8升船機(jī)講解 實(shí)用x

1、 第八章 升 船 機(jī) 第一節(jié) 升船機(jī)的類型及其工作原理 一、升船機(jī)的特點(diǎn) 升船機(jī)和船閘一樣，都是用來克服航道上的集中落差，以便船舶順利通過的通 航建筑物。升船機(jī)和船閘的根本不同點(diǎn)是：船閘是直接借閘室的水面升降，使停泊 在閘室內(nèi)約船舶完成垂直運(yùn)動(dòng)； 升船機(jī)則是用機(jī)械的方法， 升降裝載船舶的承船廂， 以克服集中落差。因此。兩者在結(jié)構(gòu)及設(shè)備方面，均有所不同。這首先表現(xiàn)在建筑 物的軀體結(jié)構(gòu)上。船閘和升船機(jī)的軀體，都是用來完成船舶升降克服集中落差的。 船閘的軀體結(jié)構(gòu)是固定的閘室， 而升船機(jī)的軀體結(jié)構(gòu)， 則由運(yùn)動(dòng)部分和固定部分 ( 承 船廂的支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu) ) 所組成 ( 圖 8-l) 。 圖 8-1 升船

2、機(jī)示意圖 為了實(shí)現(xiàn)承船廂的升降，保證運(yùn)行的安全，在升船機(jī)的軀體結(jié)構(gòu)上設(shè)置有下列 設(shè)備：驅(qū)動(dòng)承船廂升降的驅(qū)動(dòng)裝置；在事故狀態(tài)下，阻止承船廂運(yùn)動(dòng)并支承船廂的事故裝置；減少驅(qū)動(dòng)功率的平衡裝置；實(shí)現(xiàn)承船廂與閘首銜接的拉緊、密封、充、泄水等設(shè)備；保證承船廂在運(yùn)行過程中平穩(wěn)的支承導(dǎo)向設(shè)備等。此外，還沒有相應(yīng)的輸、配電及控制系統(tǒng)等電氣設(shè)備。 升船機(jī)的閘首，和船閘一樣，也是把軀體與上下游航道隔開的擋水建筑物，銜 1 接承船廂與航道，保證船舶在兩者之間安全可靠地進(jìn)出。不同的是，在升船機(jī)的閘首上沒有復(fù)雜的輸水系統(tǒng)，同時(shí)閘首的工作條件，只受上游或下游水位的影響。至于升船機(jī)的引航道和前港，則與船閘幾乎是完全相同的。

3、與船閘相比，升船機(jī)有以下特點(diǎn)： 1. 在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)基本上不耗水，在水量不充沛的河流和運(yùn)河上，建造升船機(jī)較為有 利； 2. 升船視的升降速度遠(yuǎn)較船閘閘室灌泄水速度快，船舶通過升船機(jī)所需的時(shí)間較船船通過船閘的時(shí)間要短； 3. 在高水頭的通航建筑物中升船機(jī)的造價(jià)一般較??； 4. 機(jī)電設(shè)備是保證升船機(jī)安全運(yùn)行的一個(gè)重要部分，升船機(jī)的建造與安裝要求有較高的設(shè)計(jì)與工藝水平。 各國建設(shè)和科研工作經(jīng)驗(yàn)表明： 當(dāng)水頭在 70m以上，宜建造升船機(jī)； 水頭在 40 70m之間應(yīng)進(jìn)行升船機(jī)與船閘的比選；在 40m以下，采用船閘通常比升船機(jī)優(yōu)越。 升船機(jī)的建造已經(jīng)有 20O 多年的歷史，由于整個(gè)工業(yè)水平的限制， 18 世紀(jì)

4、末和 19 世紀(jì)初建造的升船機(jī)，無論提升高度或通過船舶的噸技均較小，一般在 100t 以 下，提升高度大都在 15m以下。 20 世紀(jì) 30 年代德國尼德芬諾垂直升船機(jī)建造以來， 升船機(jī)發(fā)展到一個(gè)新階段，提升高度和船舶的噸位顯著增大，類型也不斷增多。 60 年代以來，隨著整個(gè)工業(yè)水平提高，西德、蘇聯(lián)、比利時(shí)、法國均相繼建造了一些 大型的現(xiàn)代化的升船機(jī)； 通過的船舶噸位可達(dá) 1350 200Ot，提升高度到百米以上。 1949 年以來，我國因地制宜建造了六十余座升船楓，其中絕大多數(shù)升船機(jī)通過船舶 的噸位在 50t 以下。 50 年代以來開始進(jìn)行現(xiàn)代化大型升船機(jī)的研究和設(shè)計(jì)工作。 二、升船機(jī)的類型

5、 升船機(jī)的類型很多，大體可分為以下幾類： 根據(jù)承船廂載運(yùn)船船的方式，升船機(jī)可分為干運(yùn)和濕運(yùn)兩類。濕運(yùn)升船機(jī)是將承船廂充水，船舶浮載在承船廂內(nèi)水體上。干運(yùn)升船機(jī)則是船舶支承在承船廂的承 2 臺上。干運(yùn)升船機(jī)因不需要浮載水，升船機(jī)運(yùn)動(dòng)部分總重減小，可以減少升船機(jī)的 驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)功率，并使升船機(jī)閘首，支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的設(shè)備簡化，但對 船體結(jié)構(gòu)不利。一般只用于船舶噸位不大的情況，多為小型斜面升船機(jī)。濕運(yùn)升船 視運(yùn)動(dòng)部分的總重量較大，但不論每次通過船舶噸位大小如何，這個(gè)總重量是不變 的，便于采用平衡設(shè)備，減少驅(qū)動(dòng)功率；同時(shí)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，船舶浮載在水上，船 體的受力狀態(tài)沒有變化。 因此，現(xiàn)代建造的通

