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船闸与升船机设计-解析斯特勒比垂直升船机

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:斯特勒比升船机为双线一级钢丝绳卷扬提升式垂直升船机,总提升高度72.2~73.8m,承船厢有效尺寸112m×12m×3.75m,厢内水深变化为3.35~4.15m。比利时斯特勒比垂直升船机纵剖面,见图4-59。斯特勒比两线垂直升船机分别独立运行。

船闸与升船机设计-解析斯特勒比垂直升船机

4.5.8.1 概述

斯特勒比升船机位于比利时中央运河的蒙斯—拉卢维埃之间,是为了替代原有4座小吨位、低水头升船机而兴建的。斯特勒比升船机的设计是在总结隆库尔斜面升船机经验的基础上进行的。

斯特勒比升船机为双线一级钢丝绳卷扬提升式垂直升船机,总提升高度72.2~73.8m,承船厢有效尺寸112m×12m×3.75m,厢内水深变化为3.35~4.15m。近期可通过1350t自航驳船,将来可通过2000t自航驳船。

斯特勒比升船机承船厢运行速度为0.2m/s,承船厢提升或下降73.8m 的行程需要7min。从上游到下游船舶通过升船机需要的时间约40min。

斯特勒比升船机的主要特点是:

(1)该升船机不是全平衡升船机,由于船厢内水深变化为3.35~4.15m,平衡重按承船厢平均水深3.75m配置,并且未设平衡链,因此,升船机运行过程中最大不平衡重量约为-1187~+1287t。

(2)承船厢停靠时,需适应上、下游引航道±0.4m的水位变幅和船只进出船厢时的水面波动;承船厢运行时厢内的允许误差水深为±0.1m。

(3)采用多绳多机的提升系统,多级的制动系统,充分考虑其运行的安全性和可靠性

(4)两线垂直升船机并列布置,承重结构及基础结构对称。

升船机于1982年的工程概算投资约为70亿比利时法郎,2001年建成投入运行。

4.5.8.2 总体布置

升船机由上游引航道、通航渡槽及上闸首、船厢室段、下闸首和下游引航道等部分组成。上、下游引航道水面宽54.0m,为承船厢有效宽度的4.5 倍,水深4.0m。其中每线升船机各设一单行线钢结构渡槽与上游引航道联结,渡槽有效宽度12.0m。两线升船机中心线的间距40.3m,上、下闸首净距118.8m,每线承船厢的外形尺寸为118.6m×16.5m×8.8m。两线升船机的承重结构和基础为一个整体,基础为整体式筏基,承重结构为钢和钢筋混凝土混合结构,两线共用一座中央塔柱,两侧为钢结构构架,承船厢在塔柱和钢构架之间升降,顶部为高度近21.0m的钢结构机房。

承船厢和厢内水体总重7200~8400t,平衡重按承船厢设计水深3.75m进行配置,总重量7750t。每个承船厢由16 组平衡重平衡,布置在承船厢两侧。其中,8 组为重力平衡重,8组为转距平衡重,用钢丝绳与承船厢连接。平衡钢丝绳112 根,提升钢丝绳32 根,直径均为85mm。

承船厢用8 台卷扬设备驱动,每台卷扬设备由一台低速齿轮减速器驱动两只直径4.8m的卷筒,由机械轴组成的同步系统,将这些低速齿轮减速器与4 台高速齿轮减速器连接起来,每台高速齿轮减速器由一台电动机驱动。

比利时斯特勒比升船机总体布置,见图4-58。比利时斯特勒比垂直升船机纵剖面,见图4-59。

图4-58 比利时斯特勒比升船机总体布置示意图

图4-59 比利时斯特勒比垂直升船机纵剖面图

4.5.8.3 承重结构

两线升船机均建在粗沙层基础上,承重塔柱对称布置,基础为整体的钢筋混凝土刚性筏式基础,筏基的中部为钢筋混凝土中央塔楼,平面尺寸为131m×20.9m,高约92m,高宽比4.4,在塔楼中分别设有平衡重导轨交通和平衡重的维护平台、电梯楼梯和分别布置在塔楼上、下游端的上、下闸首启闭机房。中央塔楼的两侧各布置6 根钢柱,钢柱与筏基铰接,截面为1.88m×4.08m的矩形。机房位于升船机塔楼和钢柱的顶部,平面尺寸为130m×75m×20m,布置有提升卷扬机设备、电气设备等。(www.xing528.com)

