水口水电站2×500t级垂直升船机设计.doc

水口水电站2500t级垂直升船机设计华东水电技术2002年第2期3水口水电站2500t级垂直升船机设计汪云祥(华东勘测设计研究院杭州310014)摘要本文全面介绍了水口水电站2500t级垂直升船机的总体布置,土建结构,机械设备,结构件,电气设备等的设计及选型情况,并对此类垂直升船机的主要设计原则进行了叙述.关键词垂直升船机主提升设备液压启闭机计算机监控1概述福建水口水电站位于闽江干流上的闽清县境内,其通航建筑物布置在枢纽右岸,包括一座2500t级垂直升船机和一座相应规模的三级船闸,两者并列布置,升船机位于三级船闸的右侧.通航建筑物的设计年过坝运量为货运400万t,竹木200万m-250万m,其中升船机的设计运量为货运400万t(或货运170万t,竹木250万m).垂直升船机是内河航道解决高坝通航技术的一种既快捷又经济的有效手段,在水级落差超过40m的水电站枢纽或航运工程中,垂直升船机方案在技术经济方面所独具的优势,使其应用前景越显宽广.水口水电站垂直升船机的总体规模属目前国内在建升船机之最,现正处于安装调试阶段,它的建设实践为我国大型垂直升船机的建设技术提供了有价值的经验.初步设计阶段,水口升船机通过机型选择和比较,确定采用湿运全平衡钢丝绳卷扬提升式的机型方案.船舶过坝的全过程不离开水面的”湿运”方式.由于不改变船体结构的受力条件,对大型船舶来说是十分有利的,湿运方式,才使其具备了采用全平衡的条件.一只装有标准水深的承船厢作为船舶过坝的载体,不论其中有无船只,其重量总是恒定的,因此,就可以以同等的配重来加以平衡.”全平衡”的概念是指除船厢和水体的重量需要用配重平衡外,还需要将悬挂承船厢和平衡重块的所有钢丝绳重量在船厢升降过程中对系统平衡条件产生的影响采取相应的平衡补偿措施,为此,水口升船机在每组重力平衡重块至船厢的相应部位问设置一套与该组悬吊钢丝绳单位长度重量相等的平衡链,使平衡链与钢丝绳一起构成一个闭环状的平衡系统来平衡钢丝绳的重量.全平衡式升船机的最大优点是在同等运行速度下所需的功率很小,仅用于克服系统阻力,船厢内允许的误载水量及启,制动惯性力,其中,船厢内允许的误载水量耗占主提升力部份约在50%以上.水口升船机按25OOt平底驳组成的一顶两驳船队一次过坝设计,船厢带水总重量5500t.升降运行时,船厢内允许误载水深2.50.1m,主提升机计算驱动功率约为4140kW,实际配置功率为4160kW,正常运行启制动加速度0.Olm/s,额定升降速度0.2m/s,单程升或降运行时间最长不超过360s,故实际运行成本低廉.2机型大型垂直升船机在当今世界上有两种具代表性的机型,一类是德国吕内堡升船机的带大螺杆保安机构齿轮齿条爬升式机型,另一类是比利时斯特勒比?蒂厄升船机的钢丝绳卷扬提升式机型.前者船厢带水重5700t,最大升程38m,于1976年建成投运;后者船厢带水重8800t,最大升程73m,于1982年开始建设,至2001年上半年建成投运.经过对上述两种升船机的主参数规模,布置形式,主要结构的技术难度,设计假定条件等方面分析比较后,其主要结论可归纳为以下几方面,这也是水口升船机机型选择的依据.