巖灘水電站1×250t級(jí)垂直升船機(jī)總體設(shè)計(jì)

1、巖灘水電站1250t級(jí)垂直升船機(jī)總體設(shè)計(jì)*廣西*設(shè)計(jì)研究院，廣西南寧5300231概況巖灘水電站1250 t級(jí)垂直升船機(jī)布置在電站樞紐的左岸，由上游引航道、擋水壩段、中間渠道、升船機(jī)本體段和下游引航道等建筑物以及機(jī)電設(shè)備等組成，航道中心線總長(zhǎng)度905.8 m。通航規(guī)模系根據(jù)紅水河的航運(yùn)情況經(jīng)研究論證，報(bào)國(guó)家計(jì)劃委員會(huì)批復(fù)，確定為前期按1250 t級(jí)升船機(jī)建設(shè)，為今后航運(yùn)事業(yè)發(fā)展留有余地，上航道水下建筑物按通過(guò)500 t駁船建設(shè)，下航道內(nèi)預(yù)留1500 t級(jí)升船機(jī)建設(shè)位置。升船機(jī)設(shè)計(jì)年貨運(yùn)量為180萬(wàn)t，其中上航40萬(wàn)t，下航140萬(wàn)t，最大通航船舶噸位為250 t鐵駁。最大船舶型長(zhǎng)37.0 m，

2、型寬9.0 m，滿載吃水1.27 m，滿載排水量330 t。貨運(yùn)量計(jì)算條件假定：(1)年航運(yùn)天數(shù)325 d；(2)每天通航時(shí)數(shù)22 h；(3)來(lái)航量不均勻系數(shù)1.4；(4)船只裝載利用系數(shù)0.85；(5)每天客輪過(guò)壩次數(shù)2次；(6)雙向運(yùn)行。通航條件為上游最高通航水位223.0 m，上游最低通航水位212.0 m，下游最高通航水位162.6 m，下游最低通航水位154.5 m。通航凈空要求為最高通航水位以上8.3 m。2升船機(jī)機(jī)型選擇根據(jù)巖灘水電站水位落差大，河床窄，建筑物布置緊湊等客觀條件，選用垂直提升式升船機(jī)作為通航過(guò)壩設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)外有代表性的垂直升船機(jī)有兩種型式，一種是帶大螺桿螺母安全

3、裝置的齒輪齒梯爬升式(簡(jiǎn)稱齒輪齒梯式)；另一種是鋼絲繩卷?yè)P(yáng)提升式(簡(jiǎn)稱卷?yè)P(yáng)式)。兩種型式的比較主要有以下特點(diǎn)：(1)齒輪齒梯式。作為安全裝置的4個(gè)大螺母隨齒輪作同步空轉(zhuǎn)，與相應(yīng)的4條大螺桿的螺紋保持均勻間隙，對(duì)設(shè)備的制造和安裝的精度均有較高的要求，對(duì)塔柱的施工精度及其變形、位移的控制也有較高的要求。此較適合于中、低揚(yáng)程的升船機(jī)。且不宜船廂入水運(yùn)行。(2)齒輪齒梯式在國(guó)內(nèi)尚無(wú)成功經(jīng)驗(yàn)借鑒，其中有多項(xiàng)國(guó)外專利，因引進(jìn)費(fèi)用高，技術(shù)難度大，研制費(fèi)用高。(3)卷?yè)P(yáng)式國(guó)內(nèi)有類似的設(shè)備研制經(jīng)驗(yàn)可借鑒，制造、安裝、維護(hù)相對(duì)較簡(jiǎn)單。(4)卷?yè)P(yáng)式對(duì)土建的施工精度及其變形、位移均無(wú)特殊要求。巖灘升船機(jī)的最大揚(yáng)程為6

4、8.5 m，經(jīng)對(duì)上述比較要點(diǎn)的論證分析后，選用卷?yè)P(yáng)式。巖灘水電站通航建筑物的特點(diǎn)是：下游通航水位變幅大，下游通航水位差8.1 m，非通航水位差39.2 m，水位變率大，實(shí)測(cè)最大達(dá)125 mm/min,汛期泥沙含量大，實(shí)測(cè)最大為12.9 kg/m3。對(duì)卷?yè)P(yáng)式垂直升船機(jī)的船廂是否入水運(yùn)行，其主要比選要點(diǎn)有：(1)不入水運(yùn)行：土建結(jié)構(gòu)復(fù)雜、開(kāi)挖量大、塔柱高、工程量及施工難度大。主機(jī)傳動(dòng)載荷小、主機(jī)重量小、所需電機(jī)功率小、調(diào)速設(shè)備簡(jiǎn)單。金屬結(jié)構(gòu)工程量大、操作頻繁。通航運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多。淤沙難以處理。水位變率大易造成擱船事故。汛后復(fù)航時(shí)間長(zhǎng)。(2)入水運(yùn)行：土建結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)挖量小、塔柱低、工程量及施工難度小。

5、主機(jī)傳動(dòng)載荷大、主機(jī)重量大、所需電機(jī)功率大、調(diào)速設(shè)備較復(fù)雜。金屬結(jié)構(gòu)工程量小、操作少。運(yùn)行環(huán)節(jié)少。停航時(shí)間少。淤沙易處理。不易造成擱船事故。經(jīng)充分比較分析，選用船廂入水運(yùn)行方式總投資少，比較適合巖灘水電站通航建筑物的特點(diǎn)。因此，巖灘升船機(jī)為卷?yè)P(yáng)式提升、船廂入水、非全平衡垂直升船機(jī)。3升船機(jī)建筑物設(shè)計(jì)升船機(jī)建筑物共分為上游引航道、擋水壩段、中間明渠、本體段、下游引航道等五個(gè)部分組成。(1)上游引航道位于壩軸線上游的庫(kù)區(qū)內(nèi)，全長(zhǎng)275 m。因口門(mén)區(qū)在庫(kù)內(nèi)，水面寬，故省去航道過(guò)渡段，只設(shè)調(diào)順段、停泊段和導(dǎo)航段。停泊段設(shè)有混凝土重力式靠船墩，可?？?00 t級(jí)一個(gè)船隊(duì)，靠船墩頂端設(shè)有燈塔1座。導(dǎo)航段位