6、過數(shù)百噸以上船舶的升船機(jī)均為濕運(yùn)。 根據(jù)裝載船船的承船廂的運(yùn)行方向，升船機(jī)可分為垂直升船機(jī)和斜面升船機(jī)兩 大類。 斜面升船機(jī)的承船廂接斜坡道作升降運(yùn)動(dòng)， 其支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為傾斜的軌道 ( 圖 8-l a、b) 。垂直升般機(jī)的承船廂，則沿垂直方向升降，其支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)是直立的支 架 ( 圖 8-1c) 。 斜面升船機(jī)和垂直升船機(jī)相比， 在結(jié)構(gòu)施工方面的技術(shù)問題較為簡單， 由于承船廂是在地面上行駛，事故裝置比較簡單，對地基的要求較低，抗地震能力較好。 但其適應(yīng)水位變化的能力較低；在提升高度大的情況下，線路長，通過能力受到限制；變速行駛影響船舶在承船廂內(nèi)停泊的平穩(wěn)。垂直升船機(jī)需要建造高大的支架，或開挖很

7、深的豎井，同時(shí)還須建筑高大的閘首，其技術(shù)問題較復(fù)雜，但它易于適應(yīng)上、下游水位的變化，通過能力較高。 應(yīng)當(dāng)指出：升船機(jī)的選型，與當(dāng)?shù)氐牡匦蔚刭|(zhì)、水文條件、樞紐總體布置、航道的客貨運(yùn)量、船舶噸位以及機(jī)電、建筑結(jié)構(gòu)的工藝水平等有密切關(guān)系，須經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析來決定。 第二節(jié) 斜面升船機(jī) 一、斜面升船機(jī)的型式 斜面升船機(jī)一般由載運(yùn)承船廂的承船車， 供承船車行駛而鋪設(shè)的斜坡道，驅(qū)動(dòng)承船車的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 電氣控制系統(tǒng)以及閘首等構(gòu)成。斜面升船機(jī)載運(yùn)船舶的承船車沿斜坡軌道作升降運(yùn)動(dòng)。 3 按上、下游是否均設(shè)置斜坡道可分為一面坡斜面升船機(jī)和兩面坡斜面升船機(jī)。 一面 坡斜面升船機(jī)系指只在擋水閘壩的下游設(shè)置斜坡道的升

8、船機(jī) (見圖 82) 。 圖 8-2 一面坡斜面升船機(jī) 它一般用上、下閘首將承船車、斜坡道等主體結(jié)構(gòu)與上、下游航道隔開，承船車沿 斜坡道上下行駛。也有只在上游端設(shè)置閘首，而在下游端不設(shè)閘首，承船車沿斜坡道直接駛?cè)胂掠魏降?，至承船廂?nèi)水面與航道水面齊平時(shí)，開啟承船廂的廂頭門，船舶駛進(jìn)(出 )承船廂。兩面坡斜面升船機(jī)系在擋水閘壩上、下游均建有斜坡道的升船機(jī)，承船車 均直接下水。承船車由上 (下 )游航道進(jìn)入上 (下 ) 游斜坡道，沿斜坡道駛向壩頂并進(jìn)入轉(zhuǎn) 盤，借助轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)將承船車轉(zhuǎn)向，使其沿下 ( 上 )游斜坡道下駛，直接駛?cè)胂?(上 )游航道 的水中。轉(zhuǎn)盤的作用是承船車過壩時(shí)能使載運(yùn)的船舶保持水

9、平，調(diào)換上、下游不同的斜 坡道。上下游斜坡道可布置在同一條直線上，也可以相互間有一個(gè)角度。 根據(jù)升降船舶的方向， 斜面升船機(jī)可分為縱向斜面升船機(jī)與橫向斜面升船機(jī)。 縱向 斜面升船機(jī)在升降過程中，船體縱軸線與斜坡道的方向一致； 橫向斜面升船機(jī)在升降過 程中船體縱軸線則與斜坡道方向垂直。 縱向斜面升船機(jī)的斜坡道寬度可比橫向斜面升船 機(jī)窄，導(dǎo)引比較簡單，適于建造在地形較坦的地區(qū)，其坡度一般在 1： 101： 25 之間。 橫向斜面升船機(jī)的斜坡道長度較縱向斜面升船機(jī)為短， 但斜坡道寬度及軌道數(shù)均較縱向 式為大。在工程實(shí)際中，一般多采用縱向斜面升船機(jī)。 斜面升船機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有自行式和鋼繩卷揚(yáng)曳引兩種。

10、前者是將驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置設(shè)在 承船車上；后者是在坡頂設(shè)置卷揚(yáng)機(jī)用鋼繩曳引承船車升降。為減少驅(qū)動(dòng)功率，有的升 船機(jī)還設(shè)置沿斜坡道升降的平衡重來均衡承船車的運(yùn)動(dòng)重量， 此時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)只需克服運(yùn) 動(dòng)系統(tǒng)的阻力。 4 目前世界上最大的縱向斜面升船機(jī)為前蘇聯(lián) 1967 建成的克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī) (圖 8-3)，它克服水位差 l0lm ，最大升程 115m，該升船機(jī)為兩面坡式，上、下游斜坡道 坡度均為 1：10，上游坡道長度為 306m，下游為 1196m。上、下游斜坡道交會處設(shè)有直 徑 105m、坡度為 1：10 的轉(zhuǎn)盤。根據(jù)地形條件，兩斜面坡道布置在夾角 140的折線 上。承船廂尺寸為 90ml8m 2