(1)采用大螺杆保安机构,对船厢超量失水等事故有很好的安全锁定作用,但该装置制造精度高,对塔柱施工要求也高,而且其制造,安装,土建施工难度随着升船机升程的增加而增加;采用钢丝绳卷扬提升式机型,由于承船厢为全挠性悬挂,与4华东水电技术2002年第2期塔柱之间的依存关系少,建设难度明显降低,国内有类似设备的设计,制造经验,更适合我国工业水平的现状;(2)关于船厢超量漏水等破坏平衡条件的事故工况假定应作具体分析,设计完全可以采取有效措施减少漏水环节,如将对接密封装置从船厢移至闸门上等等;(3)从水口工程地震设防要求考虑,卷扬式方案具有明显的优越性,因为它与塔柱间的依存关系少;(4)研制了一套安全锁定装置,足以锁定无水的船厢,满足船厢安装,检修的需要,也可对超量失水的船厢起保安作用.3主要特性参数机型:湿运全平衡钢丝绳卷扬提升式垂直升船机提升荷重:55oot(带水船厢总重量)最大升程:59m额定升降速度:0.2m/s起,制动加速度:tO.01m/s.标准船队级别:2x500t级一顶两驳船厢水域有效尺度:114rex12rex2.5m(长宽水深)上游通航水位:EL.65.0m-55.0m下游通航水位:EL.21.8m-6.0m主提升设备额定提升力:4x60OkN设计扬程:59.5m,卷简直径及数量:8个,d03500mm平衡重系统:转矩平衡重重量:680t,共4组重力平衡重重量:4420t,共l2组可控平衡重重量:400t,共4组最大安全制动力矩:4x3494kN?m防洪挡水标准:上游p=0.1%,下游p=l%地震设防标准:度4机电设备水口升船机的机电设备主要有四大部分,即:上,下闸首部分,包括挡水闸f-1;设置在闸门上的通航卧倒闸门及其启闭设备,对接密封装置,拉紧及锁定装置,船厢充泄水水泵,液压泵站及各种检测设备;挡水闸门平衡重组及启闭设备;检修闸门及启闭设备;上,下闸首交通信号设备;上,下闸首现地控制子站设备等.下闸首还设有船厢室排水水泵.主提升机房及集控室设备包括主提升卷扬设备,平衡重系统设备,主拖动设备及其现地控制子站设备,升船机计算机监控设备,工业电视监视设备,消防及火灾报警设备等;承船厢设备包括船厢结构,船厢液压泵站设备,通航卧倒闸门及其启闭设备,船厢液压均衡及调平系统设备,船厢撑紧机构,防撞装置,船厢现地控制子站设备,船厢消防及火灾报警设备等.水口升船机机电设备的设计及配置方案以确保承船厢在各种运行工况下安全可靠运行为前提,针对可能出现的事故情况采取相应的技术措施.其中,对人们最关心的船厢失水事故的设防措施,除了将对接密封装置从厢端移至闸首挡水闸门上以消除船厢漏水点外,还研制了一套锁定力为8x5000kN的差速安全锁定装置,足以将无水船厢锁定在塔柱钢梯上.对接密封装置移出船厢后,不仅可以简化厢端结构,还可以改善该装置的工作条件和维修条件.为了防止水面漂浮物影响船厢两端通航卧倒闸门的水密性和为卧倒闸门更换水封橡皮创造条件,设计研究了阻止漂浮物进入卧倒闸门水封座面的装置和利用防撞梁斜导槽设置检修闸门的可行性方案.水口升船机船厢长度达123.0m,运行中,如何将水平度偏差控制在允许范围内,对安全运行十分重要,设计最终选用了一套经1/10模型试验机验证的液压伺服闭环纠偏调平系统对船厢的水平度超值偏差进行调节纠偏控制.此外,根据水口水电站运行特点,为防止因下游航道水位受发电机组尾水位的影响而涨落,使处在对接状态的船厢内水位急剧变化而引起升船机平衡条件的破坏,设置了转矩平衡重和可控平衡重.升船机处于非升降运行状态时,两者均由安全制动器来支持,确保船厢的受力平衡和稳定条件.