Ворота шлюзные

Для закрывания шлюзов (см. это слово), как морских, так и устраиваемых в каналах и реках, служат преимущественно ворота. Шлюзные В. устраиваются большей частью двустворчатые, причем плотно сходятся под некоторым углом и, таким образом, упираются не только в порог шлюза, но и друг в друга. Давление воды передается через полотна, следовательно, и боковым стенам шлюза. Недостаток двустворчатых ворот заключается в затруднительности достигнуть одновременного плотного смыкания обеих створок между собой и с порогом шлюза. При небольшой неточности размеров или легкой деформации ворот между створами или между воротами и порогами остаются просветы, через которые теряется вода. Распределение напряжений в частях ворот при таком неправильном смыкании оказывается совершенно другое, чем нормальное, соответствующее плотному смыканию; отсюда дальнейшие деформации и повреждения. Существенный недостаток одностворчатых ворот заключается в том, что они требуют больше места для поворота и тем уменьшают полезную длину камеры шлюза. Кроме того, при одном полотне свободная длина горизонтальных частей, входящих в состав В., увеличивается значительно, откуда необходимость делать их толстыми. По этим причинам одностворчатые В. долго употреблялись только при малых пролетах шлюзов (около 5 м), преимущественно в Англии и Швеции. Но в последнее время их начали делать и для больших отверстий. Так, в канале из Гавра в Танкарвилль употреблены одностворчатые металлические В. длиной в 18,75 м (черт. 18, 19, 20 и 21 таблицы).

Таблица Ворота шлюзные.

1 и 2. Фасады и разрез деревянных шлюзных ворот малого пролета.

3, 4, 5 и 6. Детали устройства пяты и гальсбанта.

7 и 8. Вереяльный столб железных ворот.

9, 10, 11 и 12. Фасады и разрезы железных ворот.

13. Приспособление для открывания небольших ворот.

14 и 14а. Гидравлические механизмы для открывания ворот.

15, 16 и 17. Приспособления для закрывания отверстий, служащих для впуска воды.

18, 19, 20 и 21. Одностворчатые железные ворота Танкервильского канала.

