水力浮動式快速垂直升船機的製作方法

2023-07-29 06:04:01 2

專利名稱：水力浮動式快速垂直升船機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種升船機，特別是一種利用水位的變化完成升船作業的水力浮動式快速 垂直升船機。
技術背景申請人於1999年5月18日申請了名稱為"水力浮動式轉矩平衡重升船機"的發明專 利，專利號為99116476. 8，授權公告號為CN1240859，它採用筒式平衡重，筒中充有一定 重量的水，平衡重在豎井中運動，豎井通過連通管相通，通過向豎井充、排水可控制承船 廂升降的方式完成升船作業，該升船機能夠使升船機各吊點同步升降，運行安全可靠性高， 能十分方便地使承船廂與下遊實現入水式對接。但還是存在著工作過程中操作用水消耗量 較大的缺點。鋼絲繩巻揚全平衡垂直升船機在我國應用也較普遍，但其安全裝置無法應對承船廂水 體全部漏空這一極端事故狀態。 發明內容本發明的目的在於提供一種與水力浮動式轉矩平衡重升船機相比，可節約大量的操作 用水；與鋼絲繩巻揚垂直升船機相比，運行更加安全可靠；升船速度快的水力浮動式快速 垂直升船機。本發明的目的是這樣實現的 一種水力浮動式快速垂直升船機，包括承船廂8，承船 廂8置於承船廂室29中，承船廂8上設有上遊側工作門22和下遊側工作門7，其特徵在 於承船箱室29兩側設有平衡豎井13和提升豎井19，提升豎井19之間通過等慣性連接 管17連通；平衡筒15置於平衡豎井13中，提昇平衡筒18置於提升豎井19中；等慣性 連通管17的進水管26與上遊水庫相通，排水管27通往下遊，進水閥11與排水閥10分 別安裝在進水管26和排水管27上；提昇平衡筒18的上部裝有兩組動滑輪14，繞經其中 一組動滑輪的鋼絲繩5纏繞在巻筒2的左旋繩槽中，繞經另一組動滑輪的鋼絲繩5纏繞在 巻筒2的右旋繩槽中，鋼絲繩5的一端經槓桿式拉力均衡裝置20與塔柱頂部的固定支架 連接；另一端經槓桿式拉力均衡裝置6與承船廂8相連接；平衡筒15上設有兩組動滑輪 14,繞經其中一組動滑輪14的鋼絲繩5纏繞在巻筒2的左旋繩槽中，繞經另一組動滑輪 14的鋼絲繩5纏繞在巻筒2的右旋繩槽中，鋼絲繩5的一端經槓桿式拉力均衡裝置20與 塔柱頂部的固定支架連接，鋼絲繩的5另一端經拉力均衡裝置6與承船廂8相連接；來 自平衡筒15及提昇平衡筒18的鋼絲繩5分別纏繞在與其相對應的提升巻筒2的外圓按左、右旋車制的繩槽內，巻筒2兩端的伸出軸安裝在軸承座3內，通過齒式聯軸器1和連接軸 28連接，齒式聯軸器1兩端設有換向齒輪4。平衡豎井13底部設有事故排水通道12，事故排水通道12與承船廂室29相通。以水作為平衡重，並將其裝在平衡筒15中，平衡筒15上設有安全閥16。平衡筒15及提昇平衡筒18上裝有導向輪9。平衡豎井13內壁上設有鋼襯板21。提升豎井內19壁設有鋼裡襯23。本發明提供的水力浮動式快速垂直升船機，可取代多級船閘完成升船作業而獲得巨大 的經濟利益-將平衡筒的平衡功能與提升功能分離，令一部分平衡筒負責平衡，另一部分平衡筒負 責提升，採取該項措施可減少升船機操作用水並可提高升降速度；在平衡筒下設安全閥，當承船廂發生嚴重漏稅事故時，安全閥開啟排水，減輕平衡筒 的重量，使之與漏水的承船廂產生動態平衡，保證升船機的運行安全；可節約大量的操作用水，同等規模船閘升降一次的操作用水，可供水力浮動式快速升 船機操作30次；提升速度快，船舶過頃可節省大量的時間；避開了人字門複雜的製作安裝工藝及閘室複雜的輸、排水系統施工，節約大量工程投資；檢修、維護工作量小，費用低。


