Năm câu hỏi số 3 | Cách "Đứng vững, đóng mở chặt chẽ" như "Cánh cửa số 1 thế giới"

Tin tức từ trang web này (Qin Mingshuo) Với tiến độ xây dựng kênh vận tải thủy Tam Hiệp mới, tại cổ họng của tuyến đường thủy vàng của sông Dương Tử, những "gã khổng lồ thép" với chiều cao 40,5 mét sẽ lặng lẽ trỗi dậy

Là thiết bị cốt lõi của khóa kênh mới vận tải đường thủy Tam Hiệp, cổng xương cá siêu lớn với trọng lượng tối đa 1440 tấn không chỉ vượt qua cổng xương cá khóa tàu năm cấp hai tuyến Tam Hiệp từng được mệnh danh là "cổng đầu tiên trên thế giới" về kích thước mà còn sử dụng hàng loạt "công nghệ đen" sáng tạo độc lập để giải quyết bài toán tầm cỡ thế giới là làm những cánh cổng khổng lồ dưới áp lực nước cao "đứng vững, mở và đóng chặt"

　　

Cấu trúc từ “人” biến nước sông dâng cao thành “chất bịt kín tự nhiên”

Cổng xương cá của âu tàu kênh mới cao 40,8m, rộng 23,75m Khái niệm này là gì?

Cổng cao bằng một tòa nhà dân cư 14 tầng, diện tích một cửa là 969 mét vuông, tương đương với 2,31 sân bóng rổ tiêu chuẩn Khi hai cánh cổng khổng lồ đóng lại trong buồng khóa, thứ chúng muốn chặn là dòng nước sông đang dâng cao với chênh lệch cột nước tối đa là 45,2 mét

▲ Tàu chở hàng đi qua âu tàu cấp 5 đường đôi Tam Hiệp Nhiếp ảnh: Mao Xiangchun

Đối mặt với áp lực nước khủng khiếp như vậy, cửa làm sao có thể kín nước được? Câu trả lời không nằm ở mức độ chặt chẽ của nó mà nằm ở cơ chế tinh tế của nó

Bí mật nằm ở cấu trúc vòm “xương cá”

Nhìn từ trên không, hai cổng không phải là một đường thẳng khi đóng lại mà có hình dạng “xương cá” nhô ra phía thượng nguồn (mặt nước) Theo nguyên lý cơ học, khi có dòng nước ngược mạnh ép về phía cổng, kết cấu hình vòm này sẽ chuyển lực đẩy (lực bình thường) của dòng nước thành lực ép dọc theo dầm cửa về phía các trục cửa (cột gối cửa) hai bên

Nói một cách đơn giản, áp lực nước càng lớn thì hai cánh cửa càng bị ép chặt ở đường may giữa Đồng thời, 2 bên cửa vừa khít với gối cửa và dải cao su chặn nước phía dưới Dòng nước sông dâng trào do thiên nhiên đổ vào, được biến đổi bởi các định luật vật lý đã trở thành “chất bịt kín tự nhiên” tốt nhất cho cánh cổng

　　

“Đầu nấm” kim loại tiến hóa có thể đóng mở tự do　　

Cánh cổng thép nặng 1440 tấn này không được treo bằng dây treo cũng như không được hỗ trợ bởi một chân đế phức tạp Toàn bộ trọng lượng của nó thực sự được ép hoàn toàn lên một "đầu nấm" kim loại ở phía dưới được gọi là "trục dưới" Cấu trúc này giống như “khớp mắt cá chân” của con người và có hình dạng giống như một cây nấm lộn ngược

Để chịu được trọng lượng lớn như vậy và chịu đựng sự hao mòn nghiêm trọng do hàng chục lần quay và mở mỗi ngày, "đầu nấm" này là "gót chân Achilles" dễ bị tổn thương nhất trong toàn bộ cánh cửa

Để mối nối này “ổn định và không thể phá hủy”, trước tiên các kỹ sư đã nâng cấp kích thước Âu tàu kênh mới tăng đường kính "đầu nấm" từ 1 mét ở âu tàu cấp 5 đường đôi Tam Hiệp lên 1,3 mét, giúp giảm và phân tán áp lực đáng kể

