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升船机资料汇编
垂直升船机总体设计
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佚名文章来源：
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2008-9-2316:
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1概况
岩滩水电站1X250t级垂直升船机布置在电站枢纽的左岸，由上游引航道、
挡水坝段、中间渠道、升船机本体段和下游引航道等建筑物以及机电设备等组成，航道中心线总长度905.8m。
通航规模系根据红水河的航运情况经研究论证，报国家计划委员会批复，确定为前期按1X250t级升船机建设，为今后航运事业发展留有余地，上航道水下建筑物按通过500t驳船建设，下航道内预留1X500t级升船机建设位置。
升船机设计年货运量为180万t，其中上航40万t，下航140万t，最大通航船舶吨位为250t铁驳。
最大船舶型长37.0m型宽9.0m满载吃水1.27m满载排水量330t。
货运量计算条件假定：
（1）年航运天数325d;
（2）每天通航时数22h;
（3）来航量不均匀系数1.4;
⑷船只装载利用系数0.85;
（5）每天客轮过坝次数2次；
⑹双向运行。
通航条件为上游最高通航水位223.0m，上游最低通航水位212.0m，下游最高通航水位162.6m，下游最低通航水位154.5m。
通航净空要求为最高通航水位以上8.3m。
2升船机机型选择
根据岩滩水电站水位落差大，河床窄，建筑物布置紧凑等客观条件，选用垂直提升式升船机作为通航过坝设备
目前国内外有代表性的垂直升船机有两种型式，一种是带大螺杆螺母安全装置的齿轮齿梯爬升式（简称齿轮齿梯式）；另一种是钢丝绳卷扬提升式（简称卷扬式）。
两种型式的比较主要有以下特点：
（1）齿轮齿梯式。
作为安全装置的4个大螺母随齿轮作同步空转，与相应的
4条大螺杆的螺纹保持均匀间隙，对设备的制造和安装的精度均有较高的要求，对塔柱的施工精度及其变形、位移的控制也有较高的要求。
此较适合于中、低扬程的升船机。
且不宜船厢入水运行。
（2）齿轮齿梯式在国内尚无成功经验借鉴，其中有多项国外专利，因引进费用高，技术难度大，研制费用高。
（3）卷扬式国内有类似的设备研制经验可借鉴，制造、安装、维护相对较简单。
（4）卷扬式对土建的施工精度及其变形、位移均无特殊要求。
岩滩升船机的最大扬程为68.5m，经对上述比较要点的论证分析后，选用卷扬式。
岩滩水电站通航建筑物的特点是：
下游通航水位变幅大，下游通航水位差
8.1m，非通航水位差39.2m，水位变率大，实测最大达125mm/min,汛期泥沙
含量大，实测最大为12.9kg/m3。
对卷扬式垂直升船机的船厢是否入水运行，其主要比选要点有：
（1）不入水运行：
土建结构复杂、开挖量大、塔柱高、工程量及施工难度大。
主机传动载荷小、主机重量小、所需电机功率小、调速设备简单。
金属结构工程量大、操作频繁。
通航运转环节多。
淤沙难以处理。
水位变率大易造成搁船事故。
汛后复航时间长。
（2）入水运行：
土建结构简单、开挖量小、塔柱低、工程量及施工难度小。
主机传动载荷大、主机重量大、所需电机功率大、调速设备较复杂。
金属结构工程量小、操作少。
运行环节少。
停航时间少。
淤沙易处理。
不易造成搁船事故。
经充分比较分析，选用船厢入水运行方式总投资少，比较适合岩滩水电站通航建筑物的特点。
因此，岩滩升船机为卷扬式提升、船厢入水、非全平衡垂直升船机。