当船厢处于升降运行中,如遇设备故障,包括电源故障时,安全制动系统将自动按事故制动程序运行,使船厢较平稳地停IE.5土建结构水口升船机的土建结构包括上下游挡水建筑华东水电技术2002年第2期5物及口门区导航建筑物,8座承重塔柱及2座交通塔楼,主机房等.升船机中心线位于sta.R.0+317.5m,上游挡水建筑物在sta.D.0+048.5m以上为大坝的挡水部分,自桩号sta.D.0+195.5m至sta.D.0+205.5m为下游挡水建筑物,自桩号sta.D.0+063.5m至sta.D.0+175.5m为承重塔柱和交通塔楼围成一个可供承船厢在无水条件升降运行的船厢室,其净宽17.0m,底面高程EL.0.5m,除了下闸首建基面为EL.一18.0m外,其余土建结构的建基面均为EL.一5.5m,上闸首和各承重塔柱,交通塔楼的顶面高程为EL.74.0m,即为主提升机房地面高程,结构总高度79.5m,下闸首顶部高程EL.43.5m,结构最大高度61.5m.承重塔柱左右侧各4座,均为高型薄壁钢筋混凝土结构,其顶部EL.74.0m高程安装有主提升设备和平衡重系统设备.正常运行条件,按承受全部设备重量和带水船厢重量,全部平衡重重量等铅垂荷载设计,非常情况下,按度地震设防要求进行复核.升船机的主机房分左右两列,为贯通式结构,其上游自桩号sta.D.0+039.69m至sta.D.0+179.50m,全长139.81m,在主提升机吊点中心线位置sta.D.0+082.0m和sta.D.O+157.Om处设左右机房连接段,其中上游连接段顶层为升船机集中控制室.主机房屋顶高程EL.88.0m,总高度14.0m.左右交通塔楼段长度均为18.0m,中心线桩号sta.D.0+119.5m,从EL.74.0m有楼梯可通向下闸首EL.43.5m和船厢室底面EL.0.5m处.在高程EL.39.8m至EL.65.7m的左右交通塔楼里各设1台电梯.6主提升机械设备水口升船机的主提升机械设备为一套提升力4600kN,提升高度59.5m的4吊点多绳卷扬设备,纵向吊点距离75.0m,横向吊点距离18.2m,每个吊点各设有1台直流电动机,通过全闭式传动,经1台速比为i=366的硬齿面五级减速箱带动两个直径为3500mm的卷简,卷绕提升钢丝绳或转矩平衡重悬挂钢丝绳来驱动船厢升降.在4个吊点之间,用内环式闭环刚性同步轴联接,实现机械同步运行,同步轴额定转速80rpm.主提升机设有两种制动器,其中工作制动器设在电动机轴上,每吊点2对盘式制动器;安全制动器设在卷筒轴上,每吊点28对盘式制动器.两种制动器均为液压控制其松闸或上闸,为此,在上游和下游两个吊点间的机房连接段,各设置一个制动系统液压站.正常运行时,工作制动器作为停机制动,经延时数秒种后,安全制动器再上闸.事故工况下的紧急制动由工作制动器分级调压制动,如果工作制动器紧急制动失败,安全制动器还可以进行急停制动,以尽可能减小停机冲击,避免事故扩大.减速箱采用强制喷油润滑,故每台减速箱均配置了一套润滑泵站.卷筒装置为双向出绳共槽卷绕结构,其中每个卷筒上提升船厢的钢丝绳共5根,悬挂转矩平衡重的钢丝绳共4根,每个吊点的两套卷筒装置绳槽的旋向互为对称,安全制动器的制动盘直接固定在每个卷筒的外侧端面上.闭环同步轴装置正常运行时,作为各吊点转速的强制同步装置,以确保4吊点的基本同步升降;当1台或2台驱动电动机或主拖动设备发生故障时,同步轴的强度足以传递相当于一台电动机的额定输出扭矩,并维持4吊点的同步升降.