带稳定均衡水力驱动系统的抗倾覆水力式升船机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水力式升船机，具体说是一种带稳定均衡水力驱动系统的具有抗 倾覆能力的水力式升船机，属于通航建筑领域。
【背景技术】
[0002] 升船机具有过坝时间短、适应水头大、投资小及节水等优点，已在国内外有通航要 求的高坝枢纽中得到了广泛应用。水力式升船机则是一种新型升船机，其是在容纳承船厢 的船闸室两侧分别设置多个与船闸室分隔且相互间连通的可充、放水的竖井，每个竖井中 设置浮筒，多个浮筒通过对应的钢绳、卷筒、滑轮与承船厢多个部位相连（即在承船厢上形 成多个吊点），向竖井充水时浮筒上升、承船厢下降，反之承船厢上升，从而完成水力驱动式 升船或降船。由于水力式升船机的驱动提升系统为水力式，不同于传统的电力提升，因此其 水力学问题不单单影响到系统本身的正常工作，还影响承船厢的安全、稳定运行。尤其在承 船厢有水的工况下，一旦承船厢受到不平衡荷载导致承船厢出现倾斜后，承船厢的水体就 会发生转移，水体荷载重心也会发生移动，同时由于水体的流动性和水往低处流的特性，会 导致承船厢倾斜呈现继续放大的趋势，从而导致升船机出现局部失稳后的倾覆问题。因此 解决提升系统的水力学问题是保障该类型升船机安全运行的基础和前提。
[0003] 水力式升船机的关键水力学问题包括以下几方面：
[0004] 1)如何提高竖井水位的同步性，使各平衡重一一即浮筒同步升或降，降低水力驱 动系统对承船厢不均匀荷载的影响，控制承船厢倾斜力矩初值；
[0005] 2)如何减小竖井水面波动，使浮筒平稳运行，降低水力驱动系统对承船厢内水体 的扰动；
[0006] 3)如何控制承船厢运行速度，减小承船厢运行速度波动；
[0007] 4)如何解决高水头调节阀的空化和振动问题；
[0008] 5)如何提高输水效率。
【发明内容】
[0009] 本发明所要解决的技术问题是:针对水力式升船机输水系统多竖井水位同步和控 制高水头阀门的空化、振动问题等，提供一种带稳定均衡水力驱动系统的具有抗倾覆能力 的水力式升船机及稳定均衡水力驱动系统的设置方法。以降低船厢倾斜力矩初值，减小竖 井水位差和承船厢运行速度波动，减少水力驱动系统对承船厢不均匀荷载和对承船厢内水 体的扰动，解决阀门空化空蚀、振动等水力学问题引起的升船机升降运行速度慢，效率低的 问题，为水力式升船机安全、平稳、高效运行提供保障。
[0010]本发明通过下列技术方案完成:一种带稳定均衡水力驱动系统的抗倾覆水力式升 船机，包括设置在船闸室中的承船厢，与承船厢相连的机械升降系统、稳定均衡水力驱动系 统，所述稳定均衡水力驱动系统包括竖井、设置在竖井中的浮筒、带输水阀的输水主管，下 端与输水主管相连的多根分支水管，多根分支水管由下部的直管、中部的转角管和/或分叉 管以及上部的直管构成，且上部的直管出水端置于对应的竖井底部，并在直管出水端设置 有消能工，各个竖井之间通过水位平衡廊道相连，其特征在于所述稳定均衡水力驱动系统 还包括设置在分支水管转角处的第一阻力均衡件或/和分叉管处的第二阻力均衡件、分别 设置在输水主管输水阀阀前的环向强迫通气机构和阀后的稳压减振箱。
[0011] 所述消能工包括间隔地在竖井底部并沿直管出水端端口周边设置的立杆，设置在 立杆上端的水平档板，以便向上冲的水在水平挡板作用下只能向下再经立杆之间的空隙进 入竖井中，从而降低出水水流速度，消除水能量，减缓水流冲击力，改善浮筒底部水流条件， 避免水流直接冲击浮筒底部而引起浮筒晃动。
[0012] 所述第一阻力均衡件为直角弯管，且在直角弯管直角处下方设置向下延伸且封闭 的管头，以保证在狭窄垂直空间内各分支水管的流量相等，最大程度地保证各分支水管进 入竖井流量一致，满足等阻力设置要求。
[0013] 所述第二阻力均衡件为上大下小的实心或空心圆锥体，该圆锥体的上端固定在分 叉管的水平管壁上，下端向下延伸至分叉管的竖直管中，以保证在狭窄垂直空间内各分支 水管的流量相等，最大程度地保证各分支水管进入竖井流量一致，满足等阻力设置要求。
