[发明专利]水力式升船机船厢出入水平稳高效运行的控制方法

说明书

技术领域

本发明属于通航水力学领域，涉及一种水力式升船机船厢出入水平稳高效运行的控制方法，具体说的是一种针对水力式升船机船厢出入水过程——通过控制输水系统流量实现对船厢出、入水关键部位的速度控制，确保船厢倾斜量、出水吸附力与入水拍击力、同步轴扭矩等各项指标在安全范围内，本发明提出的控制方法在保证升船机安全平稳运行的同时确保了升船机的运行效率。

背景技术

升船机依据不同的运行原理可分为垂直、斜面与水坡三种。垂直升船机是发展的主流，特别是在我国，在建和待建的大中型升船机均为垂直升船机。按照船厢是否入水分类，垂直升船机又可分为下水式和不下水式。

船厢不下水的垂直升船机与下游引航道对接流程为：船厢下行到指定位置---顶紧密封机构伸出---间隙充水----下闸首工作门开启----船厢卧倒门打开---船舶出厢驶入引航道----新的船舶由引航道进入船厢----卧倒门关闭----下闸首工作门开启----间隙抽水---顶紧密封机构缩回---船厢启动上行。

我国中西部地区河流具有河流水量及水位随季节变化大的特点，枢纽通航受电站调峰、泄洪影响大，采用传统的不下水式升船机时，面临的主要问题是：

1)下闸首工作闸门需根据水位的变化进行调整，当下游水位变幅超过10m以上时，下闸首土建结构及工作闸门布置相对复杂，运行困难；

2)由于下游水位变幅大、变率快，船厢不易实现与引航道的精确对接。当船厢按照起始阶段的引航道水位运行到指定位置时，在密封机构工作、间隙充水、工作闸门开启阶段，下游引航道水位发生变化，船厢与下游引航道的水位差不能满足船厢卧倒门的启闭要求，从而导致对接失败。乌江彭水升船机及闽江水口升船机均多次发生此类现象，大大影响升船机运行效率。

为此，提出了一种船厢直接入水的升船机，其与下游引航道的对接流程为：船厢入水到达预定深度----船厢卧倒门打开---船舶出厢驶入引航道----新的船舶由引航道进入船厢----卧倒门关闭----船厢启动出水上行。

显然，下水式升船机不仅具备适应我国中西部河流下游引航道水位变幅大、变率快的特点，船厢对接准确可靠；而且省去了下闸首及其相应的附属设备，包括顶紧、密封机构等，同时运行过程的程序大大减少，即取消了对接顶紧密封机构运行、间隙充泄水、工作闸门启闭这些环节，从而缩短了船只过坝时间，增加了通过能力，提高了运行效率。

下水式升船机船厢出入水是升船机整个运行过程中的一个重要环节，船厢在此过程中受力状态复杂，钢丝绳拉力发生显著变化，在船厢底部辅板出、入水瞬间还会分别产生吸附力与拍击力等附加水动力荷载。因此需要对船厢出入水运行方式进行充分研究，以确保升船机安全可靠运行。

传统电力驱动式升船机船厢出入水特性已有相关方面的研究成果，水力式升船机作为一种全新的升船机型式，工作原理与传统电力驱动式升船机完全不同，见图1。通过缠绕在卷筒上的钢丝绳两端分别连接承船厢和安装在竖井中的平衡重，并通过输水系统向竖井)充水和泄水使平衡重在竖井内垂直升、降，同时带动承船厢降、升，输水系统充水时，充水阀门打开，泄水阀门关闭，泄水时相反。通过调节平衡重的入水深度以改变其浮力，利用浮力的变化，使承船厢侧与平衡重侧之间产生的不平衡力来驱动承船厢的升降运行。承船厢侧的荷载由平衡重平衡，运行中，若承船厢侧荷载发生变化，如承船厢出入水导致系统的平衡条件发生破坏时，能自动改变平衡重在竖井中的淹没水深达到新的平衡，使系统始终处于全平衡状态。

水力式升船机船厢出入水控制方式无法套用电力驱动式升船机的控制方式，两者的区别主要体现在以下两方面：

1)传统电力驱动式升船机与水力式升船机在船厢出入水过程中控制方式不同：电力驱动式升船机利用电机功率来控制船厢的运行速度，水力式升船机通过输水阀门开度控制流量从而控制船厢速度。