同样的工况,对电动机而言,其机械强度则按2倍额定扭矩设计,而按3台机常速运行或2台机半速运行时,短时(120s)实际最大过载能力为额定功率的2倍.主提升设备提升力的计算荷载包括:1)船厢升降运行工况下,厢内允许最大误载水体重量,按水深O.1m计算;2)起,制动惯性力;3)悬吊钢丝绳僵性阻力;4)运动部件摩阻力;5)提升绳与转矩平衡重悬挂绳以及可控卷筒两侧悬挂绳的最大重量差;6)风荷载;7)船厢水平度允许偏差使水体产生的偏载.7平衡重系统设备水口升船机的平衡重系统设备包括重力平衡重,转矩平衡重,可控平衡重及平衡链等.重力平衡重装置共l2组,每组l6根钢丝绳悬挂l6串平衡重块,并组成一个围框,平衡滑轮安装在主机房EL.74.0m高程,每组平衡重沿导轨升降;转矩平衡重6华东水电技术2002年第2期装置共8组,每组设4根钢丝绳悬挂,该钢丝绳在8个卷筒提升绳槽里,与提升钢丝绳反向共绕,每4串转矩平衡重块组成一个围框,沿导轨升降;可控平衡重装置共4组,设在机房上,下游两端,每组4串平衡重块,悬挂钢丝绳则由一套直径+3500mm,用制动器控制其转,停的双向出绳随动卷筒来卷绕,每组4串平衡重块组成一个围框,沿导轨升降.将上述各组的所有平衡重串按组用一个围框箍连在一起,当某串悬挂钢丝绳万一破断时,该串平衡重块仍只能堕落在框内,不会导致升船机整个平衡系统的失衡.平衡链只设置在重力平衡重部分,用于平衡192根悬挂重力平衡重钢丝绳的重量.平衡链12条,两端分别挂在每组重力平衡重的围框下和承船厢纵主梁底部的相应部位,设计使平衡链的单位长度重量与每组16根重力平衡绳的单位长度重量相等.可控平衡重和转矩平衡重的悬吊钢丝绳由于数量相对较少,没有设置平衡链,升降过程钢丝绳的重量已计算在主提升力中.全平衡式垂直升船机平衡重系统的设置方案对船厢结构的受力和升船机的安全运行影响甚大.其中,转矩平衡重(包括同类性质的可控平衡重)所处的位置和数量的多少,决定着船厢的抗纵倾能力,对于建在水电工程中的通航建筑物来说,由于通航水位受发电机组引水和尾水的影响,往往瞬时变化较大,特别是下游通航水位受机组启停影响十分敏感.如果船厢在对接状态电站有多台机组启或停,厢内水深随着电站尾水位的涨落而大幅度变化时,船厢侧的重量也随之变化,就可能导致平衡系统破坏,引起船厢的超载或减载而倾复的事故.设置转矩平衡重的目的是为了防止船厢内水深减小后倾复事故的发生,显然,转矩平衡重的重量原则上必须大于厢内可能出现最大的水深减少量.此外,从抗纵倾能力考虑,最好将转矩平衡重设置在船厢的两端,而将引发船厢纵倾的重力平衡重尽量集中在船厢长度方向的中部.水口升船机的转矩平衡重位于主提升机吊点处,共680t,同样性质的可控平衡重设置在船厢的两端,4组共400t.而船厢在对接工况下考虑多台机组同时投入或停机的条件,厢内允许的最大误载水深不会超过设计值2.5+0.4m,相当于船厢的荷重变化为+612t.根据水口升船机转矩平衡重和可控平衡重的布置位置,其所具有的抗纵向倾复能力,相当于船厢内水深仅1.85m.全平衡式升船机的平衡重块的数量多,重量大,在选择平衡重块的材质时应注重其密度保证值,制造形体尺寸的可控制性以及安装调整的方便等.