《升船机设计规范+GB+51177-2016》详细解读

《升船机设计规范GB51177-2016》详细解读目录contents1总则2术语3基本规定4选型及布置5建筑物设计6金属结构和机械设备设计目录contents7电气系统设计8消防及火灾自动报警附录A承船厢纵倾稳定性计算附录B塔柱风荷载体形系数附录C承船厢设计工况与荷载组合附录D主提升机、驱动系统、牵引绞车设计工况与荷载组合目录contents附录E驱动电动机功率计算本规范用词说明引用标准名录制订说明011总则确保船舶安全、高效地通过航道上的集中水位落差。提高航道通航能力，促进水路交通运输发展。减少船舶过闸时间，降低运输成本，提高经济效益。1.1设计目的和意义确保升船机结构安全、运行可靠，满足船舶通航要求。安全性原则在满足安全、功能要求的前提下，力求降低造价，节约投资。经济性原则采用成熟、先进的升船机技术和设备，提高升船机的技术水平和运行效率。先进性原则注重环境保护，减少升船机建设和运行对环境的影响。环保性原则1.2设计原则和要求1.3设计范围和内容升船机总体布置设计包括升船机位置、型式、主要尺寸等。升船机结构设计包括承船厢、闸首、支承导向结构、驱动装置等部件的设计。升船机控制系统设计包括电气控制系统、液压控制系统等。升船机安全保护系统设计包括防撞装置、限位装置、应急停机装置等。升船机辅助设施设计包括船舶进出引导系统、照明系统、消防系统等。022术语升船机是一种为船舶通过航道上集中水位落差而设置的通航建筑物，由承船厢、支承导向结构和驱动装置等组成。根据结构形式，升船机可分为垂直升船机和斜面升船机两大类。定义分类2.1升船机定义承船厢是升船机的核心部分，用于承载船舶通过水位落差区域。组成承船厢由上、下闸首和船厢本体组成，具有良好的水密性和结构强度。2.2承船厢2.3支承导向结构定义支承导向结构是升船机的重要组成部分，用于支撑和导向承船厢的升降运动。分类根据支承方式的不同，支承导向结构可分为钢丝绳卷扬式、液压油缸顶升式等多种类型。驱动装置是升船机的动力来源，用于驱动承船厢的升降运动。定义驱动装置通常由电动机、减速器、制动器、传动机构等部分组成，具有足够的功率和可靠性。组成2.4驱动装置033基本规定级别划分根据航道等级、设计最大船舶吨位、使用频率等因素，将升船机划分为不同的设计级别，如I级、II级等。设计标准各级升船机应满足相应的设计标准，包括结构安全、运行稳定、通航保证率等方面的要求。设计标准应综合考虑工程投资、运行成本和社会经济效益等因素。3.1级别划分和设计标准承船厢是升船机中用于承载船舶的封闭空间，其有效尺度应满足设计最大船舶的尺寸要求，并留有一定的富裕量。有效尺度包括承船厢长度、宽度和深度等。承船厢有效尺度对于斜面升船机，承船车是用于承载船舶并沿斜面轨道运行的设备，其有效尺度应满足设计最大船舶的尺寸要求和运行稳定性要求。承船车有效尺度3.2承船厢与承船车有效尺度通过能力计算升船机的通过能力是指单位时间内能够通过升船机的最大船舶数量或总吨位。通过能力应根据设计最大船舶吨位、升船机运行周期、航道条件等因素进行计算。通过能力保证措施为提高升船机的通过能力，应采取合理的调度措施、优化船舶过闸程序、减少船舶待闸时间等措施。同时，应加强升船机的维护保养和安全管理，确保其正常运行和通航安全。3.3通过能力044选型及布置适用于水位落差大、航道条件较为苛刻的场合，具有结构紧凑、占地面积小等优点，但设备复杂、维护成本高。适用于水位落差较小、航道条件较为宽松的场合，具有设备简单、维护方便等优点，但占地面积大、土建投资高。