Проекты по ремонту шлюза

НЭКСТ ТЕХНОЛОДЖИС

г. Вологда: (8172) 50-04-97

Факс: (8202) 59-83-78

Северо-Двинская шлюзованная система: опыт реконструкции и автоматизации системы правления шлюзами

СЕВЕРО-ДВИНСКАЯ ШЛЮЗОВАННАЯ СИСТЕМА: ОПЫТ РЕКОНСТРУКЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ПРАВЛЕНИЯ ШЛЮЗАМИ

Аннотация. В статье представлены технологии реконструкции и автоматизации шлюза № 5 Северо-Двинской шлюзованной системы, который в 2017 г. отметил свое 100-летие. Показаны современные технические решения при реконструкции камеры, верхней и нижней головы шлюза. Детально показаны компоненты и возможности автоматизированной системы управления шлюзом, обоснованы выбор и преимущества электроцилиндра в качестве механизма привода верхних и нижних ворот.
Ключевые слова: Северо-Двинская шлюзованная система, автоматизация судоходного шлюза, технологии реконструкции судоходного шлюза.

Северо-Двинская шлюзованная система (далее — СДШС), известная в истории как система герцога Вюртембергского, является важной транспортной артерией Вологодской области, пересекая ее с запада на восток перпендикулярно основным железнодорожным и автомобильным магистралям. СДШС соединяет Волго-Балтийский водный путь шлюзованным каналом через Кубенское озеро и р. Сухону с р. Северной Двиной. Она была открыта в 1828 г., общая длина составляет 127 км. В составе СДШС четыре гидроузла, которые включают 26 гидротехнических сооружений, из них шесть шлюзов (рис. 1).

В 2014 г., после внесения изменений в ФЦП «Развитие транспортной системы России (2010–2020 годы)», в подпрограмму «Внутренний водный транспорт» включили реконструкцию шлюзов №№ 2, 5 — последних на СДШС, которые остались не отремонтированными. В 2016 г. началась реконструкция шлюза № 5, построенного в 1917 г. и расположенного в деривационном канале в 44,7 км от р. Шексны.

После закрытия навигации 2016 г. начались работы по реконструкции шлюза — были отсыпаны верховая и низовая земляные перемычки, демонтированы конструкции старого шлюза, причем у лицевых стен камеры и устоев голов был разобран только один лицевой ряж.Шлюз однокамерный, деревянный, ряжевой конструкции с промежуточной головой, оборудован плоскими металлическими ригельными рабочими двухстворчатыми воротами (рис. 2). Полезная длина камеры шлюза составляет 155,4 м (длина 164,34 м, ширина 12,83 м), напор на сооружение 2,21 м. Глубина на стенке падения при НПУ — 2,75 м. С течением времени и в процессе эксплуатации промежуточная голова была демонтирована, неоднократно проводились ремонты деревянных и металлических конструкций.

Для улучшения условий эксплуатации, повышения надежности и долговечности сооружения, а также реализации импортозамещения в проекте реконструкции шлюза была предусмотрена модификация конструкций стен всех элементов шлюза из шпунтового ряда повышенной жесткости. Лицевые стены верхней головы шлюза (рис. 3) выполнены из стального шпунта Л5-УМ, усиленного двутавром Б40Ш1. Длина шпунта — 10 м. По периметру устоев головы, между шпунтовой стенкой возведена железобетонная стена толщиной 1,2 м с консолью под механизмы рабочих двустворчатых ворот (РДВ). Лицевая часть стены заанкерена металлическими тягами Ø 50 мм за опорный ряд из отдельно стоящих ж/б плит 1500×1500×300 мм. Шаг анкерных тяг составляет 1,5 м. Поверху шпунтовые сваи объединены между собой металлическим оголовком с леерным ограждением. Стенка падения и днище — бетонные. В стенке падения установлены закладные для стоек ремонтного заграждения. В начале и окончании головы забиты противофильтрационные стенки из шпунта GU-8N длиной 4,5 м. Стены камеры шлюза (рис. 4) устроены в виде комбинированной стенки из стального шпунта Л5-УМ, усиленного двутавром Б40Ш1, так называемой рюмочно-шпунтовой сваи (РШС) и шпунта Л5-УМ. РШС длиной 12 м располагаются с шагом 1 м, шпунтовые сваи Л5-УМ длиной 7 м располагаются между РШС также с шагом 1 м. Поверху шпунтовые сваи объединены между собой металлическим оголовком с леерным ограждением. Отбойные устройства выполнены из сегмента ¼ трубы Ø 920×10, заполненного бетоном, и установлены с шагом 10 м. Днище камеры выполнено из камня фр. 70÷250, засыпанного между ребрами ж/б распорки, уложенной на подстилающий слой гранитного щебня фр. 20÷40.