11、.5m，可通過 1500t 船舶，當(dāng)廂中水深 3.3m 時(shí)，可供 2000t 船舶通過，承廂加水重為 6700t。 圖 8-3 克拉斯諾雅爾斯克縱向斜面升船機(jī) 1轉(zhuǎn)盤； 2-軌道； 3-承船廂 由于上下游水位變幅分別為 13m 和 6.3m，因而采用能直接下水的承船車。承船車 利用齒輪沿齒軌滾動(dòng)的方式運(yùn)行， 4 排齒軌固定在斜坡道上的鋼筋混凝土軌道梁上，相 應(yīng)地在承船車上設(shè)置了 4 排 156 個(gè)齒輪，由 18 部高壓油泵和 156 部 75kW 的電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有制動(dòng)器，以便事故時(shí)剎車制動(dòng)固定承船車。斜坡軌道的軌 道梁上設(shè)有滑線， 作為供給自行式承船車電源用， 當(dāng)承船車下

12、滑時(shí)， 可以反饋部分電能。 承船車起動(dòng)與停止階段的加速度為 0.008m s2，上行速度為 1.0 m s，下行速度為 1.38m s。船舶通過升船機(jī)的時(shí)間是 98min 。 目前世界上最大的橫向斜面升船機(jī)為 1967 年建成的法國阿爾茲維累升船機(jī) (圖 8-4)。該升船機(jī)為一面斜坡式， 上、下閘首之間的斜坡道的長度為 108.45m ，坡度為 41， 5 克服水頭差 44.55m 。承船廂的有效尺寸為長 40.4m，寬 5.22m，水深 2.523.2m ，船廂 加水總重約 900t，船廂自重 240t，可承運(yùn) 350t 級船舶。船廂有主承臺車 8 組；共有 32 個(gè)車輪在 2 條雙軌斜坡軌

13、道上運(yùn)行，軌距為 25.72m。平衡重在承船廂下面運(yùn)行，平衡 重車有 2 個(gè)，每個(gè)重約 440t，其支承機(jī)構(gòu)與船廂相同，其軌距為 10.40m 。船廂與平衡 重由 24 根直徑 28mm 的鋼絲繩相連，鋼絲繩的一端通過液壓平衡系統(tǒng)與船廂相連，為 一端繞過卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的摩擦卷筒后與平衡重車相連。卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)為兩臺雙摩擦卷筒，直徑 2 3.3m ，由兩臺直流電動(dòng)機(jī) (100HP) 驅(qū)動(dòng)。 承船廂運(yùn)行速度 0.6m s，加速度為 0.02m s ，往返一次歷時(shí) 40min 。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)高速軸上設(shè)有電磁閘瓦制動(dòng)器，卷筒上裝有重錘式空氣 制動(dòng)器為安全制動(dòng)器。 圖 8 4 阿爾茲維累橫向斜面升船機(jī) 1-軌道； 2-

14、平衡重； 3-承船廂 1973 年法國在加龍支運(yùn)河的蒙特西地區(qū)建造的水坡升船機(jī)，是世界上第一座水坡 升船機(jī)。它沒有承船廂，而是利用一塊寬 6 米、高 4.35 米的活動(dòng)擋板，推動(dòng)一段長 125 米，高 3.75 米的三角形水體，沿著坡度為 3 度的矩形鋼筋混凝土水槽向上、下游運(yùn)行， 推動(dòng)楔形水體上升或下降，從而使浮在楔形水體上的船舶作升降運(yùn)動(dòng)。 克服水頭為 13.3 6 米。能通航 38.55.5 5.5 米的 350 噸的船舶?；顒?dòng)擋板由設(shè)在矩形槽兩側(cè)的柴油電 力機(jī)車驅(qū)動(dòng)。兩臺機(jī)車有電氣同步系統(tǒng)使之同步運(yùn)轉(zhuǎn)。坡長 443 米，全程約需 6 分鐘。 活動(dòng)擋板兩側(cè)和底部設(shè)有止水設(shè)備，以防止與矩形

15、槽之間的間隙漏水。圖 8-5 為水坡式 升船機(jī)的運(yùn)行原理圖。水坡式升船機(jī)不需要承船廂，建造費(fèi)用較省，在運(yùn)行過程中水面 波動(dòng)較小，運(yùn)行速度快，但運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)較高，適宜建在水位變幅小，過壩船型以自航駁為主 的航道上。我國根據(jù)水坡升船機(jī)的原理，于 70 年代后期先后在安徽的龍灣、江蘇的沭 陽建造了水坡升船機(jī)。 圖 8-5 水坡式升船機(jī)示意圖 二、斜面升船機(jī)設(shè)計(jì) 斜面升船機(jī)的基本尺度主要是指斜面坡度、承船廂尺寸、閘首尺寸等。 1.斜面坡度 斜面坡度直接影響著工程造價(jià)、 營運(yùn)費(fèi)用及運(yùn)轉(zhuǎn)條件。 在選擇時(shí)應(yīng)考慮以下一些因 素：首先應(yīng)考慮承船廂的驅(qū)動(dòng)方式， 當(dāng)為自行方式時(shí)， 采用較緩的坡度， 一般為 1：10 1：