垂直升船机斜面升船机4.1形式选择03升船机与两岸的连接应设置可靠的岸坡防护和连接设施，确保升船机在运行过程中的稳定性和安全性。01升船机位置选择应满足航道通航要求，避开不良地质条件，尽量靠近上下游码头或锚地，方便船舶停靠和通行。02升船机与上下游航道的衔接应确保升船机与上下游航道的顺畅衔接，避免出现急弯、窄段等不利通航条件。4.2总体布置驱动装置及支承导向结构应选择可靠的驱动装置和支承导向结构，确保承船厢在升降过程中的稳定性和精度。安全保护装置应设置完善的安全保护装置，如防撞装置、限位装置、缓冲装置等，确保升船机的安全运行。承船厢尺寸及容量应根据航道通航船舶的尺寸和吨位确定承船厢的尺寸和容量，确保满足通航要求。4.3垂直升船机布置斜面坡度及长度应根据水位落差和通航要求确定斜面坡度和长度，确保船舶能够顺利通行。驱动装置及传动机构应选择可靠的驱动装置和传动机构，确保斜面升船机的顺畅运行。轨道及支承结构应设置稳定的轨道和支承结构，确保斜面升船机在运行过程中的稳定性和安全性。4.4斜面升船机布置闸首辅助设备应设置完善的闸首辅助设备，如充水系统、排水系统、监控系统等，确保闸首的正常运行和通航安全。闸首与承船厢的连接设施应设置可靠的连接设施，确保承船厢在停靠时与闸首的紧密贴合和密封性。闸首工作门及启闭设备应根据升船机的形式和通航要求选择适当的闸首工作门及启闭设备，确保闸首的密封性和通航效率。4.5上、下闸首设备布置055建筑物设计升船机建筑物设计应符合国家现行有关标准的规定，并应满足安全、适用、经济、美观的要求。建筑物应根据其使用功能、重要性、水文地质条件、施工方法和材料供应等因素进行技术经济比较，确定其结构形式和构造。建筑物应具有良好的耐久性和抗震性能，并应满足通航、防洪、灌溉等综合利用的要求。5.1一般规定03对于特殊重要的升船机建筑物，还应进行罕遇荷载作用下的结构安全性验算。01升船机建筑物设计应考虑的主要荷载包括：结构自重、水压力、土压力、风荷载、雪荷载、船舶撞击力、地震作用等。02荷载组合应根据升船机运行工况和可能出现的最不利情况进行确定，并应考虑荷载分项系数和荷载组合系数的影响。5.2设计荷载及荷载组合升船机建筑物结构设计应根据其使用要求和受力特点，选择合理的结构形式和构造。对于重要的升船机建筑物，还应进行疲劳验算和稳定性分析，以确保其长期安全稳定运行。结构应具有足够的强度、刚度和稳定性，并应满足承载能力和正常使用极限状态的要求。结构设计中应考虑温度、收缩徐变、不均匀沉降等因素对结构的影响，并采取相应的措施进行控制和补偿。5.3结构设计升船机建筑物抗震设计应符合国家现行有关抗震设计规范的规定。对于重要的升船机建筑物，还应进行地震作用下的结构动力分析和时程分析，以评估其抗震性能。5.4抗震设计建筑物应根据其重要性、地震烈度、场地条件等因素进行抗震设防，并应采用合理的结构形式和构造措施。抗震设计中应考虑地基与结构的相互作用，并应采取相应的措施进行地基处理和加固。066金属结构和机械设备设计设计应满足升船机的功能要求，确保结构安全、运行可靠。应考虑设备制造、运输、安装、调试和维护的方便性。金属结构和机械设备的设计应考虑防腐蚀、耐磨损和便于检修。6.1一般规定闸首结构应能承受水压力和船舶撞击力，确保闸首安全。闸首门应启闭灵活、密封可靠，满足升船机运行要求。机械设备包括闸首工作门启闭机、充泄水系统等，应运行平稳、可靠。6.2闸首金属结构和机械设备承船车结构应满足承船厢的支承和导向要求，确保承船厢的平稳运行。承船厢与承船车的连接应牢固可靠，满足升船机的安全运行要求。