专利名称：适应承船厢出入水的全平式衡垂直升船机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种升船机，尤其是一种适应承船厢出入水的全平式衡垂直升船机。适用于克服高水级落差的通航设施，尤其适用于建在水位变幅特别大的通航河流上的通航建筑物。
背景技术：
国内外已有不少成功采用垂直升船机方案作为克服高水位落差的通航设施工程实例，我国自上世纪90年代开始，成功地在多项水电枢纽的通航建筑物进行了垂直升船机方案的工程建设实践，有效地解决了高坝通航的技术难题。国内已建成的垂直升船机都采用钢丝绳卷扬提升式方案，主要型式有承船厢不入水的全平衡式垂直升船机和承船厢下游入水的部分平衡式垂直升船机，前者如闽江水口升船机、清江隔河岩升船机，后者如红水河 岩滩升船机。全平衡式垂直升船机由于配置有与承船厢侧荷载完全相等的平衡重，故驱动承船厢升降所需的功率极小，相应的传动系统规模也小，但必须设置下游挡水建筑物及挡水设施(包括与承船厢的对接装置)，以确保承船厢在无水的空间里升降和对接后使船舶可进出承船厢；承船厢下游入水的部分平衡式垂直升船机，在承船厢入水前后，由于承船厢侧的荷载因受水的浮力影响而有较大的变化，使系统不具备配置全平衡的条件，承船厢升降时必须要克服系统的最大不平衡荷载，故所需的驱动功率比全平衡式升船机大得多，传动系统的规模也必须相应加大，使设备投资和运行费用大大增加。但其下游由于不需要设置挡水建筑物及挡水设施(包括与承船厢的对接装置)，因此，特别适合下游通航水位变幅特别大和下游洪水位比正常通航水位相差特别大的情况，如我国西部及山区水位陡涨陡落的河流。以岩滩垂直升船机为例，其承船厢下游出入水过程由卷扬式主提升设备以低速运行方式完成，出入水过程系统出现最大的不平衡荷载为承船厢内的水体荷载和承船厢结构入水部分的失重，但不平衡过程的升降距离不到全升程的4%，而主提升系统为驱动承船厢出入水且需按最大不平衡荷载配置比全平衡系统大几倍的驱动功率和传动系统，不仅技术上不合理，经济性也很差。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是针对上述存在的问题，提供一种运行控制方便、安全性更高、经济性更优的适应承船厢出入水的全平式衡垂直升船机，使其具有简化下游挡水建筑物和通航设施的优点，有效降低建设成本和运行费用。本实用新型所采用的技术方案是一种适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，包括安装于升降井两侧坝体上的滑轮组、一组主提升卷筒和一组可控平衡重卷筒，以及可沿升降井上下移动的承船厢，所述主提升卷筒经机械同步装置与电机连接；所述滑轮组上绕有若干钢丝绳，该钢丝绳的一端连接重力重，另一端连接承船厢；其特征在于所述主提升卷筒上绕有若干钢丝绳，该钢丝绳的一端连接力矩重，另一端连接悬挂梁；所述可控平衡重卷筒上绕有若干钢丝绳，该钢丝绳的一端连接可控平衡重，另一端连接悬挂梁；所述悬挂梁下端经一组升降液压缸与承船厢固定；承船厢与悬挂梁之间设置锁定装置。绕于主提升卷筒上的钢丝绳，在其靠近承船厢端与悬挂梁之间设置调平液压缸。所述锁定装置包括水平安装于悬挂梁下端的锁定液压缸，以及承船厢两侧竖直向上的钢构，钢构上端开有配合锁定液压缸实现锁紧的圆孔。所述承船厢、重力重、力矩重、可控平衡重与坝体之间均设有用于平衡钢丝绳重量的平衡链。主提升卷筒和可控平衡重卷筒上均设有制动器。所述机械同步装置包括连接电机与主提升卷筒的减速器，减速器与减速器之间经同步轴连接。 所述滑轮组对称布置于承船厢横向中心线两侧。所述重力重重量小于承船厢结构和设备的总重量。所述力矩重和可控平衡重总重量大于承船厢内允许最大水深的水体重量。本实用新型的有益效果是I)采用液压控制技术，通过液压缸实现承船厢的出、入水运行，既简化了下游挡水建筑物及通航设施，又可按全平衡系统条件配置主提升驱动功率和传动系统设备规模，有效降低建设成本和运行费用，为承船厢入水式升船机方案拓展了应用前景；2)承船厢提出水面后采用液压控制方式，将其锁定在悬挂梁上，确保承船厢在水面以上升程范围与主提升吊具间通过机械锁定方式进行可靠连接；3)主提升设备制动系统足以制动承船厢全部失水时的系统不平衡荷载，确保升船机升降运行中因发生承船厢漏水事故时的安全；4)采用承船厢入水式垂直升船机适用的非穿墙式平衡链方案，有效平衡悬挂钢丝绳的重量(随承船厢升降而变化)，节省升降驱动功率；
