Кессонный шлюз - Caisson lock

Не путать с Кессон (шлюзовые ворота).

Работа кессонного шлюза
Современная гравюра замка на Комб-Хей

В кессонный шлюз это тип шлюз канала в котором узкая лодка помещается в герметичный водонепроницаемый ящик и поднимается или опускается между двумя разными уровнями воды в канале. Он был изобретен в конце 18 века как решение проблемы, вызванной чрезмерным спросом на воду, когда обычные шлюзы использовались для подъема и опускания лодок по каналам через большие перепады высот. Таких шлюзов, каждый из которых мог бы поднимать и опускать лодки только при небольшой разнице высот в несколько футов, было бы недостаточно, когда приходилось преодолевать большие перепады высот или когда не хватало воды. Кессон (или кессон) считался одним из решений, хотя выяснилось, что современные технологии не позволяли достичь такого типа строительства с экономической точки зрения.

Он был разработан в первую очередь для экономии воды, а также был попыткой минимизировать затраты на строительство по сравнению с другими инженерными решениями того времени. При использовании он был способен заменить до семи обычных замков.[1] Другими преимуществами конструкции были скорость спуска / подъема лодки и небольшая потеря воды при эксплуатации по сравнению с обычным шлюзовым замком.

История

Кессонный шлюз был впервые продемонстрирован на Oakengates на теперь потерянном участке Шропширский канал в 1792 году, где его изобретатель, Роберт Велдон (от? 1754 до d: 1810) построил модель в полумасштабе. Он утверждал, что его конструкция решит проблему водоснабжения в засушливые сезоны или на больших высотах, будет дешевле, чем строительство акведуков или туннелей, и будет работать быстрее, чем количество наземных шлюзов, которые может заменить его конструкция.[2] Он запатентовал свое изобретение под названием «Гидростатический кессонный шлюз». Полноразмерный ящик, или «ствол»,[2] вероятно сместил бы около 270тонны и весил около 170 тонн, включая воду в нем, так что для обеспечения нейтральная плавучесть. Коробка должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать давление воды в 50 футов (15 м), то есть манометрическое давление около 22 фунтов на квадратный дюйм (150 кПа) на дне камеры.[3]

Владельцы Kennet and Avon Canal Company проверил устройство Велдона. Угольное месторождение Сомерсет открывалось и должно было обслуживаться угольным каналом Сомерсета, впадающим в более широкую систему каналов посредством Кеннета и Эйвона, владельцы которых получили бы большую выгоду от развития. Тем не менее Somerset Coal Canal пострадали от серьезных проблем с водоснабжением в Combe Hay; Компания Kennet and Avon предложила в качестве решения нововведение Велдона. Было предложено три кессонных шлюза, каждый длиной 80 футов (24 м) и глубиной 60 футов (18 м), содержащих закрытый деревянный ящик, в который могла поместиться лодка. Этот ящик перемещался вверх и вниз в бассейне с водой глубиной 60 футов (18 м), который никогда не покидал шлюза.

Первый замок был построен в 1797 году под руководством Велдона. Устройство было продемонстрировано Принц-регент (потом Георг IV ), но было обнаружено, что у него были различные инженерные проблемы, возможно, вызванные программным Земля Фуллера пласт в районе.[4][5][6]

Метод работы

Система зависела от погруженной, герметичной коробки ("кессон ", от французского" большой сундук "[7]) сильно балластируется для достижения нейтрального плавучесть, поэтому при обычной работе было невозможно поднять его до уровня воды, чтобы позволить спускающейся лодке плавать. Вместо этого кирпичная кладка камера ("цистерна ") был построен со стенами выше уровня воды в верхнем фунт и сам был полностью заполнен водой, так что даже в верхнем положении ящик оставался ниже поверхности.[8] Вертикально скользящая внешняя дверь закрывала шлюзовую камеру от верхнего фунта и удерживала воду.

Механизм управлялся с верхнего уровня. Для спуска коробку сначала заводили в верхнее положение с помощью двойного зубчатая рейка механизм, затем плотно прижать к раме проема с помощью трещотка монтируется наверху стены. Затем была возведена внешняя дверь с другой зубчатой ​​рейкой. На этом этапе уровни воды в верхнем фунте и внутри ящика были бы примерно равными, но поскольку внутренняя дверь - дверь ящика - горизонтально открывалась наружу (как обычные ворота с одним замком), она не открывалась, если бы внешний уровень был в любой степени выше. Поэтому был предусмотрен небольшой уравнительный кран. Дверь была открыта, лодка была погружена в воду, двери закрылись, и храповик отпустил. Поскольку заходящая лодка перенесла бы свой вес воды обратно в фунт, общий вес ящика всегда был одинаковым, и не требовалось больших усилий, чтобы завести его вверх и вниз. Тем не менее, операторы могут выпустить в ящик немного воды, чтобы облегчить спуск. Водяное давление против открывающихся наружу дверей держал их плотно закрытыми и водонепроницаемыми.

