Vippende sluser skal erstatte klapbroer i Holland

En hollandsk opfindelse gør det unødvendigt at åbne broer for at lade skibe passere. Fremover sejler de gennem et vippende, overskåret rør, der fungerer som sluse.

Efter utallige gange at have vente på, at broer skulle åbne og lukke sig fik den hollandske ingeniør Carolus Poldervaart nok. Selv havde han kastet sit ‘had’ på en bestemt bro, som han ofte sejlede gennem i skib, men også typisk krydsede i bil og ofte med ventetid.

I første omgang drømte han om et system, hvor sejlskibene blev tippet til den ene side, så masten ikke stak højt op. Men den idé blev ikke godt modtaget blandt sejlere, der var ømme over deres mast og rig. Men så fik Carolus Poldervaart en helt anden idé for et år siden, skriver New Civil Engineer.

Ved at skære et stålrør over på langs og lade det vippe omkring en centeraksel vil det være muligt at sænke sejlskibene ned under broen og op på den anden side. Som i et almindeligt trafiksepareringssystem skal skibene blot sejle ind i hver sin side og vente på deres tur til at blive sænket ned. Og alt imens kan bilerne køre uhindret forbi på broen ovenover.

Rutsjetur på otte meter

I dag er Carolus Poldervaart ansat hos firmaet Royal Haskoning, der er i forhandlinger med den hollandske regering om at installere systemet ved tre broer i landet. Opfindelsen, der bærer navnet The Tilting Lock, også kaldet Katelsluis, gør det muligt at løfte og sænke skibene hele otte meter.

Det sker, ved at det overskårne stålrør vipper 32 grader, hvilket tager tre minutter og 30 sekunder at udføre. Strømforbruget ved denne operation er lige så minimal som en lille lampe, der er tændt i fire timer (0,04 kWh), og derfor er solceller på den midterste del af den tippende suse nok til at holde systemet i gang. Det minimale strømforbrug skyldes, at det kun kræver små kræfter at bevæge slusen i vand, da den opfører sig som en fodbold, der drejer på en vandoverflade.

Store fordele ved at bruge den som almindelig sluse

Ifølge Royal Haskoning kan mellem 15 og 30 større sejlskibe passere gennem slusen hver time. Slusen vil rundt regnet koste op mod en halv milliard kroner, men en beregning viser, at de samfundsøkonomiske fordele er meget store. Brugte man slusen ved den travle bro Haringvlietbrug, ville den betale sig tilbage på 12 år, skriver Royal Haskoning i en pressemeddelelse.

Desuden kan systemet benyttes som en helt almindelig sluse med den fordel, at man ikke skal pumpe vand ind og ud hele tiden. I den vippende suse vil man også hele tiden holde på vandet, så man undgår vandspild i de områder, hvor kanalsystemerne f.eks. er afhængige af regnvand.

Kommentarer (50)

Det er virkelig godt tænkt. Nu sejler jeg ikke, men den ser lidt svæver ud i videoen. Men der er nok tænkt på det.

  • 9
  • 0

Jeg forstår ikke mekanismen.

Det er ret meget vand der fortrænges, så jeg har svært ved at se hvordan det skulle kunne klares med det energiforbrug der beskrives.

Fodbold analogien duer ikke. Den ville kræve at vandet kunne bevæge sig mellem de to kar, men så ville skibene jo ikke blive sænket.

  • 5
  • 6

Er nok nærmere at sammenligne med et pendul - men mener også, energiforbruget virker noget utroværdigt! Vil der ikke opstå en del strømningsbevægelser i vandet, som vil give problemer?

  • 2
  • 0

Det er jo et rør der drejer i vandet. Så i forhold til vandet så er der kun friktionen at kæmpe imod. Og hvis de 2 sider af røret indeholder samme masse (hvilket man ikke kan sikre da skibe jo ikke vejer det samme) så virker det vel realistisk at energiforbruget er minimalt. Jeg synes stadig at det er snedigt.

  • 16
  • 3

Skibenes masse betyder ikke noget, da de bare fortrænger tilsvarende mænge vand.

Der burde være den samme masse i de to sider da de kun åbnes når de er "oppe". Der kommer ikke mere vand i røret eller der bliver ikke fortrængt noget vand, når røret ruller så den enkelte side kommer "ned".