[0014] 所述环向强迫通气机构包括：固定在输水主管外部的通气环管，通气环管的内侧 壁上设有第一通孔，第一通孔与设置在输水主管壁上的第二通孔连通，通气环管的外侧壁 上设有第三通孔，第三通孔与供气管相连，供气管与气源相连，以便将压力空气经供气管送 入通气环管中，再经第一、第二通孔送入输水主管中，即向水中掺气，以解决水力稳定均衡 系统因高水头非恒定作用下的输水阀门空化及振动问题，减小压力脉动，使阀门相对空化 数由1.0降低到0.5,使阀门的大开度开启时间提前，输水效率提高60%以上。
[0015] 所述通气环管上的第一通孔、第三通孔以及输水主管上的第二通孔间隔设置多 个，且每一个第三通孔均通过对应的供气分管与供气总管相连，供气总管与气源相连，以通 过供气分管分多路、多点向通气环管、输水主管均匀掺气。
[0016] 所述稳压减振箱包括：内带空腔、其上带进水口和出水口的壳体，设置在壳体外壁 的外梁系，壳体空腔内间隔设有内梁系隔栏，所述内梁系隔栏包括由纵、横交错的竖直杆和 水平杆设置成与壳体空腔横断面形状相适应的镂空板，该镂空板的镂空中间隔设置斜拉 杆，以便在满足高强度要求的同时，尽量减少内梁系隔栏对水流的干扰。
[0017] 所述纵、横交错的竖直杆和水平杆及斜拉杆均为实心圆杆或空心圆管，且竖直杆 和水平杆的纵、横交错位置设有槽形加强板;并在内梁系隔栏与壳体空腔壁相连的部位设 有垫板，以方便与壳体空腔壁相连接，减少其对水流的干扰，满足水力学要求。
[0018] 所述壳体上还设有检修用人孔，壳体内的后部设有集气槽，集气槽顶部设有排气 孔，该排气孔与排气管相连。
[0019] 所述外梁系包设在壳体所有外壁上，该外梁系包括等高且间隔设置的主横梁板 组，及位于两两主横梁板之间且高度低于主横梁板的次横梁板组、与主横梁板组和次横梁 板组相垂直的等高且间隔设置的纵梁板组及等宽、等长且间隔设置的水平梁板组，该三组 梁板相互交织连接而成;所述入水口处的外梁系上设有下凹的变截面梁板组，变截面梁板 组的外侧与法兰端面平齐。
[0020] 所述入水口设置三个，分别通过对应的输水阀与输水主管相连，其中位于中间的 输水阀为主阀，两侧的输水阀为辅阀，且一个主阀和两个辅阀的阀前输水主管上均设置有 环向强迫通气机构，以便通过输水流量较小且抗空化能力较优的辅阀控制承船厢低速运行 (对接时），又通过输水流量较大的主阀提高承船厢正常升降阶段的运行速度，消除稳定均 衡水力驱动系统产生的非恒定流对承船厢运行速度稳定性带来的影响。
[0021] 所述浮筒底部设为120°的锥体，且竖井与浮筒之间的间隙比保持在0.095~0.061 之间，以提高水力稳定均衡系统的水动力特性变化及水动力输出的稳定性。
[0022] 所述机械升降系统包括与船闸室中的承船厢两侧的多个部位相连的多根钢绳，多 根钢绳的另一端分别绕过对应的设置在顶部的卷筒以及设置在竖井中浮筒上的滑轮固定 在竖井的顶部，多个卷筒之间通过同步轴及联轴器相连。
[0023] 所述多个卷筒及联轴器和同步轴分别与承船厢两侧的钢绳相对应的设置成两排， 两排之间通过伞齿对及联轴器连接有横向同步轴，构成矩形框连接，以通过同步轴、横向同 步轴的微量变形对承船厢主动产生抗倾覆力矩;所述主动抗倾覆机械同步系统的每一卷筒 上均设有常规制动器，以便在船厢倾斜量或同步传动扭矩达到设计值时，通过制动器锁定 对应卷筒，保障升船机整体安全，以便在承船厢受到不平衡荷载作用下出现倾斜时，能通过 主动抗倾覆机械同步系统中的同步轴的微量变形产生主动抗倾覆力矩，以控制承船厢倾斜 量、降低同步轴扭矩，并在承船厢倾斜量或同步轴扭矩达到设计值时，通过设置在主动抗倾 覆机械同步系统卷筒上的安全装置锁定卷筒，保障升船机整体安全。
[0024] 本发明提供的稳定均衡水力驱动系统中的输水主管及多个分支水管按下列方法 进行设置：
[0025]按照水流惯性长度完全相等的要求设