专利名称：组线式全平衡垂直升船机及其通航方法
技术领域：
本发明属于水运工程和大坝通航领域，特别是一种组线式全平衡垂直升船机及其通航方法。
背景技术：
船闸和升船机是当今世界上船舶克服航道上集中落差的最主要的两种通航建筑物型式。与船闸借助于闸室内水位变化升降船舶克服落差机理不同的是，升船机利用机械动力拖动承船厢作上升下降运动克服落差，以达到通航目的。升船机是一项牵涉到水动力学、电气、机械、结构等多个领域的系统工程。升船机按承船厢运行线路，分为垂直升船机和斜面升船机两类；按船队(舶)在承船厢中的支托方式，有湿运和干运两种；按船厢是否下水，有下水式和不下水式两种；按其对承船厢重量的平衡方式，有全平衡、部分平衡和非平衡三种；根据承船厢的驱动方式，有自爬式(带螺杆螺母安全装置的齿轮齿条爬升式)、卷扬式(钢丝绳卷扬提升式)、浮筒式、水压式和水力浮动式几种类型。中国是世界上修建人工运河通航建筑物最早的国家，在我国古代曾经出现一种叫做“埭”(亦有叫“堰”、“堰埭”或“车船坝”)的通航设施，这是我国斜面式升船机的雏形；直至今日，在浙江杭州、宁波一带，还有不少古老的堰埭存在着，并且仍然在航运中起着一定的作用。我国现代升船机技术发展的真正历史是从上个世纪50年代后期开始的。当时主要围绕三峡升船机的设计进行研究，后来由于种种客观原因，三峡升船机的研究工作处于停顿，开始转入小型斜面升船机的研制工作。有代表性的是1965年在安徽省建成寿县湿运斜面升船机，这是我国第一座湿运斜面升船机，也是我国第一座湿运中间试验机。此后，小型斜面升船机在我国各地开始受到重视，创造出不少新的型式。近些年来，我国在大中型升船机方面的研制工作又有所进展。八十年代，三峡工程重新提上了议事日程，对大中型升船机的科研工作顺利开展。相继建成了湖南五强溪升船机、广西岩滩升船机、福建水口升船机， 清江上的隔河岩升船机也正在施工中。举世瞩目的三峡升船机正在设计和前期准备中。最近考虑的还有大化、百色、龙滩、景洪、响家坝等升船机。国外升船机的发展史可追溯到很久以前。公元前600年，在古希腊，科林斯城堡的国王庇里安多斯曾在连接伯罗奔尼撒与希腊大陆的科林斯地峡建造过一条长600公里的滑道，沿斜坡拖船上岸并通过地峡，可视为国外斜面升船机的原始形式。现代升船机最早于 1788年出现在英国的开特里冶金工厂引水渠上，为一双排纵向斜面升船机。国外升船机应用较多的是前苏联、德国、比利时、英国、法国等国家。第一座平衡重式垂直升船机1809年建于英国的塔得比格。建成的比利时斯特勒比——布拉克里双线升船机将是国外最大的平衡重式垂直升船机。前苏联西伯利亚叶尼塞河上的克拉斯诺雅尔斯克升船机是当今世界上最大的自行式斜面升船机，就其升降高度和过船吨位而言，它都是当前世界上最大的；它还是国外唯一船厢下水的升船机。目前世界上最大的平衡重式纵向斜面升船机是比利时布鲁塞尔——沙勒罗瓦运河上的隆库尔斜面升船机，它是世界上第二大斜面升船机。横向斜面升船机中最大的一座是法国马恩一一莱茵运河上的阿尔兹维累升船机，建于1967年。此外，国外较为有名的升船机还有德国的亨利兴堡、尼德芬诺、吕内堡等升船机。与船闸相比，升船机具有自身的优点(1)理论耗水量几乎为零；(2)形式多样； (3)能适应较高的水头；(4)船舶过坝速度快，当水头超过一定值时，其总操作时间要明显小于船闸；(5)从一定的水头高度起，工程投资较少；(6)船只在升降过程中处于漂浮状态， 受力情况较船间室里正常，提升的重量也为一常量；(7)在沿海地区，能满足“咸淡分家”。 通航建筑物的通航能力主要取决于通航速度和一次通航量，虽然在同等条件下，升船机的通航速度要快于船闸，但升船机的一次通航量要小于船闸，因此同等条件下的升船机的通航能力要小于船闸。