16、 20；當(dāng)采用齒軌爬升時(shí)可用較陡的坡度；當(dāng)依靠行輪與軌道之間摩擦力運(yùn)行時(shí)，應(yīng) 取較緩的坡度；當(dāng)采用鋼繩曳引時(shí)，坡度可以較陡，一般為 1： 5 1： 10，其最小坡度 要保證靠重力的分力能使承船廂自動(dòng)下滑。其次， 對于縱向斜面升船機(jī)和橫向斜面升船 機(jī)，采用的坡度也不同，橫向斜面升船機(jī)的坡度，一般在 1： 2 1： 8 的范圍以內(nèi)，其 7 坡度的大小應(yīng)根據(jù)斜坡的穩(wěn)定來決定。第三，要考慮升船機(jī)載運(yùn)船舶的大小，一般通過 船舶的噸位較大時(shí)，采用的坡度較緩，通過的船舶噸位較小時(shí)，采用的坡度可以較陡。 第四，應(yīng)考慮地形條件，避免過大的挖方與填方。不難理解在一定條件下，若選用的坡 度較陡，雖可減少開挖土方的數(shù)

17、量，縮短坡道長度從而減少軌道部分的投資，但將使承 船廂及閘首結(jié)構(gòu)的工程量加大，并將增大驅(qū)動(dòng)功率，從而增加運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。反之，采用的 坡度較緩，雖可減少運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，降低承船廂及閘首結(jié)構(gòu)的投資，但又將增加軌道部分的 工程量。因此合理的坡度，只有在考慮到上述有關(guān)因素，對土建投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用進(jìn)行綜 合比較后，才能確定。 2承船廂的結(jié)構(gòu) 斜面升船機(jī)承船廂的構(gòu)造方式，根據(jù)運(yùn)船方式和承船廂與斜架車的關(guān)系而定。 斜面升船機(jī)的承船廂一般是一個(gè)連續(xù)的剛性結(jié)構(gòu)， 支承行走設(shè)備采用輪系系統(tǒng)， 圖 8-6 即為這種型式的一例。 這種支承行走機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡單， 常用 4 臺平衡小車的輪系系統(tǒng)。 當(dāng)承船廂尺寸較大時(shí)，可采用等距多支點(diǎn)的

18、平衡小車。但由于鋪軌不平整、輪系制造和安裝的誤差、輪軸機(jī)構(gòu)的彈性變形和軌道基礎(chǔ)的不均勻沉陷等，均可能導(dǎo)致輪壓不定，引起承船廂結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化、運(yùn)行阻力不均以及運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)等問題。在設(shè)計(jì)大型斜面升船機(jī)時(shí)， 為使支承行走機(jī)構(gòu)能適應(yīng)軌道的不平整等情況，并能在運(yùn)行中將承 船廂的荷載和橫向擺動(dòng)力均勻傳到每臺小車和行輪上， 在工程實(shí)踐中曾提出把承船廂在縱向分段，每段支承在 4 點(diǎn)上，各段剛性的廂體結(jié)構(gòu)與支承行走機(jī)構(gòu)間設(shè)置緩沖設(shè)備， 以調(diào)整作用在支承行走機(jī)構(gòu)上的荷載。但該方案段與段之間的連接較復(fù)雜， 濕運(yùn)時(shí)容易漏水。因此目前的承船廂一般還是采用連續(xù)剛性結(jié)構(gòu)，而通過設(shè)置輪壓平衡系統(tǒng)，用以保證各支點(diǎn)荷載及

19、每一個(gè)支點(diǎn)內(nèi)各輪輪壓相等。 8 圖 8-6 承船廂橫剖圖 a)濕運(yùn)的船廂結(jié)構(gòu)； b)干運(yùn)的船廂結(jié)構(gòu) 3. 承船廂尺寸 承船廂尺寸包括有效尺寸和外輪廓尺寸。 濕運(yùn)時(shí)承船廂的有效尺寸， 系指充水空間 的有效長度 l k 、有效寬度 bk 和有效水深 hk 等，它們決定于設(shè)計(jì)船型的尺寸、船舶進(jìn)出 廂的方式和速度以及經(jīng)濟(jì)要求等。承船廂的外輪廓尺寸， 在滿足所要求的有效尺寸的前 提下，根據(jù)承船廂的構(gòu)造、使用要求、強(qiáng)度和剛度條件等決定。當(dāng)承船廂與斜架車連接 成整體結(jié)構(gòu)時(shí)， 其上游端的廂頭高度主要與水位的變化及其適應(yīng)方式， 承船廂廂頭閘門 的形式以及承船廂的支承行走機(jī)構(gòu)的形式等有關(guān) (見圖 87) ，可按下

20、式確定： hB hk hs hc hoh （ 8 1） 式中 hk 承船廂內(nèi)的有效水深， m； hs設(shè)置廂頭閘門門庫所需的結(jié)構(gòu)高度， m；其值視門型及門庫的設(shè)置方式而 定； hc 構(gòu)造要求的高度， m； ho 支承行走系統(tǒng)要求的結(jié)構(gòu)高度， m；其值取決于支承行走系統(tǒng)在廂頭附近 9 的結(jié)構(gòu)要求； h 承船廂的超高， m；當(dāng)承船廂起船閘的作用，以適應(yīng)水位變幅時(shí)，此超 高應(yīng)根據(jù)水位變化情況來定，在一般情況下， h 應(yīng)大于承船廂在剎車過程中可能產(chǎn)生 的水面壅高。 圖 8 7 廂頭結(jié)構(gòu)高度圖 根據(jù)華西里也夫的研究， 當(dāng)廂中無船時(shí)， 承船廂突然停止所產(chǎn)生的水面平均壅高值 h1 為： h1 Vx hk （8

