CN114134874A - 船闸升船系统 - Google Patents

Abstract

本发明为船闸升船系统，解决拦水大坝通航的设施过船能力小，每次过船需水量多，每次过船提升/下降高度较小，不能满足鱼类上下繁殖需求的问题。并联的主船厢室，副船厢室之间有隔墙，主船厢室、副船厢室从上游至下游依次布置有上游导航浮箱段、上闸首引航道，上闸首引航道布置有人字闸门及其启闭机，上闸首引航道与船厢室段连接，若干套水泵水轮机或若干套闸门分别位于隔墙下部的连接主船厢室，副船厢室的对应若干水道内，主船厢室的船厢室段连接下游引航道的水道内有下闸首平面闸门、下闸首检修闸门，下闸首平面闸门与启闭机的拉杆连接，主船厢室，副船厢室的上闸首引航道、船厢室段对称布置。若干水泵水轮机的机组进/出水道没有布置闸门或若干水道的套闸门分别有启闭装置。

Description

船闸升船系统

技术领域

本发明与水电站拦水大坝通航的设施有关。

背景技术

目前解决水电站拦水大坝通航的措施有2种，一种船闸，另一种是升船机。通过100多年的发展，升船机种类繁多，大型升船机都采用全平衡类升船机，湿式过闸，即将船舶停泊在装有水的承船厢中，利用驱动机构，提升过坝。驱动机构主要采用卷扬式或齿轮齿条式，全平衡升船机都需要进行上、下闸首对接，船厢室为干式。

升船机的缺点是：（1）即使全平衡类升船机是目前升船机过船能力最大的，该类升船机过船规模仍然有限，目前最大的三峡升船机过船能力3000t级，仍然不能满足日益发展的长江航运需求；（2）随着过船级别的加大，升船机类船闸系统安全风险加大。就以三峡升船机为例，其承船厢总重（加上厢内水体重量）达15500t,承船厢总高10m，相当于3层楼那么高，平衡滑轮钢丝绳直径达74mm，设备进一步向大发展的空间趋小，同时安全风险变大！（3）目前国内的大型升船机运行难以实现无人化，同时检修需大量人力，费工费时，技术已落后。（4）从长远看，该类升船机不能满足鱼类上下繁殖需求，目前都是在大坝合适位置建鱼类增殖站，难以完全模拟自然环境，对珍稀鱼类繁殖贡献较有限，如以后电力缺乏，重要生态流域水电大坝势必要步国外后尘，炸掉大坝，再次破坏生态环境。

船闸的不足之处是是：（1）每次过船需水量较大，对上游水量浪费较大，频繁过船，将减少发电用水量；（2）船闸每次过船提升/下降高度较低，单级船闸绝对高度不超过30m，象三峡大坝，要建5级船闸才能完成113m左右的上、下游高差。（3）我国内河上现有投入运行的水电大坝高度都在100m以上，船闸在高坝上的应用受限。如下图向家坝升船机，上游通航最高水位380.0m，下游最低通航水位265.8m，上、下游水位高差达114.2m，如果采用船闸作通航建筑物，也须建4－5级船闸才能使大坝有通航功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单，操作方便，过船能力大，每次过船需水量少，每次过船提升/下降高度较大，能满足鱼类上下繁殖需求的船闸升船系统。

本发明是这样实现的：

船闸升船系统，并联的主船厢室13，副船厢室14之间有隔墙17，主船厢室13、副船厢室14从上游至下游依次布置有上游导航浮箱段1、上闸首引航道2，上闸首引航道2布置有人字闸门11及其启闭机，上闸首引航道2与船厢室段3连接， 若干套水泵水轮机15或若干套闸门分别位于隔墙17下部的连接主船厢室13，副船厢室14的对应若干水道内，主船厢室13的船厢室段3连接下游引航道9的水道内有下闸首平面闸门10、下闸首检修闸门8，下闸首平面闸门10与启闭机的拉杆6连接，上闸首引航道有2上闸首交通桥18，检修门槽30，人字闸门11及其启闭机，主船厢室13的第1塔柱16、副船厢室14的第2塔柱20、隔墙17与人字闸门11和平面闸门10共同组成蓄水容器，若干水泵水轮机15的机组进/出水道没有布置闸门或若干水道的套闸门分别有启闭装置，第1塔柱16和隔墙17上布置有浮式系船柱导槽5，导槽5上安装有浮式系船柱12，船舶进入主船厢室后，系在浮式系船柱上，平面闸门10由液压启闭机和拉杆6开启，平面闸门10依靠自重关闭。出检修闸门8就是下游引航道，副船厢室上闸首引航道2布置有一套件人字闸门，下游封闭，副船厢室是主船厢室的蓄水容器，水泵水轮机15水道或闸门水道将主、副船厢室连接用以转运主、副船厢室内水体，升、降主船厢室内船舶。