  • 18
  • 0

Takket være netop Arkimedes' lov, vil et skib ved indsejling fortrænge en vandmasse svarende til dets egen masse (vand løber ud af røret), så betingelsen med lige stor masse kan vist godt opfyldes. Mine betænkeligheder går mere på, hvordan vandet inden i røret vil opføre sig under rørets rotation.

  • 4
  • 1

Det er ret meget vand der fortrænges

Der fortrænges ikke vand. En overraskende simpel og smuk løsning paa problemet.

  • 11
  • 1

En overraskende simpel og smuk løsning paa problemet.

Ja!

Istedet for analogien med en fodbold, så tænker jeg på den relativt begrænsede kraft der skal bruges til at hæve og sænke to vægtskåle, der er i balance.

For slusens (og for vægtskålenes) bevægelse op og ned gælder naturligvis Newtons 2. lov, og da den kinetiske energi i op/ned bevægelsen ikke ser ud til at blive gemt, så skal der en passende stor effekt til at holde slusens cyklus passende hurtig.

  • 8
  • 0

Nej, der er konstant samme "niveau" vand i begge sider af røret, og intet af det neddykkes - det flyttes til et lavere punkt i et roterende rør, som allerede er neddykket og ikke rokker sig ud af stedet - undtagen at rotere om sin centrale akse.

Når røret er i ligevægt, og alle porte er lukket, må vandoverfladen i begge kamre stå 4 m under det omgivende hav.

Når røret vippes vil vandoverfladen i den ene side blive løftet 4 meter og i den anden side sænket 4 meter. Noget må opretholde denne ubalance.

  • 0
  • 3

For slusens (og for vægtskålenes) bevægelse op og ned gælder naturligvis Newtons 2. lov, og da den kinetiske energi i op/ned bevægelsen ikke ser ud til at blive gemt, så skal der en passende stor effekt til at holde slusens cyklus passende hurtig.

Nu svarer jeg lige på mit eget indlæg.

I den lænkede pressemeddelse står der faktisk:

"Stopping the tilting produces energy, as do the solar panels on the lock", så det kan forklare hvordan slusen kan arbejde med en så lille effekt.

  • 4
  • 0

Kunne man ikke have lavet broen 8 meter højere for den halve milliard kroner? Hvis ja, så lyder det mere til at man har planlagt broen dårligt.

  • 3
  • 3

Det er fuldstændigt at betragte som en vippe (som dem i skolegården) - hverken mere eller mindre. Her vipper vippen i balance, forudsat at kraft*arm er den samme på hver side.

Formlen her er kraft1arm1 = kraft2 * arm2 <==> m1garm1 = m2g*arm2

Det geniale i det er at princippet bruges i en ny kontekst.

Vi kan i systemet med den vippende sluse strege "g" og "arm" (dele med g og m) på hver side.

  • g, altså tyngdeaccelerationen er selvfølgelig den samme på hver side.

"arm" vil også være den samme - uanset hvor et skib ligger i et bassin, så vil bassinnets ligevægt ikke påvirkes af dette. (er du i tvivl, så prøv med en vaskebalje som kar og en skål som skib - placer en vægt i hver ende under baljen - uanset hvor skibet (skålen) er i vægten af baljen på hver vægt uændret)

  • m, altså massen i hvert kammer udlignes kontinuerligt når slusen er åben. Sejler et skib ind, fortrænger det lige så stor masse som det bidrager med. Sådan har det være lige siden Arkimedes bestemte det. Sluserne skal bare kun åbnes når niveauet af vand er den samme inde og ude - og systemet skal være fastlåst (kræver ikke egentligt energi).

Eftersom m1=m2, arm1 = arm2 og g er helt den samme i begge tilfælde så kan
kraft1arm1 = kraft2 * arm2 <==> m1garm1 = m2g*arm2
reduceres til:
1=1.

ALTSÅ: Der tilføres ikke systemet noget arbejde for at skifte tilstand ("den ene side oppe/den anden side nede" i forholdtil "side nede/den anden side oppe".