6、于停泊段與大壩之間，采用浮式混凝土浮堤結(jié)構(gòu)，共分兩段，段間鉸接，每段長(zhǎng)65 m，型寬10 m，型深2.8 m，兩側(cè)用錨鏈固定，一端伸入壩體凹槽形豎向軌道內(nèi)鉸接固定，可通過(guò)收放錨鏈?zhǔn)垢〉屉S水庫(kù)水位變化。(2)擋水壩段為兩個(gè)壩段，每段長(zhǎng)均為16 m，在兩段中縫處留有凈寬為12 m的過(guò)船孔，上部設(shè)有t型鋼筋混凝土公路橋。過(guò)船孔的孔口尺寸能滿足遠(yuǎn)期500 t級(jí)船舶通過(guò)。在過(guò)船孔上還設(shè)有擋水閘門(mén)1扇，門(mén)槽2套，當(dāng)汛期停航或中間明渠檢修時(shí)關(guān)閉閘門(mén)擋水。(3)中間通航渠道上游與擋水壩段連接，下游與升船機(jī)本體上閘首連接。渠道全長(zhǎng)39.5 m，凈寬12 m，為鋼筋混凝土u型結(jié)構(gòu)。最低通航水位時(shí)仍有3 m水深，可

7、滿足遠(yuǎn)景500 t船舶通航要求。在渠道右側(cè)的224 m高程平臺(tái)上布置有大壩至主機(jī)房的公路交通橋，橋底尚布置有升船機(jī)配電房。(4)升船機(jī)本體部分包括上閘首、升船機(jī)主體段、下閘首等三部分。上閘首是升船機(jī)本體的上游擋水建筑物，上接中間渠道，下接升船機(jī)主體。主要有工作閘門(mén)、排沙孔、過(guò)船防撞梁及其啟閉設(shè)備等。工作閘門(mén)位于通航渠道的末端，兼有通航時(shí)擋水、與承船廂對(duì)接、上游通航水位變化時(shí)調(diào)整高度位置保持門(mén)上通航水深等作用。排沙孔位于距通航渠道末端7.45 m，設(shè)潛孔式平面定輪鋼閘門(mén)和固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，用來(lái)排除渠道中的淤沙和必要時(shí)放空渠道中的水體。升船機(jī)主體段位于上、下閘首之間，長(zhǎng)45.3 m，主要由船廂池、

8、塔柱、主機(jī)房、中控室等組成，是升船機(jī)建筑物的主要部分。船廂池是由兩側(cè)擋墻和上閘首圍成的三面圍墻一面開(kāi)敞的結(jié)構(gòu)，下游側(cè)與下閘首及下游引航道連通。池長(zhǎng)49.3 m，凈寬16.5 m，池底高程149.5 m，即當(dāng)下游最低通航水位154.5 m時(shí)有5 m水深，滿足通航時(shí)船廂與下游對(duì)接要求。此外，在船廂池兩側(cè)壁的151.1 m高程處設(shè)有凈寬為1 m的平臺(tái)供承船廂維修及設(shè)備組裝用。塔柱下端由船廂池底板和擋墻支承，為槽型薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度95.6 m，寬度7.75 m，壁厚1 m，左右側(cè)各兩個(gè)塔柱，每個(gè)塔柱設(shè)3個(gè)凈寬為5.5 m的平衡重井，左右塔柱之間在塔頂通過(guò)厚板梁連接，使其成為封閉式框架以增加整體

9、剛度。在塔柱的內(nèi)壁設(shè)有4條承船廂導(dǎo)軌和供主機(jī)檢修時(shí)卸載用的船廂鎖錠座。在每側(cè)的塔柱之間設(shè)有樓梯供運(yùn)行維護(hù)交通及事故發(fā)生時(shí)疏散人員用。在左側(cè)塔柱還設(shè)有1臺(tái)電梯。主機(jī)房設(shè)在塔柱頂部240.6 m高程，兩側(cè)設(shè)鋼筋混凝土立柱，立柱牛腿上有163 t橋機(jī)軌道。房頂為鋼桁架結(jié)構(gòu)，機(jī)房左、右及下游側(cè)設(shè)有寬1.5 m的外走道，上游側(cè)經(jīng)公路橋與壩頂連通。中控室設(shè)在塔柱中間的主機(jī)房底部，從主機(jī)房有樓梯連通。中控室的上下游側(cè)全部采用玻璃作隔墻，具有較好的視野；可直接觀察到上游庫(kù)區(qū)及中間渠道、下游口門(mén)區(qū)的船只航行情況。下閘首是升船機(jī)本體部分檢修時(shí)的下游擋水建筑物。上接升船機(jī)主體段，下接下游引航道，長(zhǎng)13.8 m，設(shè)有

