巖灘水電站1×250t級垂直升船機總體設計

1、巖灘水電站1250t級垂直升船機總體設計*廣西*設計研究院，廣西南寧5300231概況巖灘水電站1250 t級垂直升船機布置在電站樞紐的左岸，由上游引航道、擋水壩段、中間渠道、升船機本體段和下游引航道等建筑物以及機電設備等組成，航道中心線總長度905.8 m。通航規(guī)模系根據(jù)紅水河的航運情況經(jīng)研究論證，報國家計劃委員會批復，確定為前期按1250 t級升船機建設，為今后航運事業(yè)發(fā)展留有余地，上航道水下建筑物按通過500 t駁船建設，下航道內(nèi)預留1500 t級升船機建設位置。升船機設計年貨運量為180萬t，其中上航40萬t，下航140萬t，最大通航船舶噸位為250 t鐵駁。最大船舶型長37.0 m，

2、型寬9.0 m，滿載吃水1.27 m，滿載排水量330 t。貨運量計算條件假定：(1)年航運天數(shù)325 d；(2)每天通航時數(shù)22 h；(3)來航量不均勻系數(shù)1.4；(4)船只裝載利用系數(shù)0.85；(5)每天客輪過壩次數(shù)2次；(6)雙向運行。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升船機機型選擇根據(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作為通航過壩設備。目前國內(nèi)外有代表性的垂直升船機有兩種型式，一種是帶大螺桿螺母安全

3、裝置的齒輪齒梯爬升式(簡稱齒輪齒梯式)；另一種是鋼絲繩卷揚提升式(簡稱卷揚式)。兩種型式的比較主要有以下特點：(1)齒輪齒梯式。作為安全裝置的4個大螺母隨齒輪作同步空轉(zhuǎn)，與相應的4條大螺桿的螺紋保持均勻間隙，對設備的制造和安裝的精度均有較高的要求，對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、低揚程的升船機。且不宜船廂入水運行。(2)齒輪齒梯式在國內(nèi)尚無成功經(jīng)驗借鑒，其中有多項國外專利，因引進費用高，技術難度大，研制費用高。(3)卷揚式國內(nèi)有類似的設備研制經(jīng)驗可借鑒，制造、安裝、維護相對較簡單。(4)卷揚式對土建的施工精度及其變形、位移均無特殊要求。巖灘升船機的最大揚程為6

4、8.5 m，經(jīng)對上述比較要點的論證分析后，選用卷揚式。巖灘水電站通航建筑物的特點是：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，實測最大達125 mm/min,汛期泥沙含量大，實測最大為12.9 kg/m3。對卷揚式垂直升船機的船廂是否入水運行，其主要比選要點有：(1)不入水運行：土建結(jié)構(gòu)復雜、開挖量大、塔柱高、工程量及施工難度大。主機傳動載荷小、主機重量小、所需電機功率小、調(diào)速設備簡單。金屬結(jié)構(gòu)工程量大、操作頻繁。通航運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多。淤沙難以處理。水位變率大易造成擱船事故。汛后復航時間長。(2)入水運行：土建結(jié)構(gòu)簡單、開挖量小、塔柱低、工程量及施工難度小。

5、主機傳動載荷大、主機重量大、所需電機功率大、調(diào)速設備較復雜。金屬結(jié)構(gòu)工程量小、操作少。運行環(huán)節(jié)少。停航時間少。淤沙易處理。不易造成擱船事故。經(jīng)充分比較分析，選用船廂入水運行方式總投資少，比較適合巖灘水電站通航建筑物的特點。因此，巖灘升船機為卷揚式提升、船廂入水、非全平衡垂直升船機。3升船機建筑物設計升船機建筑物共分為上游引航道、擋水壩段、中間明渠、本體段、下游引航道等五個部分組成。(1)上游引航道位于壩軸線上游的庫區(qū)內(nèi)，全長275 m。因口門區(qū)在庫內(nèi)，水面寬，故省去航道過渡段，只設調(diào)順段、停泊段和導航段。停泊段設有混凝土重力式靠船墩，可?？?00 t級一個船隊，靠船墩頂端設有燈塔1座。導航段位