Эксплуатация канала вполне оправдала ожидавшиеся от них выгоды, выяснив, что одностворчатые В. имеют за собой следующие достоинства: 1) простоту устройства, ввиду отсутствия необходимости в абсолютно точном соблюдении размеров для непроницаемости затвора; 2) сохранение водонепроницаемости при легких деформациях ворот; 3) отсутствие вредных качаний при волнении; 4) легкость и простоту маневров для открывания и закрывания. Эти преимущества так значительны, что для новых шлюзов в Гаврском порте с огромным пролетом, обеспечивающим проход океанских судов, предположено применить одностворчатый тип ворот. Существенные составные части каждого полотна шлюзных ворот составляют: два вертикальных столба, вереяльный и створный, ряд горизонтальных (и наклонных) брусьев, ригелей, между ними и непроницаемая для воды обшивка. Вереяльный столб прикреплен к стене в полу шлюза так, чтобы допускал свободное вращение полотна. Для этой цели на нижнем конце его имеется особая пята, входящая в подпятник, укрепленный в полу шлюзной части, а на верхней — металлический круговой хомут, гальсбант, соединенный со стеной шлюза особыми связями. Шлюзные В. делают из дерева, железа и чугуна. Встречаются также смешанные системы, где дерево и металл употребляются одновременно. Обыкновенно дерево применяется для ворот небольших шлюзов, в особенности на внутренних водных путях. Для морских шлюзов оно также долго применялось; но когда появилась необходимость делать шлюзы больших пролетов для океанских судов, железо быстро завоевало себе привилегированное положение в этой сфере. Но железные В., при всех своих несомненных достоинствах, каковы быстрота сборки, прочность, способность быть сделанными произвольно легкими в воде, оказались обладающими существенными недостатками. При ударах о железное полотно судна, даже когда удар слаб и местное повреждение незначительно, все полотно деформируется и, будучи в общем целым, затворяется плохо или совсем не затворяется. Исправление такого повреждения требует разборки полотна или во всяком случае вывода его из воды. Между тем при деревянных воротах повреждение от удара не распространяется на все полотно и, имея вполне частный характер, легко исправляется на месте. Кроме того, железо в морской воде быстро разрушается, даже при окраске или оцинковке его. По этим причинам, когда Америка начала давать нам такие сорта дерева (грин-гарт и др.), которые не боятся морских шашней, дерево опять стало с огромным успехом применяться в деле постройки морских шлюзов. Из грин-гарта сделаны В. многих шлюзов в ливерпульских доках. Из него же построены В. в шлюзах заканчиваемого ныне Манчестерского морского канала (см. Тимонов, "Манчестерский морской канал", СПб., 1891). Тем не менее железо продолжает еще господствовать, в особенности на материке Европы. Шлюзные В. из чугуна, как слишком тяжелые, в настоящее время не применяются. Инженеры, в зависимости от местных условий и личных взглядов, пользуются или деревом или железом; также нет установившихся взглядов и относительно формы ворот в плане. Когда два полотна ворот соприкасаются под углом, каждое из полотен подвергается давлению воды, т. е. усилию изгибающему, и сжимающему усилию от другого полотна. Чем меньше этот угол, тем меньше сжимающее усилие. Но с уменьшением угла ворот, т. е. с увеличением их подъема, полотна становятся длиннее и изгибающие моменты больше. Практика установила для величины подъема В. пределы в ¹/₁₀ и ¹/₅ ширины шлюзного пролета. Очень часто берут для подъема величину ¹/₆. Иногда доходят, впрочем, и до ¹/₄. Стремясь уменьшить изгибающее усилие в воротах или даже совсем уничтожить его, английский инженер Барлов предложил еще в 1830-х гг. нашего века делать ворота с криволинейными очертаниями в плане (см. "Transactions of the Institution of Civil Engineers", том I, стр. 74). По его мнению, наилучшее теоретическое начертание было бы такое, при котором закрытые ворота представляли бы непрерывную круговую арку; тогда все усилия сводились бы к продольному сжатию, которому дерево сопротивляется особенно хорошо. Но по разным соображениям, для устранения опасных напряжений Барлов остановился на форме готической арки, делая ворота криволинейными, но сходящимися под некоторым углом (черт. 13 таблицы). Когда же с введением в употребление железа появилась возможность легко сочетать криволинейные очертания в воротах с желаемой прочностью, в Англии стали делать и цилиндрические ворота (см. интересный мемуар Kingsbury в "Minutes of Proceedings of the Institution of Civil Engineers", том XVIII, стр. 445). Цилиндрическое начертание ворот, однако, далеко не сделалось всеобщим; относительно криволинейных В. см. Browne в "Minutes of Proceedings of the Institutions of Civil Engineers", т. XXXI, стр. 317, и Blandy, там же, т. LVIII, стр. 154 и том LIX, стр. 2).

Если в таких существенных чертах, каковы материалы и формы ворот, инженеры не пришли еще к общему решению его, то нечего и говорить о деталях. Число типов ворот, считаемых удовлетворительными, неопределенно велико. При таких обстоятельствах здесь необходимо ограничиться только указанием общих условий, которым должны удовлетворять шлюзные ворота, чтобы быть признанными хорошими. Условия эти суть: 1) непроницаемость для воды; 2) легкость маневров открывания и закрывания; 3) жесткость в вертикальном направлении, обеспечивающая ворота от провисания, 4) жесткость в других направлениях в достаточной степени, чтобы противодействовать боковым расшатывающим усилиям при движении; 5) удобный осмотр и ремонт всех частей, и 6) полная прочность и способность противостоять давлению воды при возможно малых сечениях отдельных частей.

Непроницаемость ворот должна быть обеспечена как относительно самого полотна, так и линий соприкосновения его со стеной, порогом и другим полотном. Непроницаемость полотна легко достигается при деревянной обшивке — конопаткой швов, при железной — чеканкой их. Непроницаемость щелей вдоль опорных линий полотна может быть только относительна. Чтобы достигнуть возможного минимума в потерях воды этим путем, нужно, чтобы соприкасающиеся поверхности были хорошо пригнаны друг к другу. При деревянных воротах (см. черт. 1-6 таблицы) для рамных брусьев берут более толстый лес и врезывают металлические скрепления настолько глубоко, чтобы они после тщательного остругивания поверхностных граней не выступали и не мешали плотному соприкасанию полотна ворот со стеной, порогом и другим полотном. В железных воротах (черт. 7-12 таблицы) вдоль линий соприкасания к полотну плотно прикрепляются обыкновенно деревянные накладки. Если порог шлюза сделан из мягкого камня, то у внешнего ребра его закрепляются упорные брусья, чтобы предупредить повреждение порога воротами.