10、平面疊梁式檢修閘門(mén)一扇。下閘首側(cè)墻在一期混凝土澆筑時(shí)留有一缺口供船廂浮運(yùn)進(jìn)船廂池用，待船廂進(jìn)池后再同二期混凝土封堵缺口。(5)下游引航道是升船機(jī)與下游連接的航道。上與下閘首連接，下與下游河道連接。全長(zhǎng)486.8 m，分導(dǎo)航段、調(diào)順段和停泊段，引航道底寬由下閘首端的10.4 m逐漸拓寬至28 m。底部高程152 m，可滿足250 t船舶通航。經(jīng)水工模型試驗(yàn)測(cè)定，引航道口門(mén)區(qū)流速：平行航線流速1.45 m/s，垂直航線流速0.22 m/s，回流流速0.37 m/s，均滿足航運(yùn)要求。引航道停泊段設(shè)有8個(gè)系船墩，間距15 m，各墩在最低通航水位154.5 m至墩頂167.5 m高程之間各設(shè)1組間距為1

11、.5 m的系船鉤。在引航道左側(cè)195 m高程設(shè)有1座燈塔。4升船機(jī)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)升船機(jī)機(jī)械設(shè)備有：主提升機(jī)(簡(jiǎn)稱主機(jī))、平衡重裝置、承船廂導(dǎo)向裝置、承船廂夾緊裝置、承船廂頂緊裝置、承船廂鎖錠裝置、液壓平衡裝置、防撞裝置、頂緊密封裝置、充泄水裝置等十個(gè)部分。4.1主提升機(jī)主機(jī)安裝在塔柱頂部240.6 m高程的機(jī)房?jī)?nèi)，由4組卷?yè)P(yáng)機(jī)和4組靜力平衡滑輪組組成，對(duì)稱布置。每組卷?yè)P(yáng)機(jī)由1臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒式聯(lián)軸器、帶制動(dòng)盤(pán)聯(lián)軸器、雙輸出軸的高速減速器、齒式聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳給對(duì)稱布置于高速減速器兩側(cè)的2臺(tái)雙輸出軸低速減速器。每臺(tái)低速減速器的末級(jí)齒輪兩端輸出軸通過(guò)鼓形滾柱聯(lián)軸器各聯(lián)1套卷筒裝置，共16

12、套卷筒，中心線距樓面2.1 m，卷筒的外側(cè)端面設(shè)有制動(dòng)盤(pán)，每個(gè)制動(dòng)盤(pán)上設(shè)3對(duì)液壓盤(pán)式安全制動(dòng)器。在電動(dòng)機(jī)與高速減速器之間設(shè)1對(duì)盤(pán)式工作制動(dòng)器。4組卷?yè)P(yáng)機(jī)的低速減速器輸入軸之間通過(guò)齒式聯(lián)軸器、帶脹緊套的齒式聯(lián)軸器、同步軸、換向錐齒輪箱連成一封閉的環(huán)形機(jī)械傳動(dòng)及同步系統(tǒng)。固定在每個(gè)卷筒上的3根鋼絲繩分內(nèi)外兩側(cè)出繩，其中2根內(nèi)外側(cè)共繩，另1根僅在內(nèi)側(cè)出繩。內(nèi)側(cè)出繩依次下連錐套、調(diào)節(jié)螺桿并與液壓調(diào)平油缸的活塞桿相連，油缸下端與承船廂吊耳相連；外側(cè)出繩依次下連錐形套、螺桿調(diào)整裝置、平衡重。每組卷?yè)P(yáng)機(jī)中部設(shè)置1組4個(gè)滑輪，滑輪內(nèi)側(cè)出繩依次下連錐套、拉板、船廂吊耳；外側(cè)出繩依次下連錐套、調(diào)整螺桿、平衡重。在

13、調(diào)整螺桿頭部設(shè)有防轉(zhuǎn)板防止鋼絲繩旋轉(zhuǎn)。卷筒或滑輪組內(nèi)側(cè)鋼絲繩下連船廂，外側(cè)鋼絲繩下連平衡重形成一平衡系統(tǒng)。主機(jī)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是：(1)提升力大。因系非全平衡和船廂入水運(yùn)行，主機(jī)的額定提升力為4 401 kn，短時(shí)尖峰載荷下達(dá)7 708 kn；(2)提升系統(tǒng)雙向受載。因船廂出、入水產(chǎn)生浮托力的增減，主機(jī)每一運(yùn)行過(guò)程中主機(jī)的總載荷在4 401 kn至7 708 kn之間變化，存在力矩過(guò)零(換向)問(wèn)題。主機(jī)布置的關(guān)鍵是減少低速減速器和大卷筒的制造難度。主要措施是減少或簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)、減少作用于卷筒上的力矩。曾做過(guò)4臺(tái)、8臺(tái)、16臺(tái)低速減速器和鋼絲繩不同繩徑的方案比選和優(yōu)化，最終確定為8臺(tái)低速減速器和相應(yīng)的

14、16套卷筒和52 mm的鋼絲繩。主機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。表1巖灘水電站1250 t級(jí)垂直升船機(jī)主要技術(shù)特性表項(xiàng)目 單位 數(shù)值 項(xiàng)目 單位 數(shù)值 最大提升總載荷/短時(shí)入水尖峰總載荷 kn 4 401/7 708 高速減速器 型號(hào) zly-560-10(i=10.029) 平衡重總質(zhì)量（力矩平衡重靜力平衡重） t 1100（840/260） 輸入軸轉(zhuǎn)速(快行/慢行) r/min 749/118.263 吊點(diǎn)數(shù)（船廂側(cè)平衡重側(cè)） 個(gè) 64/48 輸出軸轉(zhuǎn)速(快行/慢行) r/min 74.713/11.797 船廂升降速度（空氣中出入水） m/s 0.19/0.03 臺(tái)數(shù) 臺(tái) 4 船廂升降加速度（正

