CN107022993A - 一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，船厢铺板采用楔形体结构型式，主横梁下翼缘平行于铺板底面，具有相同的倾角，亦为楔形体结构型式，中间主纵梁下翼缘在高程上低于两侧主纵梁下翼缘，实现主横梁下翼缘连续渐变出入水、主纵梁下翼缘分层出入水，减小船厢附加水动力荷载。本发明原理简单、易于实现、效果显著，可大大提高了船厢出入水运行的安全性和平稳性。

Description

一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型

技术领域

本发明涉及一种升船机船厢体型，具体是一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，属于工程金属结构设计领域。

背景技术

升船机是一种能够克服较大水头差、为船舶提供快捷过坝的通道，与船闸并列为两种主要通航建筑物型式，尤其适用于高坝通航。德国、比利时等欧洲国家大型升船机建设技术水平较高，我国大型升船机起步较晚，但近年来发展迅猛，一批代表性的大型升船机陆续建成，并创造了多项世界之最。规模最大的长江三峡齿轮齿条爬升式升船机已于2016年9月试通航，最大提升重量15500t，最大提升高度113m，船厢有效水域尺寸120m×18m×3.5m(长×宽×水深)，可通过3000t大型船舶；单级提升高度最大的乌江构皮滩钢丝绳卷扬式升船机，最大提升高度127m，可通过500t船舶，目前正在安装调试；我国原创的景洪水力式升船机于2016年8月试通航，可通过500t船舶，也是目前我国建成的最大的船厢下水式升船机。上述三座升船机是目前大型垂直升船机三种主要型式的代表。

在升船机的运行流程中，空中升降运行较为简单，而船厢上下游对接相对复杂，这种复杂主要体现在两个方面。首先是在对接流程上，船厢运行到对接位后，进行船厢顶紧、夹紧、推出密封框、充间隙水、收防撞梁(绳)、开启船厢门和闸首工作门等一系列操作后才完成对接，在船舶完成进出船厢后，按相反的流程再解除对接；复杂性的另一方面表现在对接过程中水位的波动和变化，上游水库水位相对稳定，对对接影响相对较小，受到枢纽运行调度及我国山区河流水位陡涨陡落特点的共同影响，下游水位存在普遍性的变率快、变幅大的特点，对升船机下游对接影响显著。为确保升船机运行及船舶安全，在出现下游水位变化过快时只能快速解除对接，因此，简化下游对接流程十分必要，其中船厢采用下水式具有明显的优势，因为在下游对接和解除对接中只需启闭船厢门，远比不入水对接简单。

对于下水式升船机，在船厢出入水过程中，存在复杂的流固耦合效应，由于水体表面张力的作用，船厢入水及出水过程会产生突变的附加水动力荷载，包括入水过程的拍击力和出水过程的吸附力，易引起船厢振动、同步轴扭矩波动等，是升船机安全平稳运行的重要影响因素，无论是室内的物理模型试验还是现场的原型调试观测均已证实这一点。

升船机船厢内部铺板由多根横向主梁、纵向次梁、两侧纵向主梁支承，船厢出入水过程主要包括主梁下翼缘出入水、主梁腹板出入水、船厢铺板出入水三个关键阶段，其中在主梁下翼缘和船厢铺板出入水阶段会产生明显的附加水动力荷载。目前减小船厢出入水附加水动力荷载的措施主要有两个方面，一是降低船厢出入水的速度，二是船厢铺板采用楔形体型式。出入水降速运行不仅会影响升船机运行效率，且对附加水动力荷载削弱作用有限；铺板结构型式对减小铺板出入水阶段的附加水动力荷载有利，但同样产生较大附加水动力荷载的主梁下翼缘出入水问题未得到解决。尤其随着下水式升船机大型化发展，船厢出入水产生的附加水动力荷载及其影响将更加突出。因此，针对目前下水式升船机船厢出入水过程中主梁下翼缘产生较大的附加水动力荷载及应对措施的不足，有必要提出一种新的减小附加水动力荷载的措施。

发明内容

本发明即针对下水式升船机船厢出入水过程中主梁下翼缘产生较大的附加水动力荷载及应对措施的不足，提出一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，以减小船厢出入水过程中的附加水动力荷载，保障船厢出入水安全平稳高效运行。

本发明达到上述目的的技术方案是：一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，船厢铺板采用楔形体结构型式，主横梁下翼缘平行于铺板底面，具有相同的倾角，亦为楔形体结构型式，中间主纵梁下翼缘在高程上低于两侧主纵梁下翼缘。

一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，实现减小船厢附加水动力荷载的原理是：

(1)楔形体铺板减小了铺板出入水过程中的附加水动力荷载；

(2)主横梁下翼缘平行于铺板底面，在立面上同样形成了楔形结构，出入水过程由通常的同步瞬间出入水变为连续渐变出入水，减小了作用于主横梁下翼缘的附加水动力荷载；

(3)中间主纵梁下翼缘低于两侧主纵梁下翼缘，实现了主纵梁下翼缘的分层出入水，减小了作用于主纵梁下翼缘的附加水动力荷载。

采用本发明一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，将一般船厢主横梁下翼缘和主纵梁下翼缘同步瞬间出入水情况转变为主横梁下翼缘连续渐变出入水、主纵梁下翼缘分层出入水，实现了减小船厢附加水动力荷载。

