CN205475174U - 带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机，包括设置在船闸室中的承船厢，与承船厢相连的稳定均衡水力驱动系统、自反馈稳定系统，其特征在于还包括与承船厢相连的主动抗倾覆机械同步系统，所述主动抗倾覆机械同步系统包括与承船厢两侧的多个部位相连的多根钢绳，多根钢绳的另一端分别绕过对应的设置在顶部的卷筒以及设置在竖井中浮筒上的滑轮固定在竖井的顶部，多个卷筒之间通过同步轴及联轴器相连。以便在承船厢出现倾斜时，通过主动抗倾覆机械同步系统，产生主动抗倾覆力矩，以控制承船厢倾斜量、降低同步轴扭矩，并在船厢倾斜量或同步传动扭矩达到设计值时，通过制动器锁定对应卷筒，保障升船机整体安全。

Description

带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机

技术领域

本实用新型涉及一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机，属于通航建筑领域。

背景技术

水力式升船机是一种新型升船机，其是在容纳承船厢的船闸室两侧分别设置多个与船闸室分隔且相互间连通的可充、放水的竖井，每个竖井中设置浮筒，多个平衡重——即浮筒，每一个浮筒通过对应的钢绳、卷筒、滑轮与承船厢多个部位相连（即在承船厢上形成多个吊点），当向竖井内充水时浮筒上升、承船厢下降，反之承船厢上升，从而完成水力驱动式升船或降船。水力式升船机承船厢每个吊点都有水力驱动，所有吊点的水力驱动源均通过一个阀门控制，不会出现某个吊点水力驱动失效的情况，即使个别水力驱动源失效，由于整个水力提升系统驱动源较多，需要机械同步轴克服的不平衡荷载也不是很大，因此，可以在各卷筒之间通过同步轴进行连接，这样可大大简化了主动抗倾覆机械同步系统的设计。

水力式升船机同步轴直接与卷筒连接，其同步轴扭转变形和同步轴之间的间隙通过卷筒直接传递到承船厢，同步轴之间的间隙或扭转变形大小直接影响承船厢的倾斜量大小；承船厢受到的倾斜力矩和不平衡荷载直接通过卷筒传递到同步轴，相同承船厢倾斜荷载作用下，水力式升船机同步轴的扭矩比电机驱动的传统升船机大。因此，水力驱动的升船机对同步轴刚度、强度和间隙等方面的要求比电机驱动的传统升船机具有较高的要求。

由于水力式升船机的机械升降系统与传统升船机差异较大，且其对提高水力式升船机承船厢整体抗倾覆能力的影响十分重大，其安全可靠直接关系升船机的运行安全，所以升船机主动抗倾覆机械同步系统及设置方法，特别是具有抗倾覆能力的升船机承船厢主动抗倾覆机械同步系统及设置方法尤为重要。

发明内容

本实用新型通过对水力式升船机主动抗倾覆机械同步系统受力特点的深入研究，结合水力式升船机基本原理，针对水力式升船机承船厢带水倾斜问题，提出了一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机。以解决水力式升船机承船厢带水倾斜，不能正常升降运行的问题。

本实用新型通过下列技术方案完成：一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机，包括设置在船闸室中的承船厢，与承船厢相连的稳定均衡水力驱动系统、自反馈稳定系统，其特征在于还包括与承船厢相连的主动抗倾覆机械同步系统，所述主动抗倾覆机械同步系统包括与承船厢两侧的多个部位相连的多根钢绳，多根钢绳的另一端分别绕过对应的设置在顶部的卷筒以及设置在竖井中浮筒上的滑轮固定在竖井的顶部，多个卷筒之间通过同步轴及联轴器相连。

所述多个卷筒及联轴器和同步轴与承船厢两侧的钢绳相对应地设置成两排，两排之间通过伞齿对及联轴器连接有横向同步轴，构成矩形框连接，且每一卷筒上均设有常规制动器，以便在承船厢受到不平衡荷载作用下出现倾斜时，能通过主动抗倾覆机械同步系统中的同步轴的微量变形产生主动抗倾覆力矩，以控制承船厢倾斜量、降低同步轴扭矩，并在船厢倾斜量或同步传动扭矩达到设计值时，通过制动器锁定对应卷筒，保障升船机整体安全。