Tilbage har vi kun friktionen i lejer og sidernes bevægelse i vandet.
Selvfølgelig tilføres systemet bevægelsesenergi i starten - det kan modregnes ved at regenerere energien i forbindelse med standsning.
Dvs. effektivt skal man levere energi til friktion i lejer, mellem karet og vandet samt tab i motor/generator/gear

  • 8
  • 0

Ideen er god, men der skal bruges mere energi end beskrevet.

Læg mærke til, at skibene skal stoppes og accellerere hele tre gange med denne løsning, forudsat slusen ikke er ledig når skibene ankommer. En almindelig sluse kræver max. to gange stop og acceleration.

Ved en klapbro skal skibene stoppes en gang eller slet ikke. Dog skal trafikken på broen så stoppes. Hvert stop er spild af energi og tid, uanset om det er skibene som skal stoppes eller bilerne.

På videoen åbnes kun porten hvor skibene sejler ind. Det betyder vandet skal presses ud i modsat retning af den skibene sejler. Altså øget vandmodstand. Problemet løses let ved i steder at åbne begge porte, så det vand skibene fortrænger kan presses ud i begge retninger.

Når skibene er nedsænket, skal de altid fortrænge vand foran sig, som kun kan skubbes bagud. Det giver ekstra modstand for skibene.

Systemet virker bedst hvis der er den samme trafik i begge retninger hele tiden. I realiteten vil det sjældent ske, hvilket vil betyde ekstra åbning og lukning af portene.

  • 0
  • 3

Løsningen er brugbar under specielle forhold:

1) Der er minimum en åbning i broen som slusen kan installeres i. Stor nok, og som ikke skal bruges af større skibe. Kun en åbning i broen gør, at broen i fremtiden ikke kan bruges af skibe som er for store til slusen.

2) Trafikken på broen har høj samfundsværdi; varetransport og pendling. Skibstrafikken har lav samfundsbetydning; for eksempel fritidssejlere og turister.

3) I forhold til en klapbro er systemet meget langsommere for skibene. Skibstrafikken skal derfor ikke have stor prioritet.

4) Der skal reelt være tale om en bro af ældre dato. Ved nye forbindelser bør en tunnel i stedet overvejes. Står broen foran en udskiftning, på grund af alder, slitage eller utilstrækkelig kapacitet, bør en tunnel ligeledes overvejes eller en højbro.

5) Ved spinkel trafik på broen, vil investeringen være for stor og tidstabet for skibstrafikken ligeledes for stort. Husk på skibene skal standse og accellerere to-tre gange.

6) Skibstrafikken skal udpræget eller fuldt ud bestå af småskibe. Store skibe kræver en stor sluse og en meget stor åbning i broen.

I praksis tror jeg det er svært at finde egnede steder. Navnligt virker kombinationen af et stræde med en lavbro med stor spændvidde til at spænde over hele slusen og skibstrafikken præget af småskibe ulogisk. Ofte findes lavbroer til småskibe kun med mindre spændvidde, da de jo er bygget til småskibe. Klapbroer har ofte kun en klap, og skal slusen bygges her, blokerer den for større skibe.

  • 1
  • 0

Meget enig.

Det er svært at forestille sig at skulle punge ud med 500 000 000 kr for en løsning som kun kommer skibe der har brug for op til 8 m ekstra frigang til gode. Større skibe kræver stadig klap.

Man kunne faktisk betale de der lystsejlere 1000 kr i timen for at vente på at klappen går op for et større skib i formodentligt en hel del år før end de 500 000 000 kr er brugt.

Men det er da en elegant teknisk løsning.

  • 3
  • 0

@Bent Johansen

3) I forhold til en klapbro er systemet meget langsommere for skibene. Skibstrafikken skal derfor ikke have stor prioritet.

Det bliver sandsynligvis ikke meget langsommere.
Broer med klap åbnes ofte kun hver halve eller hele time, for at genere trafikken på broen mindst muligt. Derudover står trafikken jo stille for alle når broklapperne er i bevægelse - hvilket ofte er en langsommelig affære... Derfor åbner man ikke bare hver gang der dukker et skib op.

Den er løsning kan i princippet køres kontinuerligt (læs: så snart én eller flere gerne vil igennem)

  • 6
  • 0

Tager man "røret" ud af kontakt med det omgivende vand vil det altid balancere uanset antal og størrelse af skibe i systemet, da skibene med last netop fortrænger tilsvarende vandmængde, så de flyder. Så skulle dén del af 'virringen' være fjernet.