承船厢结构应具有足够的强度和刚度，确保承船厢在运行过程中的稳定性。6.3承船厢与承船车结构主提升机应具有足够的提升力和速度，满足升船机的运行要求。牵引绞车应具有足够的牵引力和速度，确保承船厢在斜面上的稳定运行。主提升机和牵引绞车的制动系统应安全可靠，满足升船机的安全制动要求。6.4主提升机和牵引绞车010203驱动系统应满足升船机的运行要求，包括电动机、减速器、联轴器等部件。安全机构应包括限速装置、缓冲装置、防撞装置等，确保升船机的安全运行。驱动系统和安全机构应具有完善的监控和报警功能，及时发现并处理故障。6.5驱动系统和安全机构123平衡重系统应满足升船机的平衡要求，确保承船厢在运行过程中的稳定性。平衡重应具有足够的重量和合适的重心位置，避免承船厢在运行过程中产生过大的倾斜。平衡重系统的支承和导向结构应牢固可靠，满足升船机的安全运行要求。6.6平衡重系统6.7承船厢设备01承船厢设备包括船舶系泊设备、防撞缓冲设备、照明和通风设备等，应满足船舶在承船厢内的安全停泊和运行要求。02船舶系泊设备应具有足够的强度和刚度，确保船舶在承船厢内的稳定停泊。03防撞缓冲设备应具有足够的弹性和缓冲能力，避免船舶与承船厢发生碰撞时造成损坏。04照明和通风设备应满足承船厢内的照明和通风要求，为船舶提供良好的停泊环境。077电气系统设计

7.1一般规定电气系统设计应符合国家及行业相关电气设计标准、规范的要求，确保安全可靠、经济合理、技术先进。电气系统应满足升船机的工艺要求，实现承船厢的平稳升降、准确定位、安全制动以及各种工况的可靠运行。电气系统应具有较高的自动化水平，实现远程监控、故障诊断、数据记录等功能，提高升船机的运行效率和管理水平。升船机电气系统的电源应采用可靠的双电源供电方式，并设置备用电源，以确保在主电源故障时能够自动切换至备用电源供电。电气设备的供电电压和频率应符合国家标准和行业规范的要求，确保电气设备的正常运行。接地系统应可靠、安全，符合电气安全规范的要求，确保人身安全和设备安全。7.2供配电与接地主电气传动系统应采用成熟可靠的电气传动方案，实现承船厢的平稳升降和准确定位。传动系统应具有较高的调速性能和动态响应性能，以适应不同工况下的运行要求。传动系统应设置完善的安全保护措施，包括过流、过压、欠压、缺相、短路等保护功能，确保传动系统的安全可靠运行。7.3主电气传动系统运行监控系统应具有故障诊断功能，能够及时发现并处理各种故障，确保升船机的正常运行。运行监控系统应具有数据记录功能，能够记录升船机的运行历史和各种事件，为设备维护和管理提供数据支持。升船机应设置完善的运行监控系统，实时监测升船机的运行状态和各种参数，包括承船厢的位置、速度、加速度、电机电流、电压等。7.4运行监控升船机应设置完善的非电量信号检测系统，实时监测升船机的各种非电量参数，包括水位、油温、油压、闸门开度等。非电量信号检测系统应具有高精度和高可靠性，确保检测结果的准确性和可靠性。非电量信号检测系统应与运行监控系统相连通，实现数据的实时共享和处理。7.5非电量信号检测升船机应设置完善的通航信号系统，包括各种信号灯、信号标志等，以指示船舶的通行状态和注意事项。通航信号系统应具有明显的可视性和可识别性，确保船舶驾驶员能够准确理解和遵守信号指示。升船机应设置语音广播系统，用于发布通航信息、安全提示等语音信息，以提高通航效率和安全性。7.6通航信号与语音广播升船机应设置图像监视系统，实时监测升船机的运行状态和通航情况。图像监视系统应具有高分辨率和高清晰度，确保监视画面的清晰度和可视性。图像监视系统应具有远程监控功能，实现远程实时监控和管理。