАРА 2012

005044524

005044524

Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта».

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Липатов Игорь Викторович

Официальные оппоненты: Соболь Станислав Владимирович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», проректор по научной работе, заведующий кафедрой

Станкевич Александр Валерьевич, кандидат технических наук, профессор, ФБОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта», профессор

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Санкт-петербургский

государственный университет водных коммуникаций».

Защита состоится 25 мая 2012 г. в 14-30 на заседании диссертационного совета ДМ 212.213.02 при ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет».

Адрес: 443110, Самара, ул. Молодогвардейская, 194, ауд. 0407.

Факс: (846) 242-37-00. E-mail: sgasu@sgasu.smr.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан 25 апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ДМ 212.213.02 канд. техн. наук

А.А. Михасек

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Внутренний водный транспорт (ВВТ) является важной часть экономики страны. Несмотря на то, что ВВТ уступает лидирующие позиции по объемам перевозок, он обладает рядом несомненных преимуществ, среди которых высокая экологичность, низкая себестоимость перевозок, доступность в отдаленных районах Сибири и Дальнего востока. Одним из наиболее слабых звеньев в системе ВВТ являются судоходные гидротехнические сооружения (СГТС). Начиная с конца 90-х годов прошлого века, интенсивное развитие экономики нашей страны привело к значительному повышению объемов грузоперевозок, в том числе и в системе ВВТ. Как следствие, пропускная способность большинства судоходных каналов и шлюзов на магистральных реках стала приближаться к пороговым значениям. Так, в восьмидесятых годах средний период прохождения судна через ВолгоДонской судоходный канал составляло 22,2 часа, в 1996 году — 15,9 часов, а в настоящее время может превышать 25 часов. На прохождение судном Волго-Балтийского водного пути от Череповца до Санкт-Петербурга в 90-х годах требовалось не более трех суток, в настоящее время эта величина возросла до пяти суток, что ведет к значительным потерям для грузоперевозчиков. Порядка 75% всех судоходных сооружений нашей страны были построены более полувека назад, и в настоящее время технический и моральный износ не позволяет им в полной мере справлять с возрастающими грузопотоками на ВВТ. В связи с этим вопросы повышения пропускной способности и надежности работы судоходных гидротехнических сооружений приобретают в последнее время всё большую актуальность. При этом высокая стоимость и длительные сроки строительства новых СГТС ставят основным вопрос о модернизации существующих сооружений.

Цель и основные задачи исследований. Целью диссертационной работы является совершенствование системы опорожнения судоходного шлюза. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи: проанализировать современное состояние судоходных гидротехнических сооружений; выполнить развернутые лабораторные исследования системы опорожнения камеры на модели типового шлюза; разработать математическую модель процесса опорожнения камеры судоходного шлюза и верифицировать её на соответствие экспериментальным данным; используя разработанную математическую модель процесса

опорожнения камеры шлюза, провести углубленный анализ гидродинамики потока; разработать рекомендации по улучшению структуры потока с целью увеличения пропускной способности судоходных сооружений и повышения безопасности их эксплуатации.

Предмет и объект исследования. Объектом исследования являются судоходные гидротехнические сооружения внутренних водных путей Российской Федерации, в частности, системы питания судоходных шлюзов. Предметом исследования является структура потока воды, возникающего при

опорожнении камеры судоходного шлюза через короткие обходные галереи.

Методология исследований. Методологическую и информационную основу диссертационной работы составляют новейшие отечественные и зарубежные теоретические и практические достижения в области исследования структуры потока жидкости, численного моделирования пространственного движения жидкостей, а также теория планирования эксперимента и методы математической статистики.

Научная новизна исследования состоит в разработке нового подхода к исследованию структуры потока воды в опорожняющих галереях системы питания и создании математической модели системы опорожнения судоходного шлюза.

Теоретическая и практическая ценность работы. Теоретическая значимость исследования состоит в развитии численных методов исследования потоков и получении характеристик гидродинамических процессов в системе опорожнения судоходного шлюза на качественно новом уровне.

Практическая ценность работы заключается в разработанных рекомендациях по совершенствованию системы опорожнения судоходного шлюза. Изменение конфигурации водопроводных галерей позволит при минимальных финансовых затратах значительно снизить гидравлические потери в системе опорожнения шлюза, уменьшить время опорожнения камеры и увеличить пропускную способность сооружения. Использование предложенных автором новых систем гашения энергии даст возможность снизить интенсивность волновых процессов, возникающих в нижнем бьефе при опорожнении камеры шлюза, улучшить условия отстоя судов, ожидающих шлюзование в нижнем подходном канале, повысить безопасность работы и увеличить пропускную способность судоходного сооружения.

Личный вклад соискателя заключается в проведенном анализе современного состояния СГТС, проведении лабораторных исследований системы опорожнения камеры судоходного шлюза, разработке и верификации математической модели поведения потока воды, покидающего камеру шлюза через короткие обходные галереи, анализе структуры данного потока ,а также разработке и расчете рекомендаций по улучшению гидравлики потока воды в системе опорожнения шлюза.

На защиту выносятся:

1. Результаты лабораторных исследований процесса опорожнения камеры судоходного шлюза.

2. Математическая модель системы опорожнения камеры судоходного шлюза.

3. Результаты теоретических исследований гидродинамических процессов в потоке воды, возникающем при опорожнении камеры судоходного шлюза через короткие обходные галереи.

4. Предложения по модернизации конструкций системы питания судоходного шлюза с короткими обходными галереями.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (2009-2011 гг.); научно-практической конференции Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций (2011 г.); Нижегородских сессиях молодых ученых (2008-2012 гг.); международных научно-промышленных форумах «Великие реки» (2008-2011 гг.) и международной научно-практической конференции 5ТАЯ-2009: «Компьютерные технологии решения прикладных задач тепломассопереноса и прочности» (2009 г.).

Реализация работы. Результаты диссертационной работы использовались при выполнении кафедрой водных путей и гидротехнических сооружений ФБОУ ВПО «ВГАВТ» научной работы № 35/09/1104 «Исследование возможности повышения загрузки судов и составов при выходе вниз из камеры Чайковского шлюза».

Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в тринадцати печатных работах, в том числе две в рецензируемых научных изданиях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 99 наименований и приложения. Работа содержит 131 страницу машинописного текста, 51 рисунок и 32 таблицы. Общий объем работы - 134 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована актуальность темы диссертационной работы, цель и задачи исследований, дана краткая характеристика направлений работы.

В первой главе приводится описание современного состояния судоходных гидротехнических сооружений России, а также основных вопросов, связанных с их эксплуатацией.

Одним из наиболее слабых звеньев инфраструктуры внутреннего водного транспорта являются судоходные шлюзы. Это обусловлено как длительным сроком эксплуатации, так и значительным исчерпанием ресурсов СГТС. Таким образом, сложилась ситуация, при которой судопропускная способность шлюзов становится серьезным препятствием на пути развития транспортной инфраструктуры и исследования повышения пропускной способности и безопасной эксплуатации судоходных шлюзов становятся с каждым годом всё более востребованными и актуальными.

В разное время значительное число ученых занималось вопросами, связанными с увеличением пропускной способности и повышением надежности работы СГТС. Среди них отдельно стоит выделить исследования A.M. Гапеева, С.М. Пьяных, Д.А. Зернова, В.В. Баланина, В.В. Клюева, М.А. Колосова, А.Н. Клементьева, А.Г. Малышкина, И.В. Липатова и других.

В работах, связанных с исследованиями систем питания сооружений и ускорением судопропуска, рядом авторов большое внимание уделялось процессу наполнения камеры шлюза, в то время как сходный процесс опорожнения камеры затрагивался достаточно редко и в настоящее время изучен недостаточно.

На типовых судоходных шлюзах Волго-Балтийского канала с одинаковыми размера сливной призмы и конструкциями системы питания, время опорожнения камеры изменяется от 8 до 13 минут, что говорит о крайней неоднородности процесса опорожнения и влиянии на него малоизученных факторов. Поиск этих факторов и исследование структуры потока в системе

опорожнения судоходного шлюза могут открыть новые резервы пропускной способности СГТС и повысить их надежность.

Исходя из этого, были сформулированы цель, основные направления и задачи исследования.

Вторая глава посвящена проведению лабораторных исследований процесса опорожнения камеры типового для Единой глубоководной системы России (ЕГС РФ) судоходного шлюза, анализу и обработке результатов.

Экспериментально исследовалась функциональная взаимосвязь времени опорожнения камеры шлюза (/) от глубины воды в камере шлюза (//,ы) и в нижнем подходном канале (Нк), а также величины открытия затворов водопроводных галерей (а).

Лабораторные исследования реализованы методом активного эксперимента, что минимизирует необходимое число опытов. В качестве плана эксперимента применялся ортогональный полнофакторный план с аппроксимационной математической моделью в виде полинома второй степени. На основании предварительных исследований было определено необходимое число параллельных опытов для каждого эксперимента.

Для выявления влияния формы нижнего подходного канала на время опорожнения камеры были проведены три серии экспериментов с различной конфигурацией нижнего бьефа: короткий прямоугольный канал, длинный прямоугольный канал и длинный канал с одним криволинейным палом.

В результате для двух последних форм были получены идентичные результаты, что указывает на значительное влияние длины нижнего подходного канала на величину времени опорожнения камеры шлюза.

Для обработки экспериментальных данных были выполнены факторный и регрессионный анализы. Регрессионные зависимости для короткого и длинного форм нижнего подходного канала соответственно имеют вид (1) и (2).

I = 145,46 - 5,83■ Н!н1+0,16■ Н1н1 -13,46• Нк +0,62-Н2К -8,'41-+3,17-Я™/ (1)

I = 107,23 - 2,71 ■ Нш + 0,11 ■ Нгш -10,16 • Нк + 0,40 • Н\ + 9,15 • + 2,15 • Я™</ (2)

В качестве критерия адекватности регрессионной модели принят критерий Фишера, достоверности эмпирических коэффициентов - (-критерий Стьюдента. Полученные зависимости показали высокую достоверность, как по

принятым критериям, так и в сравнении с полученными экспериментальными данными.

Результаты факторного анализа экспериментальных данных представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты факторного анализа процесса опорожнения камеры судоходного шлюза

Базисные величины X Размер нижнего подходного канала % дисперсии Варьируемые величины

Нть Нк а Г

X, короткий 46,31 -0,325 -0,009 0,906 -0,962

длинный 43,64 -0,308 0,090 0,878 -0,934

х2 короткий 25,0 0,738 0,618 0,271 0,0

длинный 25,0 0,779 0,589 0,213 0,0

Х3 короткий 25,0 -0,584 0,786 -0,202 0,0

длинный 25,0 -0,533 0,802 -0,269 0,0

Х4 короткий 3,69 0,092 0,003 -0,256 -0,272

длинный 6,36 0,117 -0,034 -0,335 -0,357

По результатам анализа наиболее значимым фактором (X)), обеспечивающим порядка 45% общего влияния на продолжительность опорожнения камеры, является расход воды, проходящий через галереи. Напор воды в камере (Х3) и размеры сливной призмы (Х2) имеют одинаковое по величине влияние 25%. Наименьшее из рассчитанных величин влияние на процесс опорожнения судоходного шлюза оказывает фактор переопорожнения камеры (Х4), при котором под действием инерционных сил уровень воды в камере опускается ниже уровня воды нижнего бьефа. Проведенный анализ показал, что с ростом длины нижнего подходного канала, влияние этого фактора увеличивается.

По результатам лабораторных исследований были получены гидравлические характеристики процесса опорожнения модели судоходного шлюза, в частности, графики падения уровня воды в нескольких сечениях камеры, необходимые в дальнейшем для верификации разработанной численной модели процесса опорожнения камеры судоходного шлюза.

В третьей главе приводится разработка математической модели потока воды, возникающего при опорожнении камеры судоходного шлюза.

