CN103290824A - 一种大坝水力升船机 - Google Patents

Abstract

一种大坝水力升船机，包括承船厢，承船厢与平衡重物通过钢丝绳绕过平衡滑轮组连接，在承船厢的侧部设有至少一个竖井，竖井的一侧与容纳承船厢的空间连通，在连通部从上到下设有多个可启闭的封闭闸门装置；竖井内设有浮筒，承船厢通过穿过连通部的延伸梁与浮筒刚性连接；竖井底部通过输水管分别与连通上游的进水管和连通下游的泄水管连通，所述的进水管上设有进水阀，泄水管上设有泄水阀。本发明通过采用与承船厢刚性连接的浮筒，并配合沿竖井从上到下设置的封闭闸门装置，实现方便地控制承船厢的升降，且无需额外的升降驱动力，由于采用刚性连接，对于竖井内进水或出水的控制要求不高，降低了控制的难度。

Description

一种大坝水力升船机

技术领域

本发明涉及水利工程中的升船机领域，特别是一种由水力驱动的大坝水力升船机。

背景技术

水力发电低碳环保，是目前全世界使用最广泛的一种发电方式。全世界的水力发电站越来越多，这对河流的航道运输带来一定影响，船只如何快速高效的翻坝成了一个十分热门的研究课题。目前船只的翻坝方式主要有梯级船闸翻坝和垂直升船机翻坝两种，其中，梯级船闸具有安全、过吨大的优点，但是翻坝速度很慢，特别是大坝高差较大的电站；垂直升船机相对来说过吨小，但是翻坝速度优势十分明显，被广泛应用于各大型水电站。

在三峡大坝的升船机中，除了承船厢和平衡重物，承船厢的升降主要由齿轮齿条驱动，由于平衡重物抵消了很大部分的承船厢重量，因此对于齿轮齿条机构的输出扭矩可以实现承船厢的升降动作，但是采用该驱动方式的能耗仍然较高，不经济。

中国专利99116476.8公开了一种水力浮动式转矩平衡重升船机,通过利用连通管的原理给平衡重的竖井内灌水，实现平衡重与承船厢之间重力差的调节，存在的问题是，需要精确调整平衡重的浮力以确保平衡是很困难的。而且因为要产生足够的浮力，需要平衡重的体积重量之比较低，或者至少具有一个空腔，从而平衡重的体积较大。平衡重直接通过钢丝绳与承船厢柔性连接，竖井内水位上升较快时，会使浮筒快速上升，由于钢丝绳是柔性体，只能传递拉力，而且卷筒等部件传递力矩的过程也需要一定的时间，因此卷筒提升承船厢的钢丝绳的力是一种脉冲力，这会使得承船厢里的水体不停的晃动，降低承船厢的稳定性，而且这种抖动造成松开的钢丝绳易相互缠绕或与其他部件摩擦，且断裂的钢丝绳也容易互相缠绕，易引发不安全事故。

中国专利文献102426044A公开了一种水力浮动式升船机浮筒内液位测量系统，通过在浮筒内注水实现精确控制，存在的问题是控制难度非常高，且仍主要是依靠钢丝绳的柔性连接，存在与中国专利99116476.8相似的问题，安全性难以保证。要克服该缺陷，可以将浮筒与承船厢刚性连接，但是竖井就会对浮筒的运行形成干涉。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大坝水力升船机，可以实现水力驱动承船厢的升降，且便于控制，并安全性较高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大坝水力升船机，包括承船厢，承船厢与平衡重物通过钢丝绳绕过平衡滑轮组连接，在承船厢的侧部设有至少一个竖井，竖井的一侧与容纳承船厢的空间连通，在连通部从上到下设有多个可启闭的封闭闸门装置。

