Кессонный шлюз — это тип канального шлюза , в котором узкая лодка погружается 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, возникающей из-за чрезмерного спроса на воду, когда обычные шлюзы использовались для подъема и опускания лодок по каналу при больших перепадах высот. Таких шлюзов, каждый из которых мог поднимать и опускать лодки только при небольших перепадах высот в несколько футов, было недостаточно, когда приходилось преодолевать большие перепады высот или когда не хватало воды. Считалось, что кессон (или кессон) является одним из решений, хотя выяснилось, что технологии того времени не позволяли экономически обеспечить этот тип конструкции.
Он был задуман прежде всего как мера по 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 лишь небольшая потеря воды при работе по сравнению с обычным шлюзом для лодки.
Кессонный шлюз был впервые продемонстрирован в Окенгейтсе на ныне утраченном участке Шропширского канала в 1792 году, где его изобретатель Роберт Уэлдон (р:?1754, ум.:1810) построил модель в половинном масштабе. Он утверждал, что его конструкция решит проблему водоснабжения в засушливые сезоны или на больших высотах, будет дешевле, чем строительство акведуков или туннелей, и будет быстрее в эксплуатации, чем количество наземных шлюзов, которые могла бы заменить его конструкция. [2] Он запатентовал свое изобретение как «Гидростатический кессонный замок». Полноразмерный ящик, или «хобот», [2], вероятно, имел водоизмещение около 270 тонн и весил около 170 тонн, включая воду в нем, поэтому для придания нейтральной плавучести потребовалось бы около 100 тонн балласта . Коробка должна была быть достаточно прочной, чтобы выдержать давление воды на глубине 50 футов (15 м), т. е. избыточное давление около 22 фунтов на квадратный дюйм (150 кПа) на дне камеры. [3]
Первый шлюз был построен в 1797 году под руководством Уэлдона. Устройство было продемонстрировано принцу-регенту (позже Георгу IV ), но было обнаружено, что оно страдает от различных инженерных проблем, возможно, вызванных слоем мягких фуллеровых земных пород в этом районе. [4] [5] [6]
Система зависела от погруженного в воду герметичного ящика (« кессон », от французского «большой ящик» [7] ), который имел тяжелую балластировку для достижения нейтральной плавучести , поэтому при обычной эксплуатации никогда не было возможности поднять его на уровень воды, чтобы позволить спускающейся лодке всплывать. Вместо этого была построена каменная камера (« цистерна ») со стенками выше уровня воды в верхнем фунте и сама полностью заполненная водой, так что даже в верхнем положении ящик оставался ниже уровня воды. поверхность. [8]
Описанное выше испытание в мае 1799 года произошло, когда группа инвесторов находилась на борту судна и чуть не задохнулась, прежде чем их удалось освободить. Работы по второму шлюзу были приостановлены (третий шлюз не был начат), и в начале следующего года вместо него был построен наклонный самолет для перевозки лодочных грузов в колесных кадках. В конце концов, был построен пролет из девятнадцати шлюзов на более длинной трассе вверх по склону с паровой насосной станцией Boulton & Watt , способной поднимать 5000 тонн воды за 12 часов, которая использовалась для рециркуляции воды. [9]
В апреле 1815 года компания Риджентс-Канал построила двойной кессонный шлюз (или «гидропневматический шлюз» [10] ) на месте современного шлюза Хэмпстед-Роуд на севере Лондона. Конструктором был военный инженер Уильям Конгрив . Здесь мотивацией были, главным образом, проблемы с водоснабжением, а также обеспечение более быстрого прохода судов, поскольку суда, идущие в противоположных направлениях, могли пройти через шлюз. Кессоны, всегда погруженные в воду, как в Комб-Хей , не имели дна и были устроены так, что их стенки опускались в глубокие подводные каналы, образованные «второстепенными стенками» внутри главных стен. Вертикальное перемещение двух кессонов осуществлялось с помощью уравнительной трубы («канала сообщения»), проходящей под полом шлюза между двумя камерами кессона (но с небольшим подъемом, чтобы достичь уровня воды), что вызывало увеличение Уровень воды в одном кессоне («вода сжатия») вытеснял воздух через трубу, вызывая соответствующее снижение уровня воды в другом. Это увеличило плавучесть последнего кессона, которая соответственно выросла по мере затопления первого. Соединительная подводная цепь, проходящая через ролики, сама по себе никакой работы не совершая, контролировала относительные положения. Лодки допускались через двойные ворота; внутренние на кессоне «отрегулированы так, чтобы подходить [ sic ] к внешним». [11] Патент Конгрива тогда предусматривал, что при достижении «абсолютного равновесия» ( нейтральной плавучести ) реечная передача , съемные грузы или небольшая лебедка могут преодолеть инерцию и переместить кессоны. В ходе практической демонстрации на Хэмпстед-роуд Конгрив позже решил использовать воздушный компрессор , выпускаемый в один кессон, прикинув, что один человек может поднять и опустить за три минуты - разрешение компании не разрешало установку стационарных паровых двигателей . [12] Однако было обнаружено, что самое быстрое общее время составило шесть минут, и что требуемое усилие сделало оператора «неспособным к дальнейшим нагрузкам». Более того, поскольку работа устройства зависела от давления воздуха внутри кессонов (независимо от того, был ли способ их перемещения путем изменения этого давления воздуха или иным образом), когда подрядчик Генри Модслей доставил их и обнаружилось, что в них протекает воздух, схема провалилась. В 1818 году, после множества неудачных попыток ремонта, компания заменила обычные замки. [13] [14]
Патент, выданный Джонатану Брауниллу, ножовщику из Шеффилда, 1 мая 1828 года, хотя в принципе работал как балансировочный замок под открытым небом , был описан как использующий три кессона . Главный кессон был соединен канатами, пропущенными через шкивы с желобками, к двум меньшим кессонам-уравновешивающим устройствам. Нововведение Браунилла заключалось в размещении клиньев («наклонных плоскостей») напротив верхнего и нижнего фиксированных отверстий так, чтобы, когда основной кессон перемещался на место под действием добавления или высвобождения воды из уравновешивающих кессонов, ролики, действующие против клиньев, прижимали его к мягкая рама вокруг проема. «Дирижер» должен был управлять рычагом, позволяющим освобождать ролики, когда вертикальные ворота закрывались для следующего подъема или спуска. [15]