Нижняя голова шлюза выполнена по типу верхней головы, но без стенки падения. В днище нижней головы также установлены закладные для стоек ремонтного заграждения. Палы — лицевая стенка устроена в виде комбинированной стенки из РШС длиной 10 м и шпунта Л5-УМ длиной 7 м. Лицевой ряд правой палы нижней головы заанкерен металлическими тягами Ø 20 за ж/б анкерные плиты. Поверху шпунтовые сваи объединены между собой металлическим оголовком с леерным ограждением. На конце пал устроены торцевые открылки длиной 5,5 м с углом поворота 90°. Палы имеют криволинейное очертание в плане. Обратная засыпка выполнена песчаным грунтом. Длина верхних пал: левой — 53 м, правой — 39 м. Длина нижних пал: левой — 38 м, правой — 38 м. Все металлические наружные поверхности очищены кварцевым песком и окрашены примплатиной.

Автоматизированную систему управления (АСУ) приводами ворот и клинкетов с технологическим видеонаблюдением выполнило ООО «Нэкст Технолоджис» (г. Череповец). Работы по автоматизации систем управления гидротехническими сооружениями на объектах СДШС были начаты еще в 2012 г., за прошедший период реализованы три проекта АСУ на шлюзах №№ 3, 5 и 6, в 2017 г. начаты работы на шлюзе № 4. Компания «Нэкст Технолоджис» выполнила весь комплекс работ: проектирование, производство, поставку, сборно-монтажные и пуско-наладочные работы. В результате на указанных шлюзах были установлены автоматизированные системы управления приводами ворот и приводами клинкет, системы технологического видеонаблюдения.

Аппаратно-программный комплекс (АПК) предназначен для автоматизированного управления воротами шлюза при процессе судопропуска через шлюз, включающий: контроль корректности выполнения операций по управлению рабочими механизмами ворот, регистрацию хода технологического процесса, диагностику неисправностей, контроль метео- и гидрологических параметров и формирование информации для составления отчета внештатных и аварийных ситуаций.

Целями установки АСУ являются:
• реализация автоматического режима работы шлюза;
• увеличение скорости судопропуска;
• повышение безопасности технологического процесса судопропуска;
• достижение аппаратной, информационной и программной совместимости системы управления технологическими процессами шлюзования с устройствами управления электросиловым оборудованием;
• замена старых контакторных схем на автоматизированную микропроцессорную систему управления;
• установка современных цифровых датчиков;
• увеличение надежности системы управления за счет использования резервированных схем, создания расширенной диагностической подсистемы и блочно-модульного построения АСУ;
• увеличение срока службы механизмов (гидравлики, механических частей привода, уплотнений, затворов и ворот) за счет обеспечения плавности и защищенности работы привода и автоматизированной диагностики состояния механизмов;
• сведение к минимуму влияния «человеческого фактора»;
• подготовка базы для внедрения систем удаленного мониторинга состояния шлюза с центральной диспетчерской бассейнового управления;
• улучшение условий труда оперативного персонала;
• снижение затрат на потребляемые ресурсы;
• обеспечение функций защиты оборудования шлюза за счет блокировочных функций в предаварийных ситуациях.

1. АСУ имеет иерархическую функциональную структуру:
Уровень датчиков, измерительных приборов и исполнительных устройств, обеспечивающих:
• формирование достоверной информации о состоянии технологических параметров судопропуска и состоянии внутренних элементов АСУ;
• выдачу информации об исправности датчиков и измерительных средств в ПВС второго уровня;
• коммутацию силового напряжения, коммутацию и преобразование параметров силового напряжения;
• выдачу информации об исправности, готовности и состоянии электроприводов электродвигателей, контакторов и пускателей в ПВС второго уровня.

2. Уровень программно-вычислительных средств (ПВС), который обеспечивает:
• прием сигналов от датчиков и измерительных приборов;
• выполнение программы управления исполнительными механизмами шлюза;
• контроль и анализ блокировок технологической безопасности;
• прием управляющих команд от ПВС третьего уровня;
• выдачу управляющих команд на исполнительные устройства первого уровня;
• организацию работы местных пультов управления.