下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖l是發明的結構原理圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是圖1的B-B剖視圖。圖4是圖2的C-C剖視圖。圖5是本發明機械同步系統示意圖。圖6是本發明的平衡筒結構示意圖。圖7是圖6的A-A剖視圖。圖8是圖6的D處放大圖。圖9是本發明提昇平衡筒結構示意圖。圖10是圖9的A-A剖視圖。圖11是圖9的E處放大圖。圖12是本發明等慣性通水系統工作原理圖。 圖13是圖12中A-A剖視圖。圖14是本發明中平衡筒排水與承船廂漏水互動曲線圖，圖中F代表承船廂漏水，G 代表平衡筒排水。圖15是本發明所提供的升船機運行速度圖。
具體實施方式
本發明的工作原理如下以平衡筒的總重量平衡承船廂的總重量，通過操作進水閥或 排水閥，向提升豎井充水或排放提升豎井中的水，達到改變提昇平衡筒的重量，克服摩阻 力，促使承船廂升降的目的。1水力浮動式快速升船機的平衡裝置水力浮動式轉矩平衡重升船機的平衡筒，既具有提升功能又具有平衡功能。水力浮動 式快速垂直升船機的平衡筒則不然，如圖1所示，它將平衡筒的提升功能與平衡功能分離， 令一部分平衡筒負責平衡，另一部分平衡筒負責提升。負責平衡的平衡筒15，安裝在平 衡豎井13中，其重量和體積由承船廂廂體及廂內水體的重量和體積以及升船機的最大提 升力確定。平衡豎井13與提升豎井19互不相通。在平衡豎井的底部，設有事故排水通道 12與承船廂室相通。平衡筒15為鋼製水筒，筒內裝有水，為方便安裝、檢修，在頂部設有進人孔。每個 平衡筒15上裝有兩組動滑輪14，繞經其中一組動滑輪的鋼絲繩5纏繞在巻筒2的左旋繩 槽中，繞經另一組動滑輪的鋼絲繩5纏繞在巻筒2的右旋繩槽中，這樣就可以保證平衡筒 15在升降時，始終沿著豎井中軸線做鉛錘運動而不左右移動。鋼絲繩的一端經槓桿式拉 力均衡裝置20與塔柱頂部的支架連接，鋼絲繩的另一端經拉力均衡裝置6與承船廂8相 連接。槓桿式拉力均衡裝置機構簡單，可以使纏繞在同一巻筒上的各鋼絲繩受力均衡。平衡筒15內裝有水位傳感器，用以監控筒內水位，保證各平衡筒的重量相等。平衡 筒15下部裝有安全閥(16)，安全閥16是常閉的，當承船廂8發生嚴重漏水事故，廂內水 位降至預定的事故水位時，承船廂8上的水位傳感器發出訊號，安全閥16才開啟排水， 減輕平衡筒15的重量，使之與漏水的承船廂8保持動態平衡。平衡筒的排水，經由平衡 豎井13底部設置的事故排水通道12排至承船廂室29底部與承船廂8的漏水一起匯至集 水井由水泵排往下遊。平衡豎井13對稱布置在承船廂室29兩側，為保護平衡筒15及平衡豎井13在運行時 不受損傷，在平衡筒15上裝有導向輪9，在平衡豎井內壁設鋼襯板21。正常情況下導向 輪9與平衡豎井內13壁上的鋼襯板21保持1 2cm的間隙，只有在平衡筒15的運動方向 與豎井中軸線產生偏差時，導向輪9才與鋼襯板21相接觸。為製作、安裝方便,平衡筒15直徑應與提昇平衡筒18保持一致，平衡豎井13的直徑可比提升豎井19適當大一些。 在我國鋼絲繩巻揚垂直升船機應用比較普遍，但它的平衡重是固態的，當發生承船廂水體全部漏空這樣的極端事故時，安全裝置將無法應對。