CN102535422A - 一种水利升船系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水利升船系统，闸室内设有浮动船厢，所述的闸室充水排水系统包括上游供水池，上游供水池下接充水阀门室，充水阀门室内装有第一球型阀组和第一平板阀门组，充水阀门室通过上述第一球型阀组、第一平板阀门组与充水廊道连通，充水廊道与闸室相通，闸室另一侧设有排水廊道，排水廊道通过排水阀门室的第二球型阀门组、第二平板阀门组与尾水池相通；所述的浮动船厢包括通过导向装置设置在闸室两侧壁的浮桶，两浮桶底部连接有稳流栅板，浮桶内装有动力设备。本发明提高闸室水位升降速度，使闸室水位升降速度可控、匀速、平稳，速度一次从最大降到零，大大缩短运行时间。

Description

一种水利升船系统

技术领域

本发明属于水利领域，具体涉及一种水利升船系统。

背景技术

升船机、船闸，是水利枢纽重要组成部分。水利枢纽升船机、船闸担负船舶过坝运输任务。因此，升船机、船闸功能优劣直接影响水利枢纽功能和经济效益。三峡水利枢纽已建成的五级船闸和规划建设中的升船机都是世界上最大最先进的工程项目，具有国际先进水平。

船闸两大主要经济指标，一是船舶过坝吨位，二就是船舶过坝时间。三峡船闸设计年运输能力5000万吨，满足长江近远期航运要求（现在看，不能满足要求了）。但船舶过坝时间需3.5小时就太长了，过葛州坝和三峡船闸总历时约为4.5到5.0小时。宜昌至重庆约600公里，在建铁路或高速公路，全程历时也不过4到5小时，乘船还没有过两个船闸，乘汽车或火车已到重庆。在经济运行中，时间就是效益，时间就是金钱，已是人人为之熟悉的衡量经济效益的准则。运输时间和运输能力，有时两者是同等重要。也有时运输时间显得更重要。另外,在发电和调丰运行与升船机对水位变化要求、船闸备用有许多矛盾和缺欠。今后水运和陆运将在激烈的市场竟争中生存和发展。长江水运具有运输能力大、成本低的优势，但由于过坝运输时间比陆路运输时间长和能力不足而失去其竟争优势。船闸过坝时间长的问题，不仅影响三峡水利枢纽运输效益问题，如果不能很好解决，继续采用这种闸型，将直接影未来工程项目的经济效益。

　　丰水期上游运行水位经常变化是不可避免的，其幅度远不止4米。这对升船机运行非常不利，意味着随水位变化，频繁调整大型平板门，无法保证升船机正常运行。发电是枢纽主要经济来源，结果只有升船机让路。枯水期上游运行水位变化不大，后期水位下降，也是逐渐变化的。但调峰发电使尾水位短时间变化很大。特别是扩建地下六台机组，其主要用于调峰发电（丰水期发电效益很小），调峰容量和时间大大增加，调峰使水位变化及回复时间升船机无法保证正常运行。

　　起重达11500吨庞大的设备（加配重，实际上下运行重量23000吨）；长时间、复杂的运行程序。为正常运行和维护带来许多困难；

　　综上所述升船机能否达到快速通道目的，产生很大的疑问，即使为它让路，也要付出少发电、少调峰运行，付出重大经济代价。因其过坝能力小，也起不到五级船闸因事故或检修能力不足，所须补充的备用作用。

发明内容

本发明提供一种水利升船系统，其提高闸室（机室下同）水位升降速度，使闸室水位升降速度可控、匀速、平稳，速度一次从最大降到零，大大缩短运行时间。

本发明采用的技术方案：

　　一种水利升船系统，它包括深井式闸室，闸室一端的下部设有下闸首，下闸首内设有闸门，闸门顶部设有启闭机，闸室另一端的上部设有上闸首， 上闸首内设有人字门，闸室内设有闸室充水排水系统，所述的闸室内设有浮动船厢，所述的闸室充水排水系统包括上游供水池，上游供水池下接充水阀门室，充水阀门室内装有第一球型阀组和第一平板阀门组，充水阀门室通过上述第一球型阀组、第一平板阀门组与充水廊道连通，充水廊道与闸室相通，闸室另一侧设有排水廊道，排水廊道通过排水阀门室的第二球型阀门组、第二平板阀门组与尾水池相通；所述的浮动船厢包括通过导向装置设置在闸室两侧壁的浮桶，两浮桶底部连接有稳流栅板，浮桶内装有动力设备。