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，可通過收放錨鏈使浮堤隨水庫水位變化。(2)擋水壩段為兩個壩段，每段長均為16 m，在兩段中縫處留有凈寬為12 m的過船孔，上部設有t型鋼筋混凝土公路橋。過船孔的孔口尺寸能滿足遠期500 t級船舶通過。在過船孔上還設有擋水閘門1扇，門槽2套，當汛期停航或中間明渠檢修時關閉閘門擋水。(3)中間通航渠道上游與擋水壩段連接，下游與升船機本體上閘首連接。渠道全長39.5 m，凈寬12 m，為鋼筋混凝土u型結(jié)構(gòu)。最低通航水位時仍有3 m水深，可

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

8、塔柱、主機房、中控室等組成，是升船機建筑物的主要部分。船廂池是由兩側(cè)擋墻和上閘首圍成的三面圍墻一面開敞的結(jié)構(gòu)，下游側(cè)與下閘首及下游引航道連通。池長49.3 m，凈寬16.5 m，池底高程149.5 m，即當下游最低通航水位154.5 m時有5 m水深，滿足通航時船廂與下游對接要求。此外，在船廂池兩側(cè)壁的151.1 m高程處設有凈寬為1 m的平臺供承船廂維修及設備組裝用。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)各兩個塔柱，每個塔柱設3個凈寬為5.5 m的平衡重井，左右塔柱之間在塔頂通過厚板梁連接，使其成為封閉式框架以增加整體

9、剛度。在塔柱的內(nèi)壁設有4條承船廂導軌和供主機檢修時卸載用的船廂鎖錠座。在每側(cè)的塔柱之間設有樓梯供運行維護交通及事故發(fā)生時疏散人員用。在左側(cè)塔柱還設有1臺電梯。主機房設在塔柱頂部240.6 m高程，兩側(cè)設鋼筋混凝土立柱，立柱牛腿上有163 t橋機軌道。房頂為鋼桁架結(jié)構(gòu)，機房左、右及下游側(cè)設有寬1.5 m的外走道，上游側(cè)經(jīng)公路橋與壩頂連通。中控室設在塔柱中間的主機房底部，從主機房有樓梯連通。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區(qū)及中間渠道、下游口門區(qū)的船只航行情況。下閘首是升船機本體部分檢修時的下游擋水建筑物。上接升船機主體段，下接下游引航道，長13.8 m，設有

10、平面疊梁式檢修閘門一扇。下閘首側(cè)墻在一期混凝土澆筑時留有一缺口供船廂浮運進船廂池用，待船廂進池后再同二期混凝土封堵缺口。(5)下游引航道是升船機與下游連接的航道。上與下閘首連接，下與下游河道連接。全長486.8 m，分導航段、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)水工模型試驗測定，引航道口門區(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，均滿足航運要求。引航道停泊段設有8個系船墩，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高程設有1座燈塔。4升船機機械設備設計升船機機械設備有：主提升機(簡稱主機)、平衡重裝置、承船廂導向裝置、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、充泄水裝置等十個部分。4.1主提升機主機安裝在塔柱頂部240.6 m高程的機房內(nèi)，由4組卷揚機和4組靜力平衡滑輪組組成，對稱布置。每組卷揚機由1臺直流電機驅(qū)動，通過齒式聯(lián)軸器、帶制動盤聯(lián)軸器、雙輸出軸的高速減速器、齒式聯(lián)軸器、傳動軸將動力傳給對稱布置于高速減速器兩側(cè)的2臺雙輸出軸低速減速器。每臺低速減速器的末級齒輪兩端輸出軸通過鼓形滾柱聯(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)端面設有制動盤，每個制動盤上設3對液壓盤式安全制動器。在電動機與高速減速器之間設1對盤式工作制動器。4組卷揚機的低速減速器輸入軸之間通過齒式聯(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)形機械傳動及同步系統(tǒng)。固定在每個卷筒上的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。每組卷揚機中部設置1組4個滑輪，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)。主機設計的特點是：(1)提升力大。因系非全平衡和船廂入水運行，主機的額定提升力為4 401 kn，短時尖峰載荷下達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，主機每一運行過程中主機的總載荷在4 401 kn至7 708 kn之間變化，存在力矩過零(換向)問題。主機布置的關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化傳動系統(tǒng)、減少作用于卷筒上的力矩。曾做過4臺、8臺、16臺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臺低速減速器和相應的

