Компенсация первого обратного пика гидродинамической силы при наполнении камеры шлюза с головной системой питания

Исследования, представленные в работе, направлены на изучение гидравлики процесса наполнения судоходных шлюзов с головной системой питания из-под плоских подъемно-опускных ворот. В частности, рассмотрена задача о возможности компенсации первого обратного пика гидродинамической силы путем изменения площади отверстия наполнения. Изменение площади отверстия наполнения рассмотрено в том числе для случаев постоянной величины площади и для случаев ее уменьшения. В теоретическом эксперименте временной промежуток и интенсивность изменения площади отверстия наполнения синхронизировались со скоростью распространения волн в камере шлюза. Первую волну попуска от сформировавшегося в начале процесса наполнения необходимо компенсировать второй волной, которая создается принудительно путем уменьшения площади сечения отверстия наполнения с последующим переходом к ее увеличению. В исследовании определялись параметры второй компенсационной волны, чтобы при взаимодействии с первой волной попуска отсутствовал первый пик обратной гидродинамической силы. Исследовано также влияние на возникновение пика обратной силы режима изменения площади отверстия наполнения. Для реализации поставленной задачи использованы теоретические методы, основанные на решении уравнений неустановившегося движения воды, позволяющие определить колебания свободной поверхности воды в камере шлюза, в том числе на начальном этапе наполнения. Результаты, полученные в исследовании, показывают для различных водоизмещений судна зависимости изменения величины гидродинамической силы от режимов изменения площади отверстия наполнения и от взаимосвязанного с площадью изменения приращения расхода воды. Полученные результаты исследования могут быть направлены на создание безопасных условий для шлюзования как судов действующего флота, так и перспективного безэкипажного флота.

1. Гапеев А. М. Системы питания судоходных шлюзов водой / А. М. Гапеев, В. В. Кононов // СПб.: ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова, 2013. — 268 с.

2. Гапеев А. М. Гидравлические расчеты судоходных шлюзов / А. М. Гапеев, В. В. Кононов, К. П. Моргунов. — СПб.: Издательство «Лань», 2020. — 232 c. — EDN PYDRPK.

3. Головков С. А. Распределение воды в судоходных шлюзах / С. А. Головков, П. А. Гарибин, А. М. Гапеев. — СПБ.: СПГУВК, 2009. — 153 c. — EDN QNWHID.

4. Кузнецов С. С. Обзор технических решений автошвартовных устройств на судоходных шлюзах / С. С. Кузнецов, Н. М. Ксенофонтов, А. А. Буцанец // Транспортное дело России. — 2024. — № 4. — С. 223–225. — EDN EJLGAF.

5. Гарибин П. А. Реновация систем наполнения водой камер судоходных шлюзов № 1-6 Водно-Балтийского водного пути / П. А. Гарибин, А. В. Богатов // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2020. — Т. 12. — № 4. — С. 640–653. DOI: 10.21821/2309–5180–2020–12–4–640–653. — EDN LRPJZD.

6. Wu L. An Intelligent Monitoring System for the Force Characteristics of Floating Bollards in a Ship Lock / L. Wu, J. Yang, Z. Xiang, M. Liu, M. Li, Y. Di, H. Jiang, C. Dai, X. Ji // Journal of Marine Science and Engineering. — 2023. — Vol. 11. — Is. 10. DOI: 10.3390/jmse11101948.

7. Hao Q. Responses of Large-ship Mooring Forces Based on Actual Measurement / Hao Q., Zhang J., Zhu X., Liu J. // J. Ship Mech. — 2021. — Vol.25. — Pp. 1685–1698. DOI:10.3969/j.issn.1007–7294.2021.12.009.

8. Liu M. Safety monitoring method for mooring lines of floating bollards in ship lock. / Liu M., Wang Z., Wu L., Li M., Yang J. // PortWaterw. Eng. — 2023. — Vol.3. — Pp. 85–91. DOI:10.16233/j.cnki.issn1002–4972.20230306.032.

9. Богатырев В. Г. Перспективы эксплуатации судоходного шлюза: как швартовать безэкипажные суда при шлюзовании / В. Г. Богатырев // Гидравлика и гидромеханика гидротехнических сооружений: сборник материалов научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Георгия Ивановича Мелконяна. Санкт-Петербург, 20 октября 2023 года. — СПб.: Изд-во Гос. ун-та морского и речного флота им. адм. С. О. Макарова, 2023. — С. 116–123. — EDN CZSLCC.

10. Моргунов К. П. Обеспечение работы судопропускных сооружений при организации круглогодичной навигации на участке внутренних водных путей в направлении Каспий — Азов / К. П. Моргунов // Гидротехника. — 2022. — № 2(67). — С. 7–13. DOI: 10.55326/22278400_2022_2_7. — EDN XBYUHP.

11. Богатырев В. Г. Особенности реализации бесшвартовного шлюзования при эксплуатации судоходного шлюза в условиях отрицательных температур / В. Г. Богатырев // Инновационные технологии и конструкции в гидротехническом, энергетическом и воднотранспортном строительстве: материалы 2-й Международной заочной научно-практической конференции в рамках Международного молодежного форума «Креатив и инновации 2023». Минск, 30 ноября 2023 года. — Минск: БНТУ, 2023. — С. 11–15.

12. Михайлов А. В. О неустановившемся движении воды в камере шлюзов / А. В. Михайлов // Сб. АН СССР. Гидравлика сооружений и динамика речных русел, 1959. — С. 42–68.

13. Володин А. Г. Расчет наполнения камеры шлюза методом Галеркина / А. Г. Володин // Тр. НИИВТ. Вопросы технической эксплуатации транспортных гидротехнических сооружений. — 1986. — С. 68–71.

14. Белкин В. Г. Применение метода Галеркина для потока в камере шлюза / В. Г. Белкин // Тр. НИИВТ. Вопросы гидравлического обоснования путевых работ на реках, 1989. — С. 87–94.