21、-2 ） g 式中： Vx 承船廂運(yùn)動(dòng)的水平分速度， m s； g重力加速度， m s2。 當(dāng)承船廂中有船時(shí)， 廂頭門端的最大水面壅高值 hm ，及靠近船首處的水面最大壅 高值 hc ，分別為： hc mc h1 hm ( 2mc 1) h （ 8-3） 10 x 2 k mc 1 (1 x )(1 bc ) k bk 式中： bc 船寬， m； x 船中橫斷面浸水?dāng)嗝婷娣e， m2； bk 承船廂的有效寬度， m； k 承船廂的充水?dāng)嗝婷娣e， m2。 當(dāng)承船廂以等加 (減 ) 速度停車，并且制動(dòng)時(shí)間大于或等于半個(gè)波動(dòng)周期時(shí)，在承船 廂兩端的水面最大壅高 (降低 )值 hN ： l a cos

22、hN （ 8-4） g a sin 式中： l 承船廂沿運(yùn)動(dòng)方向的水面長度， m； 斜坡道的坡度， ( )； a 承船廂的等加 (減 )速度， m s2。 承船廂下游端的廂頭高度 hH ，除取決于與上游端的廂頭高度相同的有關(guān)因素外， 還與船廂沿運(yùn)動(dòng)方向的長度 l1 及坡道的坡度 tan 有關(guān)，可按下式計(jì)算： hH hB l1 tan (8-5) 如果承船廂與其下的斜架車不連在一起， 或者采用干運(yùn)時(shí)， 按上述方法也不難定出 承船廂和承船車的高度。 關(guān)于上下閘首尺度、 閘首與承船廂銜接處的尺度， 以及承船廂下水時(shí)坡度末端的高 程等， 在已知承船廂尺寸后，可根據(jù)閘首布置及構(gòu)造要求及修造船滑道等有關(guān)的

23、類似方 法加以確定。 11 第三節(jié) 垂直升船機(jī) 一、垂直升船機(jī)的類型 垂直升船機(jī)承船廂沿垂直方向升降要克服重力作功。當(dāng)采用濕運(yùn)方式時(shí)，承船 廂的運(yùn)動(dòng)重量力 ( 包括廂體自重力和廂內(nèi)水重力 ) 很大，驅(qū)動(dòng)功率也大。因此，垂直 升船機(jī)多采用平衡承船廂運(yùn)動(dòng)重量力的平衡裝置。不同平衡系統(tǒng)構(gòu)成了不同型式的 垂直升船機(jī)。根據(jù)平衡方式，主要可分為均衡重式垂直升船機(jī)、浮筒式垂直升船機(jī) 以及利用水壓來平衡承船廂運(yùn)動(dòng)重量力的水壓式垂直升船機(jī)。 均衡重式垂直升船機(jī) ( 圖 8-8a) ，是垂直升船機(jī)中最早出現(xiàn)的一種型式。它采 用與承船廂運(yùn)動(dòng)重量力相等的平衡重作為承船廂的平衡系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅需克服整 個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)阻力

24、，使承船廂垂直升降。平衡重力與承船廂之間多以繞過繩輪的鋼 纜來連接。 浮筒式垂直升船機(jī) ( 圖 8-3b) ，是利用淹沒在浮筒井中的浮筒的浮力來平衡升船 機(jī)承船廂等的運(yùn)動(dòng)部分 ( 包括承船廂、浮筒及支撐等 ) 的重量力。承船廂通過支 與 浮筒連接成一個(gè) 體，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下，作升降運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也僅需克服整個(gè) 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)阻力。 水壓式垂直升降機(jī) (圖 8-8c)是利用作用在活塞上的水壓力來平衡升船機(jī)運(yùn)動(dòng)部分的 量力。為避免設(shè)置專門產(chǎn)生水壓力的設(shè)備，通常是建雙線，兩線活塞缸用連接管連通傳 遞水壓。在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，一線承船廂上升，另一線承船廂則下降。 12 1-支架 ; 2- 平衡重 ;3-

25、繩輪 ;4-浮筒 ;5-活塞 ;6- 承船廂 圖 8-8 垂直升船機(jī)示意圖 二、垂直升船機(jī)的設(shè)計(jì) 垂直升船機(jī)水工建筑物主要由上下閘首、承船廂室及承重塔柱組成。 1升船機(jī)的閘首 升船機(jī)的閘首，是將升船機(jī)的承船廂、支承導(dǎo)向結(jié)構(gòu)等軀體結(jié)構(gòu)與上、下游航道隔開的擋水建筑物。根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)要求，閘首上一般設(shè)有閘門、閘首的輸水系統(tǒng)、承船廂的充泄水設(shè)備、承船廂室的排水系統(tǒng)、閘首與承船廂的連接設(shè)備、交通和管理房屋等。 升船機(jī)閘首一般設(shè)置兩道閘門， 即工作閘門與檢修閘門。 上閘首的檢修閘門通常兼 作事故閘門，工作閘門一般與承船廂直接銜接。下閘首檢修門設(shè)在工作門的下游側(cè)，供工作門檢修時(shí)使用，當(dāng)發(fā)生洪水時(shí)檢修門還可阻擋下游

