Шлюзы Панамского канала ( исп . Esclusas del Canal de Panamá ) — это система шлюзов , которая поднимает суда на 85 футов (26 метров) до главной возвышенности Панамского канала и снова опускает их. Первоначальный канал имел в общей сложности шесть ступеней (три вверх, три вниз) для прохода судов. Общая длина шлюзовых сооружений, включая подходные стенки, составляет более 1,9 мили (3 км). Шлюзы были одним из величайших инженерных сооружений, когда-либо созданных, когда они открылись в 1914 году. Никакое другое бетонное сооружение сопоставимого размера не было создано до плотины Гувера в 1930-х годах.
Существует две независимые транзитные полосы, поскольку каждый шлюз построен дважды. Размер первоначальных шлюзов ограничивает максимальный размер судов, которые могут проходить через канал; этот размер известен как Panamax . Строительство проекта расширения Панамского канала , которое включало третий набор шлюзов, началось в сентябре 2007 года, было завершено к маю 2016 года [1] и коммерческая эксплуатация началась 26 июня 2016 года. Новые шлюзы позволяют пропускать более крупные суда New Panamax , которые имеют большую грузоподъемность, чем предыдущие шлюзы могли обрабатывать. [2]
Всего имеется двенадцать шлюзов (шесть пар). Двухступенчатый пролет в Мирафлоресе и одинарная пара в Педро Мигель поднимают суда из Тихого океана до озера Гатун ; затем тройной пролет в Гатун опускает их на атлантическую сторону. Все три набора шлюзов парные; то есть на каждом из трех шлюзовых участков есть два параллельных пролета шлюзов. Это, в принципе, позволяет судам проходить в противоположных направлениях одновременно; однако большие суда не могут безопасно пересекать на скорости в проливе Кулебра , поэтому на практике суда проходят в одном направлении некоторое время, затем в другом, используя обе «полосы» шлюзов в одном направлении за раз. При такой схеме использования парные шлюзы обеспечивают избыточность во время технического обслуживания или в случае механических проблем. [3]
Ширина шлюзовых камер составляет 110 футов (33,53 м), длина — 1050 футов (320 м), а полезная длина — 1000 футов (305 м). [4] Эти размеры определяют максимальный размер судов, которые могут использовать канал; этот размер известен как Panamax. Общая подъемная сила (величина, на которую судно поднимается или опускается) в трех ступенях шлюзов Гатун составляет 85 футов (25,9 м); подъемная сила двухступенчатых шлюзов Мирафлорес составляет 54 фута (16 м). Одноступенчатые шлюзы Педро Мигель имеют подъемную силу 31 фут (9,4 м). Подъемная сила в Мирафлорес на самом деле варьируется из-за экстремальных приливов на тихоокеанской стороне, от 43 футов (13 м) при экстремальном приливе до 64,5 футов (20 м) при экстремальном отливе; приливные различия на атлантической стороне очень малы. [5] : 195 и далее
Камеры шлюзов представляют собой массивные бетонные конструкции. Боковые стены имеют толщину от 45 до 55 футов (от 14 до 17 м) у основания; к вершине, где требуется меньшая прочность, они сужаются ступенями до 8 футов (2,4 м). Центральная стена между камерами имеет толщину 60 футов (18 м) и вмещает три галереи, которые проходят по всей ее длине. Самая нижняя из них — дренажный туннель; над ним находится галерея для электрических кабелей; а к вершине — проход, который позволяет операторам получить доступ к оборудованию шлюза. [6]
Для заполнения каждой шлюзовой камеры из опущенного в поднятое положение требуется 26 700 000 галлонов США (101 000 м 3 ) воды; такое же количество воды необходимо слить из камеры, чтобы снова ее опустить. [7] В боковые и центральные стены встроены три большие водопропускные трубы , которые используются для подачи воды из озера в камеры, чтобы поднять их, и из каждой камеры вниз в следующую или в море, чтобы опустить их. Эти водопропускные трубы начинаются с диаметра 22 фута (6,71 м) и уменьшаются до 18 футов (5,49 м) в диаметре, достаточно большого, чтобы вместить поезд. Поперечные водопропускные трубы ответвляются от этих основных водопропускных труб, проходя под шлюзовыми камерами к отверстиям в полу. В каждой камере имеется четырнадцать поперечных водопропускных труб, каждая с пятью отверстиями; семь поперечных водопропускных труб от основных водопропускных труб боковой стенки чередуются с семью от водопропускной трубы центральной стенки. [8]
