專利名稱：一種水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水利技術(shù)領(lǐng)域的輸水系統(tǒng)布置體型，具體的說是一種水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型。
背景技術(shù)：
隨著水運事業(yè)的發(fā)展，升船機(jī)作為超高水頭通航建筑物的主要形式越來越得到工程的應(yīng)用，國內(nèi)外科學(xué)家對升船機(jī)的研究也越來越深入。升船機(jī)主要有垂直升船機(jī)和斜面升船機(jī)兩種型式。垂直升船機(jī)根據(jù)提升裝置，可以分為鋼絲繩卷揚式、齒輪齒條爬升式、半水力式和水力浮動式升船機(jī)四種類型。其中水力浮動式升船機(jī)是我國獨創(chuàng)的新型升船機(jī)，利用水能作為提升動力和安保措施，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，并通過充泄水驅(qū)動平衡重 浮筒的升降從而帶動承船廂升降運行；能自動改變平衡重浮筒的淹沒深度適應(yīng)船廂荷載變化，解決了船廂漏水等極端事故狀態(tài)下升船機(jī)的安全問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。由于水力浮動式升船機(jī)是通過水能驅(qū)動平衡重來帶動承船廂的升降運行，因此，為了承船廂的安全運行，必須保證所有平衡重同步平穩(wěn)升降，即要保證豎井內(nèi)水位的同步升降，目前采取復(fù)雜的等慣性輸水系統(tǒng)布置型式來實現(xiàn)水流通過四次分流，將上游主管道I中的水流均勻地分配到各獨立的豎井2中，上游設(shè)上游充水閥門6，下游設(shè)泄水閥門7，一個豎井2中設(shè)置一個平衡重8，豎井2與平衡重8均為圓柱形，具體可見圖I和圖2。等慣性輸水系統(tǒng)從理論上可以保證豎井中平衡重的水力同步性，但實際工程中因其結(jié)構(gòu)的特殊性存在以下問題，影響升船機(jī)的安全運行⑴等慣性輸水系統(tǒng)在實際工程中，由于施工精度等方面的原因不可能實現(xiàn)分流管道的體型、尺寸、糙率等完全一致，因此輸水過程中各豎井不可避免存在水位差。管道設(shè)計時，為了保證水流平順，一般要求壓力管道轉(zhuǎn)彎段前后直線長度不小于5倍管徑。但水力浮動式升船機(jī)等慣性輸水系統(tǒng)中，按照每側(cè)8個平衡重的布置要求，管道必須在有限的空間內(nèi)進(jìn)行4次分流，包括兩次水平分流和2次垂直分流，特別是垂直分流，受豎井底高程和基礎(chǔ)開挖高程的制約，垂向空間有限，垂直轉(zhuǎn)彎前后距離短，達(dá)不到大于5倍管徑的要求，影響了支管分流的均勻性。⑵等慣性輸水系統(tǒng)中的各豎井相互獨立，豎井水位不能及時互相調(diào)節(jié)平衡，從而產(chǎn)生水位差。除施工因素外，受非恒定水流的紊動作用，以及分流口布置的局限性，采用等慣性輸水系統(tǒng)布置的各豎井間存在水位差，盡管采取設(shè)置聯(lián)通廊道的工程措施可有效降低豎井水位差，但由于水流慣性的影響，導(dǎo)致豎井之間的水位差無法徹底消除。豎井間存在水位差是影響船廂平穩(wěn)安全運行的重要原因。豎井水位差直接導(dǎo)致各平衡重升降不同步，從而使同步軸產(chǎn)生扭矩、變形，由于水力浮動式升船機(jī)的同步軸比較長，而且沒有減速裝置，一端的微小的扭轉(zhuǎn)變形在另一端會產(chǎn)生放大的變形效果，船廂可能發(fā)生傾斜，船廂內(nèi)的水體晃動反過來也會引起同步軸的扭矩，相互作用非常復(fù)雜。因此需盡量降低豎井之間的水位差。[0008]⑶受等慣性輸水系統(tǒng)限制，平衡重的數(shù)量必須是2的冪次方，布置缺乏靈活性。根據(jù)目前國內(nèi)船廂尺寸，一般按每側(cè)塔柱8個平衡重的布置設(shè)計。因此也就限制了船廂上的吊點布置，設(shè)計人員不能從船廂本身受力條件出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。⑷等慣性輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工精度要求高、難度大。等慣性輸水系統(tǒng)能夠提高升船機(jī)運行時的水力同步性是基于其良好的結(jié)構(gòu)對稱性，若施工精度達(dá)不到一定的要求，反而會產(chǎn)生相反的效果，影響水力同步性。因此，等慣性輸水系統(tǒng)對施工的要求較高。綜上，如何更好地解決等慣性輸水系統(tǒng)帶來的問題，是研究的關(guān)鍵。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，可以提高豎井水位的同步性，減小輸水系統(tǒng)的慣性長度，大大增加出水孔淹沒水深從而削弱豎井內(nèi)水流能量，利于平衡重升降的平穩(wěn)性，并且不限制平衡重數(shù)量，便于設(shè)計和施工。