Шлюзы Панамского канала ( испанский : Esclusas del Canal de Panamá ) представляют собой систему шлюзов , которая поднимает корабли на высоту 85 футов (26 метров) к главной высоте Панамского канала и снова вниз. В первоначальном канале было всего шесть ступенек (три вверх, три вниз) для прохода корабля. Общая длина шлюзовых сооружений, включая подходные стены, составляет более 1,9 мили (3 км). Шлюзы были одним из величайших инженерных сооружений, когда-либо предпринятых, когда они открылись в 1914 году. Никакое другое бетонное сооружение сопоставимого размера не было предпринято до плотины Гувера в 1930-х годах.
Есть две независимые транзитные полосы, так как каждый шлюз построен двойной. Размер первоначальных шлюзов ограничивает максимальный размер судов, которые могут проходить по каналу; этот размер известен как Panamax . Строительство проекта расширения Панамского канала , который включал третий комплект шлюзов, началось в сентябре 2007 года, завершилось к маю 2016 года [1] и начало коммерческой эксплуатации 26 июня 2016 года. Новые шлюзы позволяют транзит более крупных судов типа «Новый Панамакс» , которые имеют большую грузоподъемность, чем могли выдержать предыдущие шлюзы. [2]
Всего замков двенадцать (шесть пар). Двухступенчатый рейс в Мирафлоресе и одинарная пара в Педро Мигеле доставляют корабли из Тихого океана до озера Гатун ; затем тройной полет в Гатуне опускает их на сторону Атлантического океана . Все три комплекта замков являются парными; то есть на каждом из трех шлюзовых участков есть два параллельных пролета шлюзов. В принципе, это позволяет судам одновременно проходить в противоположных направлениях; однако большие корабли не могут безопасно и быстро пересекать пролив Кулебра , поэтому на практике корабли какое-то время проходят в одном направлении, затем в другом, используя обе «полосы» шлюзов в одном направлении одновременно. При такой схеме использования парные замки обеспечивают резервирование во время технического обслуживания или в случае механических проблем. [3]
Шлюзовые камеры имеют ширину 110 футов (33,53 м), длину 1050 футов (320 м) и полезную длину 1000 футов (305 м). [4] Эти размеры определяют максимальный размер судов, которые могут использовать канал; этот размер известен как Panamax. Общий подъем (величина, на которую поднимается или опускается корабль) на трех ступенях шлюзов Гатун составляет 85 футов (25,9 м); высота подъема двухступенчатых шлюзов Мирафлорес составляет 54 фута (16 м). Одноступенчатые замки Pedro Miguel имеют высоту подъема 31 фут (9,4 м). Подъемная сила в Мирафлоресе на самом деле варьируется из-за сильных приливов на тихоокеанской стороне: от 43 футов (13 м) во время экстремального прилива до 64,5 футов (20 м) во время экстремального отлива; приливные различия на атлантической стороне очень малы. [5] : 195 и далее
Шлюзовые камеры представляют собой массивные бетонные конструкции. Боковые стены имеют толщину у основания от 45 до 55 футов (от 14 до 17 м); к вершине, где требуется меньшая сила, они постепенно сужаются до 8 футов (2,4 м). Центральная стена между камерами имеет толщину 60 футов (18 м) и включает в себя три галереи, проходящие по всей ее длине. Самый нижний из них — дренажный туннель; над этим галерея для электрических кабелей; а вверху находится проход, который позволяет операторам получить доступ к запирающему устройству. [6]
Для заполнения каждой шлюзовой камеры из опущенного положения в поднятое требуется 26 700 000 галлонов США (101 000 м 3 ) воды; такое же количество воды необходимо слить из камеры, чтобы снова опустить ее. [7] В боковые и центральные стены встроены три больших водопропускных трубы , которые используются для подачи воды из озера в камеры, чтобы поднять их, и из каждой камеры вниз к следующей или к морю, чтобы опустить их. Эти водопропускные трубы начинаются с диаметра 22 футов (6,71 м) и уменьшаются до 18 футов (5,49 м) в диаметре, что достаточно велико, чтобы вместить поезд. От этих основных водопропускных труб ответвляются поперечные водопропускные трубы, идущие под шлюзовыми камерами к отверстиям в полу. В каждой камере четырнадцать поперечных водопропускных труб, каждая с пятью отверстиями; семь поперечных водопропускных труб от основных водопропускных труб боковой стены чередуются с семью водопропускными трубами центральной стены. [8]