在下闸首平面闸门10上加平衡重系统。水泵水轮机为灯泡贯流式水泵水轮机或混流式水泵水轮机，水泵水轮机有变速装置。

本发明的优点如下：

（1）本发明过船能力大，每次过船需水量少，每次过船提升/下降高度较大，运行十分安全。该升船系统运行时，船舶如在船闸内升降，过程平稳，船舶比较安全。（2）本发明易实现无人化操作。该升船系统结构简单，只有三大部分设备运行，上闸首人字工作闸门及其启闭机、水泵水轮机和下闸首平面工作闸门，这三种设备都易实现无人化操作。克服了现在已投入的升船机运行过程中需人员把关，尤其是全平衡升船机，船厢水体容易欠载或超载，船厢门启闭、充泄水系统、密封对接装置等都需要人员来辅助判断，现在升船机检修过程麻烦，更需要大量人力的缺点。

（3）本发明有进一步发展空间大，如果以后不需要水电，则可拆掉水泵水轮机，将其换为闸门，通过上游泄水即可使船舶通行，不需要毁掉大坝。

（4）本发明还可成为鱼道，大坝上下游的鱼类，可通过该系统上下大坝，对生态保护有较为积极的意义。

附图说明

图1为本发明结构图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的左视剖视图。

具体实施方式

本发明由上游引航道、船厢室段、下游引航道组成，这个与大多垂直升船机类似。其中，船厢室段有主、副两个船厢室，主船厢室用来“提升”或“下降”船舶，副船厢室用来储存工作的水体。主船厢室上游用人字闸门挡水，下游用平面工作闸门挡水。副船厢室上游用人字工作闸门挡水，下游没有布置闸门，只作储存水体用。在主、副船厢室中间隔墙底部，布置有2套抽水蓄能发电机组，用于将水体在主、副船厢室之间倒换。主船厢室下游平面工作闸门由2台液压启闭机启闭，启闭机布置在塔柱顶部，因启闭机安装较高，在其活塞杆下配拉杆，用于启闭工作闸门。出了船厢室为下游引航道，布置有检修闸门和尾水桥机。下面结合图进行说明：

从图1、图2和图3看出，整个升船系统有2个船厢室，一个是主船厢室13，一个是副船厢室14。主船厢室从上游至下游布置有上游导航浮箱1,上闸首引航道2，其中上闸首引航道2布置有上闸首交通桥18，检修门槽，人字闸门11及其启闭机。船厢室3段布置有浮式系船柱导槽5和浮式系船柱12，2套贯流式灯泡水泵水轮机15，下闸首平面闸门启闭机6及其拉杆，下闸首平面闸门10，下闸首检修闸门8和下闸首引航道9。

船厢室段3的核心设备是2套水泵水轮机15，1套平面闸门10。第1、2塔柱16、20和隔墙17是船厢室段的主要构筑物，它们与人字闸门11和平面闸门10共同组成蓄水容器。在隔墙17底部布置2套抽水蓄能水泵水轮机15，机组进/出水口没有布置闸门，以减少隔墙厚度，从而降低造价。主船厢的第1塔柱和隔墙上布置有浮式系船柱导槽5，导槽5上安装有浮式系船柱12，船舶进入船厢室段3后，系在浮式系船柱上。浮式系船柱导槽5、导槽5上安装的浮式系船柱12为现有技术，为船闸通用设备。

主船厢室下闸首布置有平面闸门10，平面闸门由液压启闭机6和拉杆开启，平面闸门依靠自重关闭。下闸首还布置有检修闸门8和检修闸门桥机7。出下闸首就是下游引航道。

副船厢室上闸首布置有一套人字闸门11，下游封闭，整个副船厢室是主船厢室的蓄水容器。副船厢室与主船厢室中间隔墙17底部安装2台水泵水轮机15，用以转运主、副船厢室内水体，升、降主船厢室内船舶。也将主、副船厢室连接。

