水力驱动式垂直升船机在水利枢纽工程中的应用

摘 要：在水利枢纽工程中，利用垂直升船机搭建通航过坝的通道，节省运营成本，在高水头的通航建筑物中，水力驱动式垂直升船机具有突出的节能、安全等特点，本文以景洪水电站水力式垂直升船机进行探讨。

关键词：水力驱动式 垂直升船机 水利工程

1.工程概况

景洪水电站枢纽工程坝面高程EL612m，上游水库正常蓄水位为EL602m，下游正常通航水位为EL540.23m，在右岸纵向坝段设置通航建筑，主要由上游引渠、下游引航道及中间的左侧塔楼和右侧塔楼结构构成，总长200.9m；其中，塔楼高82.5m，宽40m，长76.2m，两侧塔楼中间为承船厢室，即承船厢垂直的运行空间，塔楼顶部由砼梁结构搭设升船机主提升机房；主机房地面高程EL614m。景洪升船机基本设计资料见下表1。

2.水力驱动式升船机的结构

2 . 1景洪水力式升船机的组成

景洪水力驱动式升船机是我国首创的水力浮动转矩平衡式垂直升船机，是一种承船厢可入水的全平衡升船机。景洪水力式升船机主要由上闸首挡水对接工作闸门、升船机主提升系统、水力驱动输水系统、上闸首检修闸门、下闸首检修闸门、承船厢池检修排水设备、计算机监控系统、以及升船机其他辅助设备等组成；见景洪水力式升船机布置图1。

2 . 2升船机主提升系统

主提升系统主要由16组浮筒及动滑轮组、64根钢丝绳、16套卷筒及同步轴、16个卷筒制动器、同步轴系统、同步轴扭矩监测系统、钢丝绳均衡系统、承船厢及调平系统、64套浮筒锁定装置、6套承船厢锁定装置等设备组成。

升船机承船厢两端设置平板闸门，与承船厢结构铰轴连接，双启闭机油缸同步操作，卧倒开启，平铺于船厢卧倒门门槽内；承船厢载水上行与上闸首挡水对接工作闸门对接，承船厢下行入水与下游航槽水位相平；承船厢上游端设置Ω型橡胶充压密封装置；64根承船厢调平油缸分别对称布置在承船厢两侧，连接承船厢与钢丝绳，在承船厢悬挂状态下，通过调平系统使承船厢保持水平；承船厢上下游两侧分别设置夹紧装置机和导向装置，承船厢中间设置顶紧装置，夹、顶紧装置作用于夹、顶紧轨道埋件，在承船厢对接及船舶通行过程中保持承船厢稳定和对接密封严密性；导向装置在升船机运行中使承船厢保持一定的水平度；承船厢设置有防撞梁、系缆桩，在承船厢两侧甲板下面舱室内，对称布置各装置的液压泵站系统设备。

2.3水力驱动输水系统

升船机输水系统主要由1条输水压力钢管、3台充水阀门、突扩体、充泄水管道、3台泄水阀门、16个浮筒竖井、充水阀前强制补气系统、泄水阀前强制补气系统、进水口事故检修闸门及液压启闭机、出水口事故检修闸门及液压启闭机、输水钢管放空及排水设备、竖井水位及流量检测装置等组成。

输水压力钢管坝前取水口高度位于正常通航水位以下22m，取水口设置进口拦污栅及尼龙网；输水压力钢管直径2.5m，埋设于升船机的底部，连通坝前水库与下游航槽；输水压力钢管在塔楼对称中心位置，分别向塔楼两侧引充泄水管道，充泄水管道采用对称三通结构，垂直等惯性布置，分别与两侧塔楼各8个浮筒竖井底衬中心连通，16个竖井以水平连通管的结构相互连通，消除竖井之间水位偏差。

2 . 4上闸首挡水对接工作闸门

上闸首挡水对接工作闸门由挡水工作大门及其启闭机、通航工作小门及其启闭机、对接间隙排水管道及设备、现地LCU子站组成；上闸首挡水对接工作闸门是上游引渠末端的挡水闸门，能够随着上游水位的变化达到0.5m，自动调整挡水高度，同时又是与升船机承船厢对接实现通航出厢的设备。