Основой математического моделирования опорожнения камеры шлюза через короткие обходные галереи является решение системы гидродинамических уравнений движения реальной жидкости в форме Навье-Стокса (3), дополненной уравнением неразрывности (4).

</У л_„. Л д2У д2У д2У _х_ +_х_ +_х_ дх2 ду2 &2 х р дх'

¿V Л ' д2У д2У д2У _у+_У +_у 5х2 ду2 &2 -г ЛА- У р ду' (3)

аV А 'д2У д2У д2У —_í +_г. дх2 ду2 Зх2 г р дг'

¡¡у дУ ду . , * 1 У , I- ' дх ду д2 р Ш' (4)

где Г - время; Ух, Уу, У; - компоненты абсолютной скорости движения жидкости; Гх, , - компоненты массовых сил; р - пьезометрическое давление; р- плотность; у - эффективная вязкость.

Опорожнение камеры вызывает нестационарное смещение свободной поверхности воды как в камере шлюза, так и в нижнем подходном канале, следовательно, в математической модели необходим учет наличия двух сред (воды и воздуха). Для решения этого вопроса система уравнений (3) была дополнена выражением для пассивного маркера УОР-скаляра, позволяющего осуществлять объемное отслеживание распределения сред воды и воздуха по исследуемой расчетной области.

Дискретизация по времени осуществлялась нелинейным методом, а аппроксимация расчетной области - методом контрольного объёма.

В качестве математической модели турбулентности применялась высокорейнольдсовая к-е модель, показавшая наибольшую сходимость расчетных данных с экспериментальными.

Расчетная область численной модели потока представлена на рисунке 1. Граничные условия для численной модели заданы следующим образом: - для XYZ С АА'В'В - граничная область, через которую вода покидает модель:

йп йп йп йп

- для XYZ С АР01\Ь - плоскость симметрии модели:

У йп йп йп

(6)

- для С РОСР'и GNN'G' - граничная область, через которую

происходит свободная циркуляция воздуха:

УОР = 0; — = 0;— = 0;Р = Р

йп йп атм

(7)

- для ХЧ2 С (ХЗ'Е'В'ОЕ и внешней поверхности модели, за исключением уже описанных участков - граничная область стенки:

V =У =К

х у г

йп

(8)

Рисунок 1 - Расчетная область математической модели В качестве начального состояния принят случай, когда камера наполнена до отметки уровня воды верхнего бьефа, а нижний подходной канал до уровня подпорной стенки. Затворы галерей закрыты. В момент времени 1=0 затвор моментально убирается и поток начинает поступать из камеры в нижний бьеф через обходные галереи. Опорожнение происходит до момента, когда отметки уровня воды камеры и нижнего подходного канала не сравняются. Начальные условия для задачи сформулированы следующим образом: - ХУг С Е.ММ'Ь' - вода в камере шлюза:

О <2<Н, -ь + ь, кХкЬ + Ь,

кат кап кап кат

У = У : х У

V =0;к = е = 0;Р = Р +у -г;У0Р = 1 г атм вод

- XX Ъ С ВСС'В' - вода в нижнем подходном канале:

О <2<Н, ;0 <Х<Ь + Ь,

кап кап

V = У =К =0,к = £ = 0;Р = Р +у = 1

х у 2 атм вод

- Х\Ъ С ММЫ'М' - воздух в камере шлюза:

Я, <2<Н. +Н, \Ь + Ь, <Х<Ь + Ь, +Ь, кат кап кат кап кап кат

V = У = У =0 -к--

X у 2

е = 0 ;Р = Р ;УОР = 0 атм

- С ПСО'О' - воздух в нижнем подходном канале:

Я, <г<Н, +Я,; 0<Х<Ь + Ь, кап кап Ь кап

V = У , х у

У = 0;к = е = 0 \Р = Р ;УС>Р = 0 г атм

(10)

(И)

(12)

Графики колебания уровня воды в камере шлюза и в нижнем подходном канале, полученные по результатам расчета численной модели, представлены на рисунке 2.

25,5 £4,5 аз,5 гг.5 о 21,5 з 20,5 § 19,5 | 18,5

!и

щ 17 5

о й

ЗУ 16,5 15,5 14,5 13,5 12.

_ Р4 - Р9

1

н

1

\

s

л V

/

0

¡,5 45

4,5 э 13,5 18 гг,5 г? за.з зе

Воеия, с

Рисунок 2 - Графики зависимости уровня воды от времени в середине камеры (р4) и в нижнем подходном канале (р8)

25,5

24,5

23,5

22,5

о 21,5

3 20,5 о

л 19,5

л

ш 18/5 со

2 17,5

3

16,5 15,5 14,5

13 5 -,---,-..:;.. .

' 0 4,5 9 13,5 18 22,5 27 31,5 36 40,5 45 Время, с

Рисунок 3 - Совмещенные графики колебания уровня воды в середине камеры Верификация математической модели осуществлена полуобратным методом с использованием данных лабораторного эксперимента. Совмещение графиков колебания уровня воды, полученных различными методами (рис. 3), показывает их однородность и указывает на то, что разработанная математическая модель качественно описывает процесс опорожнения судоходного шлюза.

Четвертая глава посвящена исследованиям и анализу гидродинамики потока в процессах опорожнения камер судоходных шлюзов и разработке на этой базе рекомендаций по совершенствованию конструкций СГТС в целях повышения их пропускной способности и безопасности работы.

При исследованиях реальных систем питания судоходных шлюзов были введены некоторые допущения. Так, для снижения расчетных трудозатрат процесс опорожнения камеры на начальном этапе рассматривался, как совокупность группы квазистационарных состояний системы без свободной поверхности воды с заданными уровнями воды в камере шлюза, в нижнем

- Расчет на мат. модели - данные павораторных

исследовании

подходном канале, а также степенью открытия затворов водопроводных галерей.

