帶穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)的抗傾覆水力式升船機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水力式升船機，具體說是一種帶穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)的具有抗 傾覆能力的水力式升船機，屬于通航建筑領域。
【背景技術】
[0002] 升船機具有過壩時間短、適應水頭大、投資小及節(jié)水等優(yōu)點，已在國內(nèi)外有通航要 求的高壩樞紐中得到了廣泛應用。水力式升船機則是一種新型升船機，其是在容納承船廂 的船閘室兩側(cè)分別設置多個與船閘室分隔且相互間連通的可充、放水的豎井，每個豎井中 設置浮筒，多個浮筒通過對應的鋼繩、卷筒、滑輪與承船廂多個部位相連（即在承船廂上形 成多個吊點），向豎井充水時浮筒上升、承船廂下降，反之承船廂上升，從而完成水力驅(qū)動式 升船或降船。由于水力式升船機的驅(qū)動提升系統(tǒng)為水力式，不同于傳統(tǒng)的電力提升，因此其 水力學問題不單單影響到系統(tǒng)本身的正常工作，還影響承船廂的安全、穩(wěn)定運行。尤其在承 船廂有水的工況下，一旦承船廂受到不平衡荷載導致承船廂出現(xiàn)傾斜后，承船廂的水體就 會發(fā)生轉(zhuǎn)移，水體荷載重心也會發(fā)生移動，同時由于水體的流動性和水往低處流的特性，會 導致承船廂傾斜呈現(xiàn)繼續(xù)放大的趨勢，從而導致升船機出現(xiàn)局部失穩(wěn)后的傾覆問題。因此 解決提升系統(tǒng)的水力學問題是保障該類型升船機安全運行的基礎和前提。
[0003] 水力式升船機的關鍵水力學問題包括以下幾方面：
[0004] 1)如何提高豎井水位的同步性，使各平衡重一一即浮筒同步升或降，降低水力驅(qū) 動系統(tǒng)對承船廂不均勻荷載的影響，控制承船廂傾斜力矩初值；
[0005] 2)如何減小豎井水面波動，使浮筒平穩(wěn)運行，降低水力驅(qū)動系統(tǒng)對承船廂內(nèi)水體 的擾動；
[0006] 3)如何控制承船廂運行速度，減小承船廂運行速度波動；
[0007] 4)如何解決高水頭調(diào)節(jié)閥的空化和振動問題；
[0008] 5)如何提高輸水效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術問題是:針對水力式升船機輸水系統(tǒng)多豎井水位同步和控 制高水頭閥門的空化、振動問題等，提供一種帶穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)的具有抗傾覆能力 的水力式升船機及穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)的設置方法。以降低船廂傾斜力矩初值，減小豎 井水位差和承船廂運行速度波動，減少水力驅(qū)動系統(tǒng)對承船廂不均勻荷載和對承船廂內(nèi)水 體的擾動，解決閥門空化空蝕、振動等水力學問題引起的升船機升降運行速度慢，效率低的 問題，為水力式升船機安全、平穩(wěn)、高效運行提供保障。
[0010]本發(fā)明通過下列技術方案完成:一種帶穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)的抗傾覆水力式升 船機，包括設置在船閘室中的承船廂，與承船廂相連的機械升降系統(tǒng)、穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系 統(tǒng)，所述穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)包括豎井、設置在豎井中的浮筒、帶輸水閥的輸水主管，下 端與輸水主管相連的多根分支水管，多根分支水管由下部的直管、中部的轉(zhuǎn)角管和/或分叉 管以及上部的直管構(gòu)成，且上部的直管出水端置于對應的豎井底部，并在直管出水端設置 有消能工，各個豎井之間通過水位平衡廊道相連，其特征在于所述穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng) 還包括設置在分支水管轉(zhuǎn)角處的第一阻力均衡件或/和分叉管處的第二阻力均衡件、分別 設置在輸水主管輸水閥閥前的環(huán)向強迫通氣機構(gòu)和閥后的穩(wěn)壓減振箱。
[0011] 所述消能工包括間隔地在豎井底部并沿直管出水端端口周邊設置的立桿，設置在 立桿上端的水平檔板，以便向上沖的水在水平擋板作用下只能向下再經(jīng)立桿之間的空隙進 入豎井中，從而降低出水水流速度，消除水能量，減緩水流沖擊力，改善浮筒底部水流條件， 避免水流直接沖擊浮筒底部而引起浮筒晃動。
[0012] 所述第一阻力均衡件為直角彎管，且在直角彎管直角處下方設置向下延伸且封閉 的管頭，以保證在狹窄垂直空間內(nèi)各分支水管的流量相等，最大程度地保證各分支水管進 入豎井流量一致，滿足等阻力設置要求。