15、常事故） m/s2 0.01/-0.05 同步軸 最大傳動(dòng)扭矩 n.m 40000 船廂最大升降行程 m 68.5 同步軸轉(zhuǎn)速(快行/慢行) r/min 74.713/11.797 年運(yùn)行天數(shù)/天雙向運(yùn)行次數(shù) d/次 325/31 低速減速器 額定輸出扭矩/最大輸出扭矩 kn.m 2550/2900 正常行程升降時(shí)間(下降/上升) min 7.755/7.847 輸入軸轉(zhuǎn)速(快行/慢行) r/min 74.713/11.797 待添加的隱藏文字內(nèi)容2卷筒 名義直徑 mm 3200 傳動(dòng)比 66.2292 數(shù)量 個(gè) 16 臺(tái)數(shù) 臺(tái) 8 滑輪 名義直徑 mm 3200 工作制動(dòng)器 型號(hào) 1tx(s

16、ime industrie) 數(shù)量 個(gè) 16 座數(shù) 座 4 鋼絲繩 直徑 mm 52 制動(dòng)盤(pán)直徑 mm 705 鋼絲繩型號(hào) casar turboplast826 額定制動(dòng)力矩 n.m 11300 破斷載荷 kn 2368.4 制動(dòng)磨擦系數(shù) 0.4 總根數(shù)=(卷筒長(zhǎng)繩+短繩)+滑輪繩 根 64=(32+16)+16 安全制動(dòng)器 型號(hào) sh18-2-2(sime industrie) 電動(dòng)機(jī) 類型 直流dma+315m64v 座數(shù)/每座缸數(shù) 座/缸 48/2 額定功率 kw 339 制動(dòng)半徑 mm 1800 額定轉(zhuǎn)速 r/min 750 制動(dòng)力(動(dòng)靜態(tài)) kn 225/200 臺(tái)數(shù) 臺(tái) 4 制動(dòng)

17、摩擦系數(shù) 0.4 4.2平衡重裝置升船機(jī)平衡重裝置共設(shè)有4組靜力平衡重，總重量為260 t，8組力矩平衡重，總重量為840 t。平衡重為分塊制作的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及部分鑄鐵塊，表面進(jìn)行涂漆防滲處理，上部通過(guò)長(zhǎng)螺桿與主機(jī)外側(cè)出繩的鋼絲繩連接。每組平衡重設(shè)有一套鋼結(jié)構(gòu)安全框，如發(fā)生斷繩事故，平衡重落在安全框內(nèi)的緩沖裝置上，其重量分配到該組平衡重的其余鋼絲繩上，從而確保整個(gè)平衡系統(tǒng)的平衡。在安全框上還設(shè)有導(dǎo)向裝置保持運(yùn)行時(shí)平衡重在平衡重井內(nèi)垂直移動(dòng)。4.3承船廂導(dǎo)向裝置共設(shè)有4組，安裝在船廂兩側(cè)，分橫向?qū)蚝涂v向?qū)颉?dǎo)向裝置由支座、導(dǎo)輪、壓力彈簧等組成，通過(guò)壓力彈簧將導(dǎo)輪推出與塔柱兩側(cè)的導(dǎo)向柱軌面接

18、觸，保持承船廂在運(yùn)行時(shí)上下垂直移動(dòng)而不擺動(dòng)。4.4承船廂夾緊裝置承船廂夾緊裝置共設(shè)有4組，位于承船廂兩側(cè)，分別與塔柱內(nèi)側(cè)的4條導(dǎo)向柱對(duì)應(yīng)。每組夾緊裝置由支座、液壓油缸、夾頭各一對(duì)組成。船廂與上閘首對(duì)接需要夾緊時(shí)，通過(guò)液壓系統(tǒng)對(duì)油缸無(wú)桿腔進(jìn)油，推出夾頭與塔柱兩側(cè)的導(dǎo)向柱軌面接觸并夾緊，確保承船廂不至因?qū)诱`差或船舶進(jìn)出船廂時(shí)引起的水面消漲或壅高產(chǎn)生的垂直力的大小和分布的變化而發(fā)生上下移動(dòng)或擺動(dòng)。承船廂運(yùn)行時(shí)需事先將夾緊裝置松開(kāi)，此時(shí)，對(duì)油缸有桿腔進(jìn)油。每組夾緊裝置油缸有桿腔連通，以免夾緊時(shí)導(dǎo)向柱承受水平力。根據(jù)可能發(fā)生的最大垂直力夾緊裝置每組的夾緊力為1 600 kn。4.5承船廂頂緊裝置承船廂

19、頂緊裝置位于船廂兩側(cè)相應(yīng)于下游兩個(gè)導(dǎo)向柱的上游側(cè)，分別設(shè)兩組每組2個(gè)頂緊裝置。當(dāng)承船廂被夾緊后，通過(guò)液壓油源驅(qū)動(dòng)油馬達(dá)將頂緊裝置推出頂緊，以便將船廂與上閘首對(duì)接時(shí)產(chǎn)生的水平力傳給塔柱。4.6承船廂鎖錠裝置承船廂鎖錠裝置系為了主機(jī)和船廂本身的維修而設(shè)置。鎖錠裝置對(duì)稱于船廂橫向中心線布置在承船廂主縱梁腹板上，中心距為18.32 m，采用斜撐式鎖錠，鎖錠裝置的載荷按船廂自重(含設(shè)備重)考慮每套鎖錠裝置的設(shè)置載荷為1 140 kn。本升船機(jī)不設(shè)置事故鎖錠裝置，其原因是：因本升船機(jī)為船廂下水方式，具備足夠的拖動(dòng)力，一旦船廂失水，只需將其運(yùn)行至上、下游?？浚瑤粫?huì)產(chǎn)生失控現(xiàn)象。4.7液壓調(diào)平裝置液壓調(diào)平