Использование численного моделирования позволило получить не осредненные величины базовых характеристик потока (давление, скорость и др.), а конкретные значения в точках. Это дало возможность рассматривать структуру потока на качественно более высоком уровне, провести углубленный анализ гидродинамики потока и выявить проблемные с точки зрения гидравлики участки.

Расчетное поле давления воды в камере шлюза представляет собой равномерное распределение по глубине гидростатического давления воды. В водопроводных галереях высокие градиенты давления сосредоточены на внешней грани, где проходит основной поток при опорожнении. Также повышение давления наблюдается в центре выхода опорожняющих галерей в

нижний бьеф, где сталкиваются два противоположно направленных потока. Небольшая область вакуума на модели совпадает с областью водоворотных зон на входе в галереи. В нижнем бьефе повышение градиентов давления наблюдается в центральной зоне выхода потока через балки гашения. Поскольку в моделировании не использовалось разделение сред воды и воздуха и не отслеживалась динамика поведения свободной поверхности, рост давления в нижнем подходном канале над балками гашения является индикатором подъема уровня воды при опорожнении камеры шлюза.

Расчет показал, что основные скорости потока воды сосредоточены в обходных галереях, а также в районе балок гашения. Повышение скорости наблюдается при разделении потока гасящим бычком нижнего бьефа в галереях, а также в их средней части в районе расположения затвора.

Использование математического моделирования позволило выделить ряд проблемных участков, оказывающих отрицательное воздействие на гидравлику процесса опорожнения камеры судоходного шлюза.

При переходе потока из камеры шлюза в короткие опорожняющие галереи, во входных частях последних образуются вихревые зоны (рис. 4). Данные водоворотные зоны сжимают поток, поступающий из камеры в систему опорожнения, уменьшая живое сечение, и, таким образом, снижают общий расход через водопроводные галереи. Также данные зоны оказывают дополнительное вибрационное воздействие на сороудерживающие решетки и

бетонные конструкции галерей, что может привести к их ускоренному износу вследствие абразии и кавитации.

Рисунок 4 - Сечение входной части водопроводных галерей Традиционным подходом для уменьшения водоворотных зон на повороте потока является создание плавного геометрического перехода на входе потока из камеры шлюза в водопроводные галереи системы опорожнения. Подобный переход может быть выполнен либо скруглением кромок колена по радиусу либо срезом по хорде острых кромок поворота.

Создание плавных криволинейных железобетонных элементов на строящихся сооружениях и изменение прямоугольного профиля галерей действующих судопропускных сооружений на криволинейное связано с большими трудностями с точки зрения технологии проведения работ. В связи с этим, наиболее приемлемой формой сопряжения опорожняющих галерей с камерой шлюза является срез кромок входной части по хорде.

Также следует отметить, что изгиб потока при переходе из камеры шлюза в систему опорожнения и изгиб потока в трубе с поворотом на девяносто градусов имеют ряд значительных отличий. В рассматриваемой системе судоходного шлюза поток подходит к входной части системы опорожнения, имея не ярко выраженное прямолинейное вертикальное направление, а сложную пространственную структуру. К тому же размеры самой камеры значительно превосходят размеры водопроводных галерей. Следовательно,

воспользоваться существующей методикой определения оптимального размера и места положения среза внутренней кромки поворота не представлялось возможным.

Для поиска оптимального решения автором были рассмотрены несколько вариантов расположения хорды среза и определены наиболее приемлемые с точки зрения минимизации гидравлических потерь величины угла среза а (рис. 5,6).

V г ^

. 1 ,

%

Рисунок 5 - Схема среза внутренней грани поворота по хорде

10

40

50

20 30

Угол среза а

Рисунок 6 - График зависимости гидравлических потерь в системе опорожнения шлюза от угла среза грани входной части галерей

По результатам расчетов видно, что наиболее значительное снижение гидравлических потерь наблюдается для углов в интервале от 20 до 25 градусов. Устройство среза во входной части водопроводных галерей снижает гидравлические потери в системе опорожнения, как следствие, увеличивает расход воды через систему и ускоряет процесс опорожнения в целом на 7-10%.

Помимо исследований структуры потока в системе питания шлюза было рассмотрено распределение потока вода при выходе в нижний бьеф через выпускные отверстия. При моделировании были рассчитаны две типовые для ЕГС РФ системы опорожнения шлюзов: Городецкого района гидротехнических сооружений, в которой выпуск воды в нижний бьеф осуществлялся через систему из тридцати одного водовыпуска шириной 0,3 метра, расположенных между балками гашения шириной 0,7 метра, а также Чайковского района гидротехнических сооружений, где выход потока воды из галерей в нижний подходной канал осуществляется по всей ширине нижнего бьефа без гашения энергии потока балками.

Результаты моделирования описанных систем опорожнения представлены на рисунках 7 и 8.

Номера водовыпусков

-Галерея А без балок — — Галерея Б без балок

— • Галерея А балки ...... Галерея Б балки

Рисунок 7 - Распределение расхода воды при выходе потока из галерей в нижний подходной

канал

Галерея А без балок — — Галерея Б без балок

— • Галерея А балки ......Галерея Б балки

Рисунок 8 - Повышение давления в средней части нижнего подходного канала при выходе потока из галерей в нижний бьеф

Распределение расхода по всей ширине нижнего бьефа для системы опорожнения без балок гашения крайне неравномерно. Основной поток (порядка 80% от общего расхода) сосредоточен в центральной зоне сечения и приходится не более, чем на треть ширины нижнего подходного канала. Расход воды через крайние участки выхода практически равен нулю. При этом амплитуда колебания расхода по длине галерей достигает местами 4 м3/с против 2 м3/с у системы с балками гашения.

Повышение градиентов давления в центральной части сечения галерей над крайними участками, характеризующее поперечный уклон в нижнем подходном канале, показывает значительное повышение уровня воды в середине сечения. Мгновенный поперечный уклон для данной системы может достигать величин 0,15-0,17 против не более 0,10 для системы с балками гашения.