所述稳定均衡水力驱动系统包括竖井、设置在竖井中的浮筒、带输水阀的输水主管，下端与输水主管相连的多根分支水管，多根分支水管由下部的直管、中部的转角管和/或分叉管以及上部的直管构成，且上部的直管出水端置于对应的竖井底部，并在直管出水端设置有消能工，各个竖井之间通过水位平衡廊道相连；且在分支水管转角处设有第一阻力均衡件，在分叉管处设有第二阻力均衡件，在输水主管输水阀阀前设有环向强迫通气机构、阀后设有稳压减振箱；所述浮筒底部设为120°的锥体，且竖井与浮筒之间的间隙比保持在0.095～0.061之间，以提高稳定均衡水力驱动系统的水动力特性变化及水动力输出的稳定性。

所述自反馈稳定系统包括对称设置在船闸室侧壁上的导轨，对称设置在承船厢两侧对应上、下部的，与船闸室侧壁上的导轨相配接的多个导轮，每一个导轮均通过支撑机构固定在承船厢上。

所述自反馈稳定系统的每一个导轮通过支撑机构固定在承船厢上，所述支撑机构包括与承船厢相连的底座，铰接在底座上的支架，固定在支架与底座之间的柔性件，设置在柔性件外侧的限位挡件，设置在支架上并沿导轨滚动的导轮。

所述自反馈稳定系统中的支撑机构的支架为两块相对设置的三角板，该三角板的直角处通过铰轴固定在底座内侧的凸块上，水平外端与底座之间设置柔性件，具体为弹簧，直角上端通过轮轴将导轮固定在两块三角板之间，以便导轮沿导轨滚动的过程中，遇到不平整的导轨时，通过柔性件使支架绕铰轴摆动而缓解导轨不平整带来的颠簸，同时通过导轨与导轮的配接，自动提供抗倾覆扭矩，以对承船厢进行主动纠偏，防止承船厢倾斜。

所述自反馈稳定系统的导轨沿船闸室两侧内壁分别设置两根，共四根，每一根导轨的左右两侧壁与承船厢上部的两个支撑机构、下部的两个支撑机构，共四个支撑机构相配接，当承船厢受到不平衡荷载而导致承船厢出现倾斜后，通过导轨与导轮的配接，自动提供抗倾覆扭矩，以对承船厢进行主动纠偏，防止承船厢倾斜，并对产生的倾斜进行限位，防止承船厢倾斜量继续增大，使水力式升船机稳定安全可靠运行。

所述自反馈稳定系统的导轨的左右两侧壁上对应地设置水平板或直角板，该水平板或直角板的侧板与承船厢上部的两个支撑机构、下部的两个支撑机构，共四个支撑机构相配接，以提高导轨的平整度。

所述稳定均衡水力驱动系统的：

消能工包括间隔设置在竖井底部的立杆，该立杆沿直管出水端端口周边设置，立杆上端设置水平挡板，以便向上冲的水在水平挡板作用下只能向下再经立杆之间的空隙进入竖井中，从而降低出水水流速度，消除水能量，减缓水流冲击力，改善浮筒底部水流条件，避免水流直接冲击浮筒底部而引起浮筒晃动；

第一阻力均衡件为直角弯管，且在直角弯管直角处下方设置向下延伸且封闭的管头，以保证在狭窄垂直空间内各分支水管的流量相等，最大程度地保证各分支水管进入竖井流量一致，满足等阻力设置要求；

第二阻力均衡件为上大下小的实心或空心圆锥体，该圆锥体的上端固定在分叉管的水平管壁上，下端向下延伸至分叉管的竖直管中，以保证在狭窄垂直空间内各分支水管的流量相等，最大程度地保证各分支水管进入竖井流量一致，满足等阻力设置要求；

环向强迫通气机构包括：固定在输水主管外部的通气环管，通气环管的内侧壁上设有第一通孔，第一通孔与设置在输水主管壁上的第二通孔连通，通气环管的外侧壁上设有第三通孔，第三通孔与供气管相连，供气管与气源相连，以便将压力空气经供气管送入通气环管中，再经第一、第二通孔送入输水主管中，即向水中参气，以解决稳定均衡水力驱动系统因高水头非恒定作用下的输水阀门空化及振动问题，减小压力脉动，使阀门相对空化数由1.0降低到0.5，使阀门的大开度开启时间提前，输水效率提高60%以上；所述通气环管上的第一通孔、第三通孔间隔设置多个，且每一个第三通孔均通过对应的供气分管与供气总管相连，供气总管与气源相连，以通过供气分管分多路、多点向通气环管、输水主管均匀供气；

