水利工程論文-水力浮動式快速垂直升船機.doc

水利工程論文-水力浮動式快速垂直升船機水力浮動式快速垂直升船機是在水力浮動式轉(zhuǎn)矩平衡重升船機（專利號ZL99116476.8）的基礎(chǔ)上研發(fā)出的一種安全、高速、節(jié)水型垂直升船機，它與水力浮動式轉(zhuǎn)矩平衡重升船機相比，可節(jié)約大量的操作用水；與鋼絲繩卷揚垂直升船機相比，運行更加安全可靠；與目前國內(nèi)外各類垂直升船機相比，這種升船機的升降速度有較大幅度的提高（可達0.5m/s以上）；如果與同等規(guī)模的船閘相比，其操作用水僅相當(dāng)船閘操作用水的3%左右，也就是說同等規(guī)模的船閘升降一次的操作用水，可供水力浮動式快速升船機升降30次。水力浮動式快速升船機的動作原理是：以平衡筒的總重量平衡承船廂的總重量，通過操作進水閥或排水閥，使提升豎井充水或排水，達到改變提升平衡筒的重量，克服摩阻力，促使承船廂升降的目的。1水力浮動式快速升船機的平衡裝置水力浮動式轉(zhuǎn)矩平衡重升船機的的平衡筒，既具有提升功能又具有平衡功能。水力浮動式快速垂直升船機的平衡筒則不然，它將平衡筒的提升功能與平衡功能分離，令一部分平衡筒負(fù)責(zé)平衡，另一部分平衡筒負(fù)責(zé)提升。負(fù)責(zé)平衡的平衡筒（15），安裝在平衡豎井（13）中，其重量和體積由承船廂廂體及廂內(nèi)水體的重量和體積以及升船機的最大提升力確定。平衡豎井（13）與提升豎井（19）互不相通。在平衡豎井的底部，設(shè)有事故排水通道（12）與承船廂室相通。（見水力浮動式快速垂直升船機原理圖）平衡筒為鋼制水筒，筒內(nèi)裝有水，為方便安裝、檢修，在頂部設(shè)有進人孔。每個平衡筒上裝有兩組動滑輪（14），繞經(jīng)其中一組動滑輪的鋼絲繩纏繞在卷筒（2）的左旋繩槽中，繞經(jīng)另一組動滑輪的鋼絲繩纏繞在卷筒（2）的右旋繩槽中，這樣就可以保證平衡筒在升降時，始終沿著豎井中軸線做鉛錘運動而不左右移動。鋼絲繩的一端經(jīng)杠桿式拉力均衡裝置與塔柱頂部的支架連接，鋼絲繩的另一端經(jīng)拉力均衡裝置（6）與承船廂(8)相連接。杠桿式拉力均衡裝置機構(gòu)簡單，可以使纏繞在同一卷筒上的各鋼絲繩受力均衡。平衡筒內(nèi)裝有水位傳感器，用以監(jiān)控筒內(nèi)水位，保證各平衡筒的重量相等。平衡筒下部裝有安全閥(16)，安全閥是常閉的，當(dāng)承船廂（8）發(fā)生嚴(yán)重漏水事故，廂內(nèi)水位降至預(yù)定的事故水位時，承船廂上的水位傳感器發(fā)出訊號，安全閥（16）才開啟排水，減輕平衡筒的重量，使之與漏水的承船廂保持動態(tài)平衡。平衡筒的排水，經(jīng)由平衡豎井底部設(shè)置的事故排水通道排至承船廂室底部與承船廂的漏水一起匯至集水井由水泵排往下游。平衡豎井對稱布置在承船廂室兩側(cè)，為保護平衡筒及平衡豎井在運行時不受損傷，在平衡筒上裝有導(dǎo)向輪，在豎井內(nèi)壁設(shè)鋼襯板。正常情況下導(dǎo)向輪與平衡豎井內(nèi)壁上的鋼襯板保持12cm的間隙，只有在平衡筒的運動方向與豎井中軸線產(chǎn)生偏差時，導(dǎo)向輪才與鋼襯板相接觸。為制作、安裝方便平衡筒直徑應(yīng)與提升平衡筒保持一致，平衡豎井的直徑可比提升豎井適當(dāng)大一些。在我國鋼絲繩卷揚垂直升船機應(yīng)用比較普遍，但它的平衡重是固態(tài)的，當(dāng)發(fā)生承船廂水體全部漏空這樣的極端事故時，安全裝置將無法應(yīng)對。水力浮動式快速升船機承船廂發(fā)生漏水事故時，平衡筒的重量可以與承船廂漏水進行互動并保持平衡，有效地杜絕了因承船廂漏水引發(fā)的惡性事故，升船機的運行安全有了可靠保證。