CN103643664A - 一种水电站垂直升船机 - Google Patents

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殷鹏威
王昭空
刘美龙
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Abstract

本发明公开了一种水电站垂直升船机，包括沿上游到下游依次连通的上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首、辅助船闸及下游引航道，还包括用于对接时分隔承船厢内水体与下游引航道水体的辅助船闸；所述下闸首通过所述辅助船闸与所述下游引航道连通。本发明能保证垂直升船机在承船厢与下游水位对接时的运行安全，使垂直升船机能免受下游水位变动的影响，从而有效保证了垂直升船机安全、连续地运行。

Description

一种水电站垂直升船机
技术领域
本发明涉及一种水电站通航建筑物,特别是一种水电站垂直升船机。 
背景技术
现有技术条件下，通航河流上修建的水电站通航建筑物—升船机一般由上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首及下游引航道等五部分组成。电站在日调节、泄洪及事故等工况下产生非恒定流，造成下游水位变率较大，影响全平衡垂直升船机的安全运行。
对于高水头、大型升船机，为降低电机负荷、减少运行成本，一般采用全平衡垂直升船机，全平衡意指承船厢运行在任何位置都是与平衡重块保持平衡的。内盛水体及船舶的钢质承船厢是不下水的，即由钢筋混凝土结构围成的船厢室内无水。当船厢与下游水位对接时，如果下游水位此时是不动的，承船厢与平衡重将保持平衡；如果下游水位在对接时段变化较大，承船厢与平衡重的平衡将被打破，严重时还将产生承船厢漫顶或船舶搁浅等严重事故。
水电站通航建筑物的功能是使船舶克服水电站大坝上、下游水位落差过坝，其型式主要有两种：船闸和升船机（船闸是通过闸室的灌、泄水来使船舶顺利通过航道上集中水位落差的水工建筑物；升船机是通过升、降钢质盛水的承船厢来使船舶顺利通过航道上集中水位落差的建筑物），船闸的建设相对较多，经验也较丰富，对于船闸，下游水位变率较大不会影响船闸的正常运行；升船机的建设相对较少，特别是大型垂直升船机，国内更是屈指可数。由于各水电站布置具体情况不同，下游水位变率对垂直升船机运行的影响问题还不突出，所以，现在国内外已建和在建的升船机下游均还没有设置对接时分隔船厢室段内的承船厢水体与下游引航道水体的结构。当升船机下游引航道口门距水电站发电尾水和泄洪建筑物较近时，下游水位变率对垂直升船机运行的影响问题就突显起来。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种水电站垂直升船机，保证升船机在下游水位变率较大工况下安全、连续地运行，消除下游水位变率对承船厢与下游水位对接时的影响。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种水电站垂直升船机，包括沿上游到下游依次连通的上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首、下游引航道，还包括用于对接时分隔所述船厢室段内的承船厢水体与下游引航道水体辅助船闸；所述下闸首通过所述辅助船闸与所述下游引航道连通。
所述辅助船闸包括与所述下闸首连通的辅助闸室和与所述辅助闸室连通的辅助闸首；所述辅助闸首与所述下游引航道连通；所述辅助闸首内竖直设置有能上下移动的工作闸门；所述辅助闸室包括水平设置的底板和分别与所述底板两端连接的两面竖直设置的边墙。
至少一面边墙上设有一个或多个系船柱，用于在船只停泊时固定船只。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明在水电站垂直升船机下游增设了辅助船闸（包括辅助闸室和辅助闸首），使承船厢内水体及与承船厢对接的部分水体与下游航道水体隔开，保证了垂直升船机在承船厢与下游水位对接时的运行安全，使垂直升船机能免受下游水位变动的影响，从而有效保证了垂直升船机安全、连续地运行。
附图说明
图1为本发明一实施例俯视图；
图2为图1的A-A面剖视图；
图3为本发明一实施例辅助闸室主视图；
图4为本发明一实施例辅助闸首侧视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明一实施例包括沿上游到下游依次连通的上游引航道1、上闸首2、船厢室3、下闸首4，所述下闸首4依次通过辅助闸室5、辅助闸首6与下游引航道7连通；所述辅助闸首6内竖直设置有能上下移动的工作闸门8。
如图3所示，所述辅助闸室5包括水平设置的底板9和分别与所述底板9两端连接的两面竖直设置的边墙10；两面边墙10中部均设有多个系船柱11。
如图4所示，所述辅助闸首6包括水平设置的底板12和分别与所述底板12两端连接的两个竖直设置的边墩13；所述工作闸门8两侧分别与两个边墩13内侧接触。
实施例：金沙江向家坝水电站一级垂直升船机下游设置辅助船闸
向家坝水电站是金沙江下游河段规划的最末1个梯级，坝址位于四川省宜宾县和云南省水富县交界处。电站上距溪洛渡河道里程为156.6km，下距宜宾市33km，离水富县城1.5km。
工程的开发任务以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉，并具有拦沙和对溪洛渡水电站进行反调节等作用。电站主要供电华东地区，在枯水期兼顾四川省用电需要。
向家坝水电站坝址控制流域面积45.88万km2，占金沙江流域面积的97%。正常蓄水位380.00m，死水位370.00m，水库总库容51.63亿m3，调节库容9.03亿m3，为不完全季调节水库。电站装机容量6000MW，全厂最大容量6400MW，保证出力2009MW，多年平均发电量308.8亿kW·h，灌溉面积375.48万亩。
工程枢纽主要由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、冲排沙建筑物、左岸坝后引水发电系统、右岸地下引水发电系统、通航建筑物及灌溉取水口等组成。其中拦河大坝为混凝土重力坝，电站厂房分列两岸布置，泄洪建筑物位于河床中部略靠右侧，一级垂直升船机位于左岸坝后厂房左侧，左岸灌溉取水口位于左岸岸坡坝段，右岸灌溉取水口位于右岸地下厂房进水口右侧，冲沙孔和排沙洞分别设在航运坝段的左侧及右岸地下厂房的进水口下部。拦河大坝最大坝高162.00m，坝顶长度896.26m；两岸厂房各安装4台800MW机组。
向家坝水电站采用一级全平衡垂直升船机，布置于河道左侧，其中心线与坝轴线交角90°，左、右分别与冲沙孔坝段和厂房坝段相邻。升船机由上游引航道、上闸首(包括挡水坝段和渡槽段)、船厢室段、下闸首和下游引航道（含辅助闸室和辅助闸首）等五部分组成，全长约1530m。升船机按Ⅳ级航道设计，同时兼顾1000t级单船过坝；最大过坝船队为2×500t级一顶二驳船队，最大过坝单船为1000t级机动货船；上游通航水位为380.00m/370.00m（最高/最低），下游通航水位为277.25m/265.80m（最高/最低），升船机最大提升高度114.20m，通航流量最大12000 m3/s，最小1200 m3/s。升船机机型采用全平衡齿轮爬升螺母柱保安式，承船厢有效尺寸为116.0m×12.0m×3.0m(长×宽×水深)。
根据向家坝水电站下游非恒定流水力学模型试验初步研究成果，由电站日调节、大坝泄洪及电站事故等因素形成的非恒定流造成升船机下闸首处的水位变率较大，小时最大变率为2.43m～2.90m，15min最大变率为0.95m～1.89m。非恒定流由大坝至升船机下闸首的传播时间约8min～12min(模型试验观测)。试验研究表明，非恒定流造成升船机下游引航道内水面频繁而剧烈的波动不利于船舶安全进出升船机承船厢。为此，在升船机下闸首下游侧设置辅助船闸，当承船厢与下游水位对接时隔开下闸首与下游河道的联系，使船舶在相对封闭的水域进出升船机承船厢，以保证船舶安全。
为节省工程投资，降低向家坝水电站工程左岸边坡高度，拟在不改变引航道原布置(不设置辅助闸室与辅助闸首)的总体布局条件下，将下游引航道直线段的导航段(紧邻下闸首的下游侧)布置成辅助闸室与辅助闸首。
升船机下游通航水位为277.25m/265.80m(最高/最低)。根据向家坝水电站下游非恒定流水力学模型试验初步研究成果，下游引航道由非恒定流产生的小时最大变率为2.90m，因此初步确定辅助闸首在通航水位范围内的最大运行水头为3.0m，为留有安全富余，确定辅助闸首的最大挡水水头为5.0m。
辅助闸室总长118.00m，断面呈“U”形结构，辅助闸室有效尺寸为120.0m×24.0m(长×宽)。辅助闸室为分离式结构（底板与边墙不是一个整体），左、右边墙顶高程均为281.500m，建基面高程为258.000m，左、右边墙高度均为23.500m。辅助闸室底板顶高程为260.500m，厚2.50m。为便于船舶在辅助闸室内临时停靠，在左、右边墙中部内测均布置一排固定式系船柱。
辅助闸首（辅助船闸的下闸首）设在辅助闸室下游侧，长20.00m，航槽宽24.00m，断面呈“U”形结构，底板顶高程260.500m，采用分离式结构。边墩顶高程296.000m，建基面（对应图4中的14）高程256.500m，边墩最大高度39.50m。辅助闸首工作闸门设于辅助闸首中部位置，用于保证下游非恒定流条件下升船机安全、连续运行，闸门采用平面定轮型式，由固定卷扬式启闭机操作。
由于向家坝升船机辅助船闸最大运行水头为3.0m，与一般使船舶克服水头差的普通船闸相比，水头较小，所以采用直接上提工作闸门的门下输水方式来进行辅助闸室内的水位调整，不再另外设置输水系统。 