Максимальная величина мгновенного повышения уровня воды в нижнем бьефе напрямую определяет продольный уклон воды в нижнем подходном канале и волновые явления при опорожнении камеры шлюза. Для системы с балками гашения эта величина не превышает 1,5 метров, тогда как для системы без балок она достигает 2,5 метров.

Сравнение результатов расчета для системы опорожнения судоходного шлюза с балками гашения и без них показывает значительные преимущества первой системы. Наличие балок гашения способствует более плавному распределению расхода потока при выходе в нижний бьеф, уменьшению поперечного и продольного уклонов воды и, как следствие, улучшению условий отстоя судов в нижнем подходном канале.

Несмотря на описанные преимущества системы выпуска воды в нижний бьеф с балками гашения, типовая схема расположения балок не обеспечивает в полной мере с возложенными на неё функциями. Поскольку система гашения имеет балки равного размера, расположенные через равные расстояния, она способна только частично гасить энергию потока, практически не оказывая влияния на распределение расхода воды по ширине нижнего подходного канала.

В связи с этим были предложены две новые схемы расположения балок гашения и выпускных отверстий системы опорожнения судоходного шлюза, представленные на рисунке 9.

Аппарат математического моделирования позволяет, внося небольшие изменения в геометрические характеристики модели, рассчитать необходимые параметры системы питания для предложенных схем расположения выпусков воды. При этом в отличие от традиционных лабораторных исследований подобного класса задач численное моделирование позволяет избежать влияния на расчеты масштабного фактора и получить достоверные результаты исследуемых параметров.

Мгновенный подъем уровня воды над центральной частью выпусков для рассматриваемых схем представлен на рисунке 10.

Рисунок 9 - Схемы расположения балок гашения и водовыпусков при выходе потока в нижний бьеф: а) типовая схема Городецких шлюзов; б) предложенная схема с дифференцированной шириной выпусков; в) предложенная схема с дифференцированным расположением выпусков.

1,8 1,6

2

Я 1Л

5 § 1,2

к

£ 1

-^Типовая схема А

— Схема Б •••• Схема В

О 5 10 15 20 25 30

Ширина нижнего подходного канала, м

Рисунок 10 - Подъем уровня воды над выпусками галереи в нижний бьеф

Анализ расчетов показывает, что предложенные схемы расположения водовыпусков имеют ряд преимуществ над типовой схемой. Применительно к данной исследуемой системе питания Городецких шлюзов наилучшие условия отстоя судов будут наблюдаться при схеме балок гашения с дифференцированной шириной водовыпусков. Снижение максимальной величины подъема уровня воды на 40-50% и расширение зоны подъема в полтора раза приводит к уменьшению продольного и поперечного уклонов поверхности воды в нижнем подходном канале. Это позволяет судам, ожидающим шлюзование в нижнем бьефе, отстаиваться в непосредственной близости от нижней головы шлюза и сократить время на маневрирование при заходе в камеру на 3-5 минут.

При шлюзовании из верхнего бьефа в нижний на сооружениях Чайковского района гидротехнических сооружений крупнотоннажный флот в настоящее время вынужден оставаться в камере порядка двадцати минут в связи с негативными волновыми явлениями в нижнем подходном канале и падением уровня воды на пороге шлюза. Снижение амплитуды волны в подходном канале позволит сократить время задержки судов вдвое.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПО РАБОТЕ

1. В рамках диссертационной работы на основе дифференциальных уравнений Навье-Стокса разработана нестационарная турбулентная модель движения реального потока воды, возникающего в системе опорожнения судоходного шлюза. Полуобратным методом выполнена верификация разработанной численной модели потока, показавшая её высокую точность и достоверность.

2. Разработанная и верифицированная математическая модель адаптирована для расчетов систем питания реальных судоходных гидротехнических сооружений. При этом проработаны методические аспекты создания математической модели потока жидкости, а также вопросы её практической апробации.

3. Применение современных методов исследования работы СГТС позволило провести анализ гидродинамических явлений в системе опорожнения судоходного шлюза на качественно новом уровне.

4. Численное моделирование позволило выявить застойные вихревые зоны, значительно сжимающие живое сечение потока и замедляющие процесс опорожнения.

5. Разработаны рекомендации по снижению негативного влияния описанных зон на структуру потока воды, покидающего камеру шлюза, в частности, рассчитано, что прямолинейный срез по хорде входной части обходных галерей под углом 20-25° позволяет значительно снизить гидравлические потери в системе питания и сократить время опорожнения судоходного шлюза на 7-10%.

6. Выявлены недостатки существующих систем гашения энергии потока на пороге шлюза, связанные со значительной амплитудой волновых явлений, которые, в свою очередь, значительно ухудшают условия маневрирования и отстоя судов на подходах к шлюзу.

7. Для типовой системы питания судоходного шлюза с короткими обходными галереями разработаны два варианта новых схем расположения гасителей энергии потока воды. Предложенные схемы в ряде случаев способны на 40-50% снизить амплитуды волновых явлений в нижнем подходном канале при опорожнении камеры шлюза, что ведет к значительному улучшению как условий выхода судна из камеры шлюза, так и условий отстоя судов, ожидающих шлюзования, в подходном канале.

СПИСОК РАБОТ, В КОТОРЫХ ОПУБЛИКОВАНЫ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых научных журналах и изданиях

1. Мильцын, Д.А. Совершенствование системы опорожнения шлюза / Д.А. Мильцын // Речной транспорт (XXI век). 2012. - № 1 (55). - С. 79-80.

2. Мильцын, Д.А. Динамика потока воды, возникающего при опорожнении камеры судоходного шлюза / Д.А. Мильцын // Инженерно-строительный журнал. 2012. - № 2 (28). - С. 61-67.

Публикации в других научных изданиях

3. Мильцын, Д.А. Моделирование гидродинамики опорожнения камеры шлюза / Д.А. Мильцын // Материалы докладов. 13-ая Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки. - Н.Новгород, 2008. - С. 117-118.