Легкость маневров движения ворот зависит прежде всего от целесообразности устройства пяты и подпятника с одной стороны, верхней цапфы и гальсбанта с другой. Все эти части должны быть расположены так, чтобы оси вращения ворот не совпадали с осью вереяльного столба. В противном случае между столбом и опорным выступом стены шлюза происходило бы трение. Эксцентриситет принимается в 1-3 сантиметра. Примеры детального устройства пяты, подпятника, верхней цапфы и гальсбанта показаны для деревянных ворот на черт. 3, 4, 5 и 6 таблицы. При железных воротах общие черты устройства этих частей те же (см. черт. 7, 8, 9 и 10 таблицы). Пята и подпятник делаются из чугуна или железа. Они должны быть возможно правильно отточены. Верхняя цапфа должна иметь общую вертикальную ось с нижней и легко вращаться в гальсбанте. Кроме того, необходимо, чтобы ворота были по возможности уравновешены. Хотя ворота и теряют значительную часть своего веса в воде, но все же остаток веса действует эксцентрично на точки вращения и затрудняет движение. Чтобы поддерживать свободный край ворот во время движения употребляют ролики, прокладывая для них особый круговой рельс на дне шлюза. Недостаток его тот, что ролик встречает обыкновенно препятствие свободному движению в виде сложившихся на дне наносов. Гораздо действеннее средство, которым пользуются при устройстве больших железных ворот. Оно заключается в том, что ворота делают плавающими, покрывая металлический скелет непроницаемой обшивкой с обеих сторон. При деревянных воротах малых пролетов отличным уравнивателем служит большое коромысло, помещаемое сверху полотна. Выступающий над стеной шлюза свободный конец коромысла поддерживает полотно и служит удобным и простым средством для открывания и закрывания ворот. При воротах больших размеров такое коромысло уже не может быть устроено. Для открывания их служат разнообразные механизмы, более или менее сложные: рейки со шпилем (черт. 13 таблицы), зубчатые арки, зубчатые полосы и т. д., наконец, гидравлические двигатели. Расположение механизмов в последнем случае показано на чертежах 14 и 14а таблицы. В непосредственной связи с легкостью маневров ворот стоит устройство отверстий для наполнения камеры шлюза водой. В шлюзах небольших пролетов они устраиваются обыкновенно в воротах (см. черт. 15, 16 и 17 таблицы). В больших шлюзах для этого служат особые акведуки в стенах шлюза (см. это слово). Что же касается остальных требований, предъявляемых к В. Ш., надо заметить, что осуществление их является одной из крайне сложных задач практической механики и строительного искусства, которая не может быть рассмотрена на страницах Словаря. Интересующиеся могут найти нужные указания по этому вопросу в литературных ссылках.

Литература весьма обширна; кроме упомянутых в статье, назовем некоторые из новейших сочинений. Vernon-Harcourt, "A treatise on Rivers and Canals" (Оксфорд, 1882); L. Franzius und Ed. Sonne, "Handbuch der Ingenieur-Wissensschaften" (III Bd. Der Wasserbau, Берлин, 1884); L. Franzius, "Der Wasserbau. Handbuch der Baukunde" (Берлин, 1890); Guillemain, "Navigation intérieure" (Париж, 1885); о шлюзных воротах — "Engineering" (1879, июнь, стр. 486); то же, "Engineer" (1879, июнь, стр. 428); Colyer, "Hydraulic mashinery" (Pl. 15. Гидравлический аппарат для движения шлюзных В.); "Труды съезда инженеров вытегорского округа" ("Известия собрания инженеров путей сообщения"); Тимонов, "Морское строительное дело на парижской всемирной выставке и международном конгрессе по приморским сооружениям 1889 г." ("Журнал министерства путей сообщения", 1890 г. и отдельно, СПб., 1891); Нюберг, "Курс приморских сооружений" (СПб., 1891) и многое др.

В. Тимонов.