Земная поверхность — весьма неровная штука, соединяемые каналами «пункты А и Б» почти всегда находятся на разной высоте и часто разделены возвышенностями, поэтому просто прокопать канаву недостаточно. Система шлюзов - камер, разделенных водонепроницаемыми воротами - занимает много места, особенно при большом перепаде высот. На канале Марна-Рейн, построенном в Вогезах (Франция) в XIX веке, один из участков представлял собой каскад из 17 шлюзов длиной всего около 4 км. Прохождение занимало сутки, причем баржи разминуться в шлюзе не могли. Еще сотню лет назад дополнительные сложности в ход процесса привносил способ движения судов — речную баржу
В истории, впрочем, бывали примеры того, как гидротехникам удавалось «переспорить» непокорный рельеф без шлюзования. В первой половине XIX века англичанин Джеймс Бриндли построил канал без перепадов высот, соединивший Манчестер с угольными шахтами Уорсли. Лодки, груженные углем, начинали путь под землей, непосредственно на одном из горизонтов шахты, выходили на поверхность через горизонтальный тоннель, пересекали долину реки Ирвелл по акведуку высотой в десяток метров и финишировали едва ли не на городском базаре. Примеру Бриндли инженеры следуют до сих пор — стоит назвать хотя бы судоходный акведук в Магдебурге длиной почти в километр, построенный в 2003 году (правда, шлюзы там есть, но лишь на входе и выходе). Но такое возможно не везде и не всегда.
Чаши с грузом можно уравновесить рычагами и тогда поднимать-опускать их будет совсем несложно. Но неинтересно. Видимо так подумали инженеры, разрабатывавшие знаменитый судоподъемник в Фалкирке (Шотландия). А вот если вместо рычагов будет гибрид коромысла с колесом обозрения — и грузу польза, и турист подтянется.
Расположенные в «колесе» кессоны проворачиваются внутри него так, чтобы всегда оставаться горизонтальными. Равновесие системы и малость сил трения делают достаточными для управления процессом десять гидромоторчиков мощностью 1.5 кВт.
Бассейн с подъемом
Построить машину, которая могла бы просто поднимать корабли вверх, без всяких шлюзов — соблазнительная идея, проблема лишь в мощности. На помощь строителям пришел закон, открытый когда-то Архимедом: погруженное тело теряет в весе столько, сколько весит вытесненная им вода. Таким образом, если отметить уровень воды в бассейне, загнать в него судно с грузом и спустить воду до прежнего уровня, то масса бассейна с «начинкой» останется той же, что и раньше. А если сделать два бассейна одного объема и соединить их рычажной или гидравлической системой так, чтобы они исполняли роль противовесов? Тогда, убавив из бассейна с баржей чуть больше воды, мы сумеем поднять его с грузом вверх. Поскольку вода наливается и сливается самотеком, то не понадобится даже двигатель — только сливная система и при ней обученный человек, образно говоря, «с затычкой» наготове.
Судоподъемник в Фокстоне (Англия, 1900 год), включал в себя две судовозные платформы, уравновешивающие друг друга посредством тросов и двигавшиеся по рельсам. Судно располагалось поперек направлению перевозки. Система работала около десяти лет, после чего не выдержала конкуренции. От тех времен сохранились только канавы в земле — все железо отправилось на переплавку в 1920-х.
Сейчас непросто сказать, кто был «первым после Архимеда», поскольку на волне строительства каналов в центре тогдашней гидротехники - Англии
Старейшим из дошедших до нас в целости принято считать судоподъемник Андертон в британском графстве Чешир, построенный в 1875 году. Его конструктор, инженер Эдвин Кларк, соединил два двигающихся вверх-вниз кессона гидравлической системой. Упрощенно ее можно представить как две соединенные емкости с поршнями, прикрепленными к кессонам. Как только один из них становится легче или тяжелее, система приходит в движение до тех пор, пока столбы жидкости не уравновесят друг друга. Нехитрыми расчетами инженеры добивались, чтобы равновесие наступало при разности высот 15 м — рабочая высота подъема.
Единственный в России
Единственный в России судоподъемник действует на Красноярской ГСЭ. Богатырская машина, принадлежащая Енисейскому речному пароходству, может принять «на борт» речные суда водоизмещением до 1500 тонн.
Длина судовозной камеры составляет 90 метров, ширина 18, глубина — 2.2. метра. Масса пустой камеры — 4500 тонн, заполненной водой — 8500 тонн.
Рейс машины делится на два этапа: верхний и нижний, в промежутке между которыми судоподъемник разворачивается на поворотном круге. Длина верхнего участка около 30 метров, нижнего — до 118 метров, уклон в обоих случаях 1:10,
Количество тележек ходовой части — 78, колес и гидромоторов — 156. Ширина рельсовой колеи — 9 м.
«Физика шестого класса» в металле представляет собой выразительное сооружение размером с многоэтажный дом из стальных балок и труб. Судоподъемник, сработанный при королеве Виктории, исправно прослужил 108 лет. В 1983 году ветеран был остановлен из-за коррозии, вновь запущен в 2002 году после ремонта и реставрации. Сейчас это один из двух работающих судоподъемников Великобритании, наряду со знаменитым колесом Фалкирк в Шотландии — о нем мы еще скажем. Остальных одного за другим «съели» конкуренты — железные и автомобильные дороги.
Судоходный акведук Понткисиллте (Уэльс, 1795−1805) — одно из чудес инженерной мысли XVIII столетия. Сооружение соединяет каналы на берегах реки Ди. Девятнадцать пролетов несут на себе судоходный желоб длиной 313 и шириной 3.6 метра. Двигаясь по нему путешественники не выходя из своих лодок оказываются на высоте 38 метров, правда не над землей, а над другой водой.
Следующей страницей творческой биографии автора Андертона стала уникальная для того времени по своему размаху программа строительства судоподъемников Центрального канала в Бельгии. Правительство королевства поставило целью соединить уже построенные к тому времени каналы Шарлеруа-Брюссель и Монс-Конде, что открыло бы судоходство между реками Маас и Шельда. На одном из участков канала предстояло на семикилометровой трассе преодолеть подъем в 66 м. Система шлюзов оказалась бы слишком громоздкой. Приглашенный бельгийцами Кларк предложил построить четыре судоподъемника, каждый из которых перемещал бы суда на 15−17 м. Конструктивная схема осталась той же, что и в Андертоне — два кессона-противовеса, соединенных гидравлической системой, при подъеме одного из них другой опускается. 4 июня 1888 года король Бельгии Леопольд II торжественно открыл первый из новой серии «лифтов» Эдвина Кларка. Строительство остальных продолжалось еще шесть лет, после чего достройка была заморожена аж до 1910 года ввиду сомнений в рентабельности канала. Возобновленные работы в 1914 году были близки к завершению, но 4 августа в Бельгию вошли немецкие войска. Немцам, разумеется, тоже был нужен судоходный канал, но у них были и другие дела, что отодвинуло завершение работ еще на три года.