3.计算机监控系统的应用

计算机监控系统使用“管控一体、分层分布”的结构设计控制系统。升船机监控系统主要由双环以太网络、计算机集中控制系统、各现地LCU子站构成。为了提高网络的稳定性，使用环网冗余结构，并通过光纤作为信息输送网络。该系统将PLC和工作子站的优点充分发挥出来，系统管理能力显著提升，实现中控室一键指令升船机上行或下行的自动集成指令操作，及各LCU子站操作单元单步动作。

4.升船机运行程序

在驳船从下游驶来过坝时，指挥系统备妥后发出运行指令，升船机输水系统充水阀门开启，竖井充水，承船厢下行入水对接，系统检测承船厢内水位与下游水位齐平，关闭充水阀门，承船厢夹紧装置夹紧承船厢，承船厢下游侧卧倒门开启，承船厢下游侧防撞梁落到位，船舶下游通行航道灯显绿，驳船收到信号，从引航道驶入；升船机检测驳船完全进入承船厢厢体，在承船厢一侧甲板系缆，承船厢下游侧防撞梁提升到位露出水面，承船厢下游卧倒门关闭，承船厢夹紧装置收回到位；系统自动检测升船机具备上行条件，输水系统泄水阀门开启，竖井泄水，承船厢逐渐出水，上行至上闸首工作大门附件，系统检测承船厢位置信息，控制泄水阀门开度，升船机精确对接；检测承船厢内水位与上游引渠水位平齐，关闭泄水阀门，承船厢夹紧装置夹紧承船厢，承船厢顶紧装置顶紧到位，卷筒制动器上闸制动，承船厢充压密封装置动作压出对接密封，与工作大门密封面压紧，封闭承船厢与工作大门的对接间隙；工作小门开启，向对接间隙充水平压，工作小门全开到位；开启承船厢上游侧卧倒门，承船厢下游侧防撞梁落到位，驳船在承船厢内解开系缆绳，船舶上游通行航道灯显绿，驳船收到信号，从承船厢厢内驶出，可顺利驶入上游水域；驳船自上游驶来下行时，过坝程序与下游驶入程序相反。

5.技术和投资效益分析

5 . 1技术特点分析

5.1.1水力驱动方式

景洪水力式升船机最大的特点是不管承船厢侧载荷如何变化，浮筒能自动调整其在竖井中的淹没水深，使系统始终保持全平衡。景洪水力式升船机是一种全新的机型，在高坝通航中，提升荷载特别大时，比单纯依靠制动器或者齿轮齿条螺母锁定型式升船机应有一定的优越性。

5.1.2封闭环形同步提升系统

升船机承船厢在载水运行过程中，承船厢的水平度波动，厢内水体荷载的晃动，以及驳船在厢内行驶，均可能影响升船机的稳定性能。景洪水力式升船机由卷筒和加强同步轴及锥齿轮箱组成封闭环形同步系统，在横、纵轴向使用膜片联轴器传动，消除传动间隙，增加了升船机运行的稳定性。

5.1.3入水承船厢

升船机在承船厢由空气中入水的过程中，提升系统的荷载变化较大，水力式升船机以浮筒能自动调整其在竖井中的淹没水深，使系统始终保持全平衡，具有很大的优势。

5 . 2分析经济性的投资

水电站高坝通航建筑物，大型垂直升船机的运行造价显然低于船闸，但垂直升船机的长期运行的安全性是投资选型的关键。景洪升船机是水力驱动浮筒转矩平衡式，省去了电力拖动设备及设施，比较其他型式升船机具有一定的优点，承船厢入水，省去了下游对接结构的设置。水力驱动浮筒转矩平衡式具有一定的自平衡性能，增加了升船机运行的安全保障性能。但其输水系统设置相对较为复杂，安装施工精度要求高，提升荷载特别大时，其输水系统及竖井结构布局将更为复杂。

6.结语

景洪水力式升船机有着可靠的性能和应用价值。在科学技术的进步下，水力驱动式升船机的稳定性会进一步提升，在水利工程中的应用也会越来越多。

参考文献：

[1]陆景孝.钢丝绳卷扬平衡式垂直升船机若干设计问题探讨[J].红水河，1999， （04）：13-14.

[2]郑大迪，史振寰.水力浮动式转矩平衡重升船机[P].中国专利：1240859，2000-01-12.