　　上述的第一平板阀门组和第二平板阀门组可用弧形阀门组替换。

　　上述的稳流栅板由长方形空心型钢十字交叉焊接组成，上面为波浪板，波浪板上开有均压孔。

　　上述的球型阀可在不同高度多层布置。

　　上述的浮桶上设有栏杆和拴船桩，拴船桩为套桶结构，随水位上升，船舶和套桶一起与浮动船厢分开。

　　上述的导向装置为弹性体。

　　上述的动力设备设置在浮桶的四角内部，每个浮桶内设有四个动力设备。

本发明取得的技术效果：

1、本发明适用于中高水头水利枢纽。一级运行，每上行或下行一次，船队一次进一次出；上下闸门开启和关闭各一次。可以充分利用高水头的特点，在有足够安全措施的条件下，提高闸室（机室下同）水位升降速度，使闸室水位升降速度可控、匀速、平稳，速度一次从最大降到零，大大缩短运行时间。双线水力升船机一线停运，另一线正常运行，运力仅下降一半，比五级船闸下降小，较好的做到互为备用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中闸室充水排水系统的结构示意图；

图3为本发明中浮动船厢的结构示意图；

图4为本发明中稳流栅板的结构示意图；

图5为现有技术和本发明中水头升降速度对比图；

图6为现有技术中五级船闸运行图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

参见图1-4，一种水利升船系统，它包括深井式闸室4，闸室一端的下部设有下闸首2，下闸首内设有闸门3，闸门顶部设有启闭机1，闸室另一端的上部设有上闸首5， 上闸首内设有人字门6，闸室内设有闸室充水排水系统，所述的闸室内设有浮动船厢7，所述的闸室充水排水系统包括上游供水池8，上游供水池下接充水阀门室9，充水阀门室内装有第一球型阀组10和第一平板阀门组11，充水阀门室通过上述第一球型阀组、第一平板阀门组与充水廊道12连通，充水廊道与闸室相通，闸室另一侧设有排水廊道13，排水廊道通过排水阀门室１４的第二球型阀门组15、第二平板阀门组16与尾水池17相通；所述的浮动船厢包括通过导向装置18设置在闸室两侧壁的浮桶19，两浮桶底部连接有稳流栅板20，浮桶内装有动力设备22。

上闸首5与现有五级船闸一级闸首基本相同。为同时满足丰水和枯水运行要求，人字门高37米，在淹没水深39米下启闭，阻力大，操作难度大，但其不再随水头增加再增大。

深井式闸室4与此五级船闸宽度相同34米，长度280米（升船机长宽相应减小），深约140米，承受水压113米。主要为混凝土构筑物，封闭型，承受水压力好，内部有浮动船厢。底部设有稳流删,可为混凝土或金属建造。

下闸首2有进船孔门，其各部高程：按最低尾水位以下有4米水深，最低高程为58米；考虑最高尾水位以上有14米空间，孔门顶部高程为90米；孔门净高32米，宽34米（升船机长宽相应减小）。32×34平方米，承受水压113米的大型平板闸门。这可能是受水压面积和丞受水压力最大的平板闸门。在静水下启闭，密封性能良好，操作难度减小，设计、制造难度可以解决。下闸首平板闸门用启闭机启闭，采用平衡配重，启闭机功率小，运行简单可靠。

