船闸与升船机设计：垂直升船机布置

4.2.2.1 分部建筑物布置

升船机分部建筑物及其设备的布置，是升船机总体布置基本的工作内容，主要根据承船厢的有效尺寸和初步拟定的分部结构的型式，布置确定上闸首、承船厢室、下闸首和上、下游导航墙建筑物的平面位置，各部位高程以及基本尺度。

（1）布置位置。升船机各分部建筑物的布置位置，主要根据对建筑物的功能要求，参照已建工程的经验确定。升船机的承船厢是布置工作的中心，在其两侧对称布置承船厢的承重结构，在承重结构的顶部布置机房，在承船厢的上、下两端，分别布置上、下闸首，上、下游导航墙分别紧接上、下闸首的上游和下闸进行布置。

（2）布置高程。升船机上、下闸首和上、下游导航墙的顶部高程，通常按上、下游通航高水位加超高确定，闸首的超高为1.5～2.0m，导航墙的顶部高程一般可比闸首顶部高程低0.5m；但上闸首的顶高程，应不低于坝顶高程；下闸首顶部高程，应满足下游防洪挡水的要求。

垂直升船机承重结构顶部高程，按上游通航高水位加通航净空确定。上部机房顶部高程，按机房内设备布置，考虑检修起吊要求后确定。承船厢室底部高程按下游最低通航水位和承船厢在水面以下结构高度加富余并考虑承船厢下锁定的布置和检修空间要求等确定。

斜面升船机斜坡道的坡度，主要根据线路所在部位的地形、升船机的型式、规模和斜架车是否设置平衡重等确定。轨道梁的间距，根据承船厢（或斜船架）的横向稳定确定。

引航道及闸首的底槛高程，可按照最低通航水位和最小通航水深的要求确定。

（3）基本尺寸。上、下闸首、承重结构、轨道梁和上、下游导航墙结构的基本尺寸，主要考虑设备布置、闸面运行管理和检修交通需要的情况后，根据工程的地质条件、基础处理的方式和结构的受力条件，通过简单的计算，按照结构稳定、强度和变形的要求确定。

4.2.2.2 金属结构布置

升船机的金属结构，主要包括承船厢及其平衡重，以及保证承船厢正常、安全运行所必须的各种附属设备和上、下闸首的闸门及其检修闸门等。

（1）承船厢结构及其设备。

1）承船厢。升船机的承船厢为一两端带有钢闸门的U形钢结构，由底铺板及其下的梁系和两侧的纵向主梁等组成，用多点悬挂钢丝绳与平衡重相连接，分置于承重结构的两侧，悬挂在承重结构顶部滑轮上，U形钢结构的两端为厢头闸门，通常为卧倒式或提升式平板钢闸门或下沉式弧形门。

2）平衡重系统。为节省承船厢的驱动功率，升船机一般设置平衡重系统。平衡重系统由平衡重组、钢丝绳、滑轮组、平衡链、锁定装置及导向装置等组成。全平衡式升船机平衡重组的总重与承船厢带水总重相等，通常由掺铁屑的混凝土块组成，由悬挂钢丝绳通过滑轮与承船厢连接。钢丝绳卷扬式升船机的平衡重组，又分为重力平衡重和转矩平衡重两种。重力平衡重由悬挂钢丝绳通过滑轮直接与承船厢连接；转矩平衡重与缠绕固定在提升主机的卷筒上钢丝绳的一端连接，卷筒上钢丝绳的另一端与承船厢连接，在钢丝绳与承船厢连接处，为平均提升钢丝绳之间的受力，设有液压平衡系统。承船厢的平衡重布置在承重结构内部，在承重结构上布置有导轨，并在其运行的最高和最低位置，分别布置有上、下锁定。为防止万一因钢丝绳断裂导致平衡重块下落，破坏平衡重与承船厢之间的平衡条件，以几块平衡重为一组，用钢制框架框在一起，使断绳平衡块的重量，可以通过框架，分摊给同组的其他平衡重的钢丝绳承担。为抵消在承船厢升降时，随两侧钢丝绳长度变化导致承重结构两侧产生不平衡力，由布置在承船厢和平衡重底部单位长度重量与单位长度钢丝绳相等的平衡链平衡。

