浮筒式垂直升船機

1、浮筒式垂直升船機 從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)六十年代，德國人設(shè)計建造了好幾座浮筒式垂直升船機。如1899年建成的亨利興堡老升船機（henrichenburg），1938年建成的羅特塞升船機（rothensee），1962年建成的亨利興堡新升船機（henrichenburg/waltrop)。亨利興堡老升船機圖中近處為羅特塞升船機亨利興堡新升船機浮筒式垂直升船機適用于升程不高的升船機工程，因為升程高需在下游河床高程以下修建很深的豎井，不但受地質(zhì)條件約束，還會給工程帶來許多麻煩。據(jù)說尼德芬諾（niederfinow）升船機曾準(zhǔn)備選用浮筒式垂直升船機方案，因亨利興堡老升船機運行幾十年沒出什么事故，運行安

2、全可靠。但最終沒被選用，主要原因是地質(zhì)條件差，修建深豎井有困難。尼德芬諾升船機升程37m，如采用浮筒式垂直升船機方案，需在下游河床高程以下修建90m深的豎井。浮筒式垂直升船機由上、下游閘首（含工作門、啟閉機等）、導(dǎo)向柱、承船廂室、承船廂、浮筒、豎井、提升機構(gòu)等組成。它與平衡重式垂直升船機的主要不同就是利用浮筒從水中獲得浮力來抵消承船廂的重力，而不是利用平衡重塊。從而不需要設(shè)置數(shù)量眾多的鋼絲繩、滑輪、卷筒及平衡重塊，使承船廂變得十分簡潔美觀。其次是它采用螺母螺桿裝置既作為升船機的提升裝置又作為安全裝置?，F(xiàn)以亨利興堡新升船機為例介紹浮筒式垂直升船機。亨利興堡新升船機最大提升高度 ,承船廂有效長度

3、，有效寬度 ，船廂內(nèi)水深 ，能滿足 級歐洲型船舶通航。升船機活動部分總重約 ,其中承船廂內(nèi)水重 ，廂體自重（金屬結(jié)構(gòu)及設(shè)備） ,兩個浮筒及支架重 。兩只直徑為 高為 的浮筒排水量共為 ，其獲得的浮力可抵消升船機活動部分的全部重量。應(yīng)該注意的是浮筒直徑越大升降時遇到的水阻力便越大。減小浮筒直徑雖然可以減小水阻力，但卻增加了浮筒高度，從而豎井深度必須加深。浮筒頂部裝有 高的支架, 支架頂部與承船廂底部鉸接，支架的有效高度，必須大于升船機最大升程。豎井設(shè)在承船廂室底部，見圖。豎井的深度應(yīng)大于浮筒高度與升船機最大升程之和，豎井與浮筒之間的間隙，應(yīng)能滿足浮筒在豎井中自由升降，間隙過小會增大浮筒運動時的阻

4、力，從而增加升船機的動力消耗。亨利興堡新升船機的豎井內(nèi)徑 ,豎井深度 ,浮筒直徑 ,浮筒高度 ，升船機最大升程 。豎井頂部設(shè)有井蓋，安裝在浮筒頂部的支架穿過井蓋上預(yù)留的孔洞與承船廂底部實現(xiàn)鉸接。升船機運行時，在提升裝置螺母螺桿的作用下，浮筒與承船廂一起升降。無論承船廂在什么位置，浮筒都必須完全淹沒在水中。這樣才能與承船廂始終保持平衡，將承船廂的全部重量抵消。應(yīng)該說浮筒式升船機升降時所需克服的阻力是最小的，因為它只需克服浮筒在水中升降時遇到的阻力，其他類型的升船機則不然。當(dāng)承船廂與下閘首對接時，浮筒下沉至豎井最深處，此時浮筒下端部所受水壓可達(dá) ，為抵消水壓對浮筒產(chǎn)生的應(yīng)力，減輕浮筒結(jié)構(gòu)重量，防止

5、浮筒漏水，將浮筒分為上、下兩個隔離倉并充有壓縮空氣，上隔離倉充氣壓力 , 下隔離倉充氣壓力 ,并將充入浮筒的空氣預(yù)先進行干燥處理。平衡倉工作原理圖當(dāng)承船廂在高位時，浮筒上的支架露出水面，當(dāng)承船廂在低位時，支架沉入水中，這樣浮力就會產(chǎn)生變化。在浮筒下隔離倉中設(shè)一下端敞開的平衡倉（直徑 、高 ），當(dāng)浮筒下沉?xí)r，平衡倉內(nèi)的空氣被水壓縮，浮筒上升時水壓減小平衡倉內(nèi)的空氣便膨脹，從而抵消了因支架露出或淹沒于水中產(chǎn)生的浮力變化。浮筒四周設(shè)有導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪沿安裝在豎井內(nèi)壁上的導(dǎo)軌作垂直運動。在承船廂室兩側(cè)對稱布置四座高 的鋼筋砼導(dǎo)向柱。導(dǎo)向柱的橫截面為凹形，凹槽中裝有提升螺桿及導(dǎo)軌。提升螺桿直徑, ，高 ，