26、洪水，使其不至淹沒承船廂室。 閘首上的工作閘門的形式很多， 一般分為單一的整體式閘門和由過船小門與擋水門組合的組合門兩類。工作閘門門型選擇與上、下游河段的水文條件，閘首與承船廂的連接方式有關(guān)。當(dāng)上、下游水位變幅較小時(shí)，多用單一的整體式閘門，常用的門型有提升式平面閘門和臥倒閘門等。當(dāng)上、下游水位變幅較大時(shí)，若采用單一的整體式閘門，則 會加大經(jīng)常啟閉運(yùn)轉(zhuǎn)的門體的尺寸， 增加承船廂廂頭的高度， 因此多采用由過船小門與 擋水門組合的組合門，在工作門下部增設(shè)疊梁門來調(diào)整工作門的高度， 以便適應(yīng)變化后 的上游水位，使承船廂能與調(diào)整后的工作門及變化后的上游水位實(shí)現(xiàn)對接過船。工作門的起吊和疊梁門的增減，一般用

27、設(shè)在閘首的橋式啟閉機(jī)進(jìn)行操作。 根據(jù)承船廂與閘首的相互關(guān)系，組合門又可分為兩種體系：當(dāng)承船廂伸進(jìn)閘首時(shí)， 工作閘門采用過船小門和擋水門構(gòu)成的組合門 (圖 8-9a)；當(dāng)承船廂不伸進(jìn)閘首時(shí)，工作 閘門采用過船小門、擋水門和渡槽構(gòu)成的組合門 (圖 8-9b) 。擋水閘門可看作是一活動(dòng)閘 首，主要起擋水作用。當(dāng)為前一種形式時(shí)，在擋水門上部設(shè)有由過船小門控制啟閉的通航孔口。過船小門是工作閘門中經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)部分，擋水門僅在水位變化超過過船小門所能適應(yīng)的幅度時(shí)才調(diào)整升降，以保證通航孔口有足夠的通航水深。當(dāng)為后一種形式時(shí)，過 13 船小門與渡槽組成過船部分，此時(shí)通航孔口設(shè)在渡槽上。 渡槽也可看成是一段特殊形狀的

28、擋水門，跨在擋水門上，其迎水面與擋水門具有同一止水輪廓，位于同一平面，其背水面伸至閘首端，以便與承船廂銜接，過船小門即設(shè)在這一端。 圖 8-9 閘首工作閘門的布置 a)船廂伸進(jìn)閘首； b)船廂不伸進(jìn)閘首 過船小門通常采用提升式平面閘門或臥倒閘門。 過船小門的高度除滿足通航水深的 要求外，尚應(yīng)有一定的調(diào)節(jié)富余高度。此富余高度不宜過小，以免需要經(jīng)常調(diào)整升降擋水門，但又不宜過大，否則將增加運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。一般根據(jù)上、下游水位情況和運(yùn)轉(zhuǎn)方面的要求而定，通常在 1.5m 左右。 承船廂伸進(jìn)閘首的連接方式，可以簡化工作閘門的構(gòu)造，節(jié)省渡槽結(jié)構(gòu)。但將增加 工作閘門的跨度，對平衡重沿承船廂長度均勻布置的均衡重式垂直

29、升船機(jī)， 可能影響承 船廂正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的受力條件。因此，承船廂是否伸進(jìn)閘首，工作閘門采用哪種形式，應(yīng)視升船機(jī)的形式與支架的布置，上、下游的水位情況以及過船小門的形式等條件而定。 組合式工作閘門，通常是在無壓下啟閉，并采用機(jī)械止水，以減少啟閉力和保證止水密封。當(dāng)需要調(diào)整升降時(shí)，先關(guān)閉工作閘門前的輔助閘門，泄空工作閘門前的水體，松開工作閘門的止水，使閘門處于無壓的情況，然后開始調(diào)整升降。待調(diào)整完畢，重新將止水壓緊在閘門上，進(jìn)行充水，開啟輔助閘門，升船機(jī)又重新開始運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)工作閘門為組合門時(shí)，閘首上的檢修閘門可以兼作輔助閘門。 14 閘首的輸水系統(tǒng)用來充、 泄工作閘門與檢修閘門之間的水體， 以便進(jìn)

30、行工作閘門的檢修工作和在無壓情況下啟閉工作閘門，一般采用自流的輸水管道。 為了保證承船廂的正常運(yùn)轉(zhuǎn)， 便于向承船廂補(bǔ)水， 一般在上閘首上還設(shè)有泵站和充水管道。承船廂室的排水系統(tǒng)包括水泵站、管道及明渠等。 閘門與承船廂的連接設(shè)備是指承船廂的拉緊裝置、充泄水裝置、密封裝置等，它們是否設(shè)置在閘首上以及如何設(shè)置均視這些設(shè)備的形式及其與閘首的關(guān)系確定。 上閘首與引航道之間的連接方式主要決定于地質(zhì)條件。 由于升船機(jī)克服的水位差常很大，因此上閘首頂至升船機(jī)室底面的高度也就很大。在軟土地基上，一般多用渡槽結(jié) 構(gòu)把閘首與引航道連結(jié)起來；在巖基上，可建襯砌墻，閘首就建在襯砌墻上，與襯砌墻連成一體，也可采用渡槽來連

