隔河岩垂直升船机设计

4.5.2.1 概述

隔河岩升船机，为湖北省清江隔河岩水利枢纽的主要建筑物之一，由两级全平衡钢丝绳卷扬提升式垂直升船机组成，通过300t 级船舶，总提升高度124m，其中第一级为42m，第二级为82m。升船机自上游至下游布置有上游引航道、第一级升船机、中间渠道、第二级升船机、下游引航道。第一级垂直升船机与挡水坝相连，有上、下闸首和船厢室段等建筑物，第二级垂直升船机有上、下闸首和船厢室段等建筑物。两级升船机之间的中间渠道由上段岩基上开挖后用混凝土衬砌渠道和下段钢筋混凝土结构渡槽两部分组成。

目前第一级升船机和中间渠道的开挖部分，已在2004年基本建成，中间渠道的通航渡槽和第二级升船机尚在建设中。

隔河岩升船机总体布置，见图4-44。

图4-44 隔河岩升船机总体布置图

4.5.2.2 第一级升船机土建结构

第一级升船机由上下闸首船厢室段及在升船机两端的导航、靠船建筑物组成，升船机的上闸首和承重结构合成整体，是枢纽挡水建筑物的组成部分，为整体式槽形结构，两者联合受力，既是枢纽的挡水建筑物，又是升船机的承重结构，总长63.5m，最大底宽34m。

上闸首部分的长度16m，航槽有效宽度10.2m，槛上最小水深2.0m。上闸首设工作闸门、检修闸门及闸门的启闭机、水位计井、闸门间的充、泄水管道和中间渠道补水管道等。

承重结构由长方形薄壁筒体组成，顶部布置升船机提升机构、电气装置及机房。每侧承重结构内设两组平衡重井，井内设平衡重导轨，机室中部和两端分别设船厢的顶紧和导轨等装置。

下闸首与中间渠道相连，长5m，航槽10.2m，闸槛最小水深2.0m，上面布置有工作闸门和检修闸门及相应的启闭设备。

4.5.2.3 通航渡槽

中间渠道下段的渡槽，为预应力钢筋混凝土结构，长200.0m，水深1.8m，两侧挡水墙高2.7m，墙上设橡胶防撞设施。渡槽分3 跨，两边跨度各50.0m，中间跨度100m。渡槽共设2个主墩，每个主墩又分出支墩，与厢梁刚性连接。主墩基础为混凝土灌注桩，直径2.0m。

4.5.2.4 第二级升船机土建结构

第二级升船机土建结构，由上、下闸首，承重结构及其上部机房，以及布置在升船机两端的导航、靠船等建筑物组成。上、下闸首，中间航槽的净宽为10.2m。上闸首与通航渡槽相连，下闸首与下引航道相连。在上、下闸首上，设有工作门、检修门和相应的启闭机及其机房。

承船厢室的承重结构长61.8m，宽37.6m，高106m。由6 个长方形薄壁筒体、承重厢梁、横向联系梁和筏型基础组成。上、下闸首和两侧承重筒体组成船厢升降的空间，长47.5m，宽15.6m。

布置在筒体顶部的纵向箱梁，分为内梁和外梁，与筒体顶部刚性连接，分别承受提升设备的荷载和上部机房荷载。在上游的边筒上设有一道横向厢形梁，作为渡槽的支座和布置上闸首。在下游边筒上部，也设有一条横向厢梁，在其上布置操作室、变流机房、控制室等。6 个筒体与纵、横厢梁刚性连接，构成整体性较好的空间结构。

升船机机房布置在纵向厢梁上，机房内布置平衡滑轮、卷扬提升设备及其检修吊车等。

4.5.2.5 承船厢

升船机承船厢的有效尺寸42m×10.2m×1.7m（长×宽×水深），为槽形钢结构。承船厢带水总重约1495t，其中，船厢及其附属设备重423t，厢内水体重951t。承船厢设有下沉式工作闸门及其启闭设备，防撞设备，密封机构、顶紧装置、夹紧装置、检修锁定装置、导向装置及充泄水系统、液压泵站等设备。