平面闸门10采用液压启闭机带拉杆或固定卷扬式启闭机带拉杆操作，用于挡水，与船厢室形成蓄水容器。在水电站中为通用设备。

人字闸门11及其启闭机如下图，一般安装在船闸系统中，因两扇闸门闭合后，如同“人”字而得名。闸门门叶为平板结构，钢性止水，采用固定卷扬机或液压油缸驱动，绕枢轴旋转，完成开闭。人字闸门11及其启闭机为现有技术，为船闸通用设备。

本发明工作原理

利用水体的浮力，通过控制主船厢室13水面上升/下降，来转运船只过坝。以船只从上游进入主船厢室13为例，说明过船过程。

船机单向运转，船只下行（主船厢室的上闸首人字闸门11打开，上闸首水域与主船厢室水域连通）：过坝船只经上闸首人字闸门进入主船厢室→船只在主船厢室内停泊并系缆（与浮式系船柱12固定好）→关闭上闸首人字闸门11→打开水泵水轮机15导叶→此时，主船厢室13水位高于副船厢室14水位，水泵水轮机15按发电模式运转→主、副船厢室水位齐平，水泵水轮机15转入电动模式运转→主船厢室水位持续下降、副船厢室水位上升→当主船厢室水位与下游引航道9水位齐平时，停止水泵水轮机15运转→液压启闭机6提升主船厢室下闸首平面闸门10→船只解缆，驶入下游引航道后下行。

上行船只过坝程序与下行相似。

主船厢室下闸首布置有工作因为船厢室在“升、降”船舶的过程中需水量大，为了节约大坝蓄水量，特建一“副船厢室”，用以蓄水，这样，这个水体就不停的在主、副船厢室内倒换。当主船厢室水位高于副船厢室时，水泵水轮机处于发电模式，水驱动水轮机发电；当主、副船厢室水位齐平时，没有水位差，水轮机无法运转，水泵水轮机转入电动模式，驱动水泵运转，将主船厢室低位的水体泵入副船厢室高位，水泵水轮机持续运转，直至主船厢室水位与下游引航道水位齐平，再停止运转，此时也即一个单向运行结束。从能量守恒的角度，该升船系统不需要外部能量即可运行。考虑水能损失，还是要补充部分电能以驱动水泵。

本发明可将水泵水轮机改为闸门，采用上游泄水方式转运船舶，这种方式在船舶较少的河流较为适用。可在下闸首平面闸门面加平衡重系统，以降低液压启闭机功率，增加下闸首平面闸门刚性，增加安全冗余度。本发明可结合抽水蓄能电站建设，两者达到完美的结合。水泵水轮机可以布置为灯泡贯流式水泵水轮机，也可布置混流式水泵水轮机。考虑水头变幅较大，可增加水泵水轮机变速机组，以保证其能发出稳定的工频电流。

Claims (2)

1.船闸升船系统，其特征在于，并联的主船厢室（13），副船厢室（14）之间有隔墙（17），主船厢室、副船厢室从上游至下游依次布置有上游导航浮箱段（1）、上闸首引航道（2），上闸首引航道布置有人字闸门（11）及其启闭机，上闸首引航道与船厢室段（3）连接， 若干套水泵水轮机（15）或若干套闸门分别位于隔墙下部的连接主船厢室，副船厢室的对应若干水道内，主船厢室（13）的船厢室段连接下游引航道（9）的水道内有下闸首平面闸门（10）、下闸首检修闸门（8），下闸首平面闸门与启闭机的拉杆（6）连接，上闸首引航道有人字闸门及其启闭机，主船厢室的第1塔柱（16）、副船厢室的第2塔柱（20）、隔墙（17）与人字闸门（11）和平面闸门（10）共同组成蓄水容器，连接主船厢室、副船厢室的对应若干水道内的闸门分别有启闭装置，第1塔柱（16）和隔墙（17）上布置有浮式系船柱导槽（5），导槽上安装有浮式系船柱（12），船舶进入主船厢室后，系在浮式系船柱上，平面闸门由液压启闭机和拉杆（6）开启，平面闸门依靠自重关闭，出检修闸门（8）就是下游引航道，副船厢室上闸首引航道布置有一套件人字闸门，下游封闭，水泵水轮机水道或闸门水道将主、副船厢室连接用以转运主、副船厢室内水体，升、降主船厢室内船舶。

2.根据权利要求1所述的船闸升船系统，其特征在于，在下闸首平面闸门（10）上加平衡重系统，水泵水轮机为灯泡贯流式水泵水轮机或混流式水泵水轮机，水泵水轮机有变速装置。

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