31、接。 當(dāng)升船機(jī)位于水利樞紐時(shí)， 若升船機(jī)軸線經(jīng)過大壩， 且壩底高程與升船機(jī)室底的高程基本一致，則可采用上閘首與壩結(jié)合的方式，兩者共同組成擋水線，將設(shè)置上閘首的 壩段的下游面作成垂直面，以實(shí)現(xiàn)與承船廂銜接。 若壩底高程與升船機(jī)室底高程相差較大，則可用渡槽銜接。 2承重塔柱 承重塔柱是升船機(jī)的承重設(shè)施，升船機(jī)的機(jī)房、提升設(shè)備、承船廂、平衡重等巨大 重量均由它承擔(dān)。它對稱布置在上、下閘首中軸線的兩側(cè)，是連接上、下閘首的水工建 筑物。塔柱頂部設(shè)機(jī)房，機(jī)房底板將兩側(cè)塔柱頂部連成一體，機(jī)房內(nèi)安裝升船機(jī)的提升 設(shè)備，平衡設(shè)備以及供升船機(jī)設(shè)備檢修用的起重設(shè)備等。 承重塔柱底部為嵌于基巖的實(shí)體混凝土，中部為鋼筋

32、混凝土整體澆筑的空腹柱體， 升船機(jī)的平衡重懸吊在塔柱的空腹中。 3.承船廂 承船廂室是由上、 下閘首 (包括工作門 )和兩側(cè)承重塔柱圍成的空間， 升船機(jī)運(yùn)行時(shí)， 承船廂便在承船廂室內(nèi)作垂直升降運(yùn)動(dòng)。 承船廂是升船機(jī)的重要組成部分， 是升船機(jī)的 容船設(shè)施。它由主縱梁、主橫梁、小縱梁及 U 形面板焊成，為一凹槽形薄壁鋼結(jié)構(gòu)體。 承船廂兩端各設(shè)一扇臥倒門 (或弧形門 )，臥倒門底部與承船廂凹槽底部鉸接，臥倒門兩 15 側(cè)設(shè)有液壓啟閉裝置，承擔(dān)臥倒門的開啟和關(guān)閉操作。兩端臥倒門關(guān)閉時(shí)，承船廂便成 為四周封閉的水容器。與上、下游對接時(shí)，上游側(cè)或下游側(cè)臥倒門開啟，船舶便可駛出 承船廂。為保證承船廂與上、下

33、游閘首對接時(shí)接觸緊密不漏水，須在承船廂兩端布置對 接密封裝置，該裝置呈 U 形將臥倒門圍在其中。它由 U 形密封框、導(dǎo)向輪、伸縮式 U 形橡膠止水密封圈、液壓油缸、液壓裝置等組成。承船廂與上、下游閘首對接時(shí)，壓力 油充入對接側(cè)密封裝置的液壓油缸，推出 U 形密封框，使伸縮式 U 形橡膠止水密封圈 與上或下游閘首工作門接觸頂緊， 沿臥倒門外圍封閉了承船廂與上或下游閘首工作門端 面之間的間隙，使其不漏水。然后充水裝置向被圍困的間隙充水，當(dāng)間隙里的水位與承 船廂及上或下游航道水位持平時(shí)， 便可開啟承船廂對接側(cè)臥倒門和上或下游閘首工作門 上的臥倒門，實(shí)現(xiàn)承船廂與上或下游航道的連通，船舶便可出入承船廂。

34、 退出對接 時(shí)，先關(guān)閉承船廂對接側(cè)臥倒門及上或下閘首臥倒門， 然后排掉被 U 形密封圍住的承船 廂對接側(cè)臥倒門與上或下閘首工作門上的臥倒門之間的水，在液壓裝置的作用下， U 形 密封框縮回，升船機(jī)方可升降。 (1) 承船廂基本尺度 承船廂為升船機(jī)中用于裝載船舶的運(yùn)載工具。 濕運(yùn)時(shí)， 承船廂為一上部開口的槽形 廂體，兩端設(shè)有閘門 (稱廂頭門 )，廂內(nèi)盛水，船舶浮載在廂內(nèi)的水體上。干運(yùn)時(shí)，承船廂為一具有彈性支墊的承臺。 承船廂的有效尺寸， 即廂體的有效長度、 有效寬度和有效水深決定于設(shè)計(jì)船型的尺 寸，船舶進(jìn)出承船廂的方式和速度等。為了減小升船機(jī)運(yùn)動(dòng)重量，船隊(duì)一般都重新編解隊(duì)。在確定設(shè)計(jì)船型后，承船

35、廂的有效長度根據(jù)船長和安全制動(dòng)所需的距離而定，有效寬度和有效水深，等于船舶寬度和船舶吃水分別加上一定的富裕量。 試驗(yàn)研究表明： 在設(shè)計(jì)船型已定的情況下， 船舶進(jìn)出承船廂時(shí)的水面波動(dòng)程度及航行阻力的大小，均與承船廂的有效尺寸有關(guān)。如承船廂的有效尺寸定得過小，不但會增 加航行阻力，甚至可能產(chǎn)生水溢廂和船碰底的現(xiàn)象。但承船廂的有效尺寸又直接影響到 承船廂的水體重量，而廂內(nèi)的水重約占承船廂總重的 65 75左右。因此，為減小升 船機(jī)運(yùn)動(dòng)重量，要求在可能條件下，盡量減小承船廂的有效尺寸。承船廂有效尺寸的確 16 定是一復(fù)雜的問題， 根據(jù)現(xiàn)有幾座升船機(jī)的資料， 承船廂的有效尺寸與設(shè)計(jì)船型大至有 以下關(guān)系：

