[發明專利]水力式升船機船廂出入水平穩高效運行的控制方法

在審

• 申請號: 201711169743.1
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107882009A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 胡亞安;李中華;薛淑;王新;嚴秀俊;陳瑩穎;李學義;程璐;王蛟;吳波;徐雪源
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院;河海大學
• 主分類號: E02C5/02
• 分類號: E02C5/02
• 代理公司: 北京尚德技研知識產權代理事務所(普通合伙)11378
• 代理人: 陳曉平,嚴勇剛

技術領域

本發明屬于通航水力學領域，涉及一種水力式升船機船廂出入水平穩高效運行的控制方法，具體說的是一種針對水力式升船機船廂出入水過程——通過控制輸水系統流量實現對船廂出、入水關鍵部位的速度控制，確保船廂傾斜量、出水吸附力與入水拍擊力、同步軸扭矩等各項指標在安全范圍內，本發明提出的控制方法在保證升船機安全平穩運行的同時確保了升船機的運行效率。

背景技術

升船機依據不同的運行原理可分為垂直、斜面與水坡三種。垂直升船機是發展的主流，特別是在我國，在建和待建的大中型升船機均為垂直升船機。按照船廂是否入水分類，垂直升船機又可分為下水式和不下水式。

船廂不下水的垂直升船機與下游引航道對接流程為：船廂下行到指定位置---頂緊密封機構伸出---間隙充水----下閘首工作門開啟----船廂臥倒門打開---船舶出廂駛入引航道----新的船舶由引航道進入船廂----臥倒門關閉----下閘首工作門開啟----間隙抽水---頂緊密封機構縮回---船廂啟動上行。

我國中西部地區河流具有河流水量及水位隨季節變化大的特點，樞紐通航受電站調峰、泄洪影響大，采用傳統的不下水式升船機時，面臨的主要問題是：

1)下閘首工作閘門需根據水位的變化進行調整，當下游水位變幅超過10m以上時，下閘首土建結構及工作閘門布置相對復雜，運行困難；

2)由于下游水位變幅大、變率快，船廂不易實現與引航道的精確對接。當船廂按照起始階段的引航道水位運行到指定位置時，在密封機構工作、間隙充水、工作閘門開啟階段，下游引航道水位發生變化，船廂與下游引航道的水位差不能滿足船廂臥倒門的啟閉要求，從而導致對接失敗。烏江彭水升船機及閩江水口升船機均多次發生此類現象，大大影響升船機運行效率。

為此，提出了一種船廂直接入水的升船機，其與下游引航道的對接流程為：船廂入水到達預定深度----船廂臥倒門打開---船舶出廂駛入引航道----新的船舶由引航道進入船廂----臥倒門關閉----船廂啟動出水上行。

顯然，下水式升船機不僅具備適應我國中西部河流下游引航道水位變幅大、變率快的特點，船廂對接準確可靠；而且省去了下閘首及其相應的附屬設備，包括頂緊、密封機構等，同時運行過程的程序大大減少，即取消了對接頂緊密封機構運行、間隙充泄水、工作閘門啟閉這些環節，從而縮短了船只過壩時間，增加了通過能力，提高了運行效率。

下水式升船機船廂出入水是升船機整個運行過程中的一個重要環節，船廂在此過程中受力狀態復雜，鋼絲繩拉力發生顯著變化，在船廂底部輔板出、入水瞬間還會分別產生吸附力與拍擊力等附加水動力荷載。因此需要對船廂出入水運行方式進行充分研究，以確保升船機安全可靠運行。

傳統電力驅動式升船機船廂出入水特性已有相關方面的研究成果，水力式升船機作為一種全新的升船機型式，工作原理與傳統電力驅動式升船機完全不同，見圖1。通過纏繞在卷筒上的鋼絲繩兩端分別連接承船廂和安裝在豎井中的平衡重，并通過輸水系統向豎井)充水和泄水使平衡重在豎井內垂直升、降，同時帶動承船廂降、升，輸水系統充水時，充水閥門打開，泄水閥門關閉，泄水時相反。通過調節平衡重的入水深度以改變其浮力，利用浮力的變化，使承船廂側與平衡重側之間產生的不平衡力來驅動承船廂的升降運行。承船廂側的荷載由平衡重平衡，運行中，若承船廂側荷載發生變化，如承船廂出入水導致系統的平衡條件發生破壞時，能自動改變平衡重在豎井中的淹沒水深達到新的平衡，使系統始終處于全平衡狀態。

水力式升船機船廂出入水控制方式無法套用電力驅動式升船機的控制方式，兩者的區別主要體現在以下兩方面：

1)傳統電力驅動式升船機與水力式升船機在船廂出入水過程中控制方式不同：電力驅動式升船機利用電機功率來控制船廂的運行速度，水力式升船機通過輸水閥門開度控制流量從而控制船廂速度。