В нижнем положении процесс был обратным. Здесь давление воды было достаточно сильным, чтобы плотно прижать коробку к выходному отверстию. Другая зубчатая рейка (снова управляемая сверху) подняла внешние ворота, уровни снова выровнялись, внутренняя дверь на ящике распахнулась, и лодка выплыла. Помимо неизбежных небольших утечек, в процессе не использовалось значительное количество воды.

Сравнение с лодочными подъемниками

Дальнейшая информация: Лодочный подъемник

Кессонный шлюз можно рассматривать как затопленную форму лодочный подъемник, с которым он был примерно одновременно. У каждого есть свои преимущества и недостатки для инженеров того времени.

Недостатками кессонного шлюза является необходимость обеспечения герметичного, затопленного и безопасного кессона, особенно если на борту остается экипаж или даже пассажиры.

Однако кессонный шлюз может быть запитан, а кессон поднят только за счет плавучести. Перекачивания балластной воды в кессон и из него достаточно, чтобы он поплыл вверх или вниз по шлюзовой камере. Вес балластной воды приблизительно равен весу поднимаемой баржи. Однако лодочный подъемник нуждается в механической подъемной системе. В большинстве вертикальных подъемных систем это также должно поднимать или опускать вес кессона и его содержание воды. Это значительно больше, чем просто баржа, и мощность для ее подъема предоставляется механически. На момент их создания паровая машина находилась в зачаточном состоянии. Паровые двигатели были разработаны как водяные насосы, но еще не для подачи механической энергии (см. вращающийся паровой двигатель ). Учитывая технические ограничения того времени, подъем закрытого кессона за счет плавучести был более практичным, чем управление лодочным подъемником.

Лифты для небольших лодок могли приводиться в движение за счет водоснабжения или перекачки между двумя уравновешенными машинами. Практические примеры из них были не больше, чем вертикальный фуникулер, используется для подъема небольших шахтных трамваев.

Размеры в заводском состоянии

  • высота: 20 метров (66 футов)
  • ширина: от 3 до 6 метров (от 9,8 до 19,7 футов)
  • длина: 27 метров (89 футов)
  • зубчатая рейка: 14 метров (46 футов)
  • вращение: примерно 7 минут

Тесты

  • № 1: февраль 1798 года: трещины
  • No 2: июнь 1798 года: успех
  • No 3: апрель 1799 года: успех
  • No 4: апрель 1799 года: успех
  • No 5: апрель 1799 года: успех, перевозка 60 пассажиров
  • No 6: май 1799 года: ящик застрял в выступающем камне

Отказ

Вышеупомянутое испытание в мае 1799 года произошло, когда группа инвесторов находилась на борту судна, и они чуть не задохнулись, прежде чем их удалось освободить. Работы по второму шлюзу были приостановлены (третий шлюз не был запущен) и в начале следующего года наклонная плоскость для перевозки лодочных грузов в колесных кадрах. В конце концов, был построен пролет из девятнадцати шлюзов на более длинной трассе вверх по склону, с Boulton & Watt Паровая насосная станция грузоподъемностью 5000 тонны воды за 12 часов, используется для рециркуляции воды.[9]

