Jak statek przepływa przez śluzę

Płock stoi nad Wisłą, ale od kilkudziesięciu lat w praktyce nad jeziorem. Spiętrzenie na stopniu wodnym we Włocławku utworzyło zbiornik, który ciągnie się w górę rzeki aż w okolice mojego miasta. Z mostu widać szeroką wodę zamiast wąskiego koryta. Kiedy prowadzę klasę na zajęcia o hydraulice, zaczynam od pytania: skoro na zaporze różnica poziomów jest większa niż wysokość trzypiętrowego bloku, to jak przez nią przepłynąć?

Odpowiedzią jest śluza przy zaporze we Włocławku. Według danych zarządcy jej komora ma około 115 metrów długości i 12 szerokości, a różnica poziomów wody przekracza 11 metrów. Statek wpływa do betonowego basenu, basen się napełnia albo opróżnia, a statek wypływa na innej wysokości. Zasada jest prosta, tylko skala duża.

Z czego się składa

1. Komora - długi betonowy basen, w którym statek czeka, aż zmieni się poziom wody.
2. Wrota górne - zamknięcie od strony wyższego poziomu, czyli od zbiornika.
3. Wrota dolne - zamknięcie od strony niższego poziomu, zwykle wyższe i cięższe, bo trzymają cały spad.
4. Przepusty z zasuwami - kanały, którymi woda wpływa do komory i z niej wypływa.
5. Pachoły i odbojnice - stalowe słupki do cumowania i osłony ścian.
6. Sterownia i sygnalizacja - pomieszczenie obsługi, światła i sygnały, które mówią kapitanowi, kiedy wolno wpływać.

Naczynia połączone w praktyce

Uczniowie znają naczynia połączone z fizyki, ale rzadko widzą je w betonie. Jeśli połączysz rurą dwa zbiorniki, woda przepływa z wyższego do niższego, dopóki poziomy się nie wyrównają. Na śluzie dzieje się dokładnie to samo, tylko pod kontrolą.

Płyniemy w górę, z rzeki poniżej zapory na zbiornik. W komorze jest niski poziom, wrota dolne są otwarte, statek wpływa i cumuje do pachołów. Wrota dolne się zamykają. Obsługa otwiera zasuwy przepustów górnych i woda ze zbiornika płynie kanałami do komory. Poziom powoli rośnie, a statek podnosi się razem z nim, metr po metrze. Kiedy woda w komorze zrówna się ze zbiornikiem, przestaje naciskać na wrota górne i można je otworzyć. Statek wypływa.

W dół wszystko odbywa się w odwrotnej kolejności. Statek wpływa przy wysokim poziomie, wrota górne się zamykają, otwierają się przepusty dolne, woda z komory spływa do rzeki poniżej, a statek opada. Żadnej pompy. Energię daje różnica poziomów, którą i tak zrobiła zapora.

Dlaczego wrót nie da się otworzyć wcześniej

Ludzi najbardziej dziwi, że wrót nie da się otworzyć, kiedy po obu stronach jest inny poziom wody. Napęd nie jest za słaby. Woda naciska na wrota z siłą, która rośnie razem z głębokością, a przy kilku metrach różnicy i kilkunastu metrach szerokości komory to ogromne siły. Konstruktor projektuje napęd wrót tylko do ich przesuwania, kiedy poziomy są wyrównane. Z całym spadem nie ma się mocować. Dlatego zawsze najpierw wyrównuje się poziomy, a dopiero potem otwiera.

Wrota bywają różne. Klasyczne wrota wsporne to dwa skrzydła, które zamykają się pod kątem, wierzchołkiem w stronę wyższej wody. Woda dociska je do siebie i do progu, więc im większy spad, tym lepiej uszczelniają. Są też wrota podnoszone, opuszczane, segmentowe. Wybór zależy od wielkości komory i spadu.

Wodę wpuszcza się do komory stopniowo. Gdyby otworzyć wszystko od razu na pełno, wpadałaby z takim impetem, że szarpałaby statkiem na cumach. Przepusty prowadzi się więc tak, żeby woda rozchodziła się po dnie komory, a zasuwy otwiera się powoli. Załoga w tym czasie pilnuje cum. Lina zamocowana na sztywno przy opadającej wodzie potrafi zawiesić burtę albo wyrwać pachoł. Dlatego cumy się luzuje albo przekłada, a w niektórych śluzach są pachoły pływające, które jeżdżą w górę i w dół razem z wodą.

Co niszczy beton i stal

Śluza stoi w wodzie przez cały rok i to po niej widać. Uszczelnienia wrót się zużywają. Napędy, zawiasy i łożyska wrót pracują w wilgoci i w lodzie. Zasuwy przepustów zarastają osadem. Poniżej zapory woda wypłukuje dno, a powyżej odkłada się namuł, więc przy wejściu do śluzy zmienia się głębokość. Dlatego śluzy mają przerwy remontowe, a ich zamknięcia co jakiś czas się osusza i przegląda.

Jak osuszyć komorę, która stoi w rzece? Przed wrotami są w ścianach wnęki, w które wpuszcza się zamknięcia remontowe, najczęściej belki albo płyty opuszczane jedna na drugą. Robią tymczasową ścianę od strony wody górnej i dolnej. Potem pompy wypompowują wodę z komory i ekipa może zejść na dno, obejrzeć progi, uszczelnienia i zawiasy wrót. To jedna z niewielu chwil, kiedy pompy przy śluzie mają co robić. Widziałem kiedyś zdjęcia takiej osuszonej komory: betonowy kanion, a na dnie ludzie wielkości mrówek.

Zimą dochodzi lód. Na zbiorniku pracują lodołamacze, które kruszą lód, żeby nie tworzył zatorów, a żegluga przez śluzę w tym czasie zamiera.