Claims (5)

1.一种水电站垂直升船机，包括沿上游到下游依次连通的上游引航道（1）、上闸首（2）、船厢室段（3）、下闸首（4）、下游引航道（7），其特征在于，还包括用于对接时分隔所述船厢室段（3）内的承船厢水体与下游引航道（7）水体的辅助船闸；所述下闸首（4）通过所述辅助船闸与所述下游引航道（7）连通。
2.根据权利要求1所述的水电站垂直升船机，其特征在于，所述辅助船闸包括与所述下闸首（4）连通的辅助闸室（5）和与所述辅助闸室（5）连通的辅助闸首（6）；所述辅助闸首（6）靠近下游一端与所述下游引航道（7）连通；所述辅助闸首（6）内竖直设置有能上下移动的工作闸门（8）。
3.根据权利要求2所述的水电站垂直升船机，其特征在于，所述辅助闸室（5）包括水平设置的底板（9）和分别与所述底板（9）两端连接的两面竖直设置的边墙（10）。
4.根据权利要求3所述的水电站垂直升船机，其特征在于，至少一面边墙（10）上设有一个或多个系船柱（11）。
5.根据权利要求2所述的水电站垂直升船机，其特征在于，所述辅助闸首（6）包括水平设置的底板（12）和分别与所述底板（12）两端连接的两个竖直设置的边墩（13）；所述工作闸门（8）两侧分别与两个边墩（13）内侧接触。
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