竖井内设有浮筒，承船厢通过穿过连通部的延伸梁与浮筒刚性连接。

竖井底部通过输水管分别与连通上游的进水管和连通下游的泄水管连通，所述的进水管上设有进水阀，泄水管上设有泄水阀。

所述的竖井内层为竖井钢筒，外层为竖井混凝土，在浮筒外壁设有多个与竖井内壁接触的滚轮。

所述的延伸梁与浮筒之间还设有压力传感器。

所述的封闭闸门装置中，封闭闸门与竖井通过转轴以可旋转的方式活动连接，封闭闸门还与驱动封闭闸门启闭的液压启闭装置连接。

在封闭闸门的下端设有枕垫块，封闭闸门的上端设有与枕垫块形成密封配合的支垫块。

在封闭闸门的下端还设有P形橡胶，封闭闸门的上端还设有与P形橡胶形成密封配合的止水面板。

在封闭闸门的转轴相对侧还设有用于锁住封闭闸门的锁紧装置。

所述的锁紧装置中，由伸缩机构驱动锁舌运动实现锁紧，所述的锁舌接触封闭闸门的工作面为楔形面。

在竖井的连通部位于封闭闸门的至少一侧还设有液压顶紧装置，所述的液压顶紧装置中，至少两个顶紧油缸与顶紧杆连接，所述的顶紧杆长度与封闭闸门的高度相同，在顶紧杆之外还设有密封包覆的橡胶水封。

所述的橡胶水封的高度与连通部的高度相同。

本发明提供的一种大坝水力升船机，通过采用与承船厢刚性连接的浮筒，并配合沿竖井从上到下设置的封闭闸门装置，实现方便地控制承船厢的升降，且无需额外的升降驱动力，由于采用刚性连接，对于竖井内进水或出水的控制要求不高，不会出现因浮力较大或升降过程中的抖动而产生的钢丝绳变松互相缠绕的问题。通过封闭闸门装置也可以用来紧急制动，大幅提高了安全性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构的主视示意图。

图2为本发明的整体结构的俯视示意图。

图3为图2的E-E剖视示意图。

图4为图2中A处的局部放大图。

图5为图1中B处的局部放大图。

图6为图4中C处的局部放大图。

图7为图3中D处的局部放大图。

图中：进水管1，封闭闸门装置2，锁紧装置21，封闭闸门22，支垫块221，枕垫块222，P形橡胶223，止水面板224，转轴23，液压启闭装置24，液压顶紧装置25，顶紧油缸251，顶紧杆252，橡胶水封253，连接杆26，进水阀3，输水管4，泄水管5，泄水阀6，竖井7，竖井钢筒71，竖井混凝土72，连通部73，浮筒8，滚轮81，承船厢9，平衡重物10，钢丝绳11，延伸梁12，压力传感器13，平衡滑轮组14，上闸首工作大门15，下闸首工作大门16，栏污栅17。

具体实施方式

如图1-3中，一种大坝水力升船机，包括承船厢9、上闸首工作大门15、下闸首工作大门16，承船厢9与平衡重物10通过钢丝绳11绕过平衡滑轮组14连接，在承船厢9的侧部设有至少一个竖井7，竖井7的一侧与容纳承船厢9的空间连通，在连通部73从上到下设有多个可启闭的封闭闸门装置2；各个封闭闸门装置2与连通部73之间实现密封，各个封闭闸门装置2之间实现密封。在本例中，如图1-3所示，竖井7为两个，并位于承船厢9的一侧，但是根据承船厢9的容积采用其他数量，例如1-6个竖井7也是可行的，或者将竖井7分置于承船厢9的两侧以确保受力均衡也是可行的，只需确保竖井与平衡重物所在的空间不相连通。

竖井7内设有浮筒8，承船厢9通过穿过连通部73的延伸梁12与浮筒8刚性连接；由此结构，浮筒8所受的浮力全部直接传递给了承船厢9，传递过程中没有延迟，避免出现钢丝绳松脱缠绕的现象。