一種水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，水流由上游主管道出來后分成兩支，分別通向兩側(cè)長方體形狀的豎井正下方的廊道，廊道頂部設(shè)有出水支孔與相應(yīng)豎井連通；上游主管道上設(shè)有上游充水閥門，下游管道上設(shè)有泄水閥門。水流從上游主管道流出，經(jīng)過上游充水閥門后分成兩支流進(jìn)廊道，最后分別匯入下游，下游設(shè)泄水閥門控制豎井水面的下降速度，保證所有平衡重同時下降。本實用新型進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是前述的水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，同一個豎井中設(shè)有至少兩個長方形平衡重。平衡重的橫截面積為長方形，多個(至少兩個)平衡重位于同一個豎井中，連通的水域可以迅速調(diào)整水位差，有利于豎井各處水位和平衡重同步性。前述的水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，出水支孔正上方設(shè)置蓋板。使出水支孔進(jìn)入豎井的集中水流在蓋板形成的空腔內(nèi)碰撞及摩擦消能，使豎井中水面平穩(wěn)上升。前述的水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，蓋板形狀為長方體，其內(nèi)部沿長度方間隔設(shè)有豎直隔板。前述的水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，豎井內(nèi)設(shè)置桁架。桁架利用相鄰平衡重留出的空間自上而下布置，由于豎井相當(dāng)于是一個空心墻體，豎井中的水位不斷變化，最高水頭達(dá)幾十米，豎井要承受巨大水壓力，為了維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減小豎井長度方向的邊墻因為水壓作用而向外發(fā)生的形變，需要在豎井內(nèi)設(shè)置桁架，桁架相當(dāng)于拉桿，起到內(nèi)拉作用，抵消部分水壓?？紤]到條件限制，桁架不能妨礙平衡重在豎井內(nèi)的升降，故利用相鄰平衡重留出的空間自上而下布置。本實用新型的有益效果是⑴本實用新型每側(cè)平衡重都位于同一個豎井內(nèi)，所在水域整體連通，水面自動調(diào)節(jié)能力強，可以有效解決水力浮動式升船機(jī)豎井水位同步難題；⑵對平衡重的吊點位置和數(shù)量沒有特殊要求，設(shè)計人員可以優(yōu)先考慮船廂結(jié)構(gòu)布置，從有利于船廂受力特性出發(fā)布置相應(yīng)的平衡重，提高了船廂運行的安全性；⑶可以大大降低豎井底高程，增加平衡重底部的初始水深，減小充水初期水流對平衡重穩(wěn)定性的影響；⑷本實用新型輸水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，降低施工難度。[0020]本實用新型可以提高豎井水位的同步性，減小輸水系統(tǒng)的慣性長度，大大增加出水孔淹沒水深從而削弱豎井內(nèi)水流能量，利于平衡重升降的平穩(wěn)性，并且不限制平衡重數(shù)量，便于設(shè)計和施工。在水力浮動式升船機(jī)設(shè)計中，保證豎井水位和平衡重同步平穩(wěn)升降一直是一項難題，它直接關(guān)系到工程的安全運行，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，節(jié)約了工程投資，提高了工程安全性。

圖I是等慣性輸水系統(tǒng)的立面圖。圖2是等慣性輸水系統(tǒng)的俯視圖。圖3是本實用新型輸水系統(tǒng)的立面圖。 圖4是本實用新型輸水系統(tǒng)的俯視圖。圖5是本實用新型消能蓋板細(xì)部圖。圖6是采用等慣性系統(tǒng)輸水時吊點的布置示意圖。圖7是本實用新型船廂吊點最佳布置示意圖。
具體實施方式
實施例I本實施例提出一種水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，如圖3和圖4所示，水流由上游主管道I出來后分成兩支，分別通向兩側(cè)豎井2正下方的廊道3，廊道3頂部設(shè)有出水支孔4與相應(yīng)豎井2連通；水流從上游主管道I流出，經(jīng)過上游充水閥門6后分成兩支流進(jìn)廊道3，最后分別匯入下游，下游設(shè)泄水閥門7控制豎井2水面的下降速度，保證所有平衡重8同時下降。平衡重8的橫截面積為長方形，多個平衡重位于同一個豎井中，連通的水域可以迅速調(diào)整水位差，有利于豎井各處水位和平衡重同步性。