浮筒式垂直升船機(jī)

1、浮筒式垂直升船機(jī) 從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)六十年代，德國(guó)人設(shè)計(jì)建造了好幾座浮筒式垂直升船機(jī)。如1899年建成的亨利興堡老升船機(jī)（henrichenburg），1938年建成的羅特塞升船機(jī)（rothensee），1962年建成的亨利興堡新升船機(jī)（henrichenburg/waltrop)。亨利興堡老升船機(jī)圖中近處為羅特塞升船機(jī)亨利興堡新升船機(jī)浮筒式垂直升船機(jī)適用于升程不高的升船機(jī)工程，因?yàn)樯谈咝柙谙掠魏哟哺叱桃韵滦藿ê苌畹呢Q井，不但受地質(zhì)條件約束，還會(huì)給工程帶來許多麻煩。據(jù)說尼德芬諾（niederfinow）升船機(jī)曾準(zhǔn)備選用浮筒式垂直升船機(jī)方案，因亨利興堡老升船機(jī)運(yùn)行幾十年沒出什么事故，運(yùn)行安

2、全可靠。但最終沒被選用，主要原因是地質(zhì)條件差，修建深豎井有困難。尼德芬諾升船機(jī)升程37m，如采用浮筒式垂直升船機(jī)方案，需在下游河床高程以下修建90m深的豎井。浮筒式垂直升船機(jī)由上、下游閘首（含工作門、啟閉機(jī)等）、導(dǎo)向柱、承船廂室、承船廂、浮筒、豎井、提升機(jī)構(gòu)等組成。它與平衡重式垂直升船機(jī)的主要不同就是利用浮筒從水中獲得浮力來抵消承船廂的重力，而不是利用平衡重塊。從而不需要設(shè)置數(shù)量眾多的鋼絲繩、滑輪、卷筒及平衡重塊，使承船廂變得十分簡(jiǎn)潔美觀。其次是它采用螺母螺桿裝置既作為升船機(jī)的提升裝置又作為安全裝置。現(xiàn)以亨利興堡新升船機(jī)為例介紹浮筒式垂直升船機(jī)。亨利興堡新升船機(jī)最大提升高度 ,承船廂有效長(zhǎng)度

3、，有效寬度 ，船廂內(nèi)水深 ，能滿足 級(jí)歐洲型船舶通航。升船機(jī)活動(dòng)部分總重約 ,其中承船廂內(nèi)水重 ，廂體自重（金屬結(jié)構(gòu)及設(shè)備） ,兩個(gè)浮筒及支架重 。兩只直徑為 高為 的浮筒排水量共為 ，其獲得的浮力可抵消升船機(jī)活動(dòng)部分的全部重量。應(yīng)該注意的是浮筒直徑越大升降時(shí)遇到的水阻力便越大。減小浮筒直徑雖然可以減小水阻力，但卻增加了浮筒高度，從而豎井深度必須加深。浮筒頂部裝有 高的支架, 支架頂部與承船廂底部鉸接，支架的有效高度，必須大于升船機(jī)最大升程。豎井設(shè)在承船廂室底部，見圖。豎井的深度應(yīng)大于浮筒高度與升船機(jī)最大升程之和，豎井與浮筒之間的間隙，應(yīng)能滿足浮筒在豎井中自由升降，間隙過小會(huì)增大浮筒運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻

4、力，從而增加升船機(jī)的動(dòng)力消耗。亨利興堡新升船機(jī)的豎井內(nèi)徑 ,豎井深度 ,浮筒直徑 ,浮筒高度 ，升船機(jī)最大升程 。豎井頂部設(shè)有井蓋，安裝在浮筒頂部的支架穿過井蓋上預(yù)留的孔洞與承船廂底部實(shí)現(xiàn)鉸接。升船機(jī)運(yùn)行時(shí)，在提升裝置螺母螺桿的作用下，浮筒與承船廂一起升降。無(wú)論承船廂在什么位置，浮筒都必須完全淹沒在水中。這樣才能與承船廂始終保持平衡，將承船廂的全部重量抵消。應(yīng)該說浮筒式升船機(jī)升降時(shí)所需克服的阻力是最小的，因?yàn)樗恍杩朔⊥苍谒猩禃r(shí)遇到的阻力，其他類型的升船機(jī)則不然。當(dāng)承船廂與下閘首對(duì)接時(shí)，浮筒下沉至豎井最深處，此時(shí)浮筒下端部所受水壓可達(dá) ，為抵消水壓對(duì)浮筒產(chǎn)生的應(yīng)力，減輕浮筒結(jié)構(gòu)重量，防止