Вода перемещается под действием силы тяжести и контролируется огромными клапанами в водопропускных трубах. Каждая поперечная водопропускная труба контролируется независимо. [8] Шлюзовая камера может быть заполнена всего за десять минут. [9]
Ворота, разделяющие камеры в каждом пролете шлюзов, должны сдерживать значительный вес воды и должны быть как надежными, так и достаточно прочными, чтобы выдерживать аварии, поскольку отказ ворот может спровоцировать поток воды вниз по течению. Эти ворота имеют высоту от 47 до 82 футов (от 14,33 до 24,99 м) в зависимости от положения и толщину 7 футов (2,13 м). Самые высокие ворота находятся в Мирафлоресе из-за большого приливного диапазона там. Самые тяжелые створки весят 662 т (730 коротких тонн; 652 длинных тонны); сами петли весят 16,7 т (36 817 фунтов). Каждые ворота имеют две створки шириной 65 футов (19,81 м), которые близки к форме буквы «V» с точкой вверх по течению. Такое расположение имеет эффект, что сила воды с более высокой стороны крепко прижимает концы ворот друг к другу. Затворы могут быть открыты только тогда, когда в рабочем цикле уровень воды с обеих сторон будет одинаковым. [8]
Первоначальный механизм ворот состоял из огромного приводного колеса, приводимого в действие электродвигателем, к которому был прикреплен шатун, который в свою очередь крепился к середине ворот. [8] Ворота полые и плавучие, как корпус корабля, и настолько хорошо сбалансированы, что двух двигателей мощностью 19 кВт (25 л. с.) достаточно для перемещения каждой створки ворот. Если один двигатель выходит из строя, другой все еще может управлять воротами на пониженной скорости. [9]
Все камеры, кроме одной, содержат пару вспомогательных ворот, которые могут быть использованы для разделения камеры на две части. Такая конструкция позволяет пропускать более мелкие суда длиной менее 600 футов (183 м), такие как канальные буксиры, без использования полного количества воды. [6] Вспомогательные ворота были изначально включены, потому что подавляющее большинство всех судов начала 1900-х годов были длиной менее 600 футов (183 м) и, следовательно, не нуждались во всей длине шлюзовой камеры. [10]
С самого начала считалось важным фактором безопасности, чтобы суда направлялись через шлюзовые камеры электровозами, известными как мулы ( мулы , названные в честь животных, традиционно используемых для пересечения Панамского перешейка), работающими на стенках шлюза. Эти мулы используются для бокового управления и торможения в шлюзах, которые узкие по сравнению с современными судами. Движение вперед в шлюзы и через них фактически обеспечивается двигателями судна, а не мулами. Приближающееся к шлюзам судно сначала подтягивается к направляющей стенке, которая является продолжением центральной стенки шлюзов, где оно берется под контроль мулами на стенке, прежде чем войти в шлюз. По мере продвижения вперед дополнительные канаты берутся на мулов на другой стенке. На больших судах по два мула с каждой стороны на носу и по два с каждой стороны на корме — всего восемь, что позволяет точно управлять судном. [8] Мулы не используются на новых расширительных шлюзах. [11]
Сами мулы ходят по парным 5-футовым ( 1524 мм ) широким железнодорожным путям. Путь, ближайший к каналу, используется для буксировки и имеет зубчатые пути для работы с редуктором . Путь, находящийся внутри страны, используется для возврата мулов в исходную точку и не имеет зубчатых путей, за исключением крутых склонов между шлюзовыми камерами. [10] : 23 Тяга осуществляется с помощью электроэнергии, [12] подаваемой через третий рельс, проложенный ниже уровня поверхности со стороны суши. [13] Каждый мул имеет мощную лебедку ; они используются для подачи или разматывания тросов, чтобы удерживать судно по центру шлюза при перемещении из камеры в камеру. [10] : 23
Выход из строя шлюзовых ворот, например, из-за того, что неуправляемое судно врезается в ворота, может вызвать наводнение на землях ниже по течению от шлюзов, поскольку озеро над шлюзами ( озеро Гатун или озеро Мирафлорес ) стекает через систему шлюзов. Дополнительная мера предосторожности против этого обеспечивается за счет удвоения ворот на обоих концах верхней камеры в каждом пролете шлюзов; следовательно, в каждом пролете шлюзов всегда есть по крайней мере два ворот, которые должны выйти из строя, чтобы пропустить более высокий уровень воды вниз по течению. Дополнительные ворота находятся на расстоянии 70 футов (21 м) от действующих ворот. [8]