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种组线式全平衡垂直升船机及其通航方法。组线式全平衡垂直升船机包括平衡重系统、承船厢、滑轮组、悬吊系统、平衡链、塔柱结构、渡槽、内闸门、外闸门和厢门，两个相邻承船厢厢舷的上端通过悬吊系统跨过滑轮组相互连接，在组线式全平衡垂直升船机两侧的悬吊系统一端与平衡重系统的上端相连， 悬吊系统另一端跨过滑轮组与承船厢厢舷的上端相连，平衡重系统的下端通过平衡链与承船厢厢舷的下端相连，相邻两个承船厢厢舷的下端通过平衡链相连，在塔柱结构的上端设有滑轮组，在承船厢的两顶端安设厢门，在承船厢的上下游两侧安设渡槽，在渡槽的内外两端分别设有内闸门和外闸门。所述的承船厢为多个，多个承船厢和平衡重系统通过悬吊系统跨过滑轮组相互连接形成一个耦合的联动系统。所述的相邻两个承船厢的运动方向相反。所述的塔柱结构的数目比承船厢的数目多一个。组线式全平衡垂直升船机的通航方法是上行的承船厢运行到上游控制位置时， 下行的承船厢运行到下游控制位置，承船厢内的水位与设计通航水位持平，这时承船厢与渡槽对接，打开渡槽的内闸门和对接处的厢门，承船厢内的船舶驶入渡槽，关闭内闸门，对渡槽输水，使得渡槽内水位与外水位持平，打开外闸门，船舶驶出渡槽，候泊的船舶驶入渡槽，关闭外闸门，对渡槽输水，使得渡槽内水位与设计通航水位持平，打开内闸门，船舶驶入承船厢，关闭渡槽的内闸门和对接处的厢门，承船厢反方向运行至控制位置，周而复始。本发明在保证通航速度和投资费用相对节省的前提下，成倍地增加了升船机的一次通航量，使得升船机的通航能力大大提高，而且组线数量越多，其经济效益越显著。本发明能有效地实现集中落差水道上的高效通航，具有结构简单、投资节省、操作方便、环境友好、不耗水、能适应上下游水位变幅等优点，在水运工程中极具研究推广价值。
图1是中间塔柱采用单滑轮的组线式全平衡垂直升船机的结构示意图。图2是中间塔柱采用双滑轮的组线式全平衡垂直升船机的结构示意图。图3是单线情况下渡槽与承船厢布置的平面示意图。
图4是单线情况下渡槽与承船厢布置的正面示意图。
具体实施例方式如图1、2、3、4所示，组线式全平衡垂直升船机包括平衡重系统1、承船厢2、滑轮组 3、悬吊系统4、平衡链5、塔柱结构6、渡槽7、内闸门8、外闸门9和厢门10，两个相邻承船厢 2厢舷的上端通过悬吊系统4跨过滑轮组3相互连接，在组线式全平衡垂直升船机两侧的悬吊系统4 一端与平衡重系统1的上端相连，悬吊系统4另一端跨过滑轮组3与承船厢2厢舷的上端相连，平衡重系统1的下端通过平衡链5与承船厢2厢舷的下端相连，相邻两个承船厢2厢舷的下端通过平衡链5相连，在塔柱结构6的上端设有滑轮组3，在承船厢2的两顶端安设厢门10，在承船厢2的上下游两侧安设渡槽7，在渡槽7的内外两端分别设有内闸门8和外闸门9。所述的承船厢2为多个，多个承船厢2和平衡重系统1通过悬吊系统4跨过滑轮组3相互连接形成一个耦合的联动系统。所述的相邻两个承船厢2的运动方向相反。所述的塔柱结构6的数目比承船厢2的数目多一个。组线式全平衡垂直升船机的通航方法是上行的承船厢2运行到上游控制位置时，下行的承船厢2运行到下游控制位置，承船厢2内的水位与设计通航水位持平，这时承船厢2与渡槽7对接，打开渡槽7的内闸门8和对接处的厢门10，承船厢2内的船舶驶入渡槽7，关闭内闸门8，对渡槽7输水，使得渡槽7内水位与外水位持平，打开外闸门9，船舶驶出渡槽7，候泊的船舶驶入渡槽7，关闭外闸门9，对渡槽7输水，使得渡槽7内水位与设计通航水位持平，打开内闸门8，船舶驶入承船厢2，关闭渡槽7的内闸门8和对接处的厢门10， 承船厢2反方向运行至控制位置，周而复始。本发明的渡槽可以与引航道结合起来，渡槽的输水系统可以参照船间输水系统类型进行设计，在水位变幅不是太大的情况下，可以用水泵代替；当中间塔柱较细时宜采用单滑轮形式，当中间塔柱较粗时宜采用双滑轮形式；本发明的承船厢为统一规格，全平衡设计与单体升船机相同；本发明的驱动方式宜采用卷扬式或自爬式，承船厢内的水位误差可以通过驱动机构吃紧克服，也可以通过承船厢自带水泵调节，安全装置可参照相应驱动方式下的升船机常用安全装置；本发明的承船厢不宜下水。
