CN106894402A - 提高船闸通过能力的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种提高船闸通过能力的方法及装置，属于水运交通技术。本发明采取由设置于引航道及各闸室的牵引架对船只实施同步牵引行驶的过闸方式，根据闸室的大小，同一批过闸的船只组成一列或数列纵向连接的临时船队，由前方牵引架的卷扬机实施将船队拖拽前行，由后方牵引架的卷扬机实施将船队减速及制动，以达到缩短每闸次的耗时、及提高闸室容积率之目的。

Description

提高船闸通过能力的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种提高船闸通过能力的方法及装置，属于水运交通技术。

背景技术

船闸的通过能力取决于每闸次的时间周期及每批过闸船只的数量，缩短每闸次的耗时，使每天通航闸数增加，增加每批过闸的船只数，都可提高船闸的通过能力。

船闸通航每一闸次经历的工序为(以多级船闸下行时为例)：1)开启第一闸首人字闸门，2)第一批船只依次由引航道驶入第一闸室排列并系缆，3)关闭第一闸首闸门。4)第一闸室向二闸室泄水，使二者水位持平。5)开启第二闸首闸门。6)船只依次从第一闸室驶入第二闸室。7)关闭第二闸首闸门，此批船只继续按上述方式向下游行进。8)第二闸首关闭后，往第一闸室充水至与上游水位持平。经过这些步骤，一个闸次的工序完成。然后，便可打开第一闸首闸门，让下一批船只进闸。可见，上述过程中，两批船只过闸的时间间隔，即为船闸每个闸次的时间周期。此周期各工序的耗时可归纳为四部分来分析；1)各个人字闸门开启、关闭耗时之和T1；2)各闸室充水、泄水的耗时之和T2；3)船只进入第一闸室的耗时T3；4)船只移泊到第二闸室的耗时T4。对于大闸室船闸，T1、T2占每闸次时间周期的比重较小，且较为恒定，T3、T4则占每闸次时间周期的比重较大，而且依运行方式不同，存在较大范围的波动。

目前的过闸方式，是由各艘单船或小单元船队依次先后进出船闸，在移动时，为保持一定的安全距离，后船的启航，须与前船有一段时间滞后。可见，每闸次过闸的船只越多，累积的时间滞后就越长。总的进程就越慢。当前面的船只进入闸室就位后，闸室余下的空间越来越小，为避免发生碰撞、以及停泊在不浪费空间的位置，后面船只的移动必然缓慢，有时还要反复对推进器进行停车、倒车的操作来实现就位。对于闸室面积较大，每批船数较多的船闸(例如长江三峡枢纽船闸)T3与T4之和达数十分钟之久，其耗时占每闸次时间周期的比重很大，以三峡五级船闸目前的实际运行为例：每闸次的周期约90分钟，其中人字门的启、闭耗时T1约18分钟，闸室的充、泄水耗时T2约24分钟，而船只进入一闸室及移泊至二闸室的耗时T3加T4则需48分钟之久，这是造成每闸次时间周期过长的主要原因。再之，如欲将各种尺寸船只的数量与位置作最佳编排，以提高闸室容积的利用率，增加每次过闸船只数量。则因需耗费更长的时间，抵消了提高容积率的效果。由拖轮拉拽或顶推一批船只集体过闸的方式，虽消除了各船只依次启航、到达的时间滞后，耗时有所减少，但此方式至少存在以下缺陷：1)拖轮本身需要挤占闸室的一部分有效面积，这无疑减少了可容纳船只的数量，降低了闸室面积的利用率；2)船只在闸室内的减速及制动过程须依靠水的阻力作用或推进器倒车来实现，减速时机难以把握，就位操作复杂且耗时过长。