Så dypper vi røret i vand - vandret. Vandoverfladen i begge kamre vil være de anførte 4 m under omgivende kanaloverflade. Jeg antager at opdriften svarer nøjagtig til konstruktionens vægt, hvorved lejebelastningen er tilnærmet nul, når konstruktionen ligger vandret.

Hvad sker der så når konstruktionen drejes.
I sluseåbningsfasen er opdriften på den åbne kammerdel nul, hvorimod der er den maksimale opdrift på det sænkede kammer. Slipper man grebet i røret smækker det tilbage til vandret position.

Det må således i min optik kræve en ret stor tilført energi at dreje røret væk fra VANDRET.
Hvis man tager den oplagrede energi fra den ene position og lagrer den tabsfrit til brug for tiltning til den anden side (tabsfrit) så kan systemet muligvis forsynes fra et solpanel. Desværre spiller teori og praksis ikke på samme 'klaver'.
Er lige blevet 70, så det kan tænkes (teoretisk), jeg ikke kan følge med mere. ;-D

  • 2
  • 2

I sluseåbningsfasen er opdriften på den åbne kammerdel nul, hvorimod der er den maksimale opdrift på det sænkede kammer.

Nej - der er ingen opdrift på hverken det ene eller det andet kammer. Der er kun opdrift på hele røret som sådan, og denne svarer til den af røret fortrængte vandmasse, og ændrer sig ikke det mindste, ved at røret roterer. De to kamre svarer som før nævnt til to vægtskåle, som udbalancerer hinanden - uanset hvilken højdeforskel, de befinder sig i.

  • 2
  • 0

  • 0
  • 1

NÅ !!! Vi kan hurtigt blive enige om det åbne kammer => 0 opdrift.
Det andet kammer er sænket 8 m fra sin position med 0-opdrift. Dér er der sgu da en stor opdrift skulle jeg mene. Svarer ca. til luftindholdet over kammervandoverfladen og op til kanaloverfladen.
Nu er min regnemaskine jo også af ældre dato, men tror ikke chippen er outdated.

Det var også min indledende fejlslutning. Det er fordi man, instinktivt kommer til at sammenligne konstruktionen med et skib, hvor opdriftspunktet ligger over tyngdepunktet. Hvis opdriftspunktet og tyngdepunktet falder sammen, vil det være meget let at rotere konstruktionen. Kommer opdriftspunktet til at ligge under tyngdepunktet, vil det være svært at holde konstruktionen fra at kæntre.

  • 3
  • 0

De to kamre er ikke nedsænket i vand som to selvstændige legemer, og de er derfor heller ikke påvirket af nogen opdrift hver for sig. Deres samlede masse indgår i det store rørs masse, og denne ændres ikke, når kamrene hæves og sænkes inden i røret.
Åbningen af sluseportene har ingen betydning, da de kun åbnes i situationen, hvor der er ligevægt mellem karret og det omgivende vand.

  • 2
  • 0

De to kamre er ikke nedsænket i vand som to selvstændige legemer, og de er derfor heller ikke påvirket af nogen opdrift hver for sig.


Dine teoretiske btragtninger er fine, men kræver en solid tætning i begge ender, der tillader lægdeudvidelser af bæredelene=kamrene. Tegningsskitsen lægger IKKE op til sådanne spidsfindigheder, så jeg må fastholde at kamrene sænkes med tilhørende opdriftskræfter, der skal overvindes. Jeg kan heller ikke se det omgivende "rør" (uden topdelen), der skulle fjerne vandets opdrift.

  • 0
  • 3

Christian Clausen
Det var også min indledende fejlslutning. Det er fordi man, instinktivt kommer til at sammenligne konstruktionen med et skib, hvor opdriftspunktet ligger over tyngdepunktet. Hvis opdriftspunktet og tyngdepunktet falder sammen, vil det være meget let at rotere konstruktionen.


Korrekt hvis du samler hele massen i et punkt. Jeg vil dog hellere tage massepunktet for hvert kammer for sig placeret på en vippe, der så kræver store kræfter for at komme væk fra vandret = begge kamre ca. 4 m under det omgivende kanalvand. Ifølge skitsenj ligger kamrene i kanalvandet og ikke i et luftfyldt omsluttende kammer.