20、的作用是當(dāng)承船廂在運(yùn)行過(guò)程中因卷筒和鋼絲繩的制作誤差以及設(shè)備的安裝誤差積累造成承船廂發(fā)生傾斜時(shí)，通過(guò)調(diào)整與鋼絲繩連接的48套液壓油缸活塞的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)平。液壓調(diào)平裝置由48套液壓油缸、閥組、油源及液壓油路等組成。48套液壓油缸等分為4組，每組油缸的上、下腔分別通過(guò)管路連通。正常情況，活塞處于液壓油缸的中位，當(dāng)承船廂發(fā)生傾斜達(dá)到設(shè)定值時(shí)，中控室即將每組油缸的調(diào)整方向及調(diào)整量的指令發(fā)給液壓調(diào)平控制系統(tǒng)執(zhí)行操作，可通過(guò)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)調(diào)平。液壓調(diào)平裝置同時(shí)還具有油缸、管路爆破失壓自動(dòng)閉鎖功能和保壓、節(jié)流等功能。液壓系統(tǒng)的壓力選定為16 mpa，油缸工作壓力為13 mpa，油缸內(nèi)徑200 mm，活塞桿直

21、徑100 mm，有效行程250 mm。船廂上設(shè)4套油泵電動(dòng)機(jī)組。該泵組還用來(lái)向船廂臥倒式閘門(mén)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)供油。4.8上閘首防撞裝置防撞裝置布置在上閘首通航臥倒閘門(mén)的上游，由箱形防撞梁、橡膠緩沖裝置、導(dǎo)向滑輪、提升設(shè)備等組成。其作用是防止誤操作致使船舶撞擊上閘首臥倒閘門(mén)造成安全事故。防撞裝置的升降由安裝在閘首側(cè)墻啟閉機(jī)房?jī)?nèi)的1臺(tái)1250 kn固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作進(jìn)行。處于工作狀態(tài)時(shí)防撞裝置上的緩沖裝置在水面以上800 mm高度，當(dāng)船舶進(jìn)出承船廂時(shí)，防撞裝置沉入水下1 800 mm，以滿足通航所需水深要求，防撞裝置需要維修時(shí)可將其提升到224 m高程平臺(tái)。防撞裝置按最大撞擊力1 524 kn設(shè)計(jì)。4

22、.9對(duì)接密封裝置頂緊密封裝置布置在上閘首工作閘門(mén)上段門(mén)葉下游面的u形凹槽內(nèi)，由箱形斷面結(jié)構(gòu)的u形密封框、導(dǎo)向輪、伸縮式u型橡膠止水密封圈、液壓油缸、伸縮彈簧、油源等組成。其作用是實(shí)現(xiàn)上閘首工作閘門(mén)與承船廂對(duì)接，使上閘首與承船廂內(nèi)的水體連通，船舶能進(jìn)出承船廂。當(dāng)需要與承船廂對(duì)接密封時(shí)，對(duì)安裝在密封框上的10套液壓油缸充油，密封裝置向外推出使u型橡膠止水密封圈與承船廂端面接觸頂緊并使油缸保壓即完成對(duì)接密封操作。退出對(duì)接時(shí)將油缸內(nèi)腔油卸回油箱，密封框借助油缸和伸縮彈簧的推力退回凹槽。密封框推出行程為125 mm。4.10充泄水裝置充泄水裝置的作用是當(dāng)上閘首工作閘門(mén)與承船廂對(duì)接后，對(duì)其間隙進(jìn)行充水使船

23、廂臥倒閘門(mén)和上閘首臥倒閘門(mén)之間平壓，開(kāi)啟臥倒閘門(mén)讓船舶進(jìn)出承船廂，或關(guān)閉臥倒閘門(mén)后泄掉其間隙中的水，讓對(duì)接密封裝置退出。充泄水裝置由2臺(tái)水泵、4套閥組和管路以及相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備等組成。該裝置布置在上閘首工作閘首上段門(mén)葉內(nèi)，一端管路的兩個(gè)進(jìn)(出)口固定在閘門(mén)腹板上并與上閘首水體連通，另一端管路的兩個(gè)進(jìn)(出)口采用軟管固定在u形密封框上，充泄水的操作過(guò)程系通過(guò)啟閉不同閥組來(lái)實(shí)現(xiàn)的。充泄水量均為9 m3。4.11升船機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)程序(1)防撞梁進(jìn)入工作狀態(tài)；(2)船舶進(jìn)入上閘首明渠；(3)承船廂行至與上游水位對(duì)齊；(4)夾緊裝置夾緊、頂緊裝置頂緊；(5)對(duì)接密封裝置推出與承船廂對(duì)接；(6)充泄水裝置對(duì)間

24、隙充水；(7)上閘首和承船廂上游端臥倒門(mén)打開(kāi)；(8)防撞梁下沉、船舶進(jìn)入船廂、系纜；(9)上閘首和承船廂上游端臥倒門(mén)關(guān)閉；(10)充泄水裝置對(duì)間隙泄水；(11)對(duì)接密封裝置收回；(12)頂緊裝置松開(kāi)、夾緊裝置松開(kāi)；(13)承船廂下行與下游水位對(duì)齊；(14)承船廂下游端臥倒門(mén)打開(kāi)；(15)船舶解纜、駛出船廂；(16)船舶進(jìn)入船廂，系纜；(17)關(guān)閉船廂下游端臥倒門(mén)；(18)承船廂行至與上游水位對(duì)齊；(19)夾緊裝置夾緊、頂緊裝置頂緊；(20)對(duì)接密封裝置推出與承船廂對(duì)接；(21)充泄水裝置對(duì)間隙充水；(22)上閘首和承船廂上游端臥倒門(mén)打開(kāi)；(23)船舶解纜、駛出船廂。 5升船機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)升船機(jī)