3升船机建筑物设计
升船机建筑物共分为上游引航道、挡水坝段、中间明渠、本体段、下游引航道等五个部分组成。
（1）上游引航道位于坝轴线上游的库区内，全长275m。
因口门区在库内，水面宽，故省去航道过渡段，只设调顺段、停泊段和导航段。
停泊段设有混凝土重力式靠船墩，可停靠500t级一个船队，靠船墩顶端设有灯塔1座。
导航段位于停泊段与大坝之间，采用浮式混凝土浮堤结构，共分两段，段间铰接，每段长
65m型宽10m型深2.8m两侧用锚链固定，一端伸入坝体凹槽形竖向轨道内铰接固定可通过收放锚链使浮堤随水库水位变化。
（2）挡水坝段为两个坝段，每段长均为16m在两段中缝处留有净宽为12m
的过船孔，上部设有T型钢筋混凝土公路桥。
过船孔的孔口尺寸能满足远期500
t级船舶通过。
在过船孔上还设有挡水闸门1扇，门槽2套，当汛期停航或中间明渠检修时关闭闸门挡水。
（3）中间通航渠道上游与挡水坝段连接，下游与升船机本体上闸首连接。
渠道全长39.5m，净宽12m,为钢筋混凝土U型结构。
最低通航水位时仍有3m水深，可满足远景500t船舶通航要求。
在渠道右侧的224m高程平台上布置有大坝至主机房的公路交通桥，桥底尚布置有升船机配电房。
（4）升船机本体部分包括上闸首、升船机主体段、下闸首等三部分。
1上闸首是升船机本体的上游挡水建筑物，上接中间渠道，下接升船机主体。
主要有工作闸门、排沙孔、过船防撞梁及其启闭设备等。
工作闸门位于通航渠道的末端，兼有通航时挡水、与承船厢对接、上游通航水位变化时调整高度位置保持门上通航水深等作用。
排沙孔位于距通航渠道末端7.45m，设潜孔式平面定轮钢闸门和固定卷扬式启闭机，用来排除渠道中的淤沙和必要时放空渠道中的水体。
2升船机主体段位于上、下闸首之间，长45.3m，主要由船厢池、塔柱、主机房、中控室等组成，是升船机建筑物的主要部分。
船厢池是由两侧挡墙和上闸首围成的三面围墙一面开敞的结构，下游侧与下闸首及下游引航道连通。
池长49.3m，净宽16.5m，池底高程149.5m，即当下游最低通航水位154.5m时有5m水深，满足通航时船厢与下游对接要求。
此外，在船厢池两侧壁的151.1m高程处设有净宽为1m的平台供承船厢维修及设备组装用。
塔柱下端由船厢池底板和挡墙支承，为槽型薄壁钢筋混凝土结构，高度95.6m宽度7.75m，壁厚1m,左右侧各两个塔柱，每个塔柱设3个净宽为5.5m的平衡重井，左右塔柱之间在塔顶通过厚板梁连接，使其成为封闭式框架以增加整体刚度。
在塔柱的内壁设有4条承船厢导轨和供主机检修时卸载用的船厢锁锭座。
在每侧的塔柱之间设有楼梯供运行维护交通及事故发生时疏散人员用。
在左侧塔柱还设有1台电梯。
主机房设在塔柱顶部240.6m高程，两侧设钢筋混凝土立柱，立柱牛腿上有1X63t桥机轨道。
房顶为钢桁架结构，机房左、右及下游侧设有宽1.5m的外
走道，上游侧经公路桥与坝顶连通。
中控室设在塔柱中间的主机房底部，从主机房有楼梯连通。
中控室的上下游侧全部采用玻璃作隔墙，具有较好的视野；可直接观察到上游库区及中间渠道、下游口门区的船只航行情况。
3下闸首是升船机本体部分检修时的下游挡水建筑物。
上接升船机主体段，下接下游引航道，长13.8m，设有平面叠梁式检修闸门一扇。
下闸首侧墙在一期混凝土浇筑时留有一缺口供船厢浮运进船厢池用，待船厢进池后再同二期混凝土封堵缺口。
（5）下游引航道是升船机与下游连接的航道。
上与下闸首连接，下与下游河道连接。
全长486.8m,分导航段、调顺段和停泊段，引航道底宽由下闸首端的10.4m逐渐拓宽至28m。
底部高程152m,可满足250t船舶通航。
经水工模型试验测定，引航道口门区流速：