[0013] 所述第二阻力均衡件為上大下小的實心或空心圓錐體，該圓錐體的上端固定在分 叉管的水平管壁上，下端向下延伸至分叉管的豎直管中，以保證在狹窄垂直空間內(nèi)各分支 水管的流量相等，最大程度地保證各分支水管進入豎井流量一致，滿足等阻力設置要求。
[0014] 所述環(huán)向強迫通氣機構(gòu)包括：固定在輸水主管外部的通氣環(huán)管，通氣環(huán)管的內(nèi)側(cè) 壁上設有第一通孔，第一通孔與設置在輸水主管壁上的第二通孔連通，通氣環(huán)管的外側(cè)壁 上設有第三通孔，第三通孔與供氣管相連，供氣管與氣源相連，以便將壓力空氣經(jīng)供氣管送 入通氣環(huán)管中，再經(jīng)第一、第二通孔送入輸水主管中，即向水中摻氣，以解決水力穩(wěn)定均衡 系統(tǒng)因高水頭非恒定作用下的輸水閥門空化及振動問題，減小壓力脈動，使閥門相對空化 數(shù)由1.0降低到0.5,使閥門的大開度開啟時間提前，輸水效率提高60%以上。
[0015] 所述通氣環(huán)管上的第一通孔、第三通孔以及輸水主管上的第二通孔間隔設置多 個，且每一個第三通孔均通過對應的供氣分管與供氣總管相連，供氣總管與氣源相連，以通 過供氣分管分多路、多點向通氣環(huán)管、輸水主管均勻摻氣。
[0016] 所述穩(wěn)壓減振箱包括：內(nèi)帶空腔、其上帶進水口和出水口的殼體，設置在殼體外壁 的外梁系，殼體空腔內(nèi)間隔設有內(nèi)梁系隔欄，所述內(nèi)梁系隔欄包括由縱、橫交錯的豎直桿和 水平桿設置成與殼體空腔橫斷面形狀相適應的鏤空板，該鏤空板的鏤空中間隔設置斜拉 桿，以便在滿足高強度要求的同時，盡量減少內(nèi)梁系隔欄對水流的干擾。
[0017] 所述縱、橫交錯的豎直桿和水平桿及斜拉桿均為實心圓桿或空心圓管，且豎直桿 和水平桿的縱、橫交錯位置設有槽形加強板;并在內(nèi)梁系隔欄與殼體空腔壁相連的部位設 有墊板，以方便與殼體空腔壁相連接，減少其對水流的干擾，滿足水力學要求。
[0018] 所述殼體上還設有檢修用人孔，殼體內(nèi)的后部設有集氣槽，集氣槽頂部設有排氣 孔，該排氣孔與排氣管相連。
[0019] 所述外梁系包設在殼體所有外壁上，該外梁系包括等高且間隔設置的主橫梁板 組，及位于兩兩主橫梁板之間且高度低于主橫梁板的次橫梁板組、與主橫梁板組和次橫梁 板組相垂直的等高且間隔設置的縱梁板組及等寬、等長且間隔設置的水平梁板組，該三組 梁板相互交織連接而成;所述入水口處的外梁系上設有下凹的變截面梁板組，變截面梁板 組的外側(cè)與法蘭端面平齊。
[0020] 所述入水口設置三個，分別通過對應的輸水閥與輸水主管相連，其中位于中間的 輸水閥為主閥，兩側(cè)的輸水閥為輔閥，且一個主閥和兩個輔閥的閥前輸水主管上均設置有 環(huán)向強迫通氣機構(gòu)，以便通過輸水流量較小且抗空化能力較優(yōu)的輔閥控制承船廂低速運行 (對接時），又通過輸水流量較大的主閥提高承船廂正常升降階段的運行速度，消除穩(wěn)定均 衡水力驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生的非恒定流對承船廂運行速度穩(wěn)定性帶來的影響。
[0021] 所述浮筒底部設為120°的錐體，且豎井與浮筒之間的間隙比保持在0.095~0.061 之間，以提高水力穩(wěn)定均衡系統(tǒng)的水動力特性變化及水動力輸出的穩(wěn)定性。
[0022] 所述機械升降系統(tǒng)包括與船閘室中的承船廂兩側(cè)的多個部位相連的多根鋼繩，多 根鋼繩的另一端分別繞過對應的設置在頂部的卷筒以及設置在豎井中浮筒上的滑輪固定 在豎井的頂部，多個卷筒之間通過同步軸及聯(lián)軸器相連。
[0023] 所述多個卷筒及聯(lián)軸器和同步軸分別與承船廂兩側(cè)的鋼繩相對應的設置成兩排， 兩排之間通過傘齒對及聯(lián)軸器連接有橫向同步軸，構(gòu)成矩形框連接，以通過同步軸、橫向同 步軸的微量變形對承船廂主動產(chǎn)生抗傾覆力矩;所述主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)的每一卷筒 上均設有常規(guī)制動器，以便在船廂傾斜量或同步傳動扭矩達到設計值時，通過制動器鎖定 對應卷筒，保障升船機整體安全，以便在承船廂受到不平衡荷載作用下出現(xiàn)傾斜時，能通過 主動抗傾覆機械同步系統(tǒng)中的同步軸的微量變形產(chǎn)生主動抗傾覆力矩，以控制承船廂傾斜 量、降低同步軸扭矩，并在承船廂傾斜量或同步軸扭矩達到設計值時，通過設置在主動抗傾 覆機械同步系統(tǒng)卷筒上的安全裝置鎖定卷筒，保障升船機整體安全。
[0024] 本發(fā)明提供的穩(wěn)定均衡水力驅(qū)動系統(tǒng)中的輸水主管及多個分支水管按下列方法 進行設置：
[0025]按照水流慣性長度完全相等的要求設