14、16套卷筒和52 mm的鋼絲繩。主機主要技術參數(shù)見表1。表1巖灘水電站1250 t級垂直升船機主要技術特性表項目 單位 數(shù)值 項目 單位 數(shù)值 最大提升總載荷/短時入水尖峰總載荷 kn 4 401/7 708 高速減速器 型號 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 吊點數(shù)（船廂側(cè)平衡重側(cè)） 個 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 臺數(shù) 臺 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 年運行天數(shù)/天雙向運行次數(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 傳動比 66.2292 數(shù)量 個 16 臺數(shù) 臺 8 滑輪 名義直徑 mm 3200 工作制動器 型號 1tx(s

16、ime industrie) 數(shù)量 個 16 座數(shù) 座 4 鋼絲繩 直徑 mm 52 制動盤直徑 mm 705 鋼絲繩型號 casar turboplast826 額定制動力矩 n.m 11300 破斷載荷 kn 2368.4 制動磨擦系數(shù) 0.4 總根數(shù)=(卷筒長繩+短繩)+滑輪繩 根 64=(32+16)+16 安全制動器 型號 sh18-2-2(sime industrie) 電動機 類型 直流dma+315m64v 座數(shù)/每座缸數(shù) 座/缸 48/2 額定功率 kw 339 制動半徑 mm 1800 額定轉(zhuǎn)速 r/min 750 制動力(動靜態(tài)) kn 225/200 臺數(shù) 臺 4 制動

17、摩擦系數(shù) 0.4 4.2平衡重裝置升船機平衡重裝置共設有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，表面進行涂漆防滲處理，上部通過長螺桿與主機外側(cè)出繩的鋼絲繩連接。每組平衡重設有一套鋼結(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，從而確保整個平衡系統(tǒng)的平衡。在安全框上還設有導向裝置保持運行時平衡重在平衡重井內(nèi)垂直移動。4.3承船廂導向裝置共設有4組，安裝在船廂兩側(cè)，分橫向?qū)蚝涂v向?qū)?。導向裝置由支座、導輪、壓力彈簧等組成，通過壓力彈簧將導輪推出與塔柱兩側(cè)的導向柱軌面接

18、觸，保持承船廂在運行時上下垂直移動而不擺動。4.4承船廂夾緊裝置承船廂夾緊裝置共設有4組，位于承船廂兩側(cè)，分別與塔柱內(nèi)側(cè)的4條導向柱對應。每組夾緊裝置由支座、液壓油缸、夾頭各一對組成。船廂與上閘首對接需要夾緊時，通過液壓系統(tǒng)對油缸無桿腔進油，推出夾頭與塔柱兩側(cè)的導向柱軌面接觸并夾緊，確保承船廂不至因?qū)诱`差或船舶進出船廂時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)生上下移動或擺動。承船廂運行時需事先將夾緊裝置松開，此時，對油缸有桿腔進油。每組夾緊裝置油缸有桿腔連通，以免夾緊時導向柱承受水平力。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)相應于下游兩個導向柱的上游側(cè)，分別設兩組每組2個頂緊裝置。當承船廂被夾緊后，通過液壓油源驅(qū)動油馬達將頂緊裝置推出頂緊，以便將船廂與上閘首對接時產(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和船廂本身的維修而設置。鎖錠裝置對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(含設備重)考慮每套鎖錠裝置的設置載荷為1 140 kn。本升船機不設置事故鎖錠裝置，其原因是：因本升船機為船廂下水方式，具備足夠的拖動力，一旦船廂失水，只需將其運行至上、下游?？?，船廂不會產(chǎn)生失控現(xiàn)象。4.7液壓調(diào)平裝置液壓調(diào)平