如图1中，竖井7底部通过输水管4分别与连通上游的进水管1和连通下游的泄水管5连通，所述的进水管1上设有进水阀3，泄水管5上设有泄水阀6。在进水管1的入口处还设有栏污栅17。通过输水管4连通各个竖井7的底部，开启进水阀3关闭泄水阀6，则竖井7内进水，产生的浮力使承船厢9升起，而泄水阀6开启，进水阀3关闭，竖井7内排水，承船厢9降下，通过浮筒8的入水深度即可调节平衡重物与承船厢之间的重力差，从而采用本发明的技术方案，控制较为简便，降低升船机系统的复杂程度。船厢运行的速度由进水或泄水的速度控制。

优化的方案如图2中，所述的竖井7内层为竖井钢筒71，竖井钢筒71在连通部73的位置开放，外层为竖井混凝土72，在浮筒8外壁设有多个与竖井7内壁接触的滚轮81。设置用于导向的滚轮与竖井内部的导向槽配合，可以保证浮筒上下运动的稳定性。

优化的方案如图3中，所述的延伸梁12与浮筒8之间还设有压力传感器13，由此压力传感器、计算机和及上/下游充泄水阀门组成驱动承船厢上行或下行的控制系统。本例中的浮筒8筒体采用圆形结构，由型钢构成承载框架，外面敷设钢板形成封闭筒形结构，承船厢的延伸梁12直接与浮筒刚性连接，压力传感器位于延伸梁12与浮筒8之间，用于测量浮筒的浮力。浮筒浮力与重力之差就是承船厢运行的驱动力，通过改变浮筒的大小就可以调整承船厢的承载能力。

本发明的技术方案核心就在于竖井7壁上连通部73从上到下设置的多个可启闭的封闭闸门装置2，所述的封闭闸门装置2中，封闭闸门22与竖井7通过转轴23以可旋转的方式活动连接，封闭闸门22还与驱动封闭闸门22启闭的液压启闭装置24连接。具体的，封闭闸门22的一侧与竖井7通过转轴23铰接，通常转轴23与封闭闸门22之间为刚性连接，而转轴23与固定于竖井7的轴承座之间为旋转滑动连接，转轴23还与连接杆26的一端固定连接，连接杆26的另一端与液压启闭装置24中的油缸活塞杆铰接连接，油缸的另一端与竖井铰接。由油缸的伸缩控制封闭闸门22的启闭。

优化的方案如图5、7中，在封闭闸门22的下端设有枕垫块222，封闭闸门22的上端设有与枕垫块222形成密封配合的支垫块221。由此结构，从上到下的封闭闸门22在密封工作状态下互相之间也形成密封，避免竖井中的水泄漏。

优化的方案如图7中，在封闭闸门22的下端还设有P形橡胶223，封闭闸门22的上端还设有与P形橡胶223形成密封配合的止水面板224。由此结构，封闭闸门22关闭时，枕垫块222与支垫块221形成钢止水密封，P形橡胶223与止水面板224形成橡胶止水密封，因此在上下侧均形成了双重密封，确保封闭闸门的密封效果稳定可靠。

优化的方案如图4中，在封闭闸门22的转轴23相对侧还设有用于锁住封闭闸门22的锁紧装置21。由此结构，强化了封闭闸门22封闭的时的受力结构，由单侧锁闭变为双侧锁闭，避免因水压过大造成封闭闸门22的密封失效。

优化的方案如图4中，所述的锁紧装置21中，由伸缩机构驱动锁舌运动实现锁紧，所述的锁舌接触封闭闸门22的工作面为楔形面。本例中的伸缩机构为油缸，油缸驱动锁舌伸缩用来锁紧封闭闸门22，由工作面为楔形面的结构，在锁舌伸出的过程中，会将封闭闸门22越锁越紧，从而确保密封可靠。