图I为本实用新型的立面图。图2为图I中A部放大图。图3为本实用新型的平面布置图。图4为本实用新型的I-I剖视图(承船厢入水前即将从悬挂梁上解除锁定的状态)。图5为本实用新型的I-I剖视图(承船厢入水状态)。图6为本实用新型的II-II剖视图。图7为图5中B部放大图。图8为本实用新型的III-III剖视图。
具体实施方式
如图I、图3所示，本实施例为一种适应承船厢入水的全平式衡垂直升船机，将承船厢12在水面以上的升降驱动系统和承船厢出入水的升降驱动系统分别采用全平衡系统的电力驱动方案和液压控制驱动方案。本例包括对称安装于升降井19两侧坝体16上的主提升设备四个主提升卷筒4、八个可控平衡重卷筒15和四个滑轮组18(见图3)，还包括可沿升降井上下移动的承船厢12。主提升卷筒4和可控平衡重卷筒15上均安装有制动器5，总制动力矩足以可靠制动承船厢完全失水后的系统最大不平衡荷载，制动安全系数k= 1.25。主提升卷筒4经机械同步装置连接电机2，所述机械同步装置包括连接电机2与主提升卷筒4的减速器3，减速器与减速器之间经同步轴I同步。所述滑轮组18上绕有钢丝绳，钢丝绳的一端连接重力重17，重量Wz = O. 9Gx，另一端连接承船厢12。所述主提升卷筒4上绕有若干钢 丝绳，该钢丝绳的一端连接力矩重6，另一端经调平液压缸8与悬挂梁9连接；所述可控平衡重卷筒15上绕有若干钢丝绳，该钢丝绳的一端连接可控平衡重13，另一端连接悬挂梁9 ;所述悬挂梁9下端经一组升降液压缸10与承船厢12固定；承船厢12与悬挂梁9之间设置锁定装置。所述升降液压缸10的最大提升力F=L 2Gw. max,该液压缸的最大行程H = I. I (h+ Λ h+ Λ Lx);承船厢12出入水平均速度V = I. 7 2. Ocm/s ;调平液压缸8工作行程Hp = 土 150_ ±200_ ;所述力矩重6和可控平衡重13的总重量Wl = Gw+0. IGx。如图2、图7所示，所述锁定装置包括水平安装于悬挂梁9下端的锁定液压缸14，以及承船厢12两侧竖直向上的钢构11，钢构11上端开有配合锁定液压缸14实现锁紧的圆孔。所述承船厢12、重力重17、力矩重6和可控平衡重13与坝体16之间均设置用于平衡钢丝绳重量的平衡链7。所述平衡链7单位长度重量& =悬挂承船厢或平衡重(重力重17、力矩重6和可控平衡重13)的钢丝绳单位长度重量之和。升降井19的两侧为平衡井20，所述重力重17、力矩重6和可控平衡重13均置于平衡井20内。上述式中Gw. max——承船厢升降运行时的厢内最大水体重量；h——承船厢内额定水深；Ah——承船厢允许误载水深；Δ Lx——承船厢与闸首对接时段航道水位设计最大下降值；Gx——承船厢结构和设备重量；Gw——承船厢内额定水深的水体重量。
具体实施方式
图1、3中所示的垂直升船机主提升设备按全平衡系统条件配置，用于在水面以上升程段驱动承船厢的升降。其平衡系统所配置力矩重6和可控平衡重13分别悬挂在主提升卷筒4和可控平衡重卷筒15上，总重量略大于承船厢12内允许最大水深的水体重量。由于在主提升卷筒4和可控平衡重卷筒15上均设有制动器5，总制动力矩足以可靠制动承船厢完全失水后的系统最大不平衡荷载，因此，可以在制动条件下，通过升降液压缸10实施承船厢的出、入水操作，以及升船机在全平衡状态下运行时，一旦发生承船厢漏水的极端事故，可通过制动器5的及时制动，确保承船厢不会发生倾覆。