20、的作用是當承船廂在運行過程中因卷筒和鋼絲繩的制作誤差以及設備的安裝誤差積累造成承船廂發(fā)生傾斜時，通過調(diào)整與鋼絲繩連接的48套液壓油缸活塞的位置來實現(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、下腔分別通過管路連通。正常情況，活塞處于液壓油缸的中位，當承船廂發(fā)生傾斜達到設定值時，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，可通過靜態(tài)或動態(tài)實現(xiàn)調(diào)平。液壓調(diào)平裝置同時還具有油缸、管路爆破失壓自動閉鎖功能和保壓、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4套油泵電動機組。該泵組還用來向船廂臥倒式閘門液壓啟閉機供油。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的上游，由箱形防撞梁、橡膠緩沖裝置、導向滑輪、提升設備等組成。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)墻啟閉機房內(nèi)的1臺1250 kn固定卷揚式啟閉機操作進行。處于工作狀態(tài)時防撞裝置上的緩沖裝置在水面以上800 mm高度，當船舶進出承船廂時，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可將其提升到224 m高程平臺。防撞裝置按最大撞擊力1 524 kn設計。4

22、.9對接密封裝置頂緊密封裝置布置在上閘首工作閘門上段門葉下游面的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。其作用是實現(xiàn)上閘首工作閘門與承船廂對接，使上閘首與承船廂內(nèi)的水體連通，船舶能進出承船廂。當需要與承船廂對接密封時，對安裝在密封框上的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接密封操作。退出對接時將油缸內(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上閘首工作閘門與承船廂對接后，對其間隙進行充水使船

23、廂臥倒閘門和上閘首臥倒閘門之間平壓，開啟臥倒閘門讓船舶進出承船廂，或關閉臥倒閘門后泄掉其間隙中的水，讓對接密封裝置退出。充泄水裝置由2臺水泵、4套閥組和管路以及相應的機電設備等組成。該裝置布置在上閘首工作閘首上段門葉內(nèi)，一端管路的兩個進(出)口固定在閘門腹板上并與上閘首水體連通，另一端管路的兩個進(出)口采用軟管固定在u形密封框上，充泄水的操作過程系通過啟閉不同閥組來實現(xiàn)的。充泄水量均為9 m3。4.11升船機雙向運轉(zhuǎn)程序(1)防撞梁進入工作狀態(tài)；(2)船舶進入上閘首明渠；(3)承船廂行至與上游水位對齊；(4)夾緊裝置夾緊、頂緊裝置頂緊；(5)對接密封裝置推出與承船廂對接；(6)充泄水裝置對間

24、隙充水；(7)上閘首和承船廂上游端臥倒門打開；(8)防撞梁下沉、船舶進入船廂、系纜；(9)上閘首和承船廂上游端臥倒門關閉；(10)充泄水裝置對間隙泄水；(11)對接密封裝置收回；(12)頂緊裝置松開、夾緊裝置松開；(13)承船廂下行與下游水位對齊；(14)承船廂下游端臥倒門打開；(15)船舶解纜、駛出船廂；(16)船舶進入船廂，系纜；(17)關閉船廂下游端臥倒門；(18)承船廂行至與上游水位對齊；(19)夾緊裝置夾緊、頂緊裝置頂緊；(20)對接密封裝置推出與承船廂對接；(21)充泄水裝置對間隙充水；(22)上閘首和承船廂上游端臥倒門打開；(23)船舶解纜、駛出船廂。 5升船機金屬結(jié)構(gòu)設計升船機