3）密封框。在承船厢与上、下闸首对接时，为封堵承船厢与闸首之间的间隙，在承船厢两端布置有密封装置。该装置由U形密封框、液压油缸群和橡皮止水等组成。

4）充泄水装置。在承船厢两头底部布置有充、泄水装置，通常为一组可逆式水泵，可由承船厢向间隙内充水或将水由间隙抽回承船厢。该设备还可在承船厢内水深值小于或大于设计规定时，对厢内进行补水或向厢外排水。此外，为随水位变化调整工作闸门下面的叠梁，需在工作闸门和辅助闸门之间设置排水设施。

5）顶紧装置。为平衡在压紧密封框时产生反力，在间隙内充水后对承船厢产生的水压力，承船厢需设置顶紧装置。顶紧装置通常布置在承船厢两侧主纵梁外侧中部，由设在承船厢上的顶紧台车、楔形导块、液压油缸、复位弹簧、支架机构和设在承重结构上的承力结构组成，每侧两套，分别适应承船厢在上、下游满足承船厢与闸首对接时传力的需要。

6）锁定装置。为承船厢的安装、调整和检修需要，承船厢需在某些高程上进行锁定。对齿轮、齿条爬升式垂直升船机可直接利用螺母、螺杆安全锁定装置，将承船厢锁定在螺母柱上；对钢丝绳卷扬提升式垂直升船机，需布置承船厢的上、下锁定。上锁定由承船厢上的悬臂和承重结构的上双悬臂平台及可由简单机械将其移置于双悬臂平台上的锁定梁等组成。上锁定通常在承船厢两侧各布置两套，在承船厢提升至其悬臂梁通过双悬臂平台，且其下翼缘高于承重结构上的锁定梁上翼缘后，将锁定梁移至双平台上，待承船厢悬臂横梁回落搁在锁定横梁上，承船厢即被锁定。下锁定由在船厢室底板上对应于承船厢纵向主梁的多根等间距布置并由千斤顶顶升的锁定横梁组成，在承船厢下降至对应于下游最低水位的停靠位置后停机，由千斤顶顶升锁定横梁至与承船厢主纵梁下翼缘接触，并支垫牢固后，承船厢即被锁定。(www.xing528.com)

7）纵、横向导承。为防止在承船厢运行过程中，受风力、塔柱温度变形导致承船厢沿水平方向产生摆动，升船机需设置纵、横向导承。对钢丝绳卷扬式升船机，通常还布置为事故安全夹紧导承的装置。纵、横向导承，由承船厢上的弹性支承轮和承重结构上的导轨组成。对采用夹导轨的事故安全系统的升船机，承船厢导承的支承轮与夹轨装置，分上、下两层布置。横向导承和夹紧装置通常在承船厢两侧各布置两点。纵向导承通常只对应横向导承上游两个点导轨的上、下游布置支承轮。

8）防撞机构。由刚性防撞梁或防撞钢丝绳、顶升和缓冲液压油缸等组成，一般布置在厢头的闸门前，以防船舶驶进船厢时撞上闸门。

9）安全疏散设施。为万一承船厢在运行中途发生事故被锁定时及时疏散旅客，升船机需在承船厢两个侧舷的走道板中部设置疏散平台，与设置在塔柱不同高程上的疏散楼梯相对应，形成疏散通道。

（2）闸门。

1）上闸首工作闸门。通常在上闸首下游靠近船厢室的一端，布置一道平板工作闸门。在上、下游水位变幅较大的情况下，工作闸门通常采用在一扇大门上带一扇过船小门，在大门下设置一组叠梁的组合式结构。

2）上闸首辅助闸门。在工作闸门上游，布置一道由一扇平板门及其下面的叠梁相组成的辅助闸门。当上游水位在一根叠梁的高度范围内变动时，可直接通过工作大门以适应水位变化；当上游水位变化超过一根叠梁的高度时，需用辅助闸门挡水，在无水状况下增加或减少工作闸门下面的叠梁，通过调整工作大门以适应水位变化。但在这之前，首先应在工作闸门挡水的情况下，对辅助闸门下面的叠梁作相应的调整。但在发生意外时，辅助闸门的平板门，也可在流水情况下关闭切断水流，作为事故门使用。

3）下闸首工作门。通常在下闸首上游靠近船厢室的一端，布置一道平板工作闸门。在一般情况下，由于下游的水位变幅较小，下闸首工作闸门可采用在一扇大门上带一扇过船小门的结构。