承船厢的厢头闸门，由布置在两侧的液压启闭机操作。防撞梁附设在闸门上，按承受500t船只以0.5m／s速度行驶的撞击力设计。

间隙密封机构由U形密封框架和液压推出机构组成，最大封水高度6m。框架前端设两道橡皮止水。框架推出和收回均由10套油缸及1 套连杆组成的机构操作。

顶紧机构共2套，布置在船厢中部两侧，采用楔形块自锁式，竖直布置的油缸驱动楔形块上下运行，楔形块推动顶紧块水平移动，从而消除顶紧块与轨道之间的间隙，楔形块的倾角小于自锁角，保证机构在水平载荷作用下可靠自锁。夹紧机构共4套，每套由2对油缸和导承架等组成，工作时油缸推出，使缸体端部的摩擦块与轨道压紧，通过静摩擦力将船厢竖向锁定。(www.xing528.com)

承船厢设有上、下检修锁定机构。上锁定机构共4套，采用伸缩梁式，布置在船厢主纵梁底部，承船厢需在上部锁定时，伸缩梁插入混凝土筒体顶部侧壁的锁定孔内；承船厢下锁定为设在承船厢室底板上的4个支墩。

承船厢设有4套纵向和2套横向导承装置，使承船厢平稳升降和传递横向风荷载至承重结构。

隔河岩升船机承船厢见图4-45。

图4-45 隔河岩升船机承船厢在提升过程中

4.5.2.6 平衡重系统

承船厢的平衡重系统，分为重力平衡系统和转距平衡系统两种。重力平衡系统总重1174t，由40根钢丝绳绕过设在机房内的滑轮后直接与船厢相连。转距平衡重系统总重326t，由16 根钢丝绳悬吊，并缠绕在卷筒上，相应地有16 根提升钢丝绳，一端通过液压均衡装置与船厢相连，另一端也缠绕在卷筒上，出绳方向与悬吊平衡重的钢丝绳相反。

重力平衡重块共8 组，每组5 块。每块平衡块由一根钢丝绳悬吊。钢丝绳直径56mm，总破断拉力大于2240kN，抗拉强度1770MPa。钢丝绳安全系数大于7.5。

第一级升船机提升高度相对较小，平衡重系统中没有设平衡链，钢丝绳的不平衡重量由主提升机承担。第二级升船机设有8根平衡链，分别悬吊在每个重力平衡重组和承船厢底部，其单位长度重量与钢丝绳单位长度重量相等，使系统在运行中始终保持平衡。

4.5.2.7 卷扬提升设备

卷扬提升设备布置在塔柱顶部的机房内，由4套卷扬提升机构组成，4 套卷扬提升机构之间由机械轴联结，构成封闭的机械同步系统。隔河岩两级升船机主提升机的型式有所不同，其中第一级升船机采用开式传动，即减速器与卷筒之间设有开式齿轮副，第二级升船机采用闭式传动，减速器与卷筒之间直接连接。

隔河岩升船机卷扬机房布置图见图4-46。

图4-46 隔河岩升船机卷扬机房布置

（1）第一级升船机。卷扬提升机构由直流电机、减速器、开式齿轮副及卷筒、制动器等组成。直流电动机功率4×55kW，卷筒直径3.5m。每只卷筒上缠绕4根提升绳和4根转矩平衡绳，每个卷筒由1 台电动机驱动。电动机经减速器和开式齿轮副两级减速，驱动卷筒旋转。4套提升机构减速器的次高速轴分别与锥齿轮箱连接，由锥齿轮箱、机械轴联成封闭环形同步系统。

在每台电动机与减速器之间各设1 套工作制动器，在每只卷筒上各设1 套安全制动器，制动器型式均采用液压盘式，由1 套液压泵站集中控制。

（2）第二级升船机。每套卷扬提升机构由1 台90kW 交流电动机、2 只直径3.5m的卷筒、1 台减速器、1 套工作制动器及2套安全制动器等组成。减速器的低速轴两端各与1 只卷筒直接连接，卷筒轴一端支承在轴承座上，另一端支承在减速器的箱体上。减速器的第二级高速轴上设有换向锥齿轮，换向后自减速器的端部输出，通过机械轴将4套卷样机构连接，构成封闭的机械同步系统。

工作制动器布置在电机与减速器高速轴之间，安全制动器布置在每只卷筒的端部。所有的制动器均由一套布置在机房中央的液压泵站控制。

图4-47 隔河岩第一级升船机鸟瞰图

图4-48 隔河岩第二级升船机鸟瞰图