水口升船机平衡重块共5500t,由铸铁平衡重块和混凝土平衡重块组成,其中混凝土块由于没有采用刚度足够的钢模浇法,形体尺寸偏差很大,影响了叠串安装精度,进而对平衡重串的挂装增加了难度.8钢丝绳组件钢丝绳组件是垂直升船机最重要的承载部件,对钢丝绳卷扬式机型来说,由于带水船厢完全通过钢丝绳来悬吊,其重要性更是可想而知了.卷扬式升船机使用的钢丝绳通常包括用卷筒卷绕的提升绳和用平衡滑轮作转向支承的重力平衡绳.水口升船机的钢丝绳组件经国际招标,由美国WRCA公司中标供货.其中提升绳共40根,转矩平衡绳共32根,可控平衡绳共16+16根,均用卷筒卷绕,重力平衡绳共12x16=192根,用192只平衡滑轮支承,全部采用相同绳径(d52mm)相同结构的钢丝绳,供货状态为经预拉伸后长度定尺(带索具)的钢丝绳组件.钢丝绳作为绕性承载件,影响其使用寿命的最直接因素应为轮绳直径之比,即K=D/d.我国起重机设计规范对各种起重机设计规定的K值最大的一种起重机不小于28,而现今世界上已建的升船机中,K值均比此值要大得多.水口升船机卷简直径+3500mm,K=67.3;平衡滑轮直径+3000mm,K=57.7.实际上,升船机用的钢丝绳并不只是承受纯拉力的构件,当其进入卷筒或滑轮后,将同时承受拉伸,弯曲和挤压的联合作用.对相同的悬吊荷载来说,弯曲和挤压应力的大小以及对钢丝绳的寿命影响则与K值有直接关系,都会随着K值的增加而减小.由于目前尚没有升船机的设计规范,但设计时都考虑到了这样的问题,所以K值的选取总要比常规起重机大得多.因此从这一方面看,升船机的钢丝绳实际上比起重机钢丝绳的工作条件要好得多.此外,升船机一旦建成投入使用,钢丝绳将长期承载,且基本不变.由于主提升设备为一多绳提升机械,悬吊的又是一个盛水的容器,设计时,为了保证华东水电技术2002年第2期7船厢的水平度,往往对所有钢丝绳的整绳弹性模量予以规定,并对提升绳的直径偏差予以限制.采购合同还规定了每根钢丝绳应进行预拉伸的技术条件,以减小钢丝绳受载后的弹性伸长量.设计对钢丝绳的静拉力安全系数取值一般在78左右,与起重机设计规范规定的常规起重机用钢丝绳的安全系数相比要大得多,因此,对钢丝绳的结构,型式等提出更多的特定要求已无必要.如果综合考虑升船机的工作条件,并根据目前公认的一些设计原则来选择钢丝绳,大致可遵循以下原则:1)关于钢丝绳数量的确定:在已知的船厢重量和船厢尺度的情况下,如果布置允许,则应该尽量增加钢丝绳的数量,以减小钢丝绳的直径,这样可以在同等的K值下,缩小卷筒和滑轮的直径,有利于减小主提升机械规模,减小设备制造难度;2)在整绳弹性模量,绳径偏差等满足要求的前提下,尽量选择常规结构的钢丝绳,可以降低造价;3)优先选择不旋转,不松散和柔度较好的镀锌钢丝绳;4)宜按经预拉伸后的长度定尺的钢丝绳组件(带索具)进行采购,预拉伸力通常为破断力的40%;5)按左右旋成对配置.9承船厢结构水口升船机的承船厢主要受力结构是沿纵向两侧各为高6.300m,宽1.800m双腹板纵主梁,横向为32根,梁高2.500m的单腹板工字梁和4根高2.500m,宽1.000m的双腹板吊点梁,两端各5根横梁高度降为1.600m,留出了厢端通航卧倒闸门全开启所需的空间,1根底纵梁沿中心线设置,在各横梁和底纵梁间还有小梁,其上敷设了底铺板.承船厢全长123.0m,除吊点梁以外的最大宽度16.32m,最大高度6.750m,水室有效尺寸l14.0m12.0m(长宽),标准水深2.5m,干舷高度0.8m.