权利要求
1.一种组线式全平衡垂直升船机，其特征在于包括平衡重系统(1)、承船厢(2)、滑轮组(3)、悬吊系统(4)、平衡链(5)、塔柱结构(6)、渡槽(7)、内闸门(8)、外闸门(9)和厢门 (10)，两 个相邻承船厢(2)厢舷的上端通过悬吊系统(4)跨过滑轮组(3)相互连接，在组线式全平衡垂直升船机两侧的悬吊系统(4) 一端与平衡重系统(1)的上端相连，悬吊系统(4) 另一端跨过滑轮组(3)与承船厢(2)厢舷的上端相连，平衡重系统(1)的下端通过平衡链(5)与承船厢(2)厢舷的下端相连，相邻两个承船厢(2)厢舷的下端通过平衡链(5)相连， 在塔柱结构(6)的上端设有滑轮组(3)，在承船厢(2)的两顶端安设厢门(10)，在承船厢(2) 的上下游两侧安设渡槽(7 )，在渡槽(7 )的内外两端分别设有内闸门(8 )和外闸门(9 )。
2.如权利要求1所述的一种组线式全平衡垂直升船机，其特征在于所述的承船厢(2) 为多个，多个承船厢(2)和平衡重系统(1)通过悬吊系统(4)跨过滑轮组(3)相互连接形成一个耦合的联动系统。
3.如权利要求1所述的一种组线式全平衡垂直升船机，其特征在于所述的相邻两个承船厢(2)的运动方向相反。
4.如权利要求1所述的一种组线式全平衡垂直升船机，其特征在于所述的塔柱结构(6)的数目比承船厢(2)的数目多一个。
5.一种使用如权利要求1所述组线式全平衡垂直升船机的通航方法，其特征在于上行的承船厢(2)运行到上游控制位置时，下行的承船厢(2)运行到下游控制位置，承船厢(2) 内的水位与设计通航水位持平，这时承船厢(2 )与渡槽(7 )对接，打开渡槽(7 )的内闸门(8 ) 和对接处的厢门(10)，承船厢(2)内的船舶驶入渡槽(7)，关闭内闸门(8)，对渡槽(7)输水， 使得渡槽(7)内水位与外水位持平，打开外闸门(9)，船舶驶出渡槽(7)，候泊的船舶驶入渡槽(7)，关闭外闸门(9)，对渡槽(7)输水，使得渡槽(7)内水位与设计通航水位持平，打开内闸门(8 )，船舶驶入承船厢(2 )，关闭渡槽(7 )的内闸门(8 )和对接处的厢门(10 )，承船厢 (2 )反方向运行至控制位置，周而复始。
全文摘要
本发明公开了一种组线式全平衡垂直升船机及其通航方法。两个相邻承船厢厢舷的上端通过悬吊系统跨过滑轮组相互连接，在组线式全平衡垂直升船机两侧的悬吊系统一端与平衡重系统的上端相连，悬吊系统另一端跨过滑轮组与承船厢厢舷的上端相连，平衡重系统的下端通过平衡链与承船厢厢舷的下端相连，相邻两个承船厢厢舷的下端通过平衡链相连，在塔柱结构的上端设有滑轮组，在承船厢的两顶端安设厢门，在承船厢的上下游两侧安设渡槽，在渡槽的内外两端分别设有内闸门和外闸门。本发明能有效地实现集中落差水道上的高效通航，具有结构简单、投资节省、操作方便、环境友好、不耗水、能适应上下游水位变幅等优点，在水运工程中极具研究推广价值。
文档编号E02C5/00GK102425147SQ201110417668
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者刘国良, 徐晓东, 曹晓萌, 顾正华 申请人:浙江大学