Вода движется под действием силы тяжести и контролируется огромными клапанами в водопропускных трубах. Каждая поперечная водопропускная труба управляется независимо. [8] Шлюзовую камеру можно заполнить всего за десять минут. [9]
Ворота, разделяющие камеры в каждом пролете шлюзов, должны выдерживать значительный вес воды и должны быть одновременно надежными и достаточно прочными, чтобы выдерживать несчастные случаи, поскольку выход из строя ворот может вызвать 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 диапазона приливов и отливов. Самые тяжелые листья весят 662 т (730 коротких тонн; 652 длинных тонны); каждая петля весит 16,7 т (36 817 фунтов). Каждые ворота имеют две створки шириной 65 футов (19,81 м), имеющие V-образную форму с острием вверх по течению. Такое расположение приводит к тому, что сила воды с более высокой стороны плотно сжимает концы ворот вместе. Ворота можно открыть только тогда, когда в рабочем цикле уровень воды с обеих сторон равен. [8]
Оригинальный механизм ворот состоял из огромного ведущего колеса, приводимого в движение электродвигателем, к которому был прикреплен шатун, который, в свою очередь, крепился к середине ворот. [8] Ворота полые и плавучие, очень похожие на корпус корабля, и настолько хорошо сбалансированы, что двух двигателей мощностью 19 кВт (25 л.с.) достаточно для перемещения каждой створки ворот. Если один двигатель выйдет из строя, второй все равно сможет управлять воротами на пониженной скорости. [9]
Во всех камерах, кроме одной, есть пара вспомогательных ворот, которые можно использовать для разделения камеры на две части. Эта конструкция позволяет осуществлять транзит небольших судов длиной менее 600 футов (183 м), таких как канальные буксиры, без использования всего количества воды. [6] Вспомогательные ворота были первоначально включены, потому что подавляющее большинство всех кораблей начала 1900-х годов имели длину менее 600 футов (183 м) и, следовательно, не нуждались в шлюзовой камере по всей длине. [10]
С самого начала считалось важной мерой безопасности, что суда проходят через шлюзовые камеры с помощью электровозов, известных как мулы ( мулы , названные в честь животных, традиционно используемых для пересечения Панамского перешейка), движущихся по стенкам шлюзов. Эти мулы используются для управления поперечным движением и торможением в шлюзах, которые узки по сравнению с современными кораблями. Движение вперед в шлюзы и через них фактически обеспечивается двигателями корабля, а не мулами. Корабль, приближающийся к шлюзам, сначала подъезжает к направляющей стене, которая является продолжением центральной стены шлюзов, где его берут под контроль мулы на стене, прежде чем войти в шлюз. По мере продвижения вперед к мулам на другой стене подтягиваются дополнительные веревки. На больших кораблях по два мула с каждой стороны в носу и по два с каждой стороны на корме — всего восемь, что позволяет точно управлять кораблем. [8] Муфты не используются в новых расширительных замках. [11]
Сами мулы ездят по парным железнодорожным путям широкой колеи шириной 5 футов ( 1524 мм ) . Путь, ближайший к каналу, используется для буксировки и имеет реечные пути для работы с редуктором . Дорога внутри страны используется для возвращения мулов в исходную точку и не имеет стоек, за исключением крутых уклонов между шлюзовыми камерами. [10] : 23 Тяга осуществляется за счет электроэнергии, [12] подаваемой через третий рельс , проложенный ниже уровня поверхности со стороны суши. [13] У каждого мула есть мощная лебедка ; они используются для ввода или вывода кабелей, чтобы удерживать корабль в центре шлюза при перемещении его из камеры в камеру. [10] : 23
Выход из строя шлюзовых ворот - например, вызванный столкновением сбежавшего корабля с воротами - может вызвать наводнение на землях ниже по течению от шлюзов, поскольку озеро над шлюзами ( озеро Гатун или озеро Мирафлорес ) стекает через систему шлюзов. Дополнительная предосторожность против этого обеспечивается путем удвоения ворот на обоих концах верхней камеры в каждом пролете шлюзов; следовательно, в каждом пролете шлюзов всегда есть как минимум двое ворот, которые должны были бы выйти из строя, чтобы позволить более высокому уровню воды пройти вниз по течению. Дополнительные ворота находятся на расстоянии 70 футов (21 м) от рабочих ворот. [8]