承船厢结构由武昌造船厂制造,由于整体尺寸较大,船厢室拼整方案被否定后,即按整体浮运至船厢室方案进行安排.最终是由武昌造船厂分块制造后,在福州马尾造船厂所驻用的5000t船台上拼整,下水后经水上浮运100km到达升船机船厢室就位.船厢结构经二维,三维有限元分析计算,应力均未超过规范的规定,吊点处局部应力稍高部位,设计中作了加固处理.纵向计算刚度是船厢结构设计应予控制的要点之一,本机纵向挠度小于IM2000.但是,由于结构尺寸庞大,制造精度往往难以满足设计要求,拼整以后的挠度检测基准无法确定,所以,船厢吊装及装水以后的实际挠度将难以确定,如果从控制挠度的目的考虑,在结构应力未超标的条件下,主要是为了控制厢内有效水深的均匀度,因此,水口升船机对船厢挠度的检测,最终将通过结构应力和厢内有效水深的多点测值来进行分析.l0船厢液压设备水口升船机的船厢液压设备包括40套船厢液压均衡及调平液压缸,4套调平系统液压站,4套卧倒式通航闸门控制液压缸,4套防撞梁操作液压缸和48套撑紧机构液压缸及控制上述液压缸的4套液压站.两种液压站分4组分别布置在船厢纵主梁4个吊点处的箱梁腹腔内,每点沿纵向15m范围内用防火门隔断,顶部设有人孔通向甲板层.船厢液压均衡及调平系统液压缸按厢内允许误载的最大水深2.50.4m计算其静态承载力为单缸320kN,最大调节行程_+150mm,为双杆双作用式结构,内置双电位计行程检测传感器.每个吊点的10套液压缸之间的上腔,下腔分别互相连通,以达到静态受力均衡目的.各液压缸的上端与主提升钢丝绳相连,下端通过吊具与承船厢吊点横梁相连.每个液压缸的压力腔设有1只防堕安全阀,一旦某一液压缸的高压软管发生破裂而失压,该阀即迅速关闭,使该液压缸从系统中切除出去,以确保整个系统的安全.液压调平系统采用液压伺服闭环控制系统,船厢的水平度检测装置为一矩形连通管式水平传感装置,在该装置的四角设有四个竖向测井,分别安装有高精度液位检测和压力检测两种传感器,通过四角测值的比较指令伺服控制系统将船厢的水平度偏差调至设计允许的范围.显然,水平传感装置的检测精度和灵敏度对调平系统的性能至关重要.钢丝绳卷扬式垂直升船机一般都通过液压调平系统来控制船厢的水平度偏差,这也是该机型与带大螺杆的齿轮齿条爬升式机型的重大差异之一,8华东水电技术2002年第2期因此,液压调平系统的成败,很大程度上影响着这种机型的安全运行.卷扬式机型其承船厢由于采用全挠性悬挂,因此,对运行中的船厢水平度偏差受到多种因素的影响,包括主提升设备驱动电机的机械特性偏差,各吊点卷简直径制造相对偏差,传动系统制造偏差,各提升钢丝绳的绳径偏差以及提升钢丝绳的弹性模量偏差等等.主提升设备各吊点间设置闭环刚性同步轴可以使电动机转速达到强制同步,但对其它影响因素并不能起到补偿的作用.对于船厢这一水深远小于长度的长槽形盛水容器而言,水平度的偏差将导致厢内水深不均,改变厢内荷载的分布,如不及时加以有效的控制,还会出现不良循环的后果.水口升船机的船厢由于长度达123.0m,对其水平度偏差的控制难度会更大些,设计除了对卷简,传动系统,钢丝绳等各部件的制造提出了一定的精度及性能控制要求外,船厢在各种工况下的水平度偏差允许值规定为全长两端相对高差不大于10em.通过1/10物理模型试验,原型机采用的调平系统为一设有调节死区,调节步长可调的闭环伺服控制系统,液压缸的调节行程为_+150mm,取值较小,这样,即使出现失控,船厢的水平度超差值也不会太大.