所述的楔形体铺板及楔形主横梁下翼缘与水平面的夹角采取4°最佳。

所述的一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，船厢结构需要满足受力变形要求。

本发明具有以下优点：

(1)原理简单，易于实现，可大大提高了船厢出入水运行的安全性和平稳性；

(2)减小船厢附加水动力荷载效果显著，提高了船厢出入水运行速度，保障了升船机运行效率。

附图说明

附图1为传统船厢体型的剖面、侧视、仰视三向视图；

附图2为本发明船厢体型的剖面、侧视、仰视三向视图。

具体实施方式

下面结合附图给出实施例并对本发明进行具体描述。

实施例一

附图1为通常船厢体型的剖面、侧视、仰视三向视图，附图2为本发明船厢体型的剖面、侧视、仰视三向视图，图中1为铺板，2为两侧主纵梁腹板，3为两侧主纵梁下翼缘，4为中间主纵梁腹板，5为中间主纵梁下翼缘，6为主横梁腹板，7为主横梁下翼缘，8为排气孔。

升船机船厢铺板1由两侧主纵梁、中间主纵梁和多根主横梁支承，两侧主纵梁包括腹板2和下翼缘3，中间主纵梁包括腹板4和下翼缘5，主横梁包括腹板6和下翼缘7，在两次主纵梁腹板2、中间主纵梁腹板4和主横梁腹板6上均布置排气孔8。

传统船厢体型如附图1所示，两侧主纵梁下翼缘3、中间主纵梁下翼缘5、主横梁下翼缘7均在同一水平面内，在船厢出入水过程中，所有下翼缘同时瞬间出水或入水，产生较大的附加水动力荷载，造成船厢振动，影响其安全平稳运行。

本发明一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型如附图2所示，船厢铺板1采用楔形体结构型式，主横梁下翼缘7平行于铺板1断面，采用相同的4°倾角，中间主纵梁下翼缘5在高程上低于两侧主纵梁下翼缘3。实现减小船厢附加水动力荷载的原理是：

(1)楔形体铺板1减小了铺板1出入水过程中的附加水动力荷载；

(2)主横梁下翼缘7在立面上形成了楔形结构，出入水过程由通常的同步瞬间出入水变为连续渐变出入水，减小了作用于主横梁下翼缘7的附加水动力荷载；

(3)中间主纵梁下翼缘5低于两侧主纵梁下翼缘3，实现了主纵梁下翼缘的分层入水，减小了作用于主纵梁下翼缘的附加水动力荷载。

采用本发明，将传统船厢主横梁下翼缘和主纵梁下翼缘同步瞬间出入水情况转变为主横梁下翼缘连续渐变出入水、主纵梁下翼缘分层出入水，实现了减小船厢附加水动力荷载。通过实测传统船厢体型和本发明船厢体型在出入水过程中的附加水动力荷载，包括入水最大拍击力、出水最大下吸力及最大振动加速度，对比见表1，可以看出，采用本发明船厢体型，在出入水过程中的附加水动力荷载较传统船厢体型降低60％以上，达到很好的效果。

表1 本发明船厢体型与传统船厢体型出入水产生的附加水动力荷载对比

船厢体型	最大拍击力(kPa)	最大下吸力(kPa)	最大振动加速度(m/s2)
				传统	5.7	12.1	0.23
本发明	2.1	3.8	0.07
				降幅	63.2％	68.6％	69.6％

Claims (3)

1.一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，其特征在于，船厢铺板采用楔形体结构型式，主横梁下翼缘平行于铺板底面，具有相同的倾角，亦为楔形体结构型式，中间主纵梁下翼缘在高程上低于两侧主纵梁下翼缘，实现主横梁下翼缘连续渐变出入水、主纵梁下翼缘分层出入水，减小船厢附加水动力荷载。

2.根据权利要求1所述的一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，其特征在于，实现减小船厢附加水动力荷载的原理是：

(1)楔形体铺板减小了铺板出入水过程中的附加水动力荷载；

(2)主横梁下翼缘平行于铺板底面，在立面上同样形成了楔形结构，出入水过程由传统船厢的同步瞬间出入水变为连续渐变出入水，减小了作用于主横梁下翼缘的附加水动力荷载；

(3)中间主纵梁下翼缘低于两侧主纵梁下翼缘，实现了主纵梁下翼缘的分层出入水，减小了作用于主纵梁下翼缘的附加水动力荷载。

3.根据权利要求1所述的一种减小下水式升船机附加水动力荷载的船厢体型，其特征在于，所述的楔形体铺板及楔形体主横梁下翼缘与水平面的夹角采取4°最佳，其他角度的楔形体结构型式均属于本专利的保护范围。