5、浮筒漏水，將浮筒分為上、下兩個(gè)隔離倉(cāng)并充有壓縮空氣，上隔離倉(cāng)充氣壓力 , 下隔離倉(cāng)充氣壓力 ,并將充入浮筒的空氣預(yù)先進(jìn)行干燥處理。平衡倉(cāng)工作原理圖當(dāng)承船廂在高位時(shí)，浮筒上的支架露出水面，當(dāng)承船廂在低位時(shí)，支架沉入水中，這樣浮力就會(huì)產(chǎn)生變化。在浮筒下隔離倉(cāng)中設(shè)一下端敞開的平衡倉(cāng)（直徑 、高 ），當(dāng)浮筒下沉?xí)r，平衡倉(cāng)內(nèi)的空氣被水壓縮，浮筒上升時(shí)水壓減小平衡倉(cāng)內(nèi)的空氣便膨脹，從而抵消了因支架露出或淹沒于水中產(chǎn)生的浮力變化。浮筒四周設(shè)有導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪沿安裝在豎井內(nèi)壁上的導(dǎo)軌作垂直運(yùn)動(dòng)。在承船廂室兩側(cè)對(duì)稱布置四座高 的鋼筋砼導(dǎo)向柱。導(dǎo)向柱的橫截面為凹形，凹槽中裝有提升螺桿及導(dǎo)軌。提升螺桿直徑, ，高 ，

6、重 。升船機(jī)的4臺(tái)提升電機(jī)（ 直流電機(jī)）分別安裝在四座導(dǎo)向柱頂部的機(jī)房?jī)?nèi)，通過減速器可驅(qū)使提升螺桿旋轉(zhuǎn)，并通過安裝在承船廂上與其旋合的固定螺母，帶動(dòng)承船廂以 的速度升降。在四根提升螺桿的底部，用同步軸、聯(lián)軸節(jié)及換向齒輪等組成一封閉的剛性同步系統(tǒng)。同步系統(tǒng)安裝在承船廂室有防護(hù)設(shè)施的鋼筋砼溝槽中。當(dāng)其中一臺(tái)電機(jī)因故障退出運(yùn)行，其它三臺(tái)電機(jī)通過同步系統(tǒng)依然可以保證升船機(jī)平穩(wěn)升降。運(yùn)行時(shí)提升螺桿與螺母始終相互磨擦，由于承船廂與上、下游水位的每次對(duì)接不可能沒有偏差，以及對(duì)接時(shí)上、下游水位發(fā)生變化造成承船廂的超、欠載，都可能加劇提升螺桿與螺母的磨擦和磨損。為保護(hù)提升螺桿使其少受磨損，利用青銅制作螺母，并將

7、其設(shè)計(jì)成分瓣結(jié)構(gòu)，便于檢修、維護(hù)時(shí)更換磨損過量的青銅螺母。提升螺桿上、下兩端的支座從結(jié)構(gòu)上保證了不論承船廂上升還是下降提升螺桿始終受拉而不受壓。升船機(jī)運(yùn)行時(shí)，安裝在承船廂兩側(cè)的導(dǎo)向輪在彈簧的推動(dòng)下緊緊壓在安裝在導(dǎo)向柱凹槽內(nèi)的導(dǎo)軌上，防止承船廂前后、左右擺動(dòng)。導(dǎo)軌是可以調(diào)整的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)歪斜時(shí)可進(jìn)行調(diào)整。下閘首擋水門和承船廂上、下游側(cè)閘門一樣，均選用下沉式反弧門，因?yàn)橄掠嗡蛔兓苄　６祥l首工作門則選用垂直提升平板門，以適應(yīng)上游水位變化。在承船廂上、下游側(cè)的下沉式反弧門外圍設(shè)有u形止水密封框，對(duì)接時(shí)液壓裝置將u形止水密封框推向上或下閘首，沿反弧門外圍封閉了承船廂與上或下閘首對(duì)接面之間的間隙，使其不