水力浮動式快速升船機承船廂發生漏水事故時，平衡筒的重量可以與承船廂漏水進行互動並保持平衡，有效地杜絕了因承船廂漏水引發的惡性事故，升船機的運行安全有了可靠保證。 2水力浮動式快速升船機的提升裝置快速升船機的提升裝置與水力浮動式轉矩平衡重升船機的提升裝置基本相同，它利用 水的浮力促使承船廂升降，不需要設置提升電機及大扭矩減速箱，避開了大型升船機設計、 製造、安裝、維護方面的難題。負責提升的提昇平衡筒18，安裝在提升豎井19內，它的直徑與高度由升船機運行時 可能發生的最大提升力、上遊最低通航水位、下遊最高通航水位及最大升程確定。提升豎井19底部與等慣性連通管17連接。等慣性連通管的進水管26與上遊水庫相 通，排水管27通往下遊。進水閥11與排水閥10分別安裝在進、排水管上。升船機運行 時，通過操作進水閥11或排水閥10使提升豎井19充、洩水，用以改變提昇平衡筒18 的重量，達到克服摩阻力使升船機升降的目的。提昇平衡筒18亦為鋼製水筒，筒內裝有水。在提昇平衡筒18的上部裝有兩組動滑輪 14，繞經其中一組動滑輪的鋼絲繩纏繞在巻筒2的左旋繩槽中，繞經另一組動滑輪的鋼絲 繩纏繞在巻筒2的右旋繩槽中。鋼絲繩的一端經槓桿式拉力均衡裝置20與塔柱頂部的固 定支架連接；另一端經槓桿式拉力均衡裝置6與承船廂8相連接。提昇平衡筒上也裝有導 向輪9，正常時導向輪9與提升豎井19內壁之間保持1 2cm的間隙。提昇平衡筒18的 頂部有進人孔，供安裝檢修時向平衡筒充、排水用。由於承船廂8的重量己被平衡筒15平衡，提升豎井19中的提昇平衡筒18隻克服摩 阻力就可使升船機升降。因此，所需的操作用水很少，進水管、排水管、進水閥、排水閥 的通流面積均比較小，為提高升船機的升降速度創造了非常有利的空間。提升豎井19對稱布置在承船廂室29的兩側。為保證升船機的運行不受上、下遊水位 變動的影響，令豎井最高水位等於上遊最低通航水位，豎井最低水位等於下遊最高通航水 位，提昇平衡筒18在此區間內運動，牽動承船廂8與上、下遊任何通航水位實行對接。 由於承受水壓力，提升豎井19內壁須設鋼裡襯23。3水力浮動式快速升船機的等慣性輸水系統等慣性輸水系統是快速升船機的動力輸送系統及軟同步系統。它由進水口欄汙柵25、 檢修閘門24、進水管26、進水閥ll、等慣性豎井連通管17、提升豎井19、排水閥IO、 排水管27等組成。若想提高鋼絲繩巻揚垂直升船機及齒輪爬升螺旋鎖定垂直升船機的升降速度，必須增 大提升電機的功率及減速箱的輸出扭矩，對水力浮動式快速升船機而言，提升豎井的直徑 與升船機的最大升程一經確定，耗水量就是恆定的，升船機的升降速度僅與進、排水管的 流量有關，選用較大直徑的進、排水閥及相應的進水管、排水管，便可提高升降速度。水 力浮動式快速升船機的升降速度可以達到0.5m/s以上，比傳統升船機的升降速度提高一倍多。為了保證升船機的運行平穩，水在進水管及排水管中的最大流速應控制在Vmax《 8m/s為宜。等慣性連通管與提升豎井交界處的流速，應控制在V《2m/s為宜。 4進水閥和排水閥快速升船機的開、停、升、降是通過對進水閥11和排水閥10的操作實現的，它是升 船機的關鍵設備。由於錐閥的調節性能較好，快速升船機的進水閥和排水閥最好選用錐閥， 其次是球閥。為方便檢修和維護，進水閥和排水閥可選用同一規格型號的閥門。進水閥 與排水閥採用液壓作業系統。5升船機的硬同步系統水力浮動式快速升船機採用封閉的機械同步系統，它由提升巻筒2、軸承座3、齒式 聯軸器l、連接軸28、及換向傘齒輪4等組成。