但由于该值较小,运行初期会因提升钢丝绳弹性伸长量不等,需要通过手动调节液压缸的结构长度来保证_+.150mm的可调值,直至使其渐趋稳定.船厢的水平度偏差超值对处于各种运行工况都应该予以控制,分析认为,处于升降运行中的船厢如果出现水平度偏差超值,对升船机的安全运行影响更大,故必须采取有效的调节手段及时予以控制.为了提高船厢调平的稳定性和可靠性,水口升船机的调平系统工作压力采用中等压力等级,元器件则均采用高压力等级产品,调节死区和步长需经现场调试确定,并以平稳无冲击,偏差值收敛性好为基本要求.水口升船机船厢的其它液压设备则由4套容量较小的泵站控制,并按设定程序运行.船厢撑紧机构设在吊点横梁上,每吊点l2套撑紧液压缸,设计撑紧力12200=2400kN.当船厢与闸首完成对接拉紧程序以后,撑紧机构投入运行,此时,依靠撑紧力产生的摩阻力,使船厢受到一个铅垂方向的阻力约束,以承受船舶进出船厢时,因水面波动而产生的附加垂直荷载.11船厢安全锁定装置为了提高卷扬式垂直升船机的安全可靠度,根据这类机型的特点,并结合安装,维修的需要,水口升船机研究设计了一种差速安全锁定装置,1997年1月,该设计获国家专利局实用新型专利证书.安全锁定装置的工作原理是利用安装在主提升吊具里的两个三齿锁定块,通过检测判断,自动进行船厢的锁定.当运行中船厢发生超量漏水失控情况时,通过对四个吊点的8个三齿锁定块状态检测和位置调正,使其进入可锁定状态待命.由于随着船厢漏水量的增加,升船机平衡条件被破坏,平衡重侧的重力将拉动船厢上行,最终由于船厢受三齿锁定块的阻挡被锁定在钢梯的横梁上.正常运行时,每个吊具里的两个三齿锁定块通过钢丝绳由专用电动卷筒将外侧齿向内收转一个角度,使其与钢梯脱开,发生漏水失控事故时,再将其放松至自由位,以便进入锁定控制程序.在每个吊点塔柱的相应位置安装了两条钢梯,其下端部埋入EL.0.5m以下的底板中,设计锁定力为方向向上的垂直力85000kN,最终将由钢梯传至底板埋件中,钢梯上锁定横梁的净间距为5.0m.安全锁定装置设计的前提条件是升降运行中船厢如果发生超量失水事故,其速度应是缓慢渐进的,而非突发性地在极短时间里失水超过了主机的控制能力.因此,当水位检测发现漏水时,主提升机尚有足够的能力,以较慢的速度在较短的时间里将船厢调正至可锁定位置,此时,实际需要调整的距离将不超过4.5m.可锁定位置则是指8个三齿锁定块的水平齿上齿面尽可能靠近钢梯的锁定横梁,这样可以减少锁定时产生的冲击.12上,下闸首挡水工作闸门及启闭设备水口升船机的上,下闸首挡水工作闸门均为下沉式平面钢闸门,水封橡皮设在迎水面侧的埋件上.闸门配有平衡重块,以平衡闸门门叶的部分重量,减小启闭力,设有一套双吊点液压启闭机操作,上,下闸首各设有一个液压站控制液压缸的操作.华东水电技术2002年第2期9挡水工作闸门及启闭设备的主要参数:参数项目上闸首下闸首水位变幅EL.65.0m一55.0mEL.21.8m一6.0m孔口尺寸12.0mxl3.5m12.0m19.3m设计水头13.65m19.45m操作方式动水启闭动水启闭支承跨度18.6m18.6m支承型式定轮dp800mm定轮800mm总水压力ll925kN24210kN门叶重量197t315t启闭力21250kN2x2250kN行程10.5m16.3m吊点距21.3m21.3m平衡重重量2o0t240t升船机闸首挡水工作闸门与常规闸门相比,主要差异在于它需要根据航道水位的变化,经常作相应的调整,以满足升船机运行所需的水深,因此,全程严密的封水性能对整个面板的平整度提出了较高的要求.