水利工程论文-水力浮动式快速垂直升船机.doc

水利工程论文-水力浮动式快速垂直升船机水力浮动式快速垂直升船机是在水力浮动式转矩平衡重升船机（专利号ZL99116476.8）的基础上研发出的一种安全、高速、节水型垂直升船机，它与水力浮动式转矩平衡重升船机相比，可节约大量的操作用水；与钢丝绳卷扬垂直升船机相比，运行更加安全可靠；与目前国内外各类垂直升船机相比，这种升船机的升降速度有较大幅度的提高（可达0.5m/s以上）；如果与同等规模的船闸相比，其操作用水仅相当船闸操作用水的3%左右，也就是说同等规模的船闸升降一次的操作用水，可供水力浮动式快速升船机升降30次。水力浮动式快速升船机的动作原理是：以平衡筒的总重量平衡承船厢的总重量，通过操作进水阀或排水阀，使提升竖井充水或排水，达到改变提升平衡筒的重量，克服摩阻力，促使承船厢升降的目的。1水力浮动式快速升船机的平衡装置水力浮动式转矩平衡重升船机的的平衡筒，既具有提升功能又具有平衡功能。水力浮动式快速垂直升船机的平衡筒则不然，它将平衡筒的提升功能与平衡功能分离，令一部分平衡筒负责平衡，另一部分平衡筒负责提升。负责平衡的平衡筒（15），安装在平衡竖井（13）中，其重量和体积由承船厢厢体及厢内水体的重量和体积以及升船机的最大提升力确定。平衡竖井（13）与提升竖井（19）互不相通。在平衡竖井的底部，设有事故排水通道（12）与承船厢室相通。（见水力浮动式快速垂直升船机原理图）平衡筒为钢制水筒，筒内装有水，为方便安装、检修，在顶部设有进人孔。每个平衡筒上装有两组动滑轮（14），绕经其中一组动滑轮的钢丝绳缠绕在卷筒（2）的左旋绳槽中，绕经另一组动滑轮的钢丝绳缠绕在卷筒（2）的右旋绳槽中，这样就可以保证平衡筒在升降时，始终沿着竖井中轴线做铅锤运动而不左右移动。钢丝绳的一端经杠杆式拉力均衡装置与塔柱顶部的支架连接，钢丝绳的另一端经拉力均衡装置（6）与承船厢(8)相连接。杠杆式拉力均衡装置机构简单，可以使缠绕在同一卷筒上的各钢丝绳受力均衡。平衡筒内装有水位传感器，用以监控筒内水位，保证各平衡筒的重量相等。平衡筒下部装有安全阀(16)，安全阀是常闭的，当承船厢（8）发生严重漏水事故，厢内水位降至预定的事故水位时，承船厢上的水位传感器发出讯号，安全阀（16）才开启排水，减轻平衡筒的重量，使之与漏水的承船厢保持动态平衡。平衡筒的排水，经由平衡竖井底部设置的事故排水通道排至承船厢室底部与承船厢的漏水一起汇至集水井由水泵排往下游。平衡竖井对称布置在承船厢室两侧，为保护平衡筒及平衡竖井在运行时不受损伤，在平衡筒上装有导向轮，在竖井内壁设钢衬板。正常情况下导向轮与平衡竖井内壁上的钢衬板保持12cm的间隙，只有在平衡筒的运动方向与竖井中轴线产生偏差时，导向轮才与钢衬板相接触。为制作、安装方便平衡筒直径应与提升平衡筒保持一致，平衡竖井的直径可比提升竖井适当大一些。在我国钢丝绳卷扬垂直升船机应用比较普遍，但它的平衡重是固态的，当发生承船厢水体全部漏空这样的极端事故时，安全装置将无法应对。水力浮动式快速升船机承船厢发生漏水事故时，平衡筒的重量可以与承船厢漏水进行互动并保持平衡，有效地杜绝了因承船厢漏水引发的恶性事故，升船机的运行安全有了可靠保证。