出水支孔4上方設(shè)置蓋板5，蓋板5如圖5所示，蓋板5形狀為長方體，其內(nèi)部沿長度方間隔設(shè)有豎直隔板，蓋板5使出水支孔4進(jìn)入豎井2的集中水流在蓋板空腔內(nèi)碰撞及摩擦消能，使豎井2中水面平穩(wěn)上升。豎井2的形狀設(shè)計成長方體；長度取決于平衡重吊點位置，長度方向略大于平衡重布置的長度，使首尾平衡重與豎井邊壁保留一定的間隙；寬度比平衡重寬略大，保留導(dǎo)軌的安裝位置，確保平衡重安裝后可以放進(jìn)豎井2中；高度滿足平衡重最大上升程。豎井內(nèi)設(shè)置桁架，桁架利用相鄰平衡重留出的空間自上而下布置。由于豎井相當(dāng)于是一個空心墻體，豎井中的水位不斷變化，最高水頭達(dá)幾十米，豎井要承受巨大水壓力，為了維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減小豎井長度方向的邊墻因為水壓作用而向外發(fā)生的形變，需要在豎井內(nèi)設(shè)置桁架，桁架相當(dāng)于拉桿，起到內(nèi)拉作用，抵消部分水壓。考慮到條件限制，桁架不能妨礙平衡重在豎井內(nèi)的升降，故利用相鄰平衡重留出的空間自上而下布置。從圖I和3的對比中，能直觀地看出本實用新型充分利用等慣性輸水系統(tǒng)布置支管所需的垂向空間，在最大程度上降低了豎井底高程，增加平衡重底部的初始水深。圖6是采用等慣性輸水系統(tǒng)時船廂吊點示意圖，等慣性輸水系統(tǒng)限制了每側(cè)平衡重數(shù)量為8個，且所有平衡重的質(zhì)量相同，由于船廂吊點9與平衡重一一對應(yīng)，因此船廂每側(cè)吊點9數(shù)也必須為8個且每個吊點9承重相同，限制了船廂10吊點布置方式，船廂10受力條件不佳。圖7是思林升船機(jī)的船廂吊點示意圖，根據(jù)船廂最佳受力條件布置，船廂10每側(cè)共10個吊點9，且每個吊點9的承重有差異，若采用非等慣性輸水系統(tǒng)，則船廂吊點可采用該最優(yōu)布置型式。 上述只是本實用新型中的一個實施例，根據(jù)工程實際情況的不同，本實用新型還有其它實施方案。只要采用縱向長廊道輸水，廊道頂支孔出水，并且多個平衡重在同一個豎井中運動的技術(shù)方案均落在本實用新型要求的保護(hù)范圍內(nèi)?？傊膊捎猛忍鎿Q或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實用新型要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，其特征在于水流由上游主管道(I)出來后分成兩支，分別通向兩側(cè)長方體形狀的豎井(2)正下方的廊道(3)，廊道(3)頂部設(shè)有出水支孔(4)與相應(yīng)豎井(2)連通；上游主管道(I)上設(shè)有上游充水閥門(6)，下游管道上設(shè)有泄水閥門(7)。
2.如權(quán)利要求I所述的水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，其特征在于所述同一個豎井(2)中設(shè)有至少兩個長方形平衡重。
3.如權(quán)利要求I或2所述的水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，其特征在于所述出水支孔(4)正上方設(shè)置蓋板(5)。
4.如權(quán)利要求3所述的水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，其特征在于所述蓋板(5)形狀為長方體，其內(nèi)部沿長度方間隔設(shè)有豎直隔板。
5.如權(quán)利要求I或2所述的水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，其特征在于豎井(2)內(nèi)設(shè)置桁架。
專利摘要本實用新型涉及一種水利技術(shù)領(lǐng)域的輸水系統(tǒng)布置體型，是一種水力浮動式升船機(jī)的非等慣性輸水系統(tǒng)布置體型，水流由上游主管道出來后分成兩支，分別通向兩側(cè)豎井正下方的廊道，廊道頂部設(shè)有出水支孔與相應(yīng)豎井連通；水流從上游主管道流出，經(jīng)過上游充水閥門后分成兩支流進(jìn)廊道，最后分別匯入下游，下游設(shè)泄水閥門控制豎井水面的下降速度，保證所有平衡重同時下降。本實用新型可以提高豎井水位的同步性，減小輸水系統(tǒng)的慣性長度，大大增加出水孔淹沒水深從而削弱豎井內(nèi)水流能量，利于平衡重升降的平穩(wěn)性，并且不限制平衡重數(shù)量，便于設(shè)計和施工。
文檔編號E02C5/02GK202577263SQ20122014289
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者胡亞安, 李中華, 薛淑, 李云, 宣國祥 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院