4. Мильцын, Д.А. Перспективы исследования опорожнения камеры шлюза / Д.А. Мильцын II 10 международный научно-промышленный форум «Великие реки 2008». Труды конгресса. - Н.Новгород : ННГАСУ, 2009. - С. 279-280.

5. Мильцын, Д.А. Планирование лабораторных исследований опорожнения камеры шлюза / Д.А. Мильцын // Материалы докладов. 14-ая Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки. - Н.Новгород, 2009.-С. 105-106.

6. Мильцын, Д.А. Лабораторные исследования процесса опорожнения камеры шлюза / Д.А. Мильцын, И.В. Липатов // 11 международный научно-промышленный форум «Великие реки 2009». Труды конгресса. Том 2. -Н.Новгород : ННГАСУ, 2010. - С. 34-36.

7. Мильцын, Д.А. Математическое моделирование гидродинамики процесса опорожнения камеры шлюза / Д.А. Мильцын // IV Международная научно-практическая конференция STAR-2009: «Компьютерные технологии решения прикладных задач тепломассопереноса и прочности». Материалы докладов. - Н.Новгород, 2009. - С. 38-39.

8. Мильцын, Д.А. Математическое моделирование лабораторных исследований системы опорожнения шлюза / Д.А. Мильцын // Материалы докладов. 15-ая Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки. - Н.Новгород, 2010. - С. 110-111.

9. Мильцын, Д.А. Лабораторные исследования опорожнения судоходного шлюза / Д.А. Мильцын // Материалы I межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России». - С.-Петербург : СПГУВК, 2010. - С. 27-32.

10. Мильцын, Д.А. Анализ гидродинамики процесса опорожнения камеры судоходного шлюза / Д.А. Мильцын, И. В. Липатов // 12 международный научно-промышленный форум «Великие реки 2010». Труды конгресса. Том 2. - Н.Новгород : ННГАСУ, 2011. - С. 61-63.

11. Мильцын, Д.А. Численное моделирование процесса опорожнения камеры судоходного шлюз / Д.А. Мильцын // Материалы докладов. 16-ая Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки. - Н.Новгород, 2011.-С. 81-83.

12. Мильцын, Д.А. Численное моделирование лабораторных исследований структуры потока в коротких опорожняющих галереях судоходного шлюза / Д.А. Мильцын // Материалы II межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России». - С.-Петербург : СПГУВК, 2011.-С. 16-21.

13. Мильцын, Д.А. Обоснование модели турбулентности водного потока при численном моделировании процесса опорожнения камеры судоходного шлюза / Д.А. Мильцын // 13 международный научно-промышленный форум «Великие реки 2011». Труды конгресса. Том 1. - Н.Новгород : ННГАСУ, 2012.-С. 340-343.

Отпечатано в ООО «Печатная мастерская РАДОНЕЖ» г. Н.Новгород, ул. Минина, д.16а, офис 23. Тел.: (831) 418-53-23 Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Объем 1 п. л.

61 12-5/3034

Волжская государственная академия водного транспорта

На правах рукописи

Мильцын Дмитрий Алексеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГОЛОВНОЙ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА С КОРОТКИМИ ОБХОДНЫМИ ГАЛЕРЕЯМИ

Специальность 05.23.07 - «Гидротехническое строительство»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., доц. И.В. Липатов

Нижний Новгород 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. СУДОХОДНЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ И НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ

1.1. Судоходные гидротехнические сооружения в современном транспортном комплексе 7

1.2. Проблема пропускной способности судоходных гидротехнических сооружений 11

1.3. Перспективы исследования систем опорожнения судоходных шлюзов 28

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОПОРОЖНЕНИЯ КАМЕРЫ ШЛЮЗА

2.1. Основные задачи лабораторных исследований и план эксперимента 34

2.2. Лабораторная установка и методика проведения эксперимента 40

2.3. Обработка данных лабораторных исследований 44

2.4. Определение гидравлических характеристик лабораторной модели судоходного шлюза 62

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССА ОПОРОЖНЕНИЯ КАМЕРЫ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА

3.1. Теоретические основы математического моделирования гидродинамики процесса опорожнения камеры шлюза 67

3.2. Технология численного моделирования процесса опорожнения камеры судоходного шлюза

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ОПОРОЖНЕНИЯ КАМЕРЫ СУДОХОДНОГО ШЛЮЗА

4.1. Особенности гидродинамики процесса опорожнения камеры судоходного шлюза

4.2. Исследования входной части коротких обходных галерей системы опорожнения шлюза

4.3. Исследования балок гашения системы опорожнения судоходного шлюза

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 124

ПРИЛОЖЕНИЯ 132

82

98 104 109

ВВЕДЕНИЕ

Водный транспорт является важной частью транспортной системы страны, активно способствуя развитию экономики. В силу комплексного использования естественных водных ресурсов, неотъемлемой составляющей внутренних водных путей стали судоходные шлюзы.

Судоходные шлюзы представляют собой сооружения, предназначенные для преодоления судами сосредоточенного напора воды, возникающего при строительстве плотин, гидроэлектростанций или при соединении каналами рек с разным уровнем воды.

К концу 80-х гг. XX века развитие воднотранспортных перевозок начали тормозить судоходные шлюзы, которые ограничивали пропускную способность гидротехнического сооружения. Этому способствовали длительные ожидание захода в камеру, транспортные пробки, что привело к серьёзным финансовым потерям грузоперевозчиков.

Структурные изменения в стране и спад в экономике в 90-х годах прошлого века дали лишь временную отсрочку в поисках путей решения вопроса интенсификации судоходства на шлюзованных участках.

В середине 90-х годов XX века произошел провал в навигации. Но к 2002-2003 году грузопотоки стали восстанавливаться. Так, в начале 90-х годов еженавигационно на Волге шлюзовалось порядка 48-50 тыс. судов, а в 1996 году их число уменьшилось до 38,2 тыс. В период с 1996 по 2002 г. наметился ежегодный устойчивый рост числа прошлюзовавшихся судов, который к 2003 г составил 54,4 тыс. и продолжается в настоящее время.