“Bước thứ hai” của các kỹ sư là nâng cấp vật liệu Khóa tàu năm cấp hai dây Tam Hiệp sử dụng thép hợp kim cường độ cao, có độ bền, độ dẻo dai và chống mài mòn tốt nhưng hạn chế khả năng chống ăn mòn Trong kênh mới, vật liệu này được nâng cấp thành thép không gỉ siêu martensitic, với bước nhảy vọt tổng thể về độ bền, độ dẻo dai, khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn So với thép hợp kim cường độ cao, thép không gỉ siêu martensitic có hàm lượng nguyên tố crom và niken cao Điều này cho phép cửa xương cá của Khóa tàu New Channel có khả năng chống ăn mòn, độ bền và tuổi thọ siêu mỏi gấp hàng chục lần so với thép thông thường khi phải đối mặt với sự hao mòn nghiêm trọng của trầm tích sông Dương Tử và ngâm lâu trong nước sông

　　

Cách làm "túi khí" phanh khẩn cấp cho tàu khổng lồ 10000 tấn

Sau khi hoàn thành kênh vận tải đường thủy Tam Hiệp mới, tiêu chuẩn dẫn đường sẽ được nâng cấp lên tàu 10000 tấn, có tải trọng toàn tải tương đương 15000 tấn

Tốc độ của tàu trong buồng âu tàu tuy cực kỳ chậm nhưng thường được kiểm soát ở mức khoảng 0,5 mét/giây Nhưng theo các nguyên lý vật lý, chúng ta biết rằng do khối lượng quá lớn nên dù tốc độ rất nhỏ nên động năng chứa đựng trong con tàu khổng lồ này vẫn giống như một đoàn tàu hạng nặng đang tăng tốc Nếu tàu va phải ổ khóa trong buồng âu, cột nước áp suất cao cao tới 45 mét sẽ đổ xuống, hậu quả sẽ rất thảm khốc

Để đạt được mục đích này, nhóm thiết kế đã triển khai "túi khí khóa" mạnh nhất thế giới - cáp hãm chống va chạm - trước các đầu khóa từ 2 đến 5 của khóa kênh mới

Hiện tại, hai bộ giải pháp chống va chạm sử dụng các nguyên lý tiêu tán năng lượng vật lý khác nhau đang được so sánh và lựa chọn lần cuối Mỗi người trong số họ đại diện cho sự khéo léo cơ học khác nhau:

Phương án đầu tiên là chuyển đổi thế năng hấp dẫn (loại đối trọng trọng lực) Khi tàu va vào dây cáp hãm cường độ cao, sợi dây thép sẽ đi qua các ròng rọc ở hai đầu và kéo đối trọng trọng lực nối với nó lên

Trong quá trình này, động năng của tàu được chuyển hóa thành thế năng hấp dẫn của đối trọng Tận dụng không gian phía trước cổng khóa kênh mới, các kỹ sư đã thiết kế khoảng cách đệm linh hoạt 15 mét Khả năng chịu va đập tối đa tăng từ 30 tấn ở âu tàu cũ lên 90 tấn Nó có thể dừng con tàu 10000 tấn một cách êm ái mà không làm hỏng con tàu hay cánh cửa

Phương án thứ hai là chuyển đổi năng lượng nhiệt ma sát (loại phanh ma sát) Trong giải pháp này, dây cáp hãm được quấn chặt trên tang tời đặc biệt Khi tàu va vào, lực kéo buộc đĩa phanh cơ quay Thông qua ma sát cơ học nghiêm trọng, động năng của con tàu được chuyển thành nhiệt năng và giải phóng chỉ trong mười giây

Cả hai phương án đều sử dụng cáp hãm cường độ cao đã được nâng cấp và khả năng bảo vệ tổng thể được tăng lên gấp ba lần so với âu tàu năm cấp hai tuyến Tam Hiệp hiện có

Ngày nay, vật liệu thép, động cơ, linh kiện thủy lực và phần mềm điều khiển của cửa xương cá kênh mới đều đã được sản xuất trong nước Từ sự xuất hiện của âu tàu năm cấp hai tuyến "đầu tiên trên thế giới" ở Tam Hiệp cho đến việc vượt độc lập "kỷ lục thế giới mới" của âu tàu Kênh Vận tải Đường thủy Tam Hiệp mới, những gã khổng lồ thép này đang sử dụng độ chính xác được sản xuất tại Trung Quốc để bảo vệ nhịp đập dâng trào của tuyến đường thủy vàng của sông Dương Tử trong một thời gian dài

Biên tập viên:Nhậm Tiên Dương Tấn

Ngày phát hành: 25 tháng 6 năm 2026