25、金屬結(jié)構(gòu)包括擋洪檢修閘門、上閘首工作閘門及啟閉機、沖沙閘門及啟閉機、承船廂、臥倒閘門及啟閉機、下游檢修閘門及啟閉機等組成。5.1擋洪檢修閘門擋洪檢修閘門布置在大壩的擋水壩段，位于通航明渠渠首。當通航明渠及上閘首上的水下建筑物及設備需要檢修時，關閉本閘門創(chuàng)造檢修條件。本閘門為鋼結(jié)構(gòu)平面疊梁式閘門，分為6節(jié)制造和吊運，利用壩頂22 500 kn門機通過自動抓梁操作閘門靜水啟閉。當汛期停航時，關閉該閘門擋洪渡汛。5.2上閘首工作閘門及啟閉機上閘首工作閘門布置在上閘首通航明渠末端，具有通航時擋通航明渠的水體、與承船廂對接、庫水位變化時調(diào)整門檻高程保持通航水深等作用。工作閘門上設有臥倒閘門(過船用)、對

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，分4節(jié)制造在現(xiàn)場焊接成整體。工作閘門的啟閉設備為23000 kn接力式液壓啟閉機，安裝在224 m高程平臺的門槽頂部。啟閉機通過圓環(huán)形拉桿與閘門吊耳鉸接，將閘門懸掛在門槽內(nèi)。當庫水位變化達到400 mm時，啟閉機啟動操作閘門作每次行程為400 mm的升降調(diào)整，以保持臥倒閘門凹形門檻水深滿足通航要求。當閘門需要維護時，啟動啟閉機操作閘門下沉至門槽底檻檢修平臺上進行。在閘門上段門葉的凹口上設有一扇臥倒閘門，鉸支在凹形門檻上，在凹槽兩側(cè)設有1臺2160 kn液壓式啟閉機操作閘門啟閉。平時閘門處于關閉狀態(tài)，當承船廂與工作閘門對接密封，間隙充水平壓后

27、，開啟本閘門使明渠水體與船廂內(nèi)連通，航舶可進出船廂。在該閘門的上段門葉內(nèi)還設有對接密封裝置和充泄水裝置。5.3承船廂承船廂是升船機的容船設備，為一凹槽型薄壁鋼結(jié)構(gòu)，兩端各設有1扇臥倒式閘門，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、導向、系船等機械設備和配電、控制、檢測、通訊、液壓等機電設備。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行的特點以及設備的安裝維護要求、升船機運行要求等因素，對承船廂在運行中可能出現(xiàn)的各種工況及其載荷組合，利用空間有限元理論通過計算機對承船廂進行整體受力分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化后確定的。承船廂的有效水域為40 m10.

28、8 m1.8 m0.1 m(長寬水深)，外形尺寸為48.5 m16.3 m4.4 m(長寬高)，自重465 t(含設備重)，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有10組吊耳，其中2組每組有4個吊耳孔，分別與船廂靜力繩鉸接；有8組每組有3個吊耳孔通過液壓調(diào)平油缸與船廂力矩繩鉸接。承船廂通過16根靜力繩和48根力矩繩鉸接，將承船廂懸掛于塔柱內(nèi)。啟動主提升機通過鋼絲繩帶動承船廂上下運行實現(xiàn)船舶過壩通航。5.4臥倒閘門及啟閉機在承船廂的兩端各設有1扇臥倒閘門，與承船廂凹槽底部鉸接，在閘門兩側(cè)設置有1臺2160 kn液壓啟閉機與閘門及支座鉸接，利用液壓調(diào)平裝置的油源操