25、金屬結(jié)構(gòu)包括擋洪檢修閘門(mén)、上閘首工作閘門(mén)及啟閉機(jī)、沖沙閘門(mén)及啟閉機(jī)、承船廂、臥倒閘門(mén)及啟閉機(jī)、下游檢修閘門(mén)及啟閉機(jī)等組成。5.1擋洪檢修閘門(mén)擋洪檢修閘門(mén)布置在大壩的擋水壩段，位于通航明渠渠首。當(dāng)通航明渠及上閘首上的水下建筑物及設(shè)備需要檢修時(shí)，關(guān)閉本閘門(mén)創(chuàng)造檢修條件。本閘門(mén)為鋼結(jié)構(gòu)平面疊梁式閘門(mén)，分為6節(jié)制造和吊運(yùn)，利用壩頂22 500 kn門(mén)機(jī)通過(guò)自動(dòng)抓梁操作閘門(mén)靜水啟閉。當(dāng)汛期停航時(shí)，關(guān)閉該閘門(mén)擋洪渡汛。5.2上閘首工作閘門(mén)及啟閉機(jī)上閘首工作閘門(mén)布置在上閘首通航明渠末端，具有通航時(shí)擋通航明渠的水體、與承船廂對(duì)接、庫(kù)水位變化時(shí)調(diào)整門(mén)檻高程保持通航水深等作用。工作閘門(mén)上設(shè)有臥倒閘門(mén)(過(guò)船用)、對(duì)

26、接密封裝置、充泄水裝置等。為凹形下降式平面定輪鋼閘門(mén)，分4節(jié)制造在現(xiàn)場(chǎng)焊接成整體。工作閘門(mén)的啟閉設(shè)備為23000 kn接力式液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，安裝在224 m高程平臺(tái)的門(mén)槽頂部。啟閉機(jī)通過(guò)圓環(huán)形拉桿與閘門(mén)吊耳鉸接，將閘門(mén)懸掛在門(mén)槽內(nèi)。當(dāng)庫(kù)水位變化達(dá)到400 mm時(shí)，啟閉機(jī)啟動(dòng)操作閘門(mén)作每次行程為400 mm的升降調(diào)整，以保持臥倒閘門(mén)凹形門(mén)檻水深滿足通航要求。當(dāng)閘門(mén)需要維護(hù)時(shí)，啟動(dòng)啟閉機(jī)操作閘門(mén)下沉至門(mén)槽底檻檢修平臺(tái)上進(jìn)行。在閘門(mén)上段門(mén)葉的凹口上設(shè)有一扇臥倒閘門(mén)，鉸支在凹形門(mén)檻上，在凹槽兩側(cè)設(shè)有1臺(tái)2160 kn液壓式啟閉機(jī)操作閘門(mén)啟閉。平時(shí)閘門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)承船廂與工作閘門(mén)對(duì)接密封，間隙充水平壓后

27、，開(kāi)啟本閘門(mén)使明渠水體與船廂內(nèi)連通，航舶可進(jìn)出船廂。在該閘門(mén)的上段門(mén)葉內(nèi)還設(shè)有對(duì)接密封裝置和充泄水裝置。5.3承船廂承船廂是升船機(jī)的容船設(shè)備，為一凹槽型薄壁鋼結(jié)構(gòu)，兩端各設(shè)有1扇臥倒式閘門(mén)，組成一有效容積為965 m3的容船空間。承船廂上還布置有液壓調(diào)平、頂緊、夾緊、鎖錠、導(dǎo)向、系船等機(jī)械設(shè)備和配電、控制、檢測(cè)、通訊、液壓等機(jī)電設(shè)備。承船廂的外形尺寸、體形、結(jié)構(gòu)型式系綜合考慮了承船廂出入水運(yùn)行的特點(diǎn)以及設(shè)備的安裝維護(hù)要求、升船機(jī)運(yùn)行要求等因素，對(duì)承船廂在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種工況及其載荷組合，利用空間有限元理論通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)承船廂進(jìn)行整體受力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化后確定的。承船廂的有效水域?yàn)?0 m10.

28、8 m1.8 m0.1 m(長(zhǎng)寬水深)，外形尺寸為48.5 m16.3 m4.4 m(長(zhǎng)寬高)，自重465 t(含設(shè)備重)，載水重965 t，總重量1430 t。在承船廂兩側(cè)的主縱梁中心線上分別設(shè)有10組吊耳，其中2組每組有4個(gè)吊耳孔，分別與船廂靜力繩鉸接；有8組每組有3個(gè)吊耳孔通過(guò)液壓調(diào)平油缸與船廂力矩繩鉸接。承船廂通過(guò)16根靜力繩和48根力矩繩鉸接，將承船廂懸掛于塔柱內(nèi)。啟動(dòng)主提升機(jī)通過(guò)鋼絲繩帶動(dòng)承船廂上下運(yùn)行實(shí)現(xiàn)船舶過(guò)壩通航。5.4臥倒閘門(mén)及啟閉機(jī)在承船廂的兩端各設(shè)有1扇臥倒閘門(mén)，與承船廂凹槽底部鉸接，在閘門(mén)兩側(cè)設(shè)置有1臺(tái)2160 kn液壓?jiǎn)㈤]機(jī)與閘門(mén)及支座鉸接，利用液壓調(diào)平裝置的油源操