В восьмидесятых годах средний период прохождения судна через Волго-Донской судоходный канал (ВДСК) составляло 22,2 ч., в 1996 г. - 15,9 ч., а в 2004 г. - 25,0 ч. При прохождении судов через Волго-Балтийский водный путь (ВБВП) от Череповца до Санкт-Петербурга в 90-х г.г. XX в. требовалось трое суток, а в настоящее время не менее пяти, что ведет к потерям грузоперевозчиков более 600 млн. руб. в год. Аналогичная ситуация и в других бассейнах европейской части страны.

Наполнение и опорожнение камер шлюзов осуществляется при помощи разнообразных водопроводных устройств, составляющих систему питания шлюза водой. Работа любой системы питания шлюза заключается в основном во впуске в камеру и выпуске из нее воды (в размере сливной призмы) и их регулировании.

Системы питания судоходных шлюзов должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Система питания шлюза должна обеспечивать наполнение и опорожнение камеры в течение определенного времени, установленного в соответствии с заданной пропускной способностью шлюза.

2. Наполнение и опорожнение камеры должны происходить в течение заданного времени при удовлетворительных условиях отстоя и маневрирования судов в камере судоходного шлюза и ожидающих шлюзования в подходных каналах.

3. При многократном наполнении и опорожнении камеры не должно происходить повреждений отдельных элементов шлюза потоком воды (размывов дна камеры и подходных каналов, кавитационных явлений, вибрации водопроводных затворов и других).

Типовая система питания любого судоходного шлюза состоит из галерей - бетонных водоводов поперечного сечения порядка нескольких квадратных метров, предназначенных для пропуска большого расхода воды в камеру и выпуске из неё; затворов, служащих для перекрытия галерей и регулирования процессами наполнения и опорожнения камеры, и специальных гасительных устройств, предназначенных для снижения энергии потока воды.

Если бы вода могла подаваться системами питания в камеры шлюзов в течение всего периода их наполнения равномерно по всей площади камеры и таким же образом выпускаться из камеры при опорожнении, то при практически неразрываемых камерах и водопроводных системах шлюзов, наполнение и опорожнение камер могли бы происходить как угодно быстро.

На практике вода подается в камеру шлюзов при их наполнении и забирается из камер при их опорожнении в зависимости от качества системы питания более или менее неравномерно как по длине камеры, так и по времени. В результате этого в камере происходит неустановившееся движение воды, которое в свою очередь вызывает переменное по времени очертание ее свободной поверхности. Кроме того, в районе выпуска воды в наполняемой камере образуются местные гидравлические явления, связанные с гашением скорости и энергии поступающего в камеру потока.

Исходя из этого, главным лимитирующим фактором наполнения и опорожнения камеры является гидродинамическая сила, которая воздействует со стороны потока на суда, находящиеся соответственно в камере шлюза и в подходном канале. Для снижения этой силы используются специальные гасительные устройства, но их форма и размеры подбираются опытным путём, и они не всегда отвечают предъявляемым к ним требованиям.

Главным критерием при оценке работы шлюзованного участка является продолжительность периода прохождения его судном, которая определяется временем прохода судна через шлюз и временем ожидания шлюзования. Эти интервалы времени зависят от многих факторов и колеблются в широких пределах. Например, судно может пройти через шлюз без ожидания, либо в связи с очередью на шлюзование или малыми глубинами на порогах шлюза задержаться на несколько часов или суток (как на Городецком и Чайковском шлюзах).

Для удобства анализа время судопропуска через шлюз подразделяют на машинную и движенческую составляющие. Под движенческой понимают время на вход и выход из камеры шлюза. В основном эта составляющая зависит от габаритов пути и наличия лимита глубин на подходах к шлюзам. Машинная составляющая включает в себя группу временных отрезков в пределах которых происходит открытие/закрытие ворот и наполнение/опорожнение камеры шлюза. Эта величина имеет чисто техногенный характер и определяется работой механического оборудования шлюза.

Движенческую составляющую уменьшись весьма проблематично, так как габариты пути имеют ограниченные значения и не поддаются изменениям на действующих сооружениях, а уровни воды носят вероятностный характер. Поэтому более приемлемо сокращение времени судопропуска через шлюз путем изменения машинной составляющей. Наиболее значимыми в данном случае являются время наполнения и опорожнения камеры. Исследованием процесса наполнения камеры судоходного шлюза занималось большое количество ученых и в настоящее время он изучен достаточно полно. При этом сходный процесс опорожнения камеры затрагивался исследователями редко и изучен недостаточно.

Большинство шлюзов европейской части России имеют короткие обходные галереи для опорожнения камеры шлюза. В процессе опорожнения поток покидает основную камеру через короткие обходные галереи, расположенные в стенках нижней головы шлюза.

Традиционно исследования таких систем проводятся с помощью лабораторных экспериментов и при проектировании конфигураций галерей выбираются наиболее обтекаемые формы. Однако исследования на моделях имеют ряд недостатков, связанных с учетом масштабного фактора, и не всегда способны дать полную информацию о происходящем процессе. С учетом этого определенный практический интерес представляет исследование структуры потока через систему опорожнения с применением современных методов исследования, в частности математического

5

моделирования. Из опыта эксплуатации судоходных шлюзов известно, что при опорожнении камеры через обходные галереи в потоке образуются застойные (водоворотные) зоны. Эти зоны значительно сжимают живое сечение, следовательно, расход, проходящий через систему питания, снижается и увеличивается время опорожнения. Так же возникновение этих зон приводит к дополнительной динамической нагрузке на стенки галерей и сороудерживающие решетки, которая может привести к кавитации и ускоренному разрушению конструкций системы питания.

Не исследовались характер распределения расхода в выходных галереях нижнего бьефа. Поток с большой непогашенной энергией, попадая в нижний подходной канал шлюза, отрицательно воздействует на суда, ожидающие шлюзования, и может привести к значительному размыву самого канала. Неравномерное распределение потока при выходе в нижний бьеф, недостаточно плавное обтекание конструктивных элементов может открыть новые резервы ускорения процесса опорожнения камеры и увеличения пропускной способности судоходного сооружения.