Прочие установки

В апреле 1815 г. Риджентс Канал Компания построен двойной кессонный замок (или «гидропневматический замок»[10]) на месте нынешнего Hampstead Road Lock, северный Лондон. Конструктор был военным инженером Уильям Конгрив. Мотивацией здесь были, в основном, проблемы с водоснабжением, но также и более быстрое прохождение судов, поскольку суда, идущие в противоположных направлениях, могли пройти через шлюз. Кессоны - всегда погруженные под воду, как в Комб-Хей - были без днища и располагались так, что их борта уходили в глубокие подводные каналы, образованные «второстепенными стенками» внутри основных стен. Вертикальное движение двух кессонов осуществлялось балансирной трубой («канал связи»), проходящей под полом шлюза между двумя кессонными камерами (но с небольшим подъемом, чтобы достичь уровня воды), что привело к увеличению уровня воды в одном кессоне («сжатая вода») вытесняет воздух по трубе, вызывая соответствующее снижение уровня воды в другом. Это увеличило плавучесть последнего кессона, которая, соответственно, увеличилась при затоплении первого. Соединительная подводная цепь, проходящая через ролики, хотя сама по себе не выполняла никакой работы, контролировала относительное положение. Лодки допускались через двойные ворота; внутренние на кессоне "подогнаны по размеру [sic ] к внешним ".[11] Патент Конгрева тогда предусматривал, что достижение «абсолютного равновесия» (нейтральная плавучесть ) а зубчатая рейка съемные грузы или небольшая лебедка могли преодолеть инерцию и сдвинуть кессоны. На практической демонстрации на Хэмпстед-роуд Конгрив позже решил развернуть воздушный компрессор выпускается в один кессон, оценивая, что один человек может достичь подъема и опускания за три минуты - компания разрешающий акт не разрешил установку стационарные паровые машины.[12] Однако было обнаружено, что самое быстрое общее время составило шесть минут, и что требуемые усилия сделали оператора «неспособным к дальнейшим усилиям». Кроме того, поскольку работа устройства зависела от давления воздуха внутри кессонов (независимо от того, использовались ли средства их перемещения путем изменения этого давления воздуха или иным образом), когда подрядчик Генри Модслей доставили их и обнаружили утечку воздуха, схема не сработала. В 1818 году после многих неудачных попыток ремонта компания заменила замки на обычные.[13][14]

Патент, выданный Джонатану Брауниллу, ножовщик из Шеффилда 1 мая 1828 года, в то время как в принципе работала под открытым небом балансирный замок, был описан как использующий три кессоны. Главный кессон был соединен канатами, проходящими через рифленые шкивы, с двумя меньшими уравновешивающими кессонами. Нововведение Браунилла заключалось в размещении клиньев («наклонных плоскостей») напротив верхнего и нижнего фиксированных отверстий так, чтобы по мере того, как главный кессон перемещался на место, приводимый в действие водой, добавляемой или выпускаемой из уравновешивающих кессонов, ролики, действующие на клинья, прижимали его к мягкая рамка вокруг проема. «Кондуктор» должен был управлять рычагом для освобождения роликов, когда вертикальные ворота закрываются для следующего подъема или спуска.[15]

Ни один коммерчески успешный пример так и не был построен.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Уровни на дне Роули». Сомерсетширское общество угольных каналов. Получено 6 сентября 2013.
  2. ^ а б Роберт Велдон, цитируется в Биллингсли, Джон (1795). "Гидростатик Роберта Уэлдона или кессон-шлюз". Общий вид сельского хозяйства графства Сомерсет (1798 изд.). Лондон: Чарльз Дилли. С. 316–318. OCLC  614002204.
  3. ^ "Кессонный шлюз Combe Hay". Королевское литературное и научное учреждение Бата. Получено 8 августа 2016.
  4. ^ "История Сомерсетширского угольного канала". Угольный канал Сомерсетира (Общество). Архивировано из оригинал 13 октября 2006 г.. Получено 8 октября 2006.
  5. ^ "Угольный канал Сомерсет". Королевское литературное и научное учреждение Бата. Получено 8 августа 2016.
  6. ^ "История кессонного шлюза на угольном канале Сомерсетира". Угольный канал Сомерсетшира (Общество). Архивировано из оригинал 11 октября 2006 г.. Получено 6 октября 2006.
  7. ^ Оксфордский словарь английского языка, второе издание 1989 г., Oxford University Press.
  8. ^ См. Диаграмму.
  9. ^ Рассел, Рональд (1971): Затерянные каналы Англии и Уэльса. Дэвид и Чарльз, Ньютон-Эббот, Англия. ISBN  0-7153-5417-5
  10. ^ Патент 3670, 23 марта 1813 г.
  11. ^ «Патент на способы устройства шлюзов и шлюзов для каналов и др.». Репертуар произведений искусства и сельского хозяйства. 23: 281–285. 23 марта 1813 г. OCLC  6994343.
  12. ^ Спенсер, Герберт (1961). Канал Лондона: история канала Риджент. Патнэм. п. 36. OCLC  3799561.
  13. ^ Фолкнер, Алан (2005): Канал Риджентс: скрытый водный путь Лондона. Waterways World Ltd. ISBN  9781870002592
  14. ^ Спенсер, 1961, стр. 44–45; 49
  15. ^ «Учет новых патентов». Репертуар патентных изобретений. 8: 466. 1 мая 1828 г. OCLC  7922094.
  • Клубок, Кеннет Р. (1977): Сомерсетширский угольный канал и железные дороги. Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот, Великобритания. ISBN  0-7153-4792-6.
  • Улеманн, Ханс-Иоахим (2002): «Канальные подъемники и уклоны мира», Интернат, Хоршам, Великобритания. ISBN  0-9543181-1-0.

внешняя ссылка