29、作閘門(mén)啟閉。臥倒閘門(mén)上還設(shè)有緩沖式防撞裝置，防止進(jìn)廂船舶因誤操作而發(fā)生事故。在承船廂的頂部?jī)蓚?cè)沿主縱梁長(zhǎng)度方向分別設(shè)有寬為2.75 m的平臺(tái)作為機(jī)電設(shè)備安裝和運(yùn)行維護(hù)人員通道。當(dāng)兩端臥倒閘門(mén)關(guān)閉時(shí)，與門(mén)頂平臺(tái)構(gòu)成一環(huán)形通道。在承船廂頂部平臺(tái)下層，還沿著主縱梁腹板的內(nèi)或外側(cè)設(shè)有檢修通道，與頂上平臺(tái)用樓梯連通。在承船廂兩側(cè)頂部平臺(tái)上設(shè)有對(duì)外交通通道，一旦發(fā)生事故，船上人員可從通道疏散到塔柱兩側(cè)的樓梯上。此外，承船廂上還設(shè)有泄水、排沙、溢水等供檢修、防過(guò)載用的安全設(shè)施。承船廂在距電站下游約2 km的碼頭平臺(tái)上制造，然后下水浮運(yùn)經(jīng)下游引航道進(jìn)入船廂池就位安裝。5.5上閘首沖沙閘門(mén)及啟閉機(jī)上閘首沖沙閘門(mén)

30、的作用是排除上閘首和通航明渠以及船廂池底部的淤沙。閘門(mén)孔口位于上閘首通航明渠的兩側(cè)側(cè)墻上，出口位于船廂池底部的上游側(cè)，共有2個(gè)孔口，設(shè)平面定輪鋼閘門(mén)，每孔閘門(mén)由1臺(tái)1250 kn固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)操作動(dòng)水啟閉。5.6下閘首閘門(mén)及啟閉機(jī)下閘首閘門(mén)的作用是當(dāng)船廂池需要檢修時(shí)用來(lái)?yè)跸掠嗡w，創(chuàng)造維修條件。閘門(mén)設(shè)在下閘首船廂池出口處，為平面滑動(dòng)鋼閘門(mén)，分6節(jié)制造，在現(xiàn)場(chǎng)用軸連成整體，平時(shí)將閘門(mén)鎖錠在平臺(tái)上，使閘門(mén)底緣距離下游最高通航水位8.3 m，需要封孔擋水時(shí)通過(guò)1臺(tái)2800 kn固定卷?yè)P(yáng)式啟閉操作閘門(mén)啟閉封孔擋水。6升船機(jī)電氣設(shè)計(jì)6.1電氣一次設(shè)計(jì)包括供電、電氣照明、接地和防雷。升船機(jī)對(duì)供電質(zhì)量和可

31、靠性要求較高，為確保安全運(yùn)行，配電系統(tǒng)采用雙電源供電，分別引自廠內(nèi)10 kv配電系統(tǒng)的段和段母線。升船機(jī)配電采用10 kv、0.4kv兩級(jí)電壓供電，10 kv母線分為兩段，設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，互為備用。主機(jī)為4臺(tái)單機(jī)容量為339 kw的直流電動(dòng)機(jī)，當(dāng)任一臺(tái)電動(dòng)機(jī)退出運(yùn)行，其余3臺(tái)應(yīng)能完成提升操作，為了提高其可靠性，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)均由獨(dú)立的整流變供電，分別接在10 kv配電系統(tǒng)的兩段母線上。升船機(jī)其余負(fù)荷均為交流低壓設(shè)備，分別由2臺(tái)公用變供電，每臺(tái)帶一段母線，設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)切換互為備用。升船機(jī)最大揚(yáng)程為68.5 m，進(jìn)入承船廂的動(dòng)力電纜選用能承受較大外力的重型橡套電纜。電纜從主機(jī)房接出，垂直懸掛，下端設(shè)有電

32、纜卷筒，隨船廂升降而自動(dòng)收放電纜。升船機(jī)為高層建筑物，為了提高光效，降低能耗，主機(jī)房采用大容量塊板面混光燈照明，中控室采用嵌入式日光燈照明，配電房、塔柱樓梯采用白熾燈照明；下游引航道長(zhǎng)達(dá)400多m，且汛期處于水下，采用高壓鈉投光燈照明；在上游引航道浮式導(dǎo)航堤上設(shè)高壓鈉燈照明。其余如上閘首、啟閉機(jī)房、交通橋等部位采用庭院燈照明。所有室外照明燈均由升船機(jī)中控室統(tǒng)一控制。升船機(jī)公用變壓器采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。電氣設(shè)備一律采用接零保護(hù)，所有電氣設(shè)備金屬殼均與電源中性線相連。所有升船機(jī)主體的建筑物均利用水工建筑物內(nèi)的主鋼筋作為自然接地體，并與大壩接地網(wǎng)連接。為防止強(qiáng)電磁對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾，中控室的地板內(nèi)敷

33、設(shè)專用屏蔽網(wǎng)，且與接地網(wǎng)可靠連接。在承船廂子站上設(shè)有專用接地電纜與中控室接地網(wǎng)連接。在主機(jī)房、引航燈塔等高層建筑物的頂部，均設(shè)有避雷帶或避雷針。6.2電氣二次設(shè)計(jì)包括主機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，監(jiān)控、監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，交通指揮、通訊系統(tǒng)。(1)主機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)主機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和對(duì)主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速的要求來(lái)選擇電氣主傳動(dòng)的方式和主系統(tǒng)的接線。主機(jī)參數(shù)要求如下：升降最大行程：68.5 m；運(yùn)行速度要求：在空氣中運(yùn)行速度為0.19 m/s；船廂出入水及上游勻速段的運(yùn)行速度為0.03 m/s；船廂升降正常加速度為0.01 m/s2；船廂升降事故減速度為-0.05 m/s2。系統(tǒng)最大不平衡載荷：在空氣中時(shí)為4 40