船进出闸过程：上闸首人字门关闭，闸室水位与尾水位相同，打开下闸首平板闸门，船进入闸室；关闭平板闸门，闸室水位升至与上游水位相同，打开人字门，船出闸室。与低水头一级船闸基本相同。

水力升船机主要用于中高水头水利枢纽。在闸室充排水过程中，闸室水位升降速度，开始速度迅速增大，以后随水头下降而减小，（如附图5曲线I），水面不稳，船舶摆动大，增重或失重大，引起司乘人员不适。为保证闸室水面升降平稳，首先要采用适应高水头、动水操作性能好，流量大的阀门（成组使用），使闸室水位升降速度可控。以便对闸室水位进行成组调节。因此，闸室水位升降速度可控，是水力升船机一项重要技术。

1、球型阀门组和平板阀门组选择和运行

适用中高水头又有运行经验阀门有球型阀门和平板阀门。球型阀门在高水头，频繁进行动水操作方便，稳定性能、密封性能良好。大型球型阀（直径五米或更大球型阀门）在设计、制造不存在任何技术问题，但成本较高。平板阀门在高水头下，频繁进行动水操作，水流特性相对较差。但其成本较低。在中水头可以考虑采用，高水头慎重采用。

采用以球型阀组为主平板阀门组为付的充水排水系统。充水排水过程中，在高水头时，应用球型阀门组，通过打开阀门的程度和数量来控制闸室水位速度，使速度升或降平稳达到最高值，随水头下降，增加开启阀门数量，保持闸室水位均匀升或降。当水头降到50米以下时（为保证动水操作性能良好，安全可靠，限制平板阀门在50米以下使用），按控制需要开启平板阀门组。按设计要求全部阀门投入后，升降速度随水头下降而下降，直至零。成组调节速度曲线见附图5曲线II。

2、闸室充水排水设施和过程：

闸室充过程：全部排水阀门关闭 ；逐渐打开充水球型阀门组，闸室水位上升，水头下降；当水头降至50米时开启平板阀门组，水头继续下降，直至零，闸室水位升到最高。阀门的开启大小和数量，按设计好的附图5的曲线II进行操作。

闸室排水过程：全部充水阀门关闭；高水头段投入排水球型阀门组，水头降到50米以下，投入排水平板阀门组，直至闸室水位与尾水位相同。同样，阀门的开启大小和数量，按设计好的附图5的曲线II进行操作。

3、几项注意和要求

（1）、各球型阀门组和平板阀门组是控制闸室水位升降速度的关键性设备，采用液压启闭机操作，能机旁和远距离自动控制；

（2）、球型阀可在不同高度多层布置；

（3）、充水平板阀门组，承受静水压力和运行水头均在50米以下。因此，也可以采用弧型阀门。

水力升船机闸室充水排水系统，采用以球型阀组为主平板阀门组为付的充水排水设备，有足够的充水、排水能力，闸室水位升降速度可调节控制，为平稳、快速，安全、可靠运行提共良好条件。

附图3为浮动船厢结构示意图，浮动船厢为槽形，两端敞开（船可自由进出）靠闸室两侧壁设两条浮桶19，船厢内水深约4米（大于船的最大吃水深度）。底部用稳流栅板20连接成整体。浮桶上两侧设有可伸出或收回（船和船厢一起进出闸室）的弹性滚动导向装置18，浮桶上设有栏杆和拴船桩21，浮桶上四角浮桶内装有动力设备22。浮桶上也可设简易顶棚，配设灯光。以减轻人们在深井中升降不习惯和恐惧感。

1、浮桶19：断面为空心长方形，提供船厢主要浮力，其上部浮出水面不小于一米。如长度过长，可适当分段制成，活动连接。

2、底部用稳流栅板20，如附图4，由长方形空心型钢23十字交叉焊接组成，型钢间空孔面积，不小于总面积40%，上面为波浪板24，波浪板上开有均压孔，孔面积不小于水平面积20%。稳流栅板功能是消除或减小浮动船厢下水流水压波动，保持浮动船厢内水体稳定，水面平稳。