综上所述，目前由各船依次、或由拖轮携带进闸及移泊的过闸方式，无论是每闸次的时间周期，以及闸室空间的利用率，都决定了船闸的通过能力处于较低的状态。

发明目的

针对上述的缺陷，本发明提出一种能使同批次船只同步进闸及移泊的方法及装置，以达到缩短每闸次时间周期、增加闸室面积的利用率，从而提高船闸通过能力之目的。

发明内容

本发明采取的技术方案是：根据闸室面积的大小，将每批过闸的船只预先在引航道等候处进行编排，组成一列或数列纵向头尾连接的临时船队，然后由设置于相应位置的牵引架的拖拽，实现临时船队的同步过闸。牵引架在每个闸室的两端各设一具，在上、下游引航道各设一具，为横向设置，牵引架上装置有收、放拖拽缆索的卷扬机，同步过闸的操作，由位于船队前、后两个方向的各一具牵引架通过缆索拖拽共同完成，每列船队首船的船头栓接向前拖曳的牵引缆索，末船的船尾栓接向后拖曳的制动缆索。当前方牵引架上的卷扬机收聚缆索、后方牵引架上的卷扬机放送缆索时，船队受拖拽向前行驶，(为稳定航向，向后缆索可对船队施加适当的反向拉力)，当接近指定位置时，前方缆索停拉，后方缆索增加制动，船队即可在短距离内减速至停止于系泊位置。在船队移动的过程中，船只的推进器处于停车状态、或只作短时、低功率的运转。由于可通过选用大拉力卷扬机来缩短船队行进中加速阶段和减速制动阶段的耗时，过程中大部分时间为匀速前行，这样的运动状态，可在最高速度受限的条件下，获得较高的平均速度，节约了时间。

位于引航道、及各闸室位于靠近上游方向一端的牵引架，各配套装设可供用于牵引架升降的升降横架，牵引架悬挂于横架的升降钢索，升降横架可吊升牵引架的高度，不小于船只通过所需的垂直净空。当牵引架在施行拖拽牵引时，升降横架将其下降到闸室左右两侧边墙的垂直凹槽中，牵引架拖拽时受到的反作用力传递于此凹槽。当牵引架下方有船只穿越时，升降横架将其升高，腾出净空。各闸室位于靠近下游方向一端的牵引架，则直接横跨固定在闸室左右两侧的边墙上，此类牵引架不需配套设升降横架。若上游引航道会因季节更替而使水位发生较大的起落，则临近上游第一闸室的两具牵引架，均需配设升降横架。

每具牵引架所装设卷扬机的数量与船闸所能容纳船队的列数相适应，采取单根缆索栓接于船头纵轴线的，每列船队配一台，采取用双根缆索分别栓接于左右船舷的，每列船队配两台。卷扬机可受控沿闸室横向左右移动，以对准船队的纵轴线、也可由此来调节缆索拉力方向的角度，从而调节船队的航向。根据水位的高低的不同，卷扬机还可随牵引架上下移动。每具牵引架均可根据船闸处于上行或下行的不同状态，施行向前或向后拖拽的功能。配套有升降横架的牵引架，其卷扬机也可装设在升降横架上，牵引架则装设相应的滑轮，卷扬机收放的拖拽缆索经此滑轮引出，滑轮轴承座可受控在牵引架上沿闸室横向左右移动。

每具牵引架均配备用于递送拖拽缆索的小型摩托艇，其数量与船队列数相同，作业时，摩托艇吊放下水面，由此艇将缆索递送到与船队的栓接处。具体方式如下：1)向后拖拽的缆索经摩托艇短距离的递送，与船队尾部栓接后，摩托艇由船队拖带一同行进，(摩托艇员离艇登上大船稍息)，待船队移动到位，解脱后拽缆索，摩托艇将此缆索在闸门关闭前迅速带离，然后由卷扬机一同拖回原处。2)船队处于上行状态时，向前拖拽的缆索由摩托艇先携带到即将开启的闸门附近等候，开闸后即递送到船队的船头栓接，然后摩托艇返回原处，吊离水面。3)船队处于下行状态时，先将一段适当长度的向前拖拽缆索蓄备于摩托艇上，由一从闸室另一端引来的绳索将拖拽缆索拉往闸门附近，摩托艇同步随行至等候处，因有此绳索承受了拖拽缆索的张力，故缆索悬空于水面之上，待闸门开启，摩托艇将缆索递送到位栓接后，此绳索与拖拽缆索脱离。4)由引航道往闸室方向递送拖拽缆索的操作，宜选用吨位稍大，能承受拖拽缆索张力的船艇执行。

船只在进出闸室时，会发生“船”与“水”的位置互换，将前方的水挤往身后的空间，当闸室门槛水位较浅时，被挤出的水流速较高，这会对船只行驶的稳定性造成影响，由于同步过闸采取的是船队齐头并进的进出方式，这种影响更为显著，对此，可采取以下应对措施；1)采用较低的进出航速，这不但可减少单位时间内挤出的水量，也有利于减少磕碰的可能及程度，鉴于同步过闸方式节约时间的潜力，有条件采用较低的航速；2)可利用输水系统作为被挤出水流的辅助通道，在船队移动的过程，酌情将输水阀门开启，以供分流之用。