2水力浮動式快速升船機的提升裝置快速升船機的提升裝置與水力浮動式轉(zhuǎn)矩平衡重升船機的提升裝置基本相同，它利用水的浮力促使承船廂升降，不需要設(shè)置提升電機及大扭矩減速箱，避開了大型升船機設(shè)計、制造、安裝、維護方面的難題。負(fù)責(zé)提升的平衡筒(18)，安裝在提升豎井(19)內(nèi)，它的直徑與高度由升船機運行時可能發(fā)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確定。提升豎井（19）底部與等慣性連通管(17)連接。等慣性連通管的進水管(26)與上游水庫相通，排水管(27)通往下游。進水閥(11)與排水閥(10)分別安裝在進、排水管上。升船機運行時，通過操作進水閥或排水閥使提升豎井充、泄水，用以改變提升平衡筒的重量，達到克服摩阻力使升船機升降的目的。提升平衡筒亦為鋼制水筒，筒內(nèi)裝有水。在提升平衡筒的上部裝有兩組動滑輪，繞經(jīng)其中一組動滑輪的鋼絲繩纏繞在卷筒的左旋繩槽中，繞經(jīng)另一組動滑輪的鋼絲繩纏繞在卷筒的右旋繩槽中。鋼絲繩的一端經(jīng)杠桿式拉力均衡裝置（20）與塔拄頂部的固定支架連接；另一端經(jīng)拉力均衡裝置（6）與承船廂（8）相連接。提升平衡筒上也裝有導(dǎo)向輪，正常時導(dǎo)向輪與提升豎井內(nèi)壁之間保持12cm的間隙。平衡筒的頂部有進人孔，供安裝檢修時向平衡筒充、排水用。由于承船廂的重量已被平衡筒平衡，提升豎井中的提升平衡筒只克服摩阻力就可使升船機升降。因此，所需的操作用水很少，進水管、排水管、進水閥、排水閥的通流面積均比較小，為提高升船機的升降速度創(chuàng)造了非常有利的空間。提升豎井對稱布置在承船廂室的兩側(cè)。為保證升船機的運行不受上、下游水位變動的影響，令豎井最高水位等于上游最低通航水位，豎井最低水位等于下游最高通航水位，提升平衡筒在此區(qū)間內(nèi)運動，牽動承船廂與上、下游任何通航水位實行對接。由于承受水壓力，提升豎井內(nèi)壁須設(shè)鋼里襯。3水力浮動式快速升船機的等慣性輸水系統(tǒng)等慣性輸水系統(tǒng)是快速升船機的動力輸送系統(tǒng)及軟同步系統(tǒng)。它由進水口欄污柵、檢修閘門、進水管（26）、進水閥（11）、等慣性豎井連通管（17）、提升豎井(19)、排水閥(10)、排水管(27)、檢修閘門等組成。（見水力浮動式快速升船機原理圖及等慣性輸水系統(tǒng)示意圖）若想提高鋼絲繩卷揚垂直升船機及齒輪爬升螺旋鎖定垂直升船機的升降速度，必須增大提升電機的功率及減速箱的輸出扭矩，對水力浮動式快速升船機而言，提升豎井的直徑與升船機的最大升程一經(jīng)確定，耗水量就是恒定的，升船機的升降速度僅與進、排水管的流量有關(guān)，選用較大直徑的進、排水閥及相應(yīng)的進水管、排水管，便可提高升降速度。水力浮動式快速升船機的升降速度可以達到0.5m/s以上,比傳統(tǒng)升船機的升降速度提高一倍多。為了保證升船機的運行平穩(wěn)，水在進水管及排水管中的最大流速應(yīng)控制在Vmax8m/s為宜。等慣性連通管與提升豎井交界處的流速，應(yīng)控制在V2m/s為宜。4進水閥和排水閥快速升船機的開、停、升、降是通過對進水閥（11）和排水閥（10）的操作實現(xiàn)的，它是升船機的關(guān)鍵設(shè)備。由于錐閥的調(diào)節(jié)性能較好，快速升船機的進水閥和排水閥最好選用錐閥，其次是球閥。為方便檢修和維護，進水閥和排水閥可選用同一規(guī)格型號的閥門。進水閥與排水閥采用液壓操作系統(tǒng)。5升船機的硬同步系統(tǒng)水力浮動式快速升船機采用封閉的