34、1 kn；短時(shí)尖峰載荷為7 708 kn。系統(tǒng)總載荷是變化的不平衡系統(tǒng)。本機(jī)采用4臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)其中任一臺(tái)電動(dòng)機(jī)故障，其余3臺(tái)電動(dòng)機(jī)仍能使承船廂維持運(yùn)行。根據(jù)以上特點(diǎn)，確定對(duì)主提升機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速要求為：調(diào)速比d=15；在速度轉(zhuǎn)矩特性曲線的4個(gè)象限均能正常工作。且工況改變時(shí)能自動(dòng)、連續(xù)地轉(zhuǎn)移運(yùn)行工況；無(wú)級(jí)調(diào)速，平滑系數(shù)1，系統(tǒng)在階躍信號(hào)作用下超調(diào)量小于或等于5%，速度圖規(guī)定的斜坡信號(hào)作用下無(wú)超調(diào)量；系統(tǒng)開(kāi)環(huán)截止頻率大于15 hz，相位裕度大于或等于60；轉(zhuǎn)速靜態(tài)誤差小于2%；調(diào)速方式為恒轉(zhuǎn)矩方式。電氣主傳動(dòng)方式有直流電機(jī)和交流電機(jī)可供選擇。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：調(diào)速范圍廣，容易實(shí)現(xiàn)零到全速范圍

35、內(nèi)的調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)平滑、穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速和準(zhǔn)確停靠，啟動(dòng)平穩(wěn)；效率較高；有設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。但缺點(diǎn)是電機(jī)維護(hù)復(fù)雜。交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：電機(jī)簡(jiǎn)單、過(guò)載能力大而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。缺點(diǎn)是：變頻設(shè)備復(fù)雜，制造、運(yùn)行、維護(hù)缺乏經(jīng)驗(yàn)；交流變頻調(diào)速難以克服轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)象；拖動(dòng)設(shè)備投資大。經(jīng)綜合比較、權(quán)衡利弊，還是選用直流電動(dòng)機(jī)比較穩(wěn)妥。電氣傳動(dòng)系統(tǒng)采用他激直流電動(dòng)機(jī)、固定激磁，具有可逆運(yùn)轉(zhuǎn)特性，實(shí)現(xiàn)4象限調(diào)速、簡(jiǎn)化控制、提高制動(dòng)速度的目的。調(diào)速系統(tǒng)采用全數(shù)字式有準(zhǔn)備邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。因主提升機(jī)通過(guò)環(huán)型剛性同步軸強(qiáng)制同步，因此4臺(tái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的一致性誤差要求較高，小于2%。為使4臺(tái)機(jī)輸出力矩平衡，電氣傳動(dòng)系

36、統(tǒng)采用1個(gè)速度外環(huán)帶4個(gè)電流內(nèi)環(huán)的接線方式。(2)監(jiān)控、監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)為主常規(guī)為輔的方式。其主要功能是：按給定的運(yùn)行方式控制運(yùn)行，兼有運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障及事故報(bào)警、顯示、記錄，應(yīng)急保護(hù)等。監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，中央級(jí)設(shè)在中控室，共設(shè)2臺(tái)上位機(jī)互為備用。單元級(jí)(子站)分為主提升機(jī)、承船廂、上閘首、下閘首等4個(gè)子站控制防撞梁、對(duì)接密封、充泄水、臥倒門(mén)、主機(jī)制動(dòng)、主機(jī)潤(rùn)滑、頂緊、夾緊、液壓泵站等現(xiàn)地設(shè)備。每一子站設(shè)有一套可編程控制器，可在中控室進(jìn)行集中自動(dòng)控制或現(xiàn)地控制。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中主控級(jí)與現(xiàn)地子站級(jí)通過(guò)高速串行數(shù)據(jù)總線互連，構(gòu)成冗余的雙重lan局網(wǎng)。(3)交通指揮、監(jiān)視、

37、通信系統(tǒng)。交通指揮系統(tǒng)包括廣播指揮和通航指揮。廣播指揮為分別在浮式導(dǎo)航堤，上、下閘首，主機(jī)房等部位設(shè)置廣播喇叭構(gòu)成。通航指揮為在浮式導(dǎo)航堤、上下閘首、下游導(dǎo)航堤、承船廂等部位設(shè)置交通信號(hào)燈、中心燈、邊界燈構(gòu)成。監(jiān)視系統(tǒng)共設(shè)置15套全天候、低照度、單頭尾工業(yè)電視構(gòu)成。其監(jiān)視和集控設(shè)在中控室。通信系統(tǒng)利用水電站的數(shù)字程控交換機(jī)，在升船機(jī)本體的中控室、主機(jī)房、配電室等場(chǎng)所設(shè)置電話分機(jī)，實(shí)現(xiàn)升船機(jī)對(duì)內(nèi)和對(duì)外通信。7設(shè)計(jì)體會(huì)及尚需探討的問(wèn)題(1)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。隨著我國(guó)水電事業(yè)的發(fā)展，解決高壩通航問(wèn)題已成為水電建設(shè)需要解決而又未完全解決的突出問(wèn)題，許多專家、學(xué)者為此奮斗了十幾年甚至幾十年，做了大量的技術(shù)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。卷?yè)P(yáng)平衡重式垂直升船機(jī)是解決高壩通航問(wèn)題的優(yōu)選機(jī)型。目前國(guó)內(nèi)在建和擬建的三峽、水口、隔河巖、高壩州、巖灘、大化等水電工程均采用這種機(jī)型。由于垂直升船機(jī)與通常的通航設(shè)備存在諸多特殊的不同之處，應(yīng)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。但目前國(guó)內(nèi)高壩通航有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作嚴(yán)重