平行航线流速1.45m/s，垂直航线流速0.22m/s，回流流速0.37m/s，均满足航运要求。
引航道停泊段设有8个系船墩，间距15m,各墩在最低通航水位154.5m至墩顶167.5m高程之间各设1组间距为1.5m的系船钩。
在引航道左侧195m高程设有1座灯塔。
4升船机机械设备设计
升船机机械设备有：
主提升机（简称主机）、平衡重装置、承船厢导向装置、承船厢夹紧装置、承船厢顶紧装置、承船厢锁锭装置、液压平衡装置、防撞装置、顶紧密封装置、充泄水装置等十个部分。
4.1主提升机
主机安装在塔柱顶部240.6m高程的机房内，由4组卷扬机和4组静力平衡滑轮组组成，对称布置。
每组卷扬机由1台直流电机驱动，通过齿式联轴器、带制动盘联轴器、双输出轴的高速减速器、齿式联轴器、传动轴将动力传给对称布置于高速减速器两侧的2台双输出轴低速减速器。
每台低速减速器的末级齿轮两端输出轴通过鼓形滚柱联轴器各联1套卷筒装置，共16套卷筒，中心线距楼面
2.1m卷筒的外侧端面设有制动盘，每个制动盘上设3对液压盘式安全制动器。
在电动机与高速减速器之间设1对盘式工作制动器。
4组卷扬机的低速减速器输入轴之间通过齿式联轴器、带胀紧套的齿式联轴器、同步轴、换向锥齿轮箱连成一封闭的环形机械传动及同步系统。
固定在每个卷筒上的3根钢丝绳分内外两侧出绳，其中2根内外侧共绳，另
1根仅在内侧出绳。
内侧出绳依次下连锥套、调节螺杆并与液压调平油缸的活塞杆相连，油缸下端与承船厢吊耳相连；外侧出绳依次下连锥形套、螺杆调整装置、平衡重。
每组卷扬机中部设置1组4个滑轮，滑轮内侧出绳依次下连锥套、拉板、船厢吊耳；外侧出绳依次下连锥套、调整螺杆、平衡重。
在调整螺杆头部设有防转板防止钢丝绳旋转。
卷筒或滑轮组内侧钢丝绳下连船厢，外侧钢丝绳下连平衡重形成一平衡系统。
主机设计的特点是：
（1）提升力大。
因系非全平衡和船厢入水运行，主机的额定提升力为4401kN，短时尖峰载荷下达7708kN；
（2）提升系统双向受载。
因船厢出、入水产生浮托力的增减，主机每一运行过程中主机的总载荷在4401kN至7708kN之间变化，存在力矩过零（换向）问题。
主机布置的关键是减少低速减速器和大卷筒的制造难度。
主要措施是减少或简化传动系统、减少作用于卷筒上的力矩。
曾做过4台、8台、16台低速减速器和钢丝绳不同绳径的方案比选和优化，最终确定为8台低速减速器和相应的16套卷筒和①52mm的钢丝绳。
主机主要技术参数见表1。
表1岩滩水电站1X250t级垂直升船机主要技术特性表
项目[td]单位[td]数值[td=2,1]项目[td]单位[td]数值最大提升总载荷/短时
入水尖峰总载荷[td]kN[td]4401/7708[td=1,4]高速减速器
型号[td][td]ZLY-560-10
（1=10.029）平衡重总质量（力矩平衡重/静力平衡重）[td]t[td]1100（840/260）[td]输入轴转
速（快行/慢行）[td]r/min[td]749/118.263吊点数（船厢侧/平衡重侧）[td]个[td]64/48[td]输出
轴转速（快行/慢行）[td]r/min[td]74.713/11.797船厢升降速度（空气中/出入水）[td]m/s
[td]0.19/0.03[td]台数[td]台[td]4船厢升降加速度（正常/事故）[td]m/s2[td]0.0±/-0.05[td=1,2]同