3. Пульт управления АСУ центральной диспетчерской службы (ПУ ЦДС, рис. 5). На шлюзах СДШС выполнен в виде одного рабочего места. Средствами отображения и управления являются жидкокристаллические сенсорные панели с диагональю не менее 10’. Пульт управления выполняет
следующие функции:
• прием команд от оператора;
• визуализация хода технологического процесса судопропуска, технологического состояния шлюза, работы исполнительных механизмов;
• визуализация заданных режимов работы АСУ, обобщенного состояния исправности и готовности аппаратуры АСУ;
• индикация состояния и параметров работы исполнительных механизмов, предупредительных и аварийных сообщений;
• индикация показаний датчиков и измерительных средств, непосредственно не связанных с работой исполнительных механизмов шлюза.

На постах верхней и нижней головы установлено соответствующее локальное оборудование — уровень ПВС. Управление судопропуском также можно вести и отсюда. Установлены локальная сенсорная панель, органы ручного управления, светосигнальная арматура.

На всех приводах (клинкеты, створки) в составе шкафов управления используются преобразователи частоты, что позволяет не только регулировать скорость закрытия/открытия, но и обеспечить плавный пуск/останов, продлить срок службы механизмов, исключить броски напряжения в сети. Дополнительно отслеживается ток потребления исполнительным механизмом, и своевременно обнаруживаются аварии по перегрузкам (например, попадание бревна под створку или в клинкет).

Самой сложной в автоматических системах является задача управления синхронным перемещением створок шлюза. Если при открытии створок точность синхронного перемещения не важна, то на момент их закрытия необходимо четко контролировать и управлять этим процессом, иначе створки может заклинить. Открытие и закрытие ворот может осуществляться с разной скоростью. Возможность изменения скорости вращения в широком диапазоне за счет частотного управления электроприводами позволяет регулировать скорость перемещения ворот в целом, а также регулировать перекос. На момент начала процесса закрытия скорость плавно нарастает до максимального значения. При приближении створок скорость медленно начинает снижаться и на момент смыкания створок составляет не более 0,2 м в минуту.

Начиная с реконструкции шлюза № 6 в 2015 г., на приводы клинкет устанавливаются однооборотные механизмы (МЭО). В сочетании с частотным приводом это позволило добиться более полной информации о положении створки клинкета, а также снизить риски поломки привода при заклинивании створки клинкета путем отслеживания значений токов перегрузки. В дальнейшем, уже при реконструкции шлюза № 5, в конструкцию МЭО была включена дополнительная механическая блокировка по усилию на валу для исключения поломок привода при попадании посторонних предметов в створку клинкета.

На шлюзе № 5 впервые были использованы электромеханические цилиндры для управления створками (рис. 7). Компания-подрядчик на АСУ — единственная организация в РФ и СНГ, которая имеет опыт автоматизации судоходного шлюза с применением специализированных электромеханических цилиндров. Одни из достоинств данного оборудования — большой запас прочности и возможность точно отслеживать положение створки, что обеспечивает встроенный датчик положения штока. Механизм привода верхних и нижних ворот шлюза — электроцилиндр ЕМLA-100-2300. Рассчитан на усилие 10 т, датчик ограничения усилия, расположенный внутри электроцилиндра, отрегулирован на усилие 3 т, также внутри имеются датчики концевых выключателей. Точность выдвижения штока 0,1 мм. Также предусмотрен ручной привод открытия ворот.

При установке электромеханических цилиндров необходимо учесть такие важные моменты, как: места присоединения рабочего штока к створке; длина рабочего хода должна быть сопоставима с длиной створки.

Работы по монтажу электромеханических цилиндров на шлюзе № 5, подключение к системе и точная настройка работы приводов были выполнены за 7 календарных дней!

5 мая 2017 г. с открытием навигации шлюз начал пропуск судов в автоматизированном режиме (рис. 8).

Источник

Проекты по ремонту шлюза

от 7 мая 2009 года N АД-79-р

Об утверждении рабочего проекта «Капитальный ремонт аварийно-ремонтных ворот шлюза N 5»

Утвердить представленный федеральным государственным учреждением «Беломорско-Онежское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства» рабочий проект «Капитальный ремонт аварийно-ремонтных ворот шлюза N 5», разработанный СПКТБ «Ленгидросталь» — филиал ОАО «Трест-Гидромонтаж», рассмотренный ФГУ «Главгосэкспертиза России» (заключение от 20.03.2009 N 150-09/ГГЭ-5945/07), со следующими основными технико-экономическими показателями:

Ворота сегментные с опорно-ходовыми и закладными частями

Сметная стоимость в базисном уровне цен 2001 года (без учета НДС)

Сметная стоимость в текущем уровне цен IV квартала 2008 года (с учетом НДС)

Федеральное агентство по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ»