本发明的实施，可至少产生如下的有益结果；1)由于同步过闸不存在前、后船依次启航的时间滞后，各船均同开同到，且临时船队既受向前拖拽的牵引缆索、也受向后拖拽的制动缆索实施操控，能实现迅速的加速及制动，船只在闸室内的就位操作快速而简便。因此，可比背景技术减少船只进闸及移泊的耗时T3、T4，从而缩短每闸次的时间周期，提高船闸的通过能力；2)由于同批过闸各船只有较长的时间在引航道等候处进行最佳的位序编排，且在同步移动中维持位序不变，因此，可尽量安排更多的船只一批过闸，提高闸室的容积率，这也提高了船闸的通过能力。3)由于每批船只通过全部闸室的总耗时是过各级闸室耗时之累积，T3及T4的减少，无疑可使船只以更短的时间通过整座船闸，船闸的级数越多，此效果越显著。

附图说明

图1是一座二级船闸及一批上行过闸船只的平面示意图；图2是图1的A-A向剖切的侧视图；图3是图1的B-B向放大的剖视图；图4是图1的C-C向放大的剖视图。

附图中各标记说明；

10-上游引航道，11-船闸的第一闸室，12-船闸的第二闸室，13-下游引航道，21-船闸的一闸首，22-船闸的二闸首，23-船闸的三闸首，31-第一闸首关闭状态的人字闸门，32-二闸首开启的人字闸门，33-三闸首关闭的人字闸门，41-上游引航道牵引架，410-(41)的升降横架，42-第一闸室前端牵引架，420-(42)的升降横架，421-拖拽卷扬机，43-第一闸室后端牵引架，430-(43)的升降横架，44-第二闸室前端牵引架，440-(44)的升降横架，45-第二闸室后端牵引架，451-拖拽卷扬机，46-下游引航道牵引架，460-(46)的升降横架，60-过闸船只，51-向前拖拽牵引缆索，52-向后拖拽制动缆索，70-操纵牵引架升降的升降机，71-升降机钢丝索。

具体实施方式

以下结合附图，以一座多级船闸(二级)的船只上行过程为实施例，说明本发明的具体实施方式，(下行过程原理类似，不赘述)。为便于说明，以下结合附表加以叙述，表格中的时间数据，与如下参数有关：1)设船闸的平面有效尺寸为，长280米宽34米，(与长江三峡枢纽船闸相同)。2)设船队过每闸室所需的移动距离为，进闸时340米，移泊时320米。3)设移动时匀速段的速度为，进闸时每秒0.6米，移泊时每秒0.5米。4)设启航加速段用时为90秒，减速制动段用时为30秒。5)设启航前卷扬机收紧松弛的缆索用时为60秒。6)设人字闸门每次开启或关闭用时为4.5分钟。7)设闸室每次充水或泄水用时为12分钟。

附表

接上页附表

上述对实施例的叙述及分析显示：采用本发明提出的技术方案，船闸通航每闸次T3加T4的耗时为24分钟，每闸次的时间周期为66分钟，而闸室平面与本实施例所设尺寸相同的三峡枢纽船闸，其通航每闸次T3加T4的耗时则为48分钟，每闸次的时间周期为90分钟。由此可见，本实施例即使在降低了进闸及移泊航速的条件下，其单位时间内可通行的闸次数，仍比三峡时船闸的目前水平增加接近36％，很显然，本发明提出的技术方案，可以实现比背景技术提高船闸通过能力的发明目的。再之，因T3、T4的缩短，使通过每级闸室的耗时减少了约12分钟，由此推算，如船闸级数为5级，(例如三峡枢纽船闸)，将可使每批船只通过整座船闸的耗时减少60分钟。

Claims (1)

1.一种提高船闸通过能力的方法及装置，采取由设置于引航道及各闸室的牵引架(41)、(42)、(43)、(44)、(45)、(46)，对船只实施同步牵引过闸方式，同一批过闸的船只组成一列或数列纵向连接的临时船队，各列船队首船的船头与前方牵引架收放的拖拽缆索栓接，在缆索的拖拽下向前行驶，其特征在于：各列船队的尾部与后方牵引架的拖拽缆索栓接，此拖拽缆索可对船队施以反向拉力而实现船队的减速及制动。