步轴[td]最大传动扭矩[td]N.m[td]40000船厢最大升降行程[td]m[td]68.5[td]同步轴转速（快行/慢行）[td]r/min[td]74.713/11.797年运行天数/天双向运行次数[td]d/次[td]325/31[td=1,4]低速减速器[td]额定输出扭矩/最大输出扭矩[td]kN.m[td]2X550/2>900正常行程升降时间（下降/上升）[td]min[td]7.755/7.847[td]输入轴转速（快行/慢行）[td]r/min[td]74.713/11.797卷筒[td]名义直径[td]mm[td]3200[td]传动比[td][td]66.2292数量[td]个[td]16[td]台数[td]台[td]8滑轮[td]名义直径[td]mm[td]3200[td=1,5]工作制动器[td]型号[td][td]1TX
（SIMEINDUSTRIE）数量[td]个[td]16[td]座数[td]座[td]4钢丝绳[td]直径[td]mm[td]52[td]制动盘直径[td]mm[td]705型号[td][td]CASARTURBOPLAST
8>26[td]额定制动力矩[td]N
[td]制动磨擦系数[td][td]>0.4总根数=（卷筒长绳短绳）滑轮绳[td]根[td]64=（3216）16
[td=1,5]安全制动器[td]型号[td][td]SH18-2-2
（SIMEINDUSTRIE）电动机[td]类型[td][td]直流DMA315M64V[td]座数/每座缸数[td]
座/缸[td]48/2额定功率[td]kW[td]339[td]制动半径[td]mm[td]1800额定转速[td]r/min[td]750[td]制动力（动静态）[td]kN[td]225/200台数[td]台[td]4[td]制动摩擦系数[td][td]>0.44.2平衡重装置
升船机平衡重装置共设有4组静力平衡重，总重量为260t,8组力矩平衡重，总重量为
840to平衡重为分块制作的钢筋混凝土结构及部分铸铁块，表面进行涂漆防渗处理，上部通
过长螺杆与主机外侧出绳的钢丝绳连接。
每组平衡重设有一套钢结构安全框，如发生断绳事故，平衡重落在安全框内的缓冲装置上，其重量分配到该组平衡重的其余钢丝绳上，从而确保整个平衡系统的平衡。
在安全框上还设有导向装置保持运行时平衡重在平衡重井内垂直移
动。
4.3承船厢导向装置
共设有4组，安装在船厢两侧，分横向导向和纵向导向。
导向装置由支座、导轮、压力弹簧等组成，通过压力弹簧将导轮推出与塔柱两侧的导向柱轨面接触，保持承船厢在运行时上下垂直移动而不摆动。
4.4承船厢夹紧装置
承船厢夹紧装置共设有4组，位于承船厢两侧，分别与塔柱内侧的4条导向柱对应。
每组夹紧装置由支座、液压油缸、夹头各一对组成。
船厢与上闸首对接需要夹紧时，通过液压系统对油缸无杆腔进油，推出夹头与塔柱两侧的导向柱轨面接触并夹紧，确保承船厢不至因对接误差或船舶进出船厢时引起的水面消涨或壅高产生的垂直力的大小和分布的变化而发生上下移动或摆动。
承船厢运行时需事先将夹紧装置松开，此时，对油缸有杆腔进油。
每组夹紧装置油缸有杆腔连通，以免夹紧时导向柱承受水平力。
根据可能发生的最大垂直力夹紧装置每组的夹紧力为1600kN。
4.5承船厢顶紧装置承船厢顶紧装置位于船厢两侧相应于下游两个导向柱的上游侧，分别设两组每组2个顶紧装置。
当承船厢被夹紧后，通过液压油源驱动油马达将顶紧装置推出顶紧，以便将船厢与上闸首对接时产生的水平力传给塔柱。
4.6承船厢锁锭装置承船厢锁锭装置系为了主机和船厢本身的维修而设置。
锁锭装置对称于船厢横向中心线布置在承船厢主纵梁腹板上，中心距为18.32m，采用斜撑式锁锭，锁锭装置的载荷按船厢
自重（含设备重）考虑每套锁锭装置的设置载荷为1140kN。
本升船机不设置事故锁锭装置，
其原因是：
因本升船机为船厢下水方式，具备足够的拖动力，一旦船厢失水，只需将其运行至上、下游停靠，船厢不会产生失控现象。
4.7液压调平装置