图4、5所示分别为承船厢入水前后的状态。当承船厢12下行运行时，运行至如图4所示位置后主提升系统停机制动，升船机控制系统自动转为承船厢入水运行程序启动承船厢出入水液压控制系统的液压泵组一操作锁定液压缸14解除承船厢锁定一操作升降液压缸10使承船厢12慢速入水一一入水运行至如图5所示的承船厢12内外水面齐平位置后，出入水液压控制系统卸载一开启承船厢12下游厢端闸门和防撞装置一船舶出、进承船厢，同时下游水位检测装置实时检测水位，如水位变化值超过设计允许值时，液压系统能快速建压，操作升降液压缸10及时调整承船厢12的入水深度，确保船舶进出的安全。上行船舶进厢完毕后升船机控制系统自动转为承船厢出水运行程序关闭承船厢12下游厢端闸门和防撞装置一承船厢出入水液压控制系统建压一操作升降液压缸10提升承船厢12慢速出水一承船厢12出水运行至如图4所示的位置后，液压控制系统操作锁定液压缸14将承船厢锁定在悬挂梁9上一承船厢12出入水液压控制系统停机一升船机控制系统自动转为由全平衡系统主提升设备提升承船厢的运行程序。此时，由于承船厢12通过锁定装置被锁定在悬挂梁9上，使升降液压缸10卸载，可有效避免因升降液压缸10的泄漏导致运行中的承船厢水平度超差。承船厢12的调平液压缸8设置在主提升卷筒4承船厢侧的提升钢丝绳与悬挂梁 9之间，与出入水液压控制系统共用液压泵组，配置独立的液压控制阀组，采用静态闭环比例调节控制技术进行承船厢的水平度偏差纠偏调节。承船厢12设计允许最大水平度偏差AS = 50mm 100mm。图6所示为承船厢12在水面以上被锁定在悬挂梁9上的状态，图示上部为可控平衡重卷筒15。可控平衡重卷筒15是一种无需驱动的随动卷筒，设有制动器5，与主提升卷筒4的制动器5可分别控制。当承船厢12进行水平度偏差纠偏调节时，可控平衡重卷筒15的制动器5应处于松闸状态，而主提升卷筒4的制动器5则应处于上闸状态；当升船机在全平衡状态提升承船厢12进行升降运行时，所有的制动器5均处于松闸状态，此时力矩重6和可控平衡重13在全平衡系统中的功能与重力重17相同；停机状态，所有制动器5均处于上闸状态，此时，力矩重6和可控平衡重13对系统的作用不同于重力重17，该力矩重6和可控平衡重13的重量由制动器5支持而不会作用于承船厢12上，重力重17的重量则将始终作用于承船厢12上。图8所示为承船厢12入水前后重力重17的状态。由于重力重17的重量始终作用于承船厢12上，因此，当承船厢12水平度超差，以及在全平衡状态下运行时出现的不平衡荷载过大时，重力重17重量作用于承船厢12的拉力将成为承船厢倾覆的诱发因素。为了确保安全，本实施例采取了如下措施一是配置的重力重17重量略小于承船厢12结构和设备的总重量；二是悬挂重力重17的滑轮组18布置位置被安排在紧靠承船厢横向中心线的两侧。其效果之一是使重力重17诱发承船厢倾覆的可能性几乎为零；效果之二是使承船厢12侧重量满足入水的条件。图4 图8中所示的平衡链7用于平衡承船厢12、重力重17、力矩重6、可控平衡重13上的悬挂钢丝绳重量，其作用是可减小全平衡状态运行时的主提升设备驱动功率。以往的承船厢入水式升船机，由于系统为部分平衡系统，钢丝绳的重量所占比例较小，因此，不设置平衡链。对本实施例所述的承船厢入水的全平衡式升船机机型而言，为了保证平衡井20不进水，所以不能采用常规的全平衡式升船机所采用的穿墙封闭环式方案，本实施例采用承船厢侧和平衡重(重力重17、力矩重6、可控平衡重13)侧独立设置的非穿墙式方案。上述所述升船机控制系统、液压控制系统和水位检测装置不是本实施例的要点所 在，故不做展开介绍。