  • 0
  • 2

Ifølge skitsen ligger kamrene i kanalvandet og ikke i et luftfyldt omsluttende kammer.

Aha! Det er her, vi ser forskelligt på modellen.

Løsningen virker kun, hvis det nedsænkede legeme er rørformet, lukket i enderne, og er afbalanceret med tyngdepunkt (inkl. de to kanaler med indhold) på rørets omdrejningsakse. Det kan dermed let roteres, idet vandet fungerer som et flydende leje, og der sker ingen ændringer i hverken opdrift eller tyngdepunkt.

  • 3
  • 0

0=0 Klart i balance uanset vinkel når der ikke er omgivende vand.
Vandoverfladerne er 4 m under den udvendige kanaloverflade når kamrene ligger vandret.
Sæt f.eks. to glas ½fyldt med vand på en pind og tryk midt på pinden med vand i køkkenvasken.
Jeg skal da garantere der er opdrift på begge glas. Opdriften er nul når væskeoverfladerne er lige højt placeret - svarende til en åbning af kanalportene. Dén manøvre fjerne sgu da ikke opdriften på det andet glas.

  • 0
  • 3

Der er simpelthen ren Georg Gearløs.
Mon ikke forvirringen kommer af en forestilling om, at de to halvdele af røret er adskilt. Det er de ikke, så vandet flyder mere eller mindre frit fra den ene side til den anden side, røret skal blot drejes til den ønskede side. Da røret flyder i vandet, er det stort set vægtløs, uanset hvor mange skibe der er i et kammer. Skibets vægt er nøjagtig den samme som den mængde vand der er fortrængt. Røret er sikkert ophængt i midterpartiet meget tæt på vandoverfladen. Derfor kan en "lille" motor let dreje røret.

  • 0
  • 3

Det er de ikke, så vandet flyder mere eller mindre frit fra den ene side til den anden side, røret skal blot drejes til den ønskede side.

Vandet flyder ikke fra den ene side til den anden. Hvis den gjorde, ville vandnivauet være konstant.

Da røret flyder i vandet, er det stort set vægtløs, uanset hvor mange skibe der er i et kammer.

Røret flyder ikke, og det er ubetydeligt hvad det vejer, da det er fastgjort. Der ikke skal bruges energi på at ændre positionen, da positionen er konstant.

Skibenes vægt gør ingen forskel, da den mængde vand skibene fortrænger, forsvinder ud af røret, mens slusen er åben og skibene sejler ind.

  • 2
  • 0

Massen inde i røret er konstant, og der er lige meget masse på venste og højre side. Med konstant vægt, afgøres opdriften udelukkende af hvor meget vand der fortrænges af røret, og denne mængde er konstant, uanset hvordan røret drejes.

  • 1
  • 0

Røret flyder ikke

Jo, det ydre rør flyder, men vandet i de to kanaler flyder ikke fra side til side:

The Tilting Lock (Kantelsluis) is a floating structure which has two separate water filled channels with space for five yachts at a time. (http://www.royalhaskoningdhv.com)

Den eneste forstyrrelse af ligevægten skyldes, at vandet vil bevæge sig inden i de to kanaler, når disse roteres ved sænkning og hævning:

There would be no connection between the two channels, Poldervaart explained. “Each channel keeps its own water,” he said. “But it stays horizontal during tilting and hence disturbs the center of gravity. This disturbance can easily be accommodated by a slight modification of the hull shape above the neutral waterline.” (http://www.asce.org/cemagazine)

Der vil også opstå en sidelæns bevægelse i vandoverfladen (fordi vandet ikke stift roterer sammen med kammeret), som vil føre skibene nærmere den inderste væg i kammeret, når det sænkes ned.

  • 2
  • 0

Ja, eller i det konkrete eksempel broens frihøjde plus 8 meter.
Konstruktøren anfører selv, at kraftig blæst kan være et problem, og det samme gælder formodentlig, hvis den skal placeres i en flod med kraftig strøm.
Løsningen har sine begrænsninger - men i princippet virker det...

  • 1
  • 0