36、 Lk 1.02 1.06 Lc bk 1.05 1.30 Bc hk 1.10 1.50 Tc （ 8-6） n Wk 1.5 2.0 x 式中 Wk 承船廂過水?dāng)嗝婷娣e， m2； x 船中橫斷面浸水?dāng)嗝婷娣e， m2； Lc 設(shè)計(jì)船長， m； Bc 設(shè)計(jì)船寬， m； Tc 設(shè)計(jì)船舶的吃水， m。 承船廂的外輪廓尺寸， 在滿足有效尺寸的前提下， 根據(jù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求以及附加設(shè)備的布置要求確定。 承船廂的廂頭高度決定于廂頭門的型式，閘首與承船廂之間的連接設(shè)備型式及布 置，上、下游水位變幅的大小以及承船廂要求的超高值等。 以廂頭門為提升式平面閘門，連接設(shè)備設(shè)在閘首情況 (8-25a)為例，此高

37、度可按式（ 8-7）計(jì)算確定 hBh h hk hs （ 8-7） 式中： hk 承船廂內(nèi)的有效水深， m； h 承船廂的超高值，一般取 0.15m0.25m ；h 上、下游的水位變幅， m； hs 設(shè)置止水框架所需的結(jié)構(gòu)高度， m。 當(dāng)連接設(shè)備在承船廂上時(shí) (圖 8-25b) ，則按下式確定： hBh hk hc hf （ 8-8） 17 式中 hc 考慮設(shè)置機(jī)器間所需的結(jié)構(gòu)高度，初步可取 2.0m ，若此值小于 h hf ，則以 h hf 值代替 hc ； hf 考慮構(gòu)造要求的富余量，約為 0.6m 1.0m。 若廂頭門采用其他門型時(shí)，如臥倒閘門等，則應(yīng)考慮不同門型對結(jié)構(gòu)高度的要求。 承船

38、廂中部的高度，除受超高和正常水深影響外，還取決于板、梁與主橫梁的連結(jié) 方式及它們的結(jié)構(gòu)高度。此外，尚應(yīng)滿足布置機(jī)器間的使用要求。 承船廂的外輪廓寬度， 等于承船廂的有效寬度加兩側(cè)走道的寬度。 走道寬度決定于 走道和有關(guān)設(shè)備如曳引機(jī)械、驅(qū)動(dòng)機(jī)械、廂頭門的啟閉機(jī)械等的布置要求，一般為 1 5m4 0m。 a)連接設(shè)備在閘首的情況； b)連接設(shè)備在承船廂的情況 圖 8-10 承船廂廂頭尺寸示意圖 承船廂的總長， 為承船廂的有效長度加上廂頭結(jié)構(gòu)的長度。 廂頭結(jié)構(gòu)的長度由廂頭 門與防撞設(shè)備的形式以及兩者是否結(jié)合而定。 對提升式平面閘門且兩者結(jié)合時(shí)，廂頭結(jié) 構(gòu)的長度可取為 0.16 bk ，當(dāng)不結(jié)合時(shí)，廂

39、頭長度初步可定為 0.25 bk 。對于其他門型， 18 應(yīng)考慮閘門啟閉時(shí)對可利用的有效長度的影響。 由此可知，承船廂廂頭門的形式，不僅影響廂頭的高度，同時(shí)也影響承船廂的縱向 長度。在各種門型中，提升式平面閘門對這些結(jié)構(gòu)尺寸的影響最小，它與閘首縫隙間的 泄水量也最少，但要建造高大的提門架來保證滿足通航凈空的要求。 (2)承船廂的構(gòu)造 承船廂的總體布置，應(yīng)考慮支承和平衡設(shè)備、驅(qū)動(dòng)及事故裝置、縱橫向?qū)蛟O(shè)備、 承船廂與閘首銜接的拉緊、密封等連接設(shè)備的布置要求。 根據(jù)上述設(shè)備是否布置在承船 廂上，承船廂的總體布置可分為 3 類： 驅(qū)動(dòng)及事故裝置、承船廂與閘首的連接設(shè)備等，均不設(shè)在承船廂上。此時(shí)承船廂

40、的構(gòu)造最簡單。 上述各種類型的設(shè)備均設(shè)在承船廂上，此時(shí)承船廂的構(gòu)造比較復(fù)雜。介于上述兩類之間，部分設(shè)備設(shè)在閘首，另一部分設(shè)備設(shè)在承船廂上。如尼德芬 諾升船機(jī)的承船廂屬于這一類型，它的密封、充水和泄水設(shè)備設(shè)在閘首上，拉緊裝置設(shè)在支承排架上，而在承船廂上設(shè)有驅(qū)動(dòng)及事故裝置。 圖 8-11 承船廂結(jié)構(gòu)示意圖 l-鋪板； 2橫梁； 3縱梁； 4-主橫梁； 5-主縱梁 承船廂結(jié)構(gòu)多采用橋梁構(gòu)造體系或船舶構(gòu)造體系。在進(jìn)行承船廂結(jié)構(gòu)的具體布置 時(shí)，應(yīng)使廂體結(jié)構(gòu)受力明確，保證廂體整體和局部強(qiáng)度與剛度的要求，以及設(shè)備的布置 要求。 19 圖 8-11 為橋梁構(gòu)造體系的承船廂結(jié)構(gòu)，按傳力順序，其基本構(gòu)件一般有：鋪板、 橫梁、 縱梁、主橫梁、 主縱梁。 作用在承船廂上的荷載， 最后均傳至主縱梁。 上述構(gòu)件，在一定的垂直面和水平面內(nèi)， 用支撐聯(lián)系起來， 以保證廂體的