权利要求1.一种适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，包括安装于升降井(19)两侧坝体(16)上的滑轮组(18)、一组主提升卷筒(4)和一组可控平衡重卷筒(15)，以及可沿升降井上下移动的承船厢(12)，所述主提升卷筒(4)经机械同步装置与电机(2)连接；所述滑轮组(18)上绕有若干钢丝绳，该钢丝绳的一端连接重力重(17)，另一端连接承船厢(12);其特征在于所述主提升卷筒(4)上绕有若干钢丝绳，该钢丝绳的一端连接力矩重(6)，另一端连接悬挂梁(9);所述可控平衡重卷筒(15)上绕有若干钢丝绳，该钢丝绳的一端连接可控平衡重(13)，另一端连接悬挂梁(9);所述悬挂梁(9)下端经一组升降液压缸(10)与承船厢(12)固定；承船厢(12)与悬挂梁(9)之间设置锁定装置。
2.根据权利要求I所述的适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，其特征在于绕于主提升卷筒(4)上的钢丝绳，在其靠近承船厢端与悬挂梁(9)之间设置调平液压缸(8)。
3.根据权利要求I或2所述的适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，其特征在于所述锁定装置包括水平安装于悬挂梁(9)下端的锁定液压缸(14)，以及承船厢(12)两侧竖直向上的钢构(11)，钢构(11)上端开有配合锁定液压缸(14)实现锁紧的圆孔。
4.根据权利要求I或2所述的适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，其特征在于所述承船厢(12)、重力重(17)、力矩重(6)、可控平衡重(13)与坝体(16)之间均设有用于平衡钢丝绳重量的平衡链(7)。
5.根据权利要求I所述的所述适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，其特征在于主提升卷筒(4)和可控平衡重卷筒(15)上均设有制动器(5)。
6.根据权利要求I所述的适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，其特征在于所述机械同步装置包括连接电机(2)与主提升卷筒(4)的减速器(3)，减速器与减速器之间经同步轴(I)连接。
7.根据权利要求I所述的适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，其特征在于所述滑轮组(18)对称布置于承船厢(12)横向中心线两侧。
8.根据权利要求4所述的适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，其特征在于所述重力重(17)重量小于承船厢(12)结构和设备的总重量。
9.根据权利要求4所述的适应承船厢出入水的全平衡式垂直升船机，其特征在于所述力矩重(6)和可控平衡重(13)总重量大于承船厢(12)内允许最大水深的水体重量。
专利摘要本实用新型涉及一种适应承船厢出入水的全平式衡垂直升船机。本实用新型的目的是提供一种运行控制方便、安全性更高、经济性更优的适应承船厢出入水的全平式衡垂直升船机。本实用新型的技术方案是包括安装于升降井两侧坝体上的滑轮组、一组主提升卷筒和一组可控平衡重卷筒，以及可沿升降井上下移动的承船厢，其特征在于所述主提升卷筒上绕有若干钢丝绳，该钢丝绳的一端连接力矩重，另一端连接悬挂梁；所述可控平衡重卷筒上绕有若干钢丝绳，该钢丝绳的一端连接可控平衡重，另一端连接悬挂梁；所述悬挂梁下端经一组升降液压缸与承船厢固定；承船厢与悬挂梁之间设置锁定装置。本实用新型适用于建在水位变幅特别大的通航河流上的通航建筑物。
文档编号E02C5/00GK202466553SQ20122004677
公开日2012年10月3日 申请日期2012年2月14日 优先权日2012年2月14日
发明者包钢鉴, 吕飞鸣, 孙美玲, 李中华, 汪云祥, 胡亚安 申请人:中国水电顾问集团华东勘测设计研究院, 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院