液压调平的作用是当承船厢在运行过程中因卷筒和钢丝绳的制作误差以及设备的安装
误差积累造成承船厢发生倾斜时，通过调整与钢丝绳连接的48套液压油缸活塞的位置来实
现调平。
液压调平装置由48套液压油缸、阀组、油源及液压油路等组成。
48套液压油缸等分为4组，每组油缸的上、下腔分别通过管路连通。
正常情况，活塞处于液压油缸的中位，当承船厢发生倾斜达到设定值时，中控室即将每组油缸的调整方向及调整量的指令发给液压调平控制系统执行操作，可通过静态或动态实现调平。
液压调平装置同时还具有油缸、管路爆破失压自动闭锁功能和保压、节流等功能。
液压系统的压力选定为16MPa，油缸工作压
力为13MPa，油缸内径①200mm,活塞杆直径①100mm,有效行程翌50mm。
船厢上设4套油泵电动机组。
该泵组还用来向船厢卧倒式闸门液压启闭机供油。
4.8上闸首防撞装置防撞装置布置在上闸首通航卧倒闸门的上游,由箱形防撞梁、橡胶缓冲装置、导向滑轮、提升设备等组成。
其作用是防止误操作致使船舶撞击上闸首卧倒闸门造成安全事故。
防撞装
置的升降由安装在闸首侧墙启闭机房内的1台1疋50kN固定卷扬式启闭机操作进行。
处于
工作状态时防撞装置上的缓冲装置在水面以上800mm高度,当船舶进出承船厢时,防撞装置沉入水下1800mm,以满足通航所需水深要求,防撞装置需要维修时可将其提升到224m高程平台。
防撞装置按最大撞击力1524kN设计。
4.9对接密封装置顶紧密封装置布置在上闸首工作闸门上段门叶下游面的U形凹槽内,由箱形断面结构的U形密封框、导向轮、伸缩式U型橡胶止水密封圈、液压油缸、伸缩弹簧、油源等组成。
其作用是实现上闸首工作闸门与承船厢对接,使上闸首与承船厢内的水体连通,船舶能进出承船厢。
当需要与承船厢对接密封时,对安装在密封框上的10套液压油缸充油,密封装置向外推出使U型橡胶止水密封圈与承船厢端面接触顶紧并使油缸保压即完成对接密封操作。
退出对接时将油缸内腔油卸回油箱，密封框借助油缸和伸缩弹簧的推力退回凹槽。
密封框推出行程为125mm。
4.10充泄水装置充泄水装置的作用是当上闸首工作闸门与承船厢对接后，对其间隙进行充水使船厢卧倒闸门和上闸首卧倒闸门之间平压，开启卧倒闸门让船舶进出承船厢，或关闭卧倒闸门后泄掉其间隙中的水，让对接密封装置退出。
充泄水装置由2台水泵、4套阀组和管路以及相应的机电设备等组成。
该装置布置在上闸首工作闸首上段门叶内，一端管路的两个进（出）口固定
在闸门腹板上并与上闸首水体连通，另一端管路的两个进（出）口采用软管固定在U形密封框
上，充泄水的操作过程系通过启闭不同阀组来实现的。
充泄水量均为9m3。
4.11升船机双向运转程序
（1）防撞梁进入工作状态；
（2）船舶进入上闸首明渠；
（3）承船厢行至与上游水位对齐；
（4）夹紧装置夹紧、顶紧装置顶紧；
（5）对接密封装置推出与承船厢对接；
（6）充泄水装置对间隙充水；
（7）上闸首和承船厢上游端卧倒门打开；
（8）防撞梁下沉、船舶进入船厢、系缆；
（9）上闸首和承船厢上游端卧倒门关闭；
（10）充泄水装置对间隙泄水；
（11）对接密封装置收回；
（12）顶紧装置松开、夹紧装置松开；
（13）承船厢下行与下游水位对齐；
（14）承船厢下游端卧倒门打开；
（15）船舶解缆、驶出船厢；
（16）船舶进入船厢，系缆；
（17）关闭船厢下游端卧倒门；
（18）承船厢行至与上游水位对齐；
（19）夹紧装置夹紧、顶紧装置顶紧；
（20）对接密封装置推出与承船厢对接；
（21）充泄水装置对间隙充水；
（22）上闸首和承船厢上游端卧倒门打开；
（23）船舶解缆、驶出船厢。
5升船机金属结构设计升船机金属结构包括挡洪检修闸门、上闸首工作闸门及