同时，系统应具备录像回放功能，以便事后查看和分析。7.7图像监视088消防及火灾自动报警升船机建筑物、设备及其周围环境的消防设计应符合国家现行有关消防技术标准的规定。升船机应设置完善的消防系统，包括消防水源、消防水泵、消防管网、消火栓、灭火器等消防设施。升船机各重要部位应设置明显的消防安全标志，并应定期进行消防安全检查和维护。8.1一般规定升船机室内应设置室内消火栓系统，其布置应保证有两支水枪的充实水柱同时到达室内任何部位。升船机室外应设置室外消火栓系统，其布置应满足消防车取水需要。升船机重要设备机房应设置气体灭火系统或干粉灭火器等专用灭火设施。升船机应设置消防通道和消防登高场地，满足消防车通行和扑救需要。8.2消防01火灾自动报警系统应能准确探测火灾发生，并及时发出报警信号，启动相应的消防设备。火灾自动报警系统应与升船机的控制系统联动，实现火灾发生时的自动停机、断电等应急措施。火灾自动报警系统应定期进行维护和检测，确保其正常运行和可靠性。升船机应设置火灾自动报警系统，其设计应符合国家现行有关火灾自动报警系统设计规范的规定。0203048.3火灾自动报警09附录A承船厢纵倾稳定性计算0102计算原理承船厢纵倾稳定性计算的基本原理是，通过分析承船厢在受到各种外力作用下的力学平衡条件，确定其是否会发生纵倾失稳。纵倾稳定性是指承船厢在受到外力作用时，能够保持其纵向平衡的能力。这种能力对于保证升船机的安全运行至关重要。静力学方法基于刚体静力学原理，分析承船厢在受到重力、浮力、水压力等静力作用下的平衡条件，计算其纵倾稳定性。动力学方法考虑承船厢在运动过程中受到的动载荷和水流冲击等动态因素，建立动力学模型进行纵倾稳定性分析。计算方法1.建立承船厢的力学模型，包括承船厢的几何尺寸、质量分布、受力情况等。2.根据力学模型，确定承船厢的重心位置和浮心位置，计算其初始纵倾角。3.分析承船厢在受到各种外力作用下的力学平衡条件，列出平衡方程。4.求解平衡方程，得到承船厢在不同外力作用下的纵倾角和纵倾稳定性判据。5.根据纵倾稳定性判据，评估承船厢的纵倾稳定性是否满足设计要求。如果不满足，需要对承船厢的结构或运行参数进行调整，重新进行计算和评估。0102030405计算步骤10附录B塔柱风荷载体形系数塔柱风荷载体形系数的定义塔柱风荷载体形系数是指描述塔柱结构在风荷载作用下所受风压与来流风速之间关系的系数。该系数反映了塔柱结构形状、尺寸等因素对风荷载的影响，是升船机设计中重要的参数之一。塔柱风荷载体形系数的确定方法通过风洞试验或数值模拟等方法，获取塔柱结构在不同风向、风速下的风压分布数据。根据风压分布数据，计算出塔柱结构各部位的风荷载体形系数。综合考虑塔柱结构各部位的风荷载体形系数，确定整体的风荷载体形系数。01塔柱结构的形状、尺寸、表面粗糙度等因素都会影响风荷载体形系数的大小。02风速、风向等气象条件也会对风荷载体形系数产生影响。03在实际工程中，需要对各种影响因素进行综合考虑，以确定合理的风荷载体形系数。塔柱风荷载体形系数的影响因素在实际工程中，需要根据具体情况对塔柱风荷载体形系数进行调整和优化，以满足设计要求。在升船机设计中，塔柱风荷载体形系数是计算塔柱结构风荷载的重要参数。通过合理确定塔柱风荷载体形系数，可以准确预测塔柱结构在风荷载作用下的响应，保证升船机的安全性和稳定性。塔柱风荷载体形系数的应用11附录C承船厢设计工况与荷载组合承船厢在正常运行时，应能承受船舶、水、设备及其它可变荷载的作用，以及温度变化、混凝土收缩徐变等引起的作用效应。正常运行工况承船厢在检修时，应考虑检修设备和人员的荷载，以及可能出现的局部集中荷载。