稳压减振箱包括带空腔的箱体，箱体一侧设有入水口、另一侧设有出水口；入水口设三个，分别通过对应的输水阀与输水主管相连，其中位于中间的输水阀为主阀，两侧的输水阀为辅阀，且一个主阀和两个辅阀的阀前输水主管上均设置有环向强迫通气机构，以便通过输水流量较小且抗空化能力较优的辅阀控制承船厢低速运行（对接时），又通过输水流量较大的主阀提高承船厢正常升降阶段的运行速度，消除水力稳定均衡系统产生的非恒定流对承船厢运行速度稳定性带来的影响。

本实用新型具有下列优点和效果：通过对主动抗倾覆机械同步系统同步轴刚度、强度设置及间隙、制造误差控制，在承船厢受到不平衡荷载作用下出现倾斜时，能通过主动抗倾覆机械同步系统的微量变形对承船厢主动产生抗倾覆力矩，达到控制承船厢倾斜量和降低同步轴扭矩的目的，并在船厢倾斜量或同步系统扭矩达到设计值时，通过主动抗倾覆机械同步系统的制动器锁定卷筒转动，保障升船机整体安全，有利于确保水力式升船机安全、可靠运行。

附图说明

图1为升船机侧视结构图；

图2为图1 的A-A断面图；

图3为图1中的稳定均衡水力驱动系统结构图；

图4为主动抗倾覆机械同步系统结构图；

图5为自反馈稳定系统结构图；

图6为图5的俯视图；

图7为图5的C部放大图；

图8为图6的D部放大图；

图9为图3中的B部放大图；

图10为图3中的环向强迫通气机构结构图；

图11为图10中的E-E视图；

图12为图3中的稳压减振箱结构图。

图中，1为船闸室，11为承船厢，12为船舶， 14为船闸室侧壁的导轨；

2为主动抗倾覆机械同步系统，21为钢绳，22为滑轮， 24为卷筒，25为同步轴，26为联轴器，27为制动器，28为伞齿轮对，29为横向同步轴；

3为稳定均衡水力驱动系统，31为竖井，311为浮筒，32为输水主管，327为第二通孔，321为分支水管下端的直管， 324为分支水管上端的直管，323为分支水管的转角管，322为分支水管的分叉管，325为消能工，326为水位平衡廊道，33为输水阀，34为环向强迫通气机构，341为通气环管，342为第一通孔，343为供气分管，344为第三通孔，345为供气总管，35为稳压减振箱，351为壳体，352为入水口，36为第一阻力均衡件，37为第二阻力均衡件；

4为承船厢自反馈稳定系统，41为导轮机构的底座，42为限位挡件，43为柔性件，44为支架，45为导轮，46为金属水平板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步描述。

本实用新型提供的抗倾覆水力式升船机包括设置在船闸室1中的承船厢11，与承船厢11相连的稳定均衡水力驱动系统3、主动抗倾覆机械同步系统2和自反馈稳定系统4，其中：

所述主动抗倾覆机械同步系统2包括：与船闸室1中的承船厢11两侧的多个部位相连的多根钢绳21，多根钢绳21的另一端分别绕过对应的设置在顶部的卷筒24以及设置在竖井31中浮筒311上的滑轮22固定在竖井31的顶部，如图1、图2，多个卷筒24之间通过同步轴25及联轴器26相连；多个卷筒24及联轴器26和同步轴25与承船厢11两侧的钢绳21相对应地设置成两排，两排之间通过伞齿对28及联轴器26连接有横向同步轴29，构成矩形框连接，且每一卷筒24上均设有常规制动器27，如图1、图2、图4，以便在承船厢11受到不平衡荷载作用下出现倾斜时，能通过主动抗倾覆机械同步系统2中的同步轴25的微量变形产生主动抗倾覆力矩，以控制承船厢11倾斜量、降低同步轴25扭矩，并在承船厢11倾斜量或同步传动扭矩达到设计值时，通过制动器27锁定对应卷筒24，保障升船机整体安全。