Первоначально шлюзы также имели цепные барьеры, которые были натянуты поперек шлюзовых камер, чтобы корабль не вышел из-под контроля и не протаранил ворота, и которые опускались в пол шлюза, чтобы позволить кораблю пройти. Эти отбойные цепи имели сложные тормозные механизмы, позволяющие безопасно остановить корабль водоизмещением до 10 000 тонн. [8] Однако, учитывая точный контроль кораблей, ставший возможным благодаря мулам, было очень маловероятно, что эти цепи когда-либо потребуются. Поскольку многие современные пользователи каналов весят более 60 000 тонн, а также с учетом затрат на их содержание, количество отбойных цепей было уменьшено в 1976 году и окончательно снято в 1980 году. [6]
Помимо этого, первоначальная конструкция шлюзов имела еще одну функцию безопасности — аварийные дамбы , которые можно было перекинуть через шлюзы в верхнем конце каждого пролета. Они представляли собой качающиеся мосты, с которых на пол шлюза спускались балки ; Затем по этим балкам можно было спустить стальные ставни, чтобы заблокировать поток воды. [8] Никогда не использовались, их сняли в 1950-х годах. [6]
В конце 1930-х годов первоначальные плотины были заменены новыми, которые поднимались из пазов в нижней части шлюзовых камер гидравлически или с помощью сжатого воздуха. Новые плотины были выведены из эксплуатации в конце 1980-х годов, и сегодня аварийных плотин нет. [ нужна цитата ]
Поскольку все шлюзовое оборудование работает электрически, процессом запирания судна вверх или вниз можно управлять из центрального диспетчерского пункта, который расположен на центральной стене верхнего пролета шлюзов. Элементы управления с самого начала были разработаны так, чтобы свести к минимуму вероятность ошибки оператора и включают в себя полную модель шлюзов с движущимися компонентами, которые отражают состояние реальных ворот и клапанов шлюзов. Таким образом, оператор может точно видеть, в каком состоянии находятся замки 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 сливного отверстия и одновременное заполнение клапанов шлюзовой камеры. [8] [6]
Строительство шлюзов началось с закладки первого бетона в Гатуне 24 августа 1909 года базирующейся в Филадельфии компанией Day & Zimmermann (ранее известной как Dodge & Day).
Шлюзы Гатун встроены в выемку, сделанную на холме, граничащем с озером, для чего потребовалось выкопать 5 000 000 кубических ярдов (3 800 000 кубических метров) материала, в основном камня. Сами шлюзы были изготовлены из бетона объемом 2 046 100 куб. ярдов (1 564 000 м 3 ).
Количество материала, необходимого для строительства шлюзов, потребовало принятия обширных мер по обращению с камнем и цементом. Камень доставлялся из Портобело к шлюзам Гатун, а в работах на тихоокеанской стороне использовался камень, добытый на холме Анкон. [8]
Для транспортировки бетона на стройку в Гатуне были построены огромные подвесные канатные дороги. На берегу канала были построены башни высотой 85 футов (26 м), а между ними были натянуты тросы из стальной проволоки диаметром 2,5 дюйма (6 см), охватывающие шлюзы. Ведра, идущие по этим тросам, перевозили в шлюзы за раз до шести тонн бетона. Были построены электрические железные дороги для доставки камня, песка и цемента из доков к бетоносмесителям, откуда другая электрическая железная дорога доставляла одновременно два 6-тонных ведра к канатным дорогам. В меньших постройках в Педро Мигеле и Мирафлоресе аналогичным образом использовались краны и паровозы. [8]
Первыми были построены шлюзы на тихоокеанской стороне — одиночный рейс в Педро Мигеле в 1911 году и в Мирафлоресе в мае 1913 года .
Морской буксир «Гатун» , входной в Атлантический океан рабочий буксир, используемый для буксировки барж, 26 сентября 1913 года совершил первый пробный шлюзование шлюзов Гатун. Шлюз прошел отлично, хотя управление всеми клапанами осуществлялось вручную, так как центральный пульт управления еще не был готов. [6]
.jpg/1280px-08-130_Esclusas_de_Miraflores_(23).jpg)