8、漏水。實(shí)現(xiàn)承船廂與上或下游航道的連通。升船機(jī)的安全保障設(shè)計(jì)考慮了以下情況：1、承船廂超、欠載。2、承船廂在最低位置超載。3、承船廂滿載而浮筒浮力全部消失（負(fù)的最大不平衡力）。4、浮筒浮力正常承船廂內(nèi)水全部漏空（正的最大不平衡力）。當(dāng)承船廂超、欠載出現(xiàn)不平衡，且不平衡力達(dá)到設(shè)計(jì)允許值時(shí)（下降時(shí)不平衡力達(dá)到 ,上升時(shí)不平衡力達(dá)到 ），提升電機(jī)自動(dòng)停機(jī)，提升螺桿隨之停止旋轉(zhuǎn)，由于螺紋的自鎖作用，承船廂被牢牢地鎖定在四根提升螺桿上。即使遇到正的最大不平衡力或負(fù)的最大不平衡力，螺母、螺桿及導(dǎo)向柱也完全能夠承擔(dān)。升船機(jī)的運(yùn)行操作完全自動(dòng)化，其運(yùn)行程序?yàn)椋阂源吧闲袨槔?、船舶駛?cè)氤写瑤?，關(guān)閉承船廂下游側(cè)及

9、下閘首的下沉式反弧門。、泄掉圍在承船廂下游側(cè)端面、下閘首對(duì)接面及u形止水密封框中的水。、縮回u形止水密封框。、解除承船廂鎖定裝置，頂緊裝置的作用。、啟動(dòng)提升電機(jī)使承船廂平穩(wěn)上升。、與上閘首對(duì)接，投入鎖定及頂緊裝置。、液壓裝置將承船廂上游側(cè)u形止水密封框推出，頂向上閘首對(duì)接面。、向被u形止水密封框圍住的承船廂上游端面及上閘首對(duì)接面之間的間隙充水，使其與上游航道及承船廂內(nèi)水位持平。、打開承船廂上游側(cè)的反弧門及上閘首平板門，使承船廂內(nèi)的水與上游航道的水相互連通，船舶離開承船廂，駛向上游航道。船舶下行與上行程序一樣，僅僅方向相反。關(guān)閉和開啟的閘門不一樣。亨利興堡老升船機(jī)、新升船機(jī)及羅特塞升船機(jī)雖然都是

10、浮筒式垂直升船機(jī)，它們的結(jié)構(gòu)卻不盡相同。如亨利興堡老升船機(jī)及新升船機(jī)的提升裝置采用螺桿轉(zhuǎn)螺母不轉(zhuǎn)的方案。羅特塞升船機(jī)則采用螺母轉(zhuǎn)螺桿不轉(zhuǎn)的方案。亨利興堡老升船機(jī)同步系統(tǒng)裝在導(dǎo)向柱頂部而新升船機(jī)則裝在承船廂室鋼筋砼基礎(chǔ)上。現(xiàn)將三座升船機(jī)的主要參數(shù)列于下表，以供 參考 。亨利興堡老升船機(jī)新升船機(jī)及羅特塞升船機(jī)主要參數(shù)表名 稱亨利興堡老升船機(jī)羅特塞升船機(jī)亨利興堡新升船機(jī)型 式浮筒式垂直升船機(jī)浮筒式垂直升船機(jī)浮筒式垂直升船機(jī)建成年代189919381962最大升程14m18.67m13.5m-14.5m電機(jī)功率4110kw845kw4110kw船舶排水量750t1000t1300t承船廂有效尺寸68m8.6m2.5m長(zhǎng)寬水深85m12m2.5m長(zhǎng)寬水深90m12m3m長(zhǎng)寬水深承船廂廂體重1000t1300t870t廂內(nèi)水體重1462t2550t3500t浮筒數(shù)量522浮筒重量600t1400t630t浮筒排水量5620=310022700=540022500=5000浮筒外徑8.3m10.00m10.