它是快速升船機的硬同步系統。來自平衡筒15及提昇平衡筒18的鋼絲繩分別纏繞在與其相對應的巻筒外園按左、右 旋車制的繩槽內，為了防止鋼絲繩與巻筒之間產生相對位移和蠕動，每根鋼絲繩在巻筒上 纏繞的圈數n》3.5，纏繞的長度不應小於升船機的最大升程。鋼絲繩在巻筒上的纏繞走 向。通過操作進水閥或排水閥向豎井充、洩水，改變水對提昇平衡筒的淹沒深度，使巻筒 兩側(平衡筒側或承船廂側)的重量發生變化，在重力作用下，巻筒向重的一側旋轉，升 船機便開始升降。在機械同步系統上裝有軸角編碼器，並通過PLC可編程控制器對升船機的升程、速度、 加速度進行監控。6水力浮動式快速升船機的安全裝置及安全保障措施 水力浮動式快速升船機的安全裝置由兩部分組成 a裝在提升巻筒上的液壓盤型安全制動裝置安全制動裝置在升船機停機時自動投入，其制動力可按2 3倍的最大提升力配置。 計算機控制系統保證只有在安全制動裝置解除制動狀態後，升船機才能啟動。 b裝在平衡筒上的安全閥當承船廂發生嚴重漏水事故水位降至預定的事故水位時，水位傳感器發出訊號，進水閥11或排水閥10在保證承船廂減速度不超過0. 04m/s2的基礎上迅速關閉，升船機停機， 安全制動裝置自動加閘。此時各平衡筒上的安全閥16全部開啟洩水，減輕平衡筒側的重 量，使之與漏水的承船廂保持平衡。由於動滑輪的原因，當平衡筒側洩掉相當於1.5X2 倍提升力重的水時，各安全閥便自動關閉停止洩水。因平衡筒的洩水速度比承船廂的漏水 速度快，此時平衡筒側已比承船廂側輕。然而承船廂漏水是連續的，每漏掉相當於一倍的提升力重的水時，便再次發出訊號令 安全閥開啟洩水,安全閥每洩掉相當於2倍，(由於動滑輪的原因)，提升力重的水，便自 動關閉。這樣平衡筒側與承船廂側的不平衡力就始終被控制在1倍的提升力範圍之內，保 證了升船機的安全。各安全閥與承船廂漏水進行互動的全過程，由PLC可編程控制器控制。由於設置了安全閥，即便在承船廂嚴重漏水事故時，也不可能產生足以使承船廂動作 的不平衡力。7水力浮動式快速升船機的承船廂、承船廂室、上閘首工作門、下閘首工作門等結構 形式與鋼絲繩巻揚全平衡垂直升船機基本相同，因為它們都是不入水型的升船機。 8升船機的運行速度參見圖14，由於承船廂不與下遊入水對接，整個升降過程都在空氣中進行，快速垂直 升船機的運行速度圖要比水力浮動式轉矩平衡重升船機的簡單。進水閥11和排水閥10 的開啟和關閉過程也相對簡單。提昇平衡筒18，安裝在提升豎井19內。在上遊最低通航水位至下遊最高通航水位區 間內運動。提昇平衡筒18，安裝在提升豎井19內。在上遊最低通航水位至下遊最高通航水位區 間內運動。o-a段為已經開啟進水閥或排水閥向提升豎井充水或排洩豎井中的水，使提昇平衡 筒的重量開始減輕或增加，但增加值或減輕值尚不足以克服摩阻力，承船廂尚未動作。a-b段為進水閥或排水閥繼續開啟，提昇平衡筒的重量增加或減小足以克服摩阻力， 承船廂開始升降。升降過程承船廂的加速度必須控制在a《0.01m/s2 。b-c進水閥或排水閥已全開，由於操作水頭的逐漸減小，承船廂的升降速度隨之逐 漸降低。c-d為了平穩準確的對接，須將進水閥或排水閥逐漸關小，使承船廂速度逐漸降低至預定的對接速度。同時必須使減速度a《0.01m/s2。d-e進水閥或排水閥保持較小的開度，承船廂按預定的對接速度運行。e-f承船廂運行至對接點，迅速關閉進水閥或排水閥。承船廂與上下遊水位實現準確對接。8