所述稳定均衡水力驱动系统3包括竖井31、设置在竖井31中的浮筒311、带输水阀33的输水主管32，下端与输水主管32相连的多根分支水管，多根分支水管由下部的直管321、中部的转角管323和分叉管322以及上部的直管324构成，且下部的直管321、中部的转角管323和分叉管322以及上部的直管324设为上、下两级，下级的下端直管321与输水主管32相连，上级的上端直管324出水端置于对应的竖井31底部，并在上端直管324出水端设置消能工325，各个竖井31之间通过水位平衡廊道326连通；所述稳定均衡水力驱动系统3还包括设置在分支水管的转角管323转角处的第一阻力均衡件36和分叉管322处的第二阻力均衡件37、分别设置在输水主管32输水阀33阀前的环向强迫通气机构34和阀后的稳压减振箱35，如图1、图2、图3，浮筒311底部设为120°的锥体，且竖井31与浮筒311之间的间隙比保持在0.095～0.061之间，以提高稳定均衡水力驱动系统的水动力特性变化及水动力输出的稳定性，其中：

消能工325包括间隔设置在竖井底部的立杆，该立杆沿直管324出水端端口周边设置，立杆上端设置水平挡板，以便通过水平挡板降低出水水流速度，消除水能量，减缓水流冲击力，改善浮筒底部水流条件，避免水流直接冲击浮筒底部而引起浮筒晃动；

第一阻力均衡件36为直角弯管，且在直角弯管直角处下方设置向下延伸且封闭的管头，如图9，以保证在狭窄垂直空间内各分支水管的流量相等，最大程度地保证各分支水管进入竖井流量一致，满足等阻力设置要求；

第二阻力均衡件37为上大下小的实心或空心圆锥体，该圆锥体的上端固定在分叉管322的水平管壁上，下端向下延伸至分叉管322的竖直管中，如图9，以保证在狭窄垂直空间内各分支水管的流量相等，最大程度地保证各分支水管进入竖井流量一致，满足等阻力设置要求；

环向强迫通气机构34包括：固定在输水主管32外部的通气环管341，通气环管341的内侧壁上设有第一通孔342，第一通孔342与设置在输水主管32壁上的第二通孔327连通，通气环管341的外侧壁上设有第三通孔344，第三通孔344与供气管相连，供气管与气源相连，以便将压力空气经供气管送入通气环管341中，再经第一、第二通孔342、327送入输水主管32中，即向水中掺气，以解决稳定均衡水力驱动系统因高水头非恒定作用下的输水阀33空化及振动问题，减小压力脉动，使阀门相对空化数由1.0降低到0.5，使阀门的大开度开启时间提前，输水效率提高60%以上；所述通气环管341上的第一通孔342、第三通孔344间隔并对称设置四个，且每一个第三通孔344均通过对应的供气分管343与供气总管345相连，供气总管345与气源——即空气压缩机相连，如图10、图11，以通过供气分管343分多路、多点向通气环管341、输水主管32均匀掺气；

稳压减振箱35包括带空腔的箱体351，箱体351一侧设有入水口352、另一侧设有出水口；入水口352设三个，分别通过对应的输水阀33与输水主管32相连，如图3、图12，其中位于中间的输水阀为主阀，两侧的输水阀为辅阀，且一个主阀和两个辅阀的阀前输水主管32上均设置有环向强迫通气机构34，以便通过输水流量较小且抗空化能力较优的辅阀控制承船厢低速运行（对接时），又通过输水流量较大的主阀提高承船厢正常升降阶段的运行速度，消除水力稳定均衡系统产生的非恒定流对承船厢运行速度稳定性带来的影响。