4）下游检修门。下闸首工作闸门的下游，为对下游工作门进行检修，布置一道检修闸门。检修闸门通常采用提升式平板门。

4.2.2.3 机电设备布置

（1）承船厢提升及事故安全装置和闸门启闭机。承船厢的提升和事故安全系统是垂直升船机的主要机械设备。齿轮、齿条爬升式升船机，一般采用齿轮（星轮）与齿条（或齿梯，下同）组成的提升机构和螺母、螺杆组成的事故安全系统。升船机的爬升系统，分别在承船厢两侧各布置两组齿轮，在承重结构的对应位置布置齿条，通过齿轮沿齿条爬动，使承船厢上升或下降。升船机的事故安全系统有两种型式：一种分别在承船厢两侧各布置两组短螺杆，在承重结构的相应位置布置螺母柱，发生事故时，齿轮齿面上荷载达到设定值时齿轮停止转动，在螺母柱内空转的螺杆随之停止转动，螺杆坐落在螺母柱上，实现事故制动；另一种分别在承船厢两侧各布置两组螺母，在承重结构的相应位置布置两组螺杆柱，发生事故时，承船厢在螺杆上空转的螺母停止转动，螺母坐落在螺杆柱上，实现事故制动。为保证多台爬升和事故安全装置运行速度的同步，需在各台装置之间设置同步轴。

钢丝绳卷扬提升式垂直升船机的提升设备，布置在承重结构顶部，对应于转矩平衡滑轮位置布置卷扬机，通过卷扬机牵引提升钢丝绳使承船厢提升或下降。为减少设备的噪音和维护工作量，延长使用寿命，卷扬机通常采用闭式传动系统。每台卷扬机由电动机、工作制动器、双出轴低速重载减速器、卷筒组、安全制动器及测速器等附件组成。为保证多台卷扬机提升钢丝绳的速度同步，在各台卷扬机之间设置机械轴同步系统，为此，在卷扬机的低速重载减速器内，均设置中速输出轴，以便与同步轴组成矩形同步轴系统。提升机构设有干油泵站为卷筒的轴承、平衡重滑轮组的轴承及同步轴的轴承供应润滑油。卷扬提升式垂直升船机的事故安全系统，为一个多种保安措施的综合体。为防止发生船厢漏水事故，导致平衡状态产生破坏，在承重结构上需布置为承船厢补水的装置。为在发生意外时能及时将船厢制动，在卷扬机上设有安全制动器，制动器在升船机发生事故时，可逐级动态上闸制动，另在船厢上设置夹住导轨（或夹住钢丝绳）的装置。此装置由承载液压油缸、高强度及摩擦系数夹紧块和锁定机构支架等组成。此装置也可作为沿程锁定，为承船厢在进出船时提供垂直向的支承点，以防止承船厢发生纵倾，导致钢丝绳不均匀伸长或承船厢晃动和密封框漏水。

上、下闸首闸门的启闭机械，通常随同闸门的位置进行布置。上闸首工作大门、辅助平板门和这两种闸门下面的叠梁，可在闸首顶部布置排架，在排架上布置一台桥式的起重机进行操作。承船厢上的小门、下闸首工作大门和工作大门上的小门，通常需分别布置液压式启闭机和门架式启闭机进行操作。下游检修闸门，通常布置固定式或采用移动式启闭机进行操作。

（2）电气传动及自动控制。升船机的电气控制系统，通常布置在承重结构顶部的机房内，主要包括电气传动和自动控制两部分。升船机的主拖动系统，一般为一个多电机同轴传动、出力均衡速度自动调节的系统，也是一个4象限都能运行的可逆传动系统，在目前可供选择的方案，有比较成熟的直流传动系统和正在迅速发展的交流传动系统两种。升船机的设备和运转环节多、控制对象量大，一般采用分散控制、集中管理的集散型监控系统，以提高系统的可靠性。通常升船机整体运行的监控，为由下层可编程序控制器PLC和上层上位工控微机组成的分布式集散系统。

4.2.2.4 其他附属设备与设施布置

垂直升船机的其他设备与设施有两类：一类为垂直升船机特有的设备和设施。为防止升船机发生火警的消防设施，在升船机机房、控制室、承船厢或承重结构上设置的灭火装置；为在船厢升降过程中万一漏水时及时向船厢进行补水，以维持升船机的平衡条件，在承重结构上设置的补水装置；根据承重结构顶部设备的吊运、安装和检修需要，主机房内布置有必要的起吊设备。另一类为在一般通航建筑物上都有的包括闸面交通、安全监测、通信以及供电、照明、通风、采暖等设备和设施。由于这些设备和设施的布置，在一般通航建筑物工程中较为常见，且与一般通航建筑物布置近似，布置工作可参考本书大中型船闸设备布置的有关内容，也可根据具体情况参照有关已建工程的经验进行。