УТВЕРЖДАЮ
Заместитель начальника
В.В.Ливитина
20 марта 2009 года

ПОЛОЖИТЕЛЬНОЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ N 150-09/ГГЭ-5945/07

(N в Реестре 00-1-3-1116-09)

Объект капитального строительства

Аварийно-ремонтные ворота шлюза N 5 (Республика Карелия, Медвежьегорский район)

Объект государственной экспертизы

рабочий проект «Капитальный ремонт аварийно-ремонтных ворот шлюза N 5» Повенецкого РГС — филиала ФГУ «Беломорканал»

Проектная документация, включая смету

1. Общие положения

1.1. Основания для проведения государственной экспертизы

Заявление федерального государственного учреждения «Беломорско-Онежское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства» (ФГУ «Беломорканал») о проведении государственной экспертизы рабочего проекта «Капитальный ремонт аварийно-ремонтных ворот шлюза N 5» Повенецкого РГС — филиала ФГУ «Беломорканал» N 10/2050 от 27.11.2008.

Договор N 0836 Д — 08/ГГЭ-5945/07 от 02.12.2008 на проведение экспертных работ по документации: рабочий проект «Капитальный ремонт аварийно-ремонтных ворот шлюза N 5» Повенецкого РГС — филиала ФГУ «Беломорканал».

Техническое задание на разработку рабочего проекта «Капитальный ремонт аварийно-ремонтных ворот шлюза N 5» Повенецкого РГС — филиала ФГУ «Беломорканал», утвержденное заместителем руководителя ФГУ «Беломорканал» 17.03.2008.

Акт преддекларационного обследования гидроузла N 5 ФГУ «Беломорканал» от 01.09.2006.

1.2. Сведения об объекте капитального строительства

Наименование объекта: Аварийно-ремонтные ворота шлюза N 5 Повенецкого РГС — филиала ФГУ «Беломорканал».

Почтовый адрес: Республика Карелия, Медвежьегорский район, шлюз N 5 ФГУ «Беломорканал».

1.3. Источники финансирования

Федеральный бюджет (Федеральная целевая программа «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)», подпрограмма «Внутренние водные пути»).

1.4. Основные технико-экономические характеристики объекта капитального строительства с учетом его вида, функционального назначения и характерных особенностей

Шлюз N 5 находится в составе напорного фронта гидроузла N. 5 и расположен на правом берегу р.Повенчанки, на крутом склоне Боровецкой террасы, на расстоянии 4,04 км от Онежского озера. Состав гидроузла: шлюз N 5, верхний подходной канал N 156, дамбы N 46, 47, водовыпуск N 131. С восточной стороны к шлюзу примыкает дамба N 46, с западной стороны — коренной берег Боровецкого плеса. Дата ввода в постоянную эксплуатацию — 1933 год. Все гидротехнические сооружения находятся в федеральной собственности. Класс гидротехнических сооружений — II. Основным назначением гидроузла N 5 является обеспечение бесперебойного пропуска судов через шлюз N 5 Беломорско-Балтийского канала.

Шлюз железобетонный, двухкамерный, однониточный с головной системой наполнения и опорожнения, камеры докового типа. Общая длина шлюза между наружными гранями устоев — 322,6 м. Длина верхней камеры — 132,7 м. Длина нижней камеры — 130,90 м. Ширина — 13,7 м. Глубина на пороге при НПУ- 4,00 м. Напор воды при НПУ — 11,00 м.

Шлюз имеет головные системы питания. Верхняя голова — железобетонная, водопроводные галереи устроены в бетоне с выходом через стенку падения. Флютбет, король (порог), передняя стенка над входом в улитки, перекрытие улиток, бычки — армированы. На устоях размещаются здания механизмов ворот и затворов. Основные ворота судоходного отверстия плоские двустворчатые ригельной конструкции, металлические. Ворота состоят из двух створок. Высота ворот — 5,10 м, ширина каждой створки — 8,78 м, масса подвижной части — 47,03 т.

Палы верхней головы железобетонные, сквозной конструкции с отдельно стоящими бычками. Между первыми бычками верхних пал и устоями верхней головы установлены аварийно-ремонтные ворота.

Аварийно-ремонтные ворота сегментного типа служат для перекрытия пролета при возникновении аварийной ситуации в шлюзе или при необходимости осушения камеры.

Верхняя и нижняя камеры — железобетонные, докового типа с неразрезным днищем и вутами. Каждая камера состоит из 6 секций, разделенных температурно-осадочными швами. Швы перекрыты противофильтрационными шпонками. Секции 2-5 имеют ниши плавучих рымов.