所述自反馈稳定系统4包括对称设置在船闸室1侧壁上的导轨14，对称设置在承船厢11对应上、下部的，与船闸室1侧壁上的导轨14相配接的多个导轮，每一个导轮均通过支撑机构固定在承船厢11上；所述导轨14沿船闸室1两侧内壁分别设置二根，共四根，如图6，每一根导轨14的左右两侧壁与承船厢11上部的两个支撑机构、下部的两个支撑机构，共四个支撑机构相配接，如图5；所述导轨14的左右两侧壁上对应地设置金属水平板46，如图8，该金属水平板46与承船厢11上部的两个支撑机构、下部的两个支撑机构，共四个支撑机构相配接，以提高导轨14的平整度；所述支撑机构包括与承船厢11相连的底座41，铰接在底座41上的支架44，固定在支架44与底座41之间的柔性件43，设置在柔性件43外侧的限位挡件42，设置在支架44上并沿导轨14滚动的导轮45；所述支架44由两块相对设置的三角板构成，二块三角板的直角处通过铰轴固定在底座41内侧的凸块上，水平外端与底座41外侧之间设置柔性件43，该柔性件43为弹簧，直角上端通过轮轴将导轮45固定在二块三角板之间，如图7，以便导轮45沿导轨14滚动的过程中，遇到不平整的导轨时，通过柔性件使支架绕铰轴摆动而缓解导轨不平整带来的颠簸，同时通过导轨与导轮的配接，自动提供抗倾覆扭矩，以对承船厢进行主动纠偏，防止承船厢倾斜。

Claims (6)

1.一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机，包括设置在船闸室中的承船厢，与承船厢相连的稳定均衡水力驱动系统、自反馈稳定系统，其特征在于还包括与承船厢相连的主动抗倾覆机械同步系统，所述主动抗倾覆机械同步系统包括与承船厢两侧的多个部位相连的多根钢绳，多根钢绳的另一端分别绕过对应的设置在顶部的卷筒以及设置在竖井中浮筒上的滑轮固定在竖井的顶部，多个卷筒之间通过同步轴及联轴器相连。

2.根据权利要求1所述的一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机，其特征在于所述多个卷筒、联轴器和同步轴与承船厢两侧的钢绳相对应地设置成两排，两排之间通过伞齿对及联轴器连接有横向同步轴，构成矩形框连接，且每一卷筒上均设有常规制动器。

3.根据权利要求1所述的一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机，其特征在于所述稳定均衡水力驱动系统包括竖井、设置在竖井中的浮筒、带输水阀的输水主管，下端与输水主管相连的多根分支水管，多根分支水管由下部的直管、中部的转角管和/或分叉管以及上部的直管构成，且上部的直管出水端置于对应的竖井底部，并在直管出水端设置有消能工，各个竖井之间通过水位平衡廊道相连；且在分支水管转角处设有第一阻力均衡件，在分叉管处设有第二阻力均衡件，在输水主管输水阀阀前设有环向强迫通气机构、阀后设有稳压减振箱；所述浮筒底部设为120°的锥体，且竖井与浮筒之间的间隙比保持在0.095～0.061之间。

4.根据权利要求1所述的一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机，其特征在于所述自反馈稳定系统包括对称设置在船闸室侧壁上的导轨，对称设置在承船厢两侧对应上、下部的，与船闸室侧壁上的导轨相配接的多个导轮，每一个导轮均通过支撑机构固定在承船厢上。

5.根据权利要求4所述的一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机，其特征在于所述导轨沿船闸室两侧内壁分别设置两根，共四根，每一根导轨的左右两侧壁与承船厢上部的两个支撑机构、下部的两个支撑机构，共四个支撑机构相配接；所述导轨的左右两侧壁上对应地设置水平板或直角板，该水平板或直角板的侧板与承船厢上部的两个支撑机构、下部的两个支撑机构，共四个支撑机构相配接。

6.根据权利要求3所述的一种带主动抗倾覆机械同步系统的抗倾覆水力式升船机，其特征在于所述稳定均衡水力驱动系统的：

消能工包括间隔设置在竖井底部的立杆，该立杆沿直管出水端端口周边设置，立杆上端设置水平挡板；

第一阻力均衡件为直角弯管，且在直角弯管直角处下方设置向下延伸且封闭的管头；

第二阻力均衡件为上大下小的实心或空心圆锥体，该圆锥体的上端固定在分叉管的水平管壁上，下端向下延伸至分叉管的竖直管中；

环向强迫通气机构包括：固定在输水主管外部的通气环管，通气环管的内侧壁上设有第一通孔，第一通孔与设置在输水主管壁上的第二通孔连通，通气环管的外侧壁上设有第三通孔，第三通孔与供气管相连，供气管与气源相连；

稳压减振箱包括带空腔的箱体，箱体一侧设有入水口、另一侧设有出水口；入水口设三个，分别通过对应的输水阀与输水主管相连，其中位于中间的输水阀为主阀，两侧的输水阀为辅阀，且一个主阀和两个辅阀的阀前输水主管上均设置有环向强迫通气机构。