3、导向装置18设计成弹性，以减小冲击力。设计成可伸出或收回，是为大型船闸进出船舶数量多，船舶和浮动船厢一起进出闸室，缩短进出时间。进出时可收回。

4、拴船桩21：船舶与船厢固定，既能防止碰撞又能增加平稳。但是，在闸室水位上升时，如遇到因船厢受阻（卡住）或失去浮力（浮桶破损），船舶和船厢不能分开，将使事故殃及船舶。为此，必需把拴船桩设计成套桶结构，随水位上升，船舶和套桶一起与船厢分开。水位下降时，一般不会卡住。如船厢加速下沉亦可分开。保证船的安全。

5、浮桶上四角装有动力设备22：需要船和浮动船厢一起进出时，提供动力（可采用水泵或柴油机）。

浮动船厢即能提高闸室水位升降速度，又为减少进出船闸时间创造了可行的条件。是船闸建设重要设备

浮动船厢另一大功能是，船和浮动船厢一起进出闸室，节省了大量的时间，如五级闸船（如图6的方式）进出时间70分钟，占总历时41%；水力升船机船进出时间26分钟，占总历时46%。船进出时间占总历时占比重很大。缩短船进出时间是缩短船过坝时间起重要作用。如三峡、葛州坝大型船闸，每次都有7-10只。船和浮动船厢一起进出闸室，可以缩短船进出闸室时间约50%。就可缩短过坝时间25%。按每次有五只船以上，就可采用浮动船厢和船一起过闸。在上、下游候船区各设一部浮动船厢，船在候船时就进入浮动船厢（船闸一只，共三只）。在浮动船厢上装动力设备（可进退和调整方向）和定位、导向装置，按设定程序，固定路线往返闸室和之间。从而进一步缩短船队整体进出船闸时间。此方案亦可用于大型、低水头船闸。

浮动船厢，既解决了闸室水位快速升、降水面平稳问题，又有效的缩短了船舶过坝时间。

Claims (7)

1.一种水利升船系统，它包括深井式闸室（4），闸室一端的下部设有下闸首（2），下闸首内设有闸门（3），闸门顶部设有启闭机（1），闸室另一端的上部设有上闸首（5）， 上闸首内设有人字门（6），闸室内设有闸室充水排水系统，其特征在于：所述的闸室内设有浮动船厢（7），所述的闸室充水排水系统包括上游供水池（8），上游供水池下接充水阀门室（9），充水阀门室内装有第一球型阀组（10）和第一平板阀门组（11），充水阀门室通过上述第一球型阀组、第一平板阀门组与充水廊道（12）连通，充水廊道与闸室相通，闸室另一侧设有排水廊道（13），排水廊道通过排水阀门室（14）的第二球型阀门组（15）、第二平板阀门组（16）与尾水池（17）相通；所述的浮动船厢包括通过导向装置（16）设置在闸室两侧壁的浮桶（19），两浮桶底部连接有稳流栅板（20），浮桶内装有动力设备（22）。

2.如权利要求1所述的水利升船系统，其特征在于：所述的第一平板阀门组和第二平板阀门组可用弧形阀门组替换。

3.如权利要求1或2所述的水利升船系统，其特征在于：所述的稳流栅板由长方形空心型钢（23）十字交叉焊接组成，上面为波浪板（24），波浪板上开有均压孔。

4.如权利要求1或2或3所述的水利升船系统，其特征在于：所述的球型阀可在不同高度多层布置。

5.如权利要求1或2或3所述的水利升船系统，其特征在于：所述的浮桶上设有栏杆和拴船桩（21），拴船桩为套桶结构，随水位上升，船舶和套桶一起与浮动船厢分开。

6.如权利要求1或2或3所述的水利升船系统，其特征在于：所述的导向装置为弹性体。

7.如权利要求1或2或3所述的水利升船系统，其特征在于：所述的动力设备设置在浮桶的四角内部，每个浮桶内设有四个动力设备。

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