29、作閘門啟閉。臥倒閘門上還設有緩沖式防撞裝置，防止進廂船舶因誤操作而發(fā)生事故。在承船廂的頂部兩側(cè)沿主縱梁長度方向分別設有寬為2.75 m的平臺作為機電設備安裝和運行維護人員通道。當兩端臥倒閘門關閉時，與門頂平臺構(gòu)成一環(huán)形通道。在承船廂頂部平臺下層，還沿著主縱梁腹板的內(nèi)或外側(cè)設有檢修通道，與頂上平臺用樓梯連通。在承船廂兩側(cè)頂部平臺上設有對外交通通道，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，承船廂上還設有泄水、排沙、溢水等供檢修、防過載用的安全設施。承船廂在距電站下游約2 km的碼頭平臺上制造，然后下水浮運經(jīng)下游引航道進入船廂池就位安裝。5.5上閘首沖沙閘門及啟閉機上閘首沖沙閘門

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個孔口，設平面定輪鋼閘門，每孔閘門由1臺1250 kn固定卷揚式啟閉機操作動水啟閉。5.6下閘首閘門及啟閉機下閘首閘門的作用是當船廂池需要檢修時用來擋下游水體，創(chuàng)造維修條件。閘門設在下閘首船廂池出口處，為平面滑動鋼閘門，分6節(jié)制造，在現(xiàn)場用軸連成整體，平時將閘門鎖錠在平臺上，使閘門底緣距離下游最高通航水位8.3 m，需要封孔擋水時通過1臺2800 kn固定卷揚式啟閉操作閘門啟閉封孔擋水。6升船機電氣設計6.1電氣一次設計包括供電、電氣照明、接地和防雷。升船機對供電質(zhì)量和可

31、靠性要求較高，為確保安全運行，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。升船機配電采用10 kv、0.4kv兩級電壓供電，10 kv母線分為兩段，設聯(lián)絡開關，互為備用。主機為4臺單機容量為339 kw的直流電動機，當任一臺電動機退出運行，其余3臺應能完成提升操作，為了提高其可靠性，每臺電動機均由獨立的整流變供電，分別接在10 kv配電系統(tǒng)的兩段母線上。升船機其余負荷均為交流低壓設備，分別由2臺公用變供電，每臺帶一段母線，設聯(lián)絡開關自動切換互為備用。升船機最大揚程為68.5 m，進入承船廂的動力電纜選用能承受較大外力的重型橡套電纜。電纜從主機房接出，垂直懸掛，下端設有電

32、纜卷筒，隨船廂升降而自動收放電纜。升船機為高層建筑物，為了提高光效，降低能耗，主機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；下游引航道長達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航堤上設高壓鈉燈照明。其余如上閘首、啟閉機房、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中控室統(tǒng)一控制。升船機公用變壓器采用中性點直接接地系統(tǒng)。電氣設備一律采用接零保護，所有電氣設備金屬殼均與電源中性線相連。所有升船機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。為防止強電磁對計算機的干擾，中控室的地板內(nèi)敷

33、設專用屏蔽網(wǎng)，且與接地網(wǎng)可靠連接。在承船廂子站上設有專用接地電纜與中控室接地網(wǎng)連接。在主機房、引航燈塔等高層建筑物的頂部，均設有避雷帶或避雷針。6.2電氣二次設計包括主機電氣傳動系統(tǒng)，監(jiān)控、監(jiān)護系統(tǒng)，交通指揮、通訊系統(tǒng)。(1)主機電氣傳動系統(tǒng)設計是根據(jù)主機的運行參數(shù)和對主驅(qū)動電動機調(diào)速的要求來選擇電氣主傳動的方式和主系統(tǒng)的接線。主機參數(shù)要求如下：升降最大行程：68.5 m；運行速度要求：在空氣中運行速度為0.19 m/s；船廂出入水及上游勻速段的運行速度為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：在空氣中時為4 40