检修工况承船厢在极端运行条件下，如风力、地震等自然灾害发生时，应能保证结构的安全性和稳定性。极端运行工况设计工况承船厢自重、水重、船舶重、设备重等永久荷载与可变荷载的组合，用于承船厢的承载能力极限状态设计。基本组合承船厢在正常运行中可能出现的最大荷载（如船舶撞击力、风力等）与永久荷载的组合，用于承船厢的正常使用极限状态设计。偶然组合针对承船厢的特殊使用要求或特殊环境条件，如地震、温度变化等，进行的荷载组合。这种组合通常用于承船厢的抗震设计、抗裂设计等特殊情况。特殊组合荷载组合12附录D主提升机、驱动系统、牵引绞车设计工况与荷载组合03过载保护工况当船舶超载时，主提升机应具备过载保护功能，避免设备损坏和安全事故发生。01正常工作工况考虑船舶标准载重、水流阻力、风阻力等因素，计算主提升机所需驱动力和速度。02紧急制动工况在主提升机运行过程中，如遇到紧急情况需要紧急制动，应考虑制动距离、制动时间等因素，确保船舶安全停靠。主提升机设计工况与荷载组合123根据电动机功率、转速和扭矩等参数，设计驱动系统的传动比、减速器和联轴器等部件，确保驱动系统稳定可靠。电动驱动系统液压驱动系统应考虑液压泵站、液压马达和液压缸等部件的选型与布局，以及系统压力、流量和温度等参数的设定与控制。液压驱动系统混合动力驱动系统应结合电动和液压驱动系统的优点，实现高效、节能和环保的目标。混合动力驱动系统驱动系统设计工况与荷载组合制动性能要求牵引绞车应具备可靠的制动性能，确保在紧急情况下能够及时停车，避免事故发生。安全保护装置为确保牵引绞车安全运行，应设置过载保护、断绳保护、限位保护等安全保护装置，并在操作前进行安全检查与确认。牵引力计算根据船舶重量、摩擦系数和坡度等因素，计算牵引绞车所需牵引力，并选择合适型号的钢丝绳或链条作为牵引索具。牵引绞车设计工况与荷载组合13附录E驱动电动机功率计算P=Fv/η，其中P为电动机功率，F为牵引力，v为运行速度，η为机械效率。牵引力F需考虑船舶重力、水阻力、风阻力等因素；运行速度v根据设计要求确定；机械效率η与升船机的结构、传动方式等因素有关。计算公式及参数说明参数说明计算公式电动机选型根据计算得到的电动机功率，选择符合要求的电动机型号，并考虑其额定功率、额定电压、额定转速等参数。技术要求电动机应具有良好的启动、制动和调速性能，以适应升船机运行过程中的各种工况；同时应具备较高的可靠性和耐久性，以确保长期稳定运行。电动机选型及技术要求计算步骤首先根据船舶参数和运行要求确定牵引力和运行速度，然后结合机械效率计算出电动机功率，最后根据电动机选型技术要求选择合适的电动机型号。实例概述以某大型垂直升船机为例，介绍其驱动电动机功率的计算过程。结果分析通过实例计算，验证了功率计算公式的正确性和实用性，为类似升船机的驱动电动机功率计算提供了参考。功率计算实例分析14本规范用词说明一种为船舶通过航道上集中水位落差而设置的通航建筑物，由承船厢、支承导向结构、驱动装置等组成。升船机用于承载船舶的厢体，是升船机的核心部分。承船厢用于支撑和导向承船厢的结构，确保承船厢的稳定运行。支承导向结构为承船厢提供动力的设备，通常包括电动机、减速器等。驱动装置术语和定义应：表示严格，在正常情况下均应这样做的用词，正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”。宜：表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词，正面词采用“宜”，反面词采用“不宜”。条款中指明应按其他有关标准执行的写