6、重 。升船機的4臺提升電機（ 直流電機）分別安裝在四座導(dǎo)向柱頂部的機房內(nèi)，通過減速器可驅(qū)使提升螺桿旋轉(zhuǎn)，并通過安裝在承船廂上與其旋合的固定螺母，帶動承船廂以 的速度升降。在四根提升螺桿的底部，用同步軸、聯(lián)軸節(jié)及換向齒輪等組成一封閉的剛性同步系統(tǒng)。同步系統(tǒng)安裝在承船廂室有防護設(shè)施的鋼筋砼溝槽中。當(dāng)其中一臺電機因故障退出運行，其它三臺電機通過同步系統(tǒng)依然可以保證升船機平穩(wěn)升降。運行時提升螺桿與螺母始終相互磨擦，由于承船廂與上、下游水位的每次對接不可能沒有偏差，以及對接時上、下游水位發(fā)生變化造成承船廂的超、欠載，都可能加劇提升螺桿與螺母的磨擦和磨損。為保護提升螺桿使其少受磨損，利用青銅制作螺母，并將

7、其設(shè)計成分瓣結(jié)構(gòu)，便于檢修、維護時更換磨損過量的青銅螺母。提升螺桿上、下兩端的支座從結(jié)構(gòu)上保證了不論承船廂上升還是下降提升螺桿始終受拉而不受壓。升船機運行時，安裝在承船廂兩側(cè)的導(dǎo)向輪在彈簧的推動下緊緊壓在安裝在導(dǎo)向柱凹槽內(nèi)的導(dǎo)軌上，防止承船廂前后、左右擺動。導(dǎo)軌是可以調(diào)整的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)歪斜時可進行調(diào)整。下閘首擋水門和承船廂上、下游側(cè)閘門一樣，均選用下沉式反弧門，因為下游水位變化很小。而上閘首工作門則選用垂直提升平板門，以適應(yīng)上游水位變化。在承船廂上、下游側(cè)的下沉式反弧門外圍設(shè)有u形止水密封框，對接時液壓裝置將u形止水密封框推向上或下閘首，沿反弧門外圍封閉了承船廂與上或下閘首對接面之間的間隙，使其不

8、漏水。實現(xiàn)承船廂與上或下游航道的連通。升船機的安全保障設(shè)計考慮了以下情況：1、承船廂超、欠載。2、承船廂在最低位置超載。3、承船廂滿載而浮筒浮力全部消失（負(fù)的最大不平衡力）。4、浮筒浮力正常承船廂內(nèi)水全部漏空（正的最大不平衡力）。當(dāng)承船廂超、欠載出現(xiàn)不平衡，且不平衡力達(dá)到設(shè)計允許值時（下降時不平衡力達(dá)到 ,上升時不平衡力達(dá)到 ），提升電機自動停機，提升螺桿隨之停止旋轉(zhuǎn)，由于螺紋的自鎖作用，承船廂被牢牢地鎖定在四根提升螺桿上。即使遇到正的最大不平衡力或負(fù)的最大不平衡力，螺母、螺桿及導(dǎo)向柱也完全能夠承擔(dān)。升船機的運行操作完全自動化，其運行程序為：以船舶上行為例、船舶駛?cè)氤写瑤?，關(guān)閉承船廂下游側(cè)及

9、下閘首的下沉式反弧門。、泄掉圍在承船廂下游側(cè)端面、下閘首對接面及u形止水密封框中的水。、縮回u形止水密封框。、解除承船廂鎖定裝置，頂緊裝置的作用。、啟動提升電機使承船廂平穩(wěn)上升。、與上閘首對接，投入鎖定及頂緊裝置。、液壓裝置將承船廂上游側(cè)u形止水密封框推出，頂向上閘首對接面。、向被u形止水密封框圍住的承船廂上游端面及上閘首對接面之間的間隙充水，使其與上游航道及承船廂內(nèi)水位持平。、打開承船廂上游側(cè)的反弧門及上閘首平板門，使承船廂內(nèi)的水與上游航道的水相互連通，船舶離開承船廂，駛向上游航道。船舶下行與上行程序一樣，僅僅方向相反。關(guān)閉和開啟的閘門不一樣。亨利興堡老升船機、新升船機及羅特塞升船機雖然都是

10、浮筒式垂直升船機，它們的結(jié)構(gòu)卻不盡相同。如亨利興堡老升船機及新升船機的提升裝置采用螺桿轉(zhuǎn)螺母不轉(zhuǎn)的方案。羅特塞升船機則采用螺母轉(zhuǎn)螺桿不轉(zhuǎn)的方案。亨利興堡老升船機同步系統(tǒng)裝在導(dǎo)向柱頂部而新升船機則裝在承船廂室鋼筋砼基礎(chǔ)上。現(xiàn)將三座升船機的主要參數(shù)列于下表，以供 參考 。亨利興堡老升船機新升船機及羅特塞升船機主要參數(shù)表名 稱亨利興堡老升船機羅特塞升船機亨利興堡新升船機型 式浮筒式垂直升船機浮筒式垂直升船機浮筒式垂直升船機建成年代189919381962最大升程14m18.67m13.5m-14.5m電機功率4110kw845kw4110kw船舶排水量750t1000t1300t承船廂有效尺寸68m8.6m2.5m長寬水深85m12m2.5m長寬水深90m12m3m長寬水深承船廂廂體重1000t1300t870t廂內(nèi)水體重1462t2550t3500t浮筒數(shù)量522浮筒重量600t1400t630t浮筒排水量5620=310022700=540022500=5000浮筒外徑8.3m10.00m10.