优化的方案如图4-6中，在竖井7的连通部73位于封闭闸门22的至少一侧还设有液压顶紧装置25，本例中在两侧都设置有液压顶紧装置25。所述的液压顶紧装置25中，至少两个顶紧油缸251与顶紧杆252连接，所述的顶紧杆252长度与封闭闸门22的高度相同，优化的顶紧杆252采用错位安装，像砌砖一样，让间隙错开，增强密封性，同时可防止闸门门叶棱角割伤橡胶水封，在顶紧杆252之外还设有密封包覆的橡胶水封253，如图6中所示。本例中的封闭闸门为钢结构件，其左右两个侧面都焊接有不锈钢的止水面板，与竖井上液压顶紧装置25的橡胶水封253形成两个侧面的整体密封，两个顶紧油缸251的活塞杆与顶紧杆252连接，顶紧杆252的长度与封闭闸门高度相同，因为封闭闸门是旋转运动，采用该结构可以避免封闭闸门启闭旋转时擦坏橡胶水封253，在靠近转轴23铰座的一侧，封闭闸门与竖井墙体之间的间隙小，顶紧杆252伸缩行程小，而在封闭闸门的另外一侧，封闭闸门与竖井墙体之间的间隙大，液压顶活塞杆伸缩行程大，这样的设计可以保证封闭闸门旋转启闭时就不会与橡胶水封253发生干涉，从而延长了橡胶水封253的使用寿命。

进一步优化的方案中，所述的橡胶水封253的高度与竖井7连通部73的高度相同。由此结构，进一步确保了橡胶水封253密封的可靠性，减少了竖井7的泄漏。

本发明使用过程如下：

船只上行：

承船厢内水面与下游航道水面齐平，承船厢上游门处于关闭状态，船厢上游防撞装置处于防撞状态，承船厢下游防撞装置处于通航状态，打开承船厢下游门和下下闸首工作大门16，船舶自下游航道上行进入承船厢并系缆，承船厢9下游防撞装置升起处于防撞状态，关闭承船厢下游门和下闸首工作大门16，启动充/泄水系统排泄下闸门间隙水，泄水完毕后，收回间隙密封机构，承船厢的左、右顶紧机构退回，下游泄水阀6关闭，上游进水阀3打开；竖井7内水面上升，浮筒的浮力大于重力，驱动承船厢9上升运行，位于承船厢延伸梁12下方的封闭闸门装置2一个一个依次关闭，相应的锁紧装置21和液压顶紧装置25也跟着关闭密封，水面不断上升，当承船厢9标准水深水面线与上游航道水面齐平后，上游进水阀3，本例中采用活塞阀也关闭，承船厢停止运行，承船厢9与坝体的对接锁定装置锁定，承船厢的左、右顶紧机构推出，间隙密封框推出，启动充/泄水系统向上闸门间隙充水，承船厢上游防撞装置下沉处于通航状态、下游防撞装置下任然降处于防撞状态，间隙水与承船厢9水面齐平后，关闭充/泄水系统，开启承船厢上游门和上闸首工作大门15，船舶解缆上行离开承船厢，上行运行流程结束。

船只下行

上行运行流程结束后转入下行流程运行。下行流程与上行流程的区别处就是：上游进水阀3关闭，下游泄水阀6打开，竖井内的水面下降，承船厢也一起下降。位于承船厢横梁下方的封闭闸门装置2一个一个依次打开，相应的锁紧装置21和液压顶紧装置25同时开启。随着水面不断下降，当承船厢9标准水深水面线与下游航道水面齐平后，下游泄水阀6关闭，承船厢停止运行。其他动作与上行相同。

运行工况分析

一、正常工况分析：

1、承船厢上行：承船厢上行时，打开上游进水阀3，坝内的水经输水管4流入竖井内，竖井内水面每上涨一个封闭闸门22高度时，关闭一扇封闭闸门22，船厢运行的速度等于竖井内水面上升的速度，封闭闸门装置2如此从下到上依次关闭，竖井内水体的浮力大于浮筒的重力，两者的差值就是承船厢9上行的驱动力。