Первоначально шлюзы также имели цепные заграждения, которые были натянуты через шлюзовые камеры, чтобы предотвратить потерю управления судном и таран ворот, и которые были опущены в пол шлюза, чтобы позволить судну пройти. Эти цепи отбойников имели сложные тормозные механизмы, позволяющие безопасно останавливать судно водоизмещением до 10 000 тонн. [8] Однако, учитывая точное управление судами, которое стало возможным благодаря мулам, было очень маловероятно, что эти цепи когда-либо понадобятся. Поскольку многие современные пользователи канала весят более 60 000 тонн, и учитывая расходы на их содержание, число цепей отбойников было сокращено в 1976 году и окончательно удалено в 1980 году. [6]
Помимо этого, первоначальная конструкция шлюзов имела еще одну функцию безопасности — аварийные плотины , которые можно было перекинуть через шлюзы в верхнем конце каждого пролета. Они состояли из качающихся мостов, с которых балки опускались на пол шлюза; затем по этим балкам можно было спустить стальные ставни, чтобы перекрыть поток воды. [8] Никогда не использовавшиеся, они были демонтированы в 1950-х годах. [6]
В конце 1930-х годов оригинальные плотины были заменены новыми плотинами, которые были подняты из пазов в нижней части шлюзовых камер, либо гидравлически, либо сжатым воздухом. Новые плотины были сняты с эксплуатации в конце 1980-х годов, и сегодня аварийных плотин нет. [ необходима цитата ]
Поскольку все шлюзовое оборудование работает от электричества, процессом блокировки судна вверх или вниз можно управлять из центральной диспетчерской, которая расположена на центральной стене верхнего пролета шлюзов. Элементы управления были разработаны с самого начала, чтобы свести к минимуму вероятность ошибки оператора и включают в себя полную модель шлюзов с движущимися компонентами, которые отражают состояние реальных шлюзовых ворот и клапанов. Таким образом, оператор может точно видеть, в каком состоянии находятся шлюзы и водяные клапаны. Механические блокировки встроены в элементы управления, чтобы гарантировать, что ни один компонент не может быть перемещен, пока другой находится в неправильном состоянии — например, открытие слива и заполнение клапанов шлюзовой камеры одновременно. [8] [6]
Строительство шлюзов началось с укладки первого бетона в Гатуне 24 августа 1909 года компанией Day & Zimmermann из Филадельфии (ранее известной как Dodge & Day).
Шлюзы Гатун построены в выемке, сделанной в холме, граничащем с озером, что потребовало выемки 5 000 000 кубических ярдов (3 800 000 кубических метров) материала, в основном камня. Сами шлюзы были сделаны из 2 046 100 кубических ярдов (1 564 000 м 3 ) бетона.
Количество материала, необходимого для строительства шлюзов, потребовало принятия обширных мер по обработке камня и цемента. Камень был доставлен из Портобело в шлюзы Гатун, в то время как работа на тихоокеанской стороне использовала камень, добытый в карьере Анкон Хилл. [8]
Огромные подвесные канатные дороги были построены для транспортировки бетона в конструкцию в Гатун. На берегах канала были построены башни высотой 85 футов (26 м), и между ними были натянуты тросы из стальной проволоки диаметром 2,5 дюйма (6 см), чтобы перекрыть шлюзы. Ковши, работающие на этих тросах, перевозили до шести тонн бетона за раз в шлюзы. Были построены электрические железные дороги для доставки камня, песка и цемента из доков к бетоносмесительным машинам, откуда другая электрическая железная дорога перевозила два 6-тонных ковша за раз к канатным дорогам. Меньшие конструкции в Педро Мигеле и Мирафлоресе использовали краны и паровозы аналогичным образом. [8]
Первыми были построены шлюзы на тихоокеанской стороне — одиночный пролет в Педро-Мигеле в 1911 году и в Мирафлоресе в мае 1913 года. [6]
Морской буксир «Гатун» , рабочий буксир для входа в Атлантику, используемый для буксировки барж, осуществил первую пробную шлюзовку шлюзов Гатун 26 сентября 1913 года. Шлюзование прошло отлично, хотя все клапаны управлялись вручную, поскольку центральный пульт управления еще не был готов. [6]
.jpg/1280px-08-130_Esclusas_de_Miraflores_(23).jpg)