34、1 kn；短時尖峰載荷為7 708 kn。系統(tǒng)總載荷是變化的不平衡系統(tǒng)。本機采用4臺電動機驅(qū)動，當其中任一臺電動機故障，其余3臺電動機仍能使承船廂維持運行。根據(jù)以上特點，確定對主提升機驅(qū)動電動機的調(diào)速要求為：調(diào)速比d=15；在速度轉(zhuǎn)矩特性曲線的4個象限均能正常工作。且工況改變時能自動、連續(xù)地轉(zhuǎn)移運行工況；無級調(diào)速，平滑系數(shù)1，系統(tǒng)在階躍信號作用下超調(diào)量小于或等于5%，速度圖規(guī)定的斜坡信號作用下無超調(diào)量；系統(tǒng)開環(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。電氣主傳動方式有直流電機和交流電機可供選擇。直流電機的優(yōu)點有：調(diào)速范圍廣，容易實現(xiàn)零到全速范圍

35、內(nèi)的調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)平滑、穩(wěn)定，容易實現(xiàn)無級調(diào)速和準確?？?，啟動平穩(wěn)；效率較高；有設計、運行、維護經(jīng)驗。但缺點是電機維護復雜。交流電機的優(yōu)點有：電機簡單、過載能力大而轉(zhuǎn)動慣量小。缺點是：變頻設備復雜，制造、運行、維護缺乏經(jīng)驗；交流變頻調(diào)速難以克服轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象；拖動設備投資大。經(jīng)綜合比較、權(quán)衡利弊，還是選用直流電動機比較穩(wěn)妥。電氣傳動系統(tǒng)采用他激直流電動機、固定激磁，具有可逆運轉(zhuǎn)特性，實現(xiàn)4象限調(diào)速、簡化控制、提高制動速度的目的。調(diào)速系統(tǒng)采用全數(shù)字式有準備邏輯無環(huán)流系統(tǒng)。因主提升機通過環(huán)型剛性同步軸強制同步，因此4臺驅(qū)動電動機的機械特性的一致性誤差要求較高，小于2%。為使4臺機輸出力矩平衡，電氣傳動系

36、統(tǒng)采用1個速度外環(huán)帶4個電流內(nèi)環(huán)的接線方式。(2)監(jiān)控、監(jiān)護系統(tǒng)采用計算機為主常規(guī)為輔的方式。其主要功能是：按給定的運行方式控制運行，兼有運行狀態(tài)顯示、故障及事故報警、顯示、記錄，應急保護等。監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，中央級設在中控室，共設2臺上位機互為備用。單元級(子站)分為主提升機、承船廂、上閘首、下閘首等4個子站控制防撞梁、對接密封、充泄水、臥倒門、主機制動、主機潤滑、頂緊、夾緊、液壓泵站等現(xiàn)地設備。每一子站設有一套可編程控制器，可在中控室進行集中自動控制或現(xiàn)地控制。計算機監(jiān)控系統(tǒng)中主控級與現(xiàn)地子站級通過高速串行數(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航堤，上、下閘首，主機房等部位設置廣播喇叭構(gòu)成。通航指揮為在浮式導航堤、上下閘首、下游導航堤、承船廂等部位設置交通信號燈、中心燈、邊界燈構(gòu)成。監(jiān)視系統(tǒng)共設置15套全天候、低照度、單頭尾工業(yè)電視構(gòu)成。其監(jiān)視和集控設在中控室。通信系統(tǒng)利用水電站的數(shù)字程控交換機，在升船機本體的中控室、主機房、配電室等場所設置電話分機，實現(xiàn)升船機對內(nèi)和對外通信。7設計體會及尚需探討的問題(1)設計標準問題。隨著我國水電事業(yè)的發(fā)展，解決高壩通航問題已成為水電建設需要解決而又未完全解決的突出問題，許多專家、學者為此奮斗了十幾年甚至幾十年，做了大量的技術研究和技術開發(fā)工作，積累了一定的經(jīng)驗。卷揚平衡重式垂直升船機是解決高壩通航問題的優(yōu)選機型。目前國內(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型。由于垂直升船機與通常的通航設備存在諸多特殊的不同之處，應有相應的標準作為設計依據(jù)。但目前國內(nèi)高壩通航有關標準的制訂工作嚴重