此外,为了达到严密封水的要求,对闸门主梁的横向刚度应予控制,以满足水封橡皮的可适应能力.考虑到挡水工作闸门需要与船厢进行对接,因此,闸门启闭过程对其左右吊点的相对高差应予严格控制,对非启闭运行状态的锁定性要求很高.水口升船机的上,下闸首挡水工作闸门顶节除设有U型凹口,为安装闸首卧倒式通航闸门的位置外,还设有4台船厢充泄水水泵,对接密封装置,船厢拉紧及锁定装置,以及控制这些装置的液压泵站.上闸首门叶共分4节制造,下闸首门叶共分6节制造,为了减少现场焊接工作量及焊接变形,各节门叶之间的连接采用螺栓连接.闸门面板设在迎水面,与水封接触部分为全不锈钢材料,设计要求面板的局部不平度小于lmm,以确保良好的封水效果.挡水工作闸门的液压启闭设备通过国际招标采购,最终由力士乐(中国)有限公司中标.液压缸采用陶瓷喷镀活塞杆,CIMS行程检测系统,液压系统的双缸同步控制采用闭环控制的开关式旁路纠偏系统,同步偏差小于lem.升船机运行工况下,上下闸首挡水工作闸门按设定程序,自动调正闸门的状态,非对接前的挡水工况,按卧倒式通航闸门槛上水深达到2.5%m调整一次,使达到2.50.05m;即将与船厢进行对接时,只要卧倒闸门槛上水深超过2.50.05m均需将其调整到2.50.05m.升船机非运行工况下,上下闸首挡水工作闸门均应提升至全关位置,并利用设在液压缸上端盖的锁定机构进行锁定.13卧倒式通航闸门及启闭设备水口升船机卧倒式通航闸门共4套,2套设在承船厢的2端,另2套分别设置在上下闸首挡水工作闸门的上部,4套闸门的尺寸,结构完全相同.卧倒闸门在静水中启闭,液压缸通过设在闸门转动底铰轴上的拐臂来启闭闸门,液压缸行程两端设有缓冲段,以确保启停平稳无冲击.卧倒闸门启闭时间短,启闭力小,尤其是采用封水效果极佳的水压压紧式水封,可以有效地减少船厢漏水事故.但是,水上的漂浮物一旦滞留在水封座面上,就会影响闸门的封水,此时,液压缸将无法达到全关位,检测信号也无法送出,从而应向值班人员提示并作处理.由于国内河流水上漂浮物多而杂,因此,设计已着手就增设一套能阻止漂浮物进入水封座面的装置的可行性方案进行研究,以确保其良好的封水效果.为了给船厢卧倒闸门水封橡皮的更换创造条件,设计也已着手就利用防撞梁导槽增设检修闸门的可行性方案进行研究.14对接密封装置对接密封装置用于承船厢与闸首的对接,把船厢水域与上下游航道水域连通,以便船舶可进出船厢.因此,对接密封装置是湿运升船机可靠运行的关键设备之一.水口升船机设计中,根据已建升船机的有关资料及运行情况,设计开发了一套设在闸门上的可伸缩折叠式对接密封装置,1997年9月,该设计获国家专利局实用新型专利证书.对接密封装置是升船机设备中使用很频繁的设备之一,每次对接需作往复伸缩运动,密封橡皮极易损坏.设计认为,像德国吕内堡升船机那样,将对接密封装置设在船厢端部,将长期受水压力作用,损坏以后就成为船厢的漏水点,且维修更换十10华东水电技术2002年第2期分困难.水口升船机设计时,根据卷扬式升船机的机型特点,将其设置在挡水工作闸门的背水面,非对接7-_况该装置不在水中,即使损坏,也不会影响船的安全,而且维修条件很好.水口升船机的对接密封装置有两道密封橡皮,一道断面为W形的U状可伸缩橡皮