Таким образом, главной целью работы является совершенствование конструкций системы питания шлюза с короткими обходными галереями. Для достижения поставленной цели планируется решение следующих задач: проанализировать современное состояние судоходных гидротехнических сооружений; выполнить развернутые лабораторные исследования системы опорожнения камеры на модели типового шлюза; разработать математическую модель процесса опорожнения камеры судоходного шлюза и верифицировать её на соответствие экспериментальным данным; используя разработанную математическую модель процесса опорожнения камеры шлюза, провести углубленный анализ гидродинамики потока; разработать рекомендации по улучшению структуры потока с целью увеличения пропускной способности судоходных сооружений и повышения безопасности их эксплуатации.

б

1 СУДОХОДНЫЕ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ И

НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ

1.1 Судоходные гидротехнические сооружения в современном транспортном комплексе

Транспорт - важнейшая составная часть производственной инфраструктуры России. Развитие транспортной системы становится в настоящее время необходимым условием реализации инновационной модели экономического роста Российской Федерации и улучшения качества жизни населения. Устойчивое и эффективное функционирование транспорта является необходимым условием обеспечения целостности, национальной безопасности и обороноспособности страны, рациональной интеграции России в мировую экономику.

Морской и речной транспорт, наряду с другими видами транспорта и инфраструктурными отраслями, обеспечивает базовые условия жизнедеятельности общества, являясь важным инструментом достижения социальных, экономических, внешнеполитических целей.

Совершенствование транспортной инфраструктуры на основе формирования и дальнейшего развития опорной транспортной сети -инфраструктуры морских, речных портов и внутренних водных путей -является одним из стратегических направлений проводимой государственной политики в транспортном комплексе, полномочием и ответственностью государства. Комплексное решение данной задачи на государственном уровне - необходимое условие для привлечения и развития бизнеса в данном секторе экономики.

Внутренний водный транспорт обеспечивает реализацию транзитного потенциала России в рамках международных транспортных коридоров, играет незаменимую роль в транспортном обеспечении труднодоступных районов и завозе грузов в районы Крайнего Севера, является самым экологически чистым видом транспорта. Речной транспорт обслуживает шестьдесят один субъект Российской Федерации, а также осуществляет внешнеторговые перевозки.

Согласно концепции развития транспорта Российской Федерации (РФ) на период до 2030 года [1], намечается активное вовлечение внутреннего водного транспорта в освоение увеличивающегося грузооборота страны. Наша страна готовится предоставить свои водные пути для транзитного прохождения судов иностранных перевозчиков. Это подтверждается и

открытием транспортного коридора «Север-Юг». В среднесрочной перспективе увеличение судопотока через ЕГС РФ неизбежно.

В связи с этим в последние годы проблема недостаточной эффективности судопропуска через ряд основных судоходных каналов и гидроузлов европейской части Российской Федерации вызывает все большую озабоченность у Министерства транспорта и у судоходных компаний. Участок водного пути Нижний Новгород-Городец наряду со шлюзами Волго-Балтийского водного пути (ВБВП) является яркими примером сложившейся ситуации, в разработке находится проект строительства второй нитки ВолгоДонского судоходного канала.

Объектами инфраструктуры внутренних водных путей Российской Федерации, осуществляющих пропуск судов, в том числе по межбассейновым соединениям, являются судоходные гидротехнические сооружения (СГТС).

В состав гидротехнических сооружений, обеспечивающих судоходство по внутренним водным путям России, входит 723 объекта, в числе которых 109 шлюзов, 70 плотин и более 160 напорных дамб и других сооружений.

Шлюзы 17%

Рисунок 1.1 — Состав гидротехнических сооружений, находящихся на

балансе ГБУВПиС

Из 723 судоходных гидротехнических сооружений 335 сооружений Распоряжением Правительства Российской Федерации от 23.03.2006 № 411рс отнесены к критически важным объектам Российской Федерации и подпадают под действие Федерального закона от 21 июля 1997 года № 117-ФЗ «О безопасности гидротехнических сооружений».

Эксплуатацию СГТС осуществляют 10 государственных бассейновых управлений водных путей и судоходства (далее - ГБУВПиС) и ФГУП «Канал имени Москвы».

К сооружениям, непосредственно отвечающим за пропуск судов через гидроузлы и каналы, относятся судоходные шлюзы.

Большинство судоходных шлюзов в нашей стране возводилось в период активной индустриализации в СССР при строительстве крупных судоходных каналов и гидроузлов практически по всей её территории. В этот период был накоплен огромный опыт в проектировании и строительстве гидротехнических сооружений, а сами они стали важной частью транспортной системы страны.

После распада Советского Союза в начале 90-х годов прошлого века в экономике страны произошел резкий спад, что отразилось для водного транспорта в значительном снижении грузоперевозок и упадке в путевом хозяйстве в целом. Финансирование эксплуатируемых судопропускных объектов, как части транспортной инфраструктуры, сокращалось, обследования и ремонт проводились нерегулярно, а новых объектов практически не возводилось. Всё это, несомненно, отрицательно сказалось на техническом состоянии действующих судоходных шлюзов, а также привело, в ряде случае, к сокращению их нормативного срока эксплуатации и даже к нескольким серьезным авариям.

С наметившимся подъемом в экономике страны в последние несколько лет начинают расти грузоперевозки, в том числе и водным транспортом, что заставляет государство вновь обратить внимание на путевое хозяйство и судопропускные сооружения. Значительно увеличивается финансирование районов гидротехнических сооружений, проводятся текущий и капитальный ремонт сооружений, в ряде случаев для увеличения пропускной способности участков водного пути сооружаются дополнительные нитки шлюзов. Интерес со стороны государства делает исследования судопропускных сооружений и конкретно судоходных шлюзов всё более актуальными.

Как показали последние исследования в области эксплуатации судоходных гидротехнических сооружений, наиболее слабым звеном системы внутреннего водного транспорта становятс