启闭机、冲沙闸门及启闭机、承船厢、卧倒闸门及启闭机、下游检修闸门及启闭机等组成。
5.1挡洪检修闸门
挡洪检修闸门布置在大坝的挡水坝段，位于通航明渠渠首。
当通航明渠及上闸首上的水
下建筑物及设备需要检修时，关闭本闸门创造检修条件。
本闸门为钢结构平面叠梁式闸门，分为6节制造和吊运，利用坝顶2X2500kN门机通
过自动抓梁操作闸门静水启闭。
当汛期停航时，关闭该闸门挡洪渡汛。
5.2上闸首工作闸门及启闭机上闸首工作闸门布置在上闸首通航明渠末端，具有通航时挡通航明渠的水体、与承船厢对接、库水位变化时调整门槛高程保持通航水深等作用。
工作闸门上设有卧倒闸门（过船用）、对接密封装置、充泄水装置等。
为凹形下降式平面定轮钢闸门，分4节制造在现场焊接成整体。
工作闸门的启闭设备为2X3000kN接力式液压启闭机，安装在224m高程平台的门槽顶部。
启闭机通过圆环形拉杆与闸门吊耳铰接，将闸门悬挂在门槽内。
当库水位变化达到
400mm时，启闭机启动操作闸门作每次行程为400mm的升降调整，以保持卧倒闸门凹形门槛水深满足通航要求。
当闸门需要维护时，启动启闭机操作闸门下沉至门槽底槛检修平台上进行。
在闸门上段门叶的凹口上设有一扇卧倒闸门，铰支在凹形门槛上，在凹槽两侧设有1
台2X160kN液压式启闭机操作闸门启闭。
平时闸门处于关闭状态，当承船厢与工作闸门对接密封，间隙充水平压后，开启本闸门使明渠水体与船厢内连通，航舶可进出船厢。
在该闸门的上段门叶内还设有对接密封装置和充泄水装置。
5.3承船厢
承船厢是升船机的容船设备，为一凹槽型薄壁钢结构，两端各设有1扇卧倒式闸门，组成一有效容积为965m3的容船空间。
承船厢上还布置有液压调平、顶紧、夹紧、锁锭、导向、系船等机械设备和配电、控制、检测、通讯、液压等机电设备。
承船厢的外形尺寸、体形、结构型式系综合考虑了承船厢出入水运行的特点以及设备的安装维护要求、升船机运行
要求等因素，对承船厢在运行中可能出现的各种工况及其载荷组合，利用空间有限元理论通
过计算机对承船厢进行整体受力分析和结构优化后确定的。
承船厢的有效水域为40mX10.8mX.8m±）.1m（长X宽X水深），外形尺寸为48.5mX6.3mX4.4m（长X宽稿），自重465t（含设备重），载水重965t，总重量1430t。
在承船厢两侧的主纵梁中心线上分别设有10组吊耳，其中2组每组有4个吊耳孔，分别与船厢静力绳铰接；有8组每组有3个吊耳孔通过液压调平油缸与船厢力矩绳铰接。
承船厢通过16根静力绳和48根力矩绳铰接，将承船厢悬挂于塔柱内。
启动主提升机通过钢丝绳带动承船厢上下运行实现船舶过坝通航。
5.4卧倒闸门及启闭机
在承船厢的两端各设有1扇卧倒闸门，与承船厢凹槽底部铰接，在闸门两侧设置有1
台2X160kN液压启闭机与闸门及支座铰接，利用液压调平装置的油源操作闸门启闭。
卧倒闸门上还设有缓冲式防撞装置，防止进厢船舶因误操作而发生事故。
在承船厢的顶部两侧沿主纵梁长度方向分别设有宽为2.75m的平台作为机电设备安装和运行维护人员通道。
当两端卧倒闸门关闭时，与门顶平台构成一环形通道。
在承船厢顶部平台下层，还沿着主纵梁腹板的内或外侧设有检修通道，与顶上平台用楼梯连通。
在承船厢两侧顶部平台上设有对外交通通道，一旦发生事故，船上人员可从通道疏散到塔柱两侧的楼梯上。
此外，承船厢上还设有泄水、排沙、溢水等供检修、防过载用的安全设施。
承船厢在距电站下游约2km的码头平台上制造，然后下水浮运经下游引航道进入船厢池就位安装。
5.5上闸首冲沙闸门及启闭机
上闸首冲沙闸门的作用是排除上
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