Средняя (промежуточная) голова — железобетонная, водопроводные галереи устроены в бетоне с выходом через стенку падения. От верхней и нижней камер голова отделена температурно-осадочными швами. На устоях расположены здания механизмов ворот и затворов.

1.5. Сведения о лицах, осуществивших подготовку проектной документации

Открытое акционерное общество «Трест Гидромонтаж» (ОАО «Трест Гидромонтаж») (лицензия ГС 1-77-01-26-0-7734047608-014187-1) в лице филиала Специального проектно-конструкторского и технического бюро «Ленгидросталь» (СПКТБ «Ленгидросталь»).

Юридический адрес: Карамышевская наб., дом 37, г.Москва, 123423.

Почтовый адрес: Загородный пр., дом 46 «А», г.Санкт-Петербург, 191119.

Общество с ограниченной ответственностью «Научно-инновационный центр» (ООО «НИЦ») (лицензия ГС 1-99-02-26-0-7704623269-053831-1).

Юридический адрес: Тетеринский пер., дом 16, г.Москва, 109004.

Почтовый адрес: Тетеринский пер., дом 16, г.Москва, 109004.

1.6. Сведения о заявителе, заказчике (застройщике)

Юридический адрес: ул.Дзержинского, д.26, г.Медвежьегорск, Республика Карелия, 186350.

Почтовый адрес: ул.Дзержинского, д.26, г.Медвежьегорск, Республика Карелия, 186350.

Юридический адрес: ул.Дзержинского, д.26, г.Медвежьегорск, Республика Карелия, 186350.

Почтовый адрес: ул.Дзержинского, д.26, г.Медвежьегорск, Республика Карелия, 186350.

Федеральное государственное учреждение «Беломорско-Онежское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства» (ФГУ «Беломорканал»).

Юридический адрес: ул.Дзержинского, д.26, г.Медвежьегорск, Республика Карелия, 186350.

Почтовый адрес: ул.Дзержинского, д.26, г.Медвежьегорск, Республика Карелия, 186350.

1.7. Состав проектной документации (с указанием объема (перечень томов), шифра, номера документации)

868ИД 1113023 ПЗ

Пояснительная записка на 37 листах

868ИДА 1113044 ПЗ

Проект организации строительства по капитальному ремонту аварийно-ремонтных ворот. Пояснительная записка на 15 листах

868ИД 1113023 ВО

Чертежи общего вида на 4 листах

868ИДА 1113044 ВО

Чертежи общего вида на 1 листе

868ИДА 4218252 ВО

Демонтаж аварийно-ремонтных ворот. Чертеж общего вида на 1 листе

868ИДА 4218253 ВО

Демонтаж и монтаж закладных частей аварийно-ремонтных ворот. Чертеж общего вида на 1 листе

868ИДА 4218254 ВО

Монтаж аварийно-ремонтных ворот. Чертеж общего вида на 1 листе

868ИДА 4218255 ВО

Обустройка створки ворот. Чертеж общего вида на 1 листе

Сводный сметный расчет стоимости N 72 документации капитального ремонта аварийно-ремонтных ворот шлюза N 5 Повенецкого РГС — филиала ФГУ «Беломорканал»

Локальная смета N 02-01-01-4802 на капитальный ремонт аварийно-ремонтных ворот шлюза N 5 Повенецкого РГС — филиала ФГУ «Беломорканал»

Локальный сметный расчет N 09-01-03-4803 пн на пусконаладочные работы ремонтируемого оборудования

Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны. Мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций

Отчет о научно-исследовательской работе «Проведение исследований фактической несущей способности металлоконструкций рабочих двустворчатых ворот (РДВ) нижних голов шлюзов N 1, 6, 8, 9, 12, 14-18, средних голов шлюзов N 5, 6, 7, 8, 12 ФГУ «Беломорканал», имеющих сверхнормативный износ, и динамики их старения, определение сроков их безопасной эксплуатации и разработка рекомендаций по очередной их замене»

Выписка из пояснительной записки. Раздел 5 «Влияние капитального ремонта на окружающую среду»

Регистрационный номер N ДБ-29-07

Декларация безопасности гидроузла N 5 в составе шлюза N 5, дамбы N 47, водовыпуска N 131 ФГУ «Беломорканал» от 20.09.2007

Состав дополнительно представленных материалов

Капитальный ремонт ферм верхнего ремонтного заграждения шлюза N 7. Проект организации строительства. Пояснительная записка

Сводный сметный расчет стоимости N 72.2 капитального ремонта аварийно-ремонтных ворот шлюза N 5 Повенецкого РГС — филиала ФГУ «Беломорканал»

Источник