Игорь Вильнит
первый заместитель
генерального директора,
главный инженер
Сегментные батопорты кзс:
от идеи до воплощения
Проектная подготовка строительства КЗС изначально шла непросто — сказывались новизна и масштабы задачи. Наше бюро подключилось к этому процессу в конце 1980-х, когда коллектив возглавлял И. Д. Спасский. Будучи членом Ленгорисполкома и хорошо ориентируясь в проблемах Северной столицы, Игорь Дмитриевич с готовностью согласился помочь институтам, которые занимались созданием комплекса. На ЦКБ МТ «Рубин» была возложена разработка, имевшая отношение к судопропускному сооружению С-1, точнее, к его наиболее сложному элементу — сегментным батопортам затвора. Однако, несмотря на всю конкретность условия данной задачи, готовых алгоритмов для ее решения на тот момент не существовало.
Сами батопорты входят в состав плавучего затвора оригинальной конструкции, которая впервые в мировой практике была предложена именно для петербургской (тогда еще ленинградской) дамбы. Приступая к делу, специалисты «Рубина» получили от коллег из института «Ленморниипроект» достойно проработанный концептуальный проект с основными габаритами и подробными планами палуб. По замыслу автора этой идеи, талантливого инженера Вячеслава Яковлевича Кошкина, батопорты осуществляли основные функции затвора, создавая преграду нагонной волне, а также обеспечивая ему плавучесть вместе с возможностью погружения и всплытия.
При выполнении технорабочего проекта нам очень пригодился опыт, который был накоплен в области разработок военного кораблестроения. В частности, рабочие чертежи по корпусным конструкциям выпускались с учетом производственной специфики судостроительных предприятий. Корпуса батопортов, имеющие сложную форму шаровых сегментов, решено было делать на Балтийской и Выборгской верфях, причем секционно, с последующей транспортировкой и сборкой на объекте. К нужному сроку все части конструкций изготовили, вывезли на дамбу и складировали в районе форта Константин. Ожидая последующей сборки в доковых камерах судопропускного сооружения С-1, секции были защищены от коррозии только межоперационным грунтом — предполагалось, что только после монтажа их покроют стойкими лакокрасочными материалами.
Описываемые события имели место в начале девяностых, когда в стране происходили большие перемены. В постперестроечный период работы на защитных сооружениях были отложены на неопределенное время, а практически готовые секции батопортов стали непроизвольным «памятником техноарта». Пребывали они в такой незавидной роли вплоть до возобновления строительства дамбы, когда к академику Спасскому обратилось руководство Ленморниипроекта, попросив вернуться к проекту. На этом этапе к работе уже были привлечены иностранные эксперты, у которых имелся опыт создания похожего затвора в Нидерландах. Основываясь на собственной практике, наши зарубежные партнеры подготовили ряд рекомендаций по доработке сооружения. Кроме того, прибегнув к расчетным методам, которые за прошедшее десятилетие существенно усовершенствовались, удалось уточнить исходные требования к природным условиям при применении затвора. Одновременно появились новые предложения по модернизации проекта с целью обеспечения необходимого уровня безопасности и улучшения его технико-экономических характеристик. Вместе с тем, становилось очевидно, что по ряду вопросов придется выполнить дополнительные научные исследования. В силу названных причин с конца 2004 года и практически до начала строительства затвора были выполнены несколько взаимосвязанных этапов проектных проработок и многочисленные НИР, включая модельные испытания.
 |
Вновь за эту работу в ЦКБ МТ «Рубин» взялись с большим энтузиазмом, тем более что и наши возможности за этот срок заметно возросли: были освоены современные компьютерные программы и появились собственные разработки такого рода для выполнения различных расчетов. Используя качественно иные подходы к решению задач, проектировщики подвергли критической ревизии практически все системы батопорта. Так, в числе прочего, была принципиально изменена система балластировки. Отказавшись от береговой насосной станции, мы в конечном итоге выбрали схему, при которой погружные насосы располагаются двумя группами непосредственно на батопорте. Они подают балластную воду в объединяющий коллектор, откуда та поступает в специальные цистерны. Эти емкости будут заполнены, даже если из всех насосов функционирует только один. Наряду с этим, была доработана система слива. Новое решение позволяло освободить цистерны, когда сработает хотя бы один из клапанов сливных коллекторов.
Естественно, избежать замерзания воды в балластных цистернах и обледенения можно было только с помощью мощного отопительного оборудования. Возникал вопрос, как его сделать таким же по массе и уместить в ранее предусмотренных помещениях. Задача была решена за счет применения современных нагревательных панелей и кабелей, а также за счет оптимизации компоновки.
В связи с уточнением данных по ледовой обстановке в судоходном канале были изменены обводы носовой части батопортов. Необходимость установки там ледоломной наделки позволила обосновать комплекс теоретических исследований и физического моделирования масштабных моделей в ледовом бассейне Института Арктики и Антарктики. Эта конструкция существенно снижает нагрузки, которые в период наличия льда на акватории могут возникать при выводе батопортов в судоходный канал.
Самой сложной проблемой, с которой пришлось столкнуться, оказалось обеспечение гидродинамической стабилизации батопорта при подходе к порогу. Требовалось исключить интенсивную вертикальную раскачку, или автоколебания, приводящие к сильнейшим ударам сооружения о бетонный порог. В первом варианте проекта выводить батопорты в канал предполагалось в самом начале развития наводнения, когда перепад уровней между Невской губой и Финским заливом не превышает 0,4 м. Предложенная тогда конструкция, включая обводы подводной части, удовлетворяла этому условию. И все же выполненное расчетное моделирования развития наводнения показало, что закрытие затвора может происходить и при перепаде до 1,0 м. При такой разнице уровней исходные конструкции начинали интенсивно раскачиваться, а их вертикальная скорость по мере приближения к порогу резко увеличивалась — в подобных ситуациях «аварийная посадка» с повреждением батопорта становилась неизбежной. Не вызывало сомнений, что причина крылась в форме подводной части корпуса, которая не обеспечивала гидродинамическую стабильность сооружения при взаимодействии с потоками воды, возникавшими вследствие значительного перепада уровней. Со ссылками на опыт тех же голландцев, применивших совершенно иную конфигурацию, стали появляться мнения, что необходимо полностью переделывать и наши батопорты. Иначе говоря, примерно 5000 т уже изготовленных конструкций предстояло пустить на металлолом, выполнить новый проект затвора и в соответствии с ним заново изготовить корпуса.
Вот тут-то в очередной раз потребовался опыт, полученный при проектировании объектов оборонного значения. С намерением адаптировать к мирной задаче ряд прежних разработок наше бюро совместно с ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева приступило к соответствующим исследованиям. Предварительно идеи были опробованы на математических моделях, а проверялись и доводились до ума уже на физических, построенных в институтских лабораториях. Одна, более крупная, представляла собой фрагмент батопорта для исследования двухмерного обтекания в гидродинамическом лотке. Другая — объемная модель судопропускного сооружения С-1 в целом — послужила объектом изучения трехмерного обтекания и поведения всего затвора. В результате проделанной работы нашими коллективами был найден вариант доработки существующей конструкции батопорта путем добавления к исходной форме подводной части дополнительных элементов. Их установка была возможна даже после сборки секций корпуса в единый конструктив. Это решение, защищенное патентом, позволило значительно сократить проектные и строительные затраты, а также не задерживать ни монтаж, ни график сооружения затвора...
Полностью статью читайте в номере 1[45]-2010
К СОДЕРЖАНИЮ