權利要求
1、一種水力浮動式快速垂直升船機，包括承船廂(8)，承船廂(8)置於承船廂室(29)中，承船廂(8)上設有上遊側工作門(22)和下遊側工作門(7)，其特徵在於承船箱室(29)兩側設有平衡豎井(13)和提升豎井(19)，提升豎井(19)之間通過等慣性連接管(17)連通；平衡筒(15)置於平衡豎井(13)中，提昇平衡筒(18)置於提升豎井(19)中；等慣性連通管(17)的進水管(26)與上遊水庫相通，排水管(27)通往下遊，進水閥(11)與排水閥(10)分別安裝在進水管(26)和排水管(27)上；提昇平衡筒(18)的上部裝有兩組動滑輪(14)，繞經其中一組動滑輪的鋼絲繩(5)纏繞在捲筒(2)的左旋繩槽中，繞經另一組動滑輪的鋼絲繩(5)纏繞在捲筒(2)的右旋繩槽中，鋼絲繩(5)的一端經槓桿式拉力均衡裝置(20)與塔柱頂部的固定支架連接；另一端經槓桿式拉力均衡裝置(6)與承船廂(8)相連接；平衡筒(15)上設有兩組動滑輪(14)，繞經其中一組動滑輪(14)的鋼絲繩(5)纏繞在捲筒(2)的左旋繩槽中，繞經另一組動滑輪(14)的鋼絲繩(5)纏繞在捲筒(2)的右旋繩槽中，鋼絲繩(5)的一端經槓桿式拉力均衡裝置(20)與塔柱頂部的固定支架連接，鋼絲繩的(5)另一端經拉力均衡裝置(6)與承船廂(8)相連接；來自平衡筒(15)及提昇平衡筒(18)的鋼絲繩(5)分別纏繞在與其相對應的提升捲筒(2)的外圓按左、右旋車制的繩槽內，捲筒(2)兩端的伸出軸安裝在軸承座(3)內，通過齒式聯軸器(1)和連接軸(28)連接，齒式聯軸器(1)兩端設有換向齒輪(4)。
2、 根據權利要求1所述的水力浮動式快速垂直升船機，其特徵在於平衡豎井(13) 底部設有事故排水通道(12)，事故排水通道(12)與承船廂室(29)相通。
3、 根據權利要求1所述的水力浮動式快速垂直升船機，其特徵在於以水作為平衡 重，並將其裝在平衡筒(15)中，平衡筒(15)上設有安全閥(16)。
4、 根據權利要求1或3所述的水力浮動式快速垂直升船機，其特徵在於平衡筒(15) 及提昇平衡筒(18)上裝有導向輪(9)。
5、 根據權利要求1或2所述的水力浮動式快速垂直升船機，其特徵在於平衡豎井 (13)內壁上設有鋼襯板(21)。
6、 根據權利要求1所述的水力浮動式快速垂直升船機，其特徵在於提升豎井內(19) 壁設有鋼裡襯(23)。
全文摘要
一種水力浮動式快速垂直升船機，屬於升船機技術領域。本發明所提供的升船機主要由平衡系統、提升系統以及機械同步系統構成。其工作原理是以平衡筒的總重量平衡承船廂的總重量，通過操作進水閥或排水閥，向提升豎井充水或排放提升豎井中的水，達到改變提昇平衡筒的重量克服摩阻力促使承船廂升降的目的。本發明可取代多級船閘或鋼絲繩卷揚升船機完成升船作業，可節約大量的操作用水；提升速度快，船舶過壩可節省大量的時間；避開了人字門複雜的製作安裝工藝及閘室複雜的輸、排水系統施工，節約大量工程投資；檢修、維護工作量小，費用低。
文檔編號E02C5/00GK101250865SQ200810047149
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月24日 優先權日2008年3月24日
發明者峰 劉, 孫志禹, 尹庭偉, 張明君, 澎 彭, 朱紅兵, 軍 李, 鄭大迪, 陳先明, 魯結根 申請人:中國長江三峽工程開發總公司