2、承船厢下行：承船厢9下行时，打开下游泄水阀6，竖井内水体经泄水管5流出竖井，竖井内液面下降，竖井内水面每下降一个封闭闸门22高度时，开启一扇封闭闸门22，浮筒的重力大于浮力，两者的差值就是承船厢9下行的驱动力。

二、危险工况分析：

1、承船厢9漏水时：承船厢9漏水量小时，可由承船厢9夹紧装置与塔柱上的埋件摩擦制动，当承船厢9的运行速度超过一定值时，承船厢延伸梁12上方的封闭闸门22在无水状态下关闭，阻止承船厢9继续上行，将承船厢锁定在塔柱上。

2、承船厢9超载时：承船厢9超载运行时，仍先由承船厢9夹紧装置与塔柱上埋件配合摩擦制动，当承船厢9下行速度超过一定值时，下部封闭闸门22不再打开，将承船厢9锁定在塔柱上。

因此，采用本发明的方案可以大幅提高安全性能。

Claims (10)

1.一种大坝水力升船机，包括承船厢（9），承船厢（9）与平衡重物（10）通过钢丝绳（11）绕过平衡滑轮组（14）连接，其特征是：在承船厢（9）的侧部设有至少一个竖井（7），竖井（7）的一侧与容纳承船厢（9）的空间连通，在连通部（73）从上到下设有多个可启闭的封闭闸门装置（2）；

竖井（7）内设有浮筒（8），承船厢（9）通过穿过连通部（73）的延伸梁（12）与浮筒（8）刚性连接；

竖井（7）底部通过输水管（4）分别与连通上游的进水管（1）和连通下游的泄水管（5）连通，所述的进水管（1）上设有进水阀（3），泄水管（5）上设有泄水阀（6）。

2.根据权利要求1所述的一种大坝水力升船机，其特征是：所述的竖井（7）内层为竖井钢筒（71），外层为竖井混凝土（72），在浮筒（8）外壁设有多个与竖井（7）内壁接触的滚轮（81）。

3.根据权利要求1所述的一种大坝水力升船机，其特征是：所述的延伸梁（12）与浮筒（8）之间还设有压力传感器（13）。

4.根据权利要求1所述的一种大坝水力升船机，其特征是：所述的封闭闸门装置（2）中，封闭闸门（22）与竖井（7）通过转轴（23）以可旋转的方式活动连接，封闭闸门（22）还与驱动封闭闸门（22）启闭的液压启闭装置（24）连接。

5.根据权利要求4所述的一种大坝水力升船机，其特征是：在封闭闸门（22）的下端设有枕垫块（222），封闭闸门（22）的上端设有与枕垫块（222）形成密封配合的支垫块（221）。

6.根据权利要求1或5所述的一种大坝水力升船机，其特征是：在封闭闸门（22）的下端还设有P形橡胶（223），封闭闸门（22）的上端还设有与P形橡胶（223）形成密封配合的止水面板（224）。

7.根据权利要求1所述的一种大坝水力升船机，其特征是：在封闭闸门（22）的转轴（23）相对侧还设有用于锁住封闭闸门（22）的锁紧装置（21）。

8.根据权利要求7所述的一种大坝水力升船机，其特征是：所述的锁紧装置（21）中，由伸缩机构驱动锁舌运动实现锁紧，所述的锁舌接触封闭闸门（22）的工作面为楔形面。

9.根据权利要求1所述的一种大坝水力升船机，其特征是：在竖井（7）的连通部（73）位于封闭闸门（22）的至少一侧还设有液压顶紧装置（25），所述的液压顶紧装置（25）中，至少两个顶紧油缸（251）与顶紧杆（252）连接，所述的顶紧杆（252）长度与封闭闸门（22）的高度相同，在顶紧杆（252）之外还设有密封包覆的橡胶水封（253）。

10.根据权利要求9所述的一种大坝水力升船机，其特征是：所述的橡胶水封（253）的高度与连通部（73）的高度相同。

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