2水力浮动式快速升船机的提升装置快速升船机的提升装置与水力浮动式转矩平衡重升船机的提升装置基本相同，它利用水的浮力促使承船厢升降，不需要设置提升电机及大扭矩减速箱，避开了大型升船机设计、制造、安装、维护方面的难题。负责提升的平衡筒(18)，安装在提升竖井(19)内，它的直径与高度由升船机运行时可能发生的最大提升力、上游最低通航水位、下游最高通航水位及最大升程确定。提升竖井（19）底部与等惯性连通管(17)连接。等惯性连通管的进水管(26)与上游水库相通，排水管(27)通往下游。进水阀(11)与排水阀(10)分别安装在进、排水管上。升船机运行时，通过操作进水阀或排水阀使提升竖井充、泄水，用以改变提升平衡筒的重量，达到克服摩阻力使升船机升降的目的。提升平衡筒亦为钢制水筒，筒内装有水。在提升平衡筒的上部装有两组动滑轮，绕经其中一组动滑轮的钢丝绳缠绕在卷筒的左旋绳槽中，绕经另一组动滑轮的钢丝绳缠绕在卷筒的右旋绳槽中。钢丝绳的一端经杠杆式拉力均衡装置（20）与塔拄顶部的固定支架连接；另一端经拉力均衡装置（6）与承船厢（8）相连接。提升平衡筒上也装有导向轮，正常时导向轮与提升竖井内壁之间保持12cm的间隙。平衡筒的顶部有进人孔，供安装检修时向平衡筒充、排水用。由于承船厢的重量已被平衡筒平衡，提升竖井中的提升平衡筒只克服摩阻力就可使升船机升降。因此，所需的操作用水很少，进水管、排水管、进水阀、排水阀的通流面积均比较小，为提高升船机的升降速度创造了非常有利的空间。提升竖井对称布置在承船厢室的两侧。为保证升船机的运行不受上、下游水位变动的影响，令竖井最高水位等于上游最低通航水位，竖井最低水位等于下游最高通航水位，提升平衡筒在此区间内运动，牵动承船厢与上、下游任何通航水位实行对接。由于承受水压力，提升竖井内壁须设钢里衬。3水力浮动式快速升船机的等惯性输水系统等惯性输水系统是快速升船机的动力输送系统及软同步系统。它由进水口栏污栅、检修闸门、进水管（26）、进水阀（11）、等惯性竖井连通管（17）、提升竖井(19)、排水阀(10)、排水管(27)、检修闸门等组成。（见水力浮动式快速升船机原理图及等惯性输水系统示意图）若想提高钢丝绳卷扬垂直升船机及齿轮爬升螺旋锁定垂直升船机的升降速度，必须增大提升电机的功率及减速箱的输出扭矩，对水力浮动式快速升船机而言，提升竖井的直径与升船机的最大升程一经确定，耗水量就是恒定的，升船机的升降速度仅与进、排水管的流量有关，选用较大直径的进、排水阀及相应的进水管、排水管，便可提高升降速度。水力浮动式快速升船机的升降速度可以达到0.5m/s以上,比传统升船机的升降速度提高一倍多。为了保证升船机的运行平稳，水在进水管及排水管中的最大流速应控制在Vmax8m/s为宜。等惯性连通管与提升竖井交界处的流速，应控制在V2m/s为宜。4进水阀和排水阀快速升船机的开、停、升、降是通过对进水阀（11）和排水阀（10）的操作实现的，它是升船机的关键设备。由于锥阀的调节性能较好，快速升船机的进水阀和排水阀最好选用锥阀，其次是球阀。为方便检修和维护，进水阀和排水阀可选用同一规格型号的阀门。进水阀与排水阀采用液压操作系统。5升船机的硬同步系统水力浮动式快速升船机采用封闭的