斯特勒比两线垂直升船机分别独立运行。

4.5.8.4 承船厢及其设备

(1)承船厢。承船厢为槽型焊接钢结构。用两根高8m的箱型梁保证纵向钢度,箱型梁之间用工字型横梁连接,梁间距约为2.9m,作为加强底板的支架。因此,承船厢的纵向刚性很好,而横向则有较强的韧性。

承船厢有效尺寸为112m×12m×(3.35~4.15)m(长×宽×水深)。每个船厢可以承运一艘1350t级船舶(尺寸:80m×9.5m×2.5m),或是顶推船队的推轮和一艘驳船(尺寸:76.5m×11.4m×3m)。承船厢有4 个悬吊点,这4 个悬吊点是经过计算后选定的,可使应力减少到最小。

承船厢两端设提升式平板门,厢内设有护木和防撞梁,厢上分别设有导承装置、锁定装置和活动栏杆、系船柱等设备。

(2)密封机构。承船厢与闸首对接后,两闸门之间的间隙10cm。在闸首门上设置了密封机构和排水装置。密封机构是由油缸操纵的U形密封框,框上装有可压缩的橡皮止水,其膨胀压力为5Pa。在承船厢运行前,排水装置将间隙水排向集水槽,油缸将密封框收回。

(3)船厢门启闭。承船厢上未设厢门的启闭动力。上、下游厢门为提升式平板门,当与上下游闸首对接后承船厢与闸首上的闸门,均由设在闸首上方机室内的提升设备操作,在启闭闸首门时同时带动船厢门。

(4)锁定装置。锁定装置保证船厢停靠在上、下闸首时处于静止状态,避免船厢与闸首的止水失效,并保证船厢停航检修或长期停止工作时,可锁定在下游位置。锁定装置共有8 个,4 个布置在上游,另4 个布置在下游。锁定装置为液压装置,每个可产生3200kN推力,足以承受承船厢停靠时所出现的荷载。

(5)导承装置。承船厢在船厢长度的1/4和3/4 位置设有导承装置,包括T形导轨、具有3 个滚轮的弹性向导承台车、具有2个滚轮的纵向导承台车。

4.5.8.5 船厢平衡提升系统

承船厢和厢内水体由8组重力平衡重和8组转矩平衡重保持平衡。

每组重力平衡重由14根钢丝绳悬吊,钢丝绳的一端与平衡重块相连,另一端通过设于机房平面上的直径4.8m的平衡滑轮与承船厢相连。在每组重力平衡重块的中部设置一块转矩平衡重,由4根平衡重钢丝绳悬吊,钢丝绳的另一端缠绕并固定在驱动卷筒上;与之对应,与船厢相连的提升钢丝绳,另一端也缠绕在同一卷筒上,其缠绕与出绳方向相反,由此,在卷筒上形成平衡力矩

提升主机由8套提升机构组成,每套提升机构包括2 组平衡滑轮、2 个卷筒和制动器、1 个与卷筒相连的低速减速器,卷筒转速为0.796tr/min(电动机转速为1000tr/min,总减速比为1248∶1)。8套机构由4台电机通过4个高速减速器驱动,并由机械轴联成封闭的同步系统。

钢丝绳与承船厢之间设有液压系统,每根提升钢丝绳通过液压缸与船厢相连,使荷载在钢丝绳之间均衡分配。每个液压缸上装有一个防旋转装置,可阻止钢丝绳和液压装置的活塞发生旋转。

两线升船机直径为85mm钢丝绳的总长度为36.7km。其中,平衡钢丝绳2×112 根,每根长98m;提升钢丝绳2×32根,每根长116.2m。

4.5.8.6 电力拖动

升船机的主卷扬机由4个驱动单元(电动机—减速器—卷筒)和刚性联结的机械同步轴组成。每一个驱动单元由1 台550kW 交流异步电动机采用PWM 变频调速系统驱动,即每台拖动电动机分别由1 套PWM型变频器供电。主拖动系统在正常情况下由4台电动机投入运行,通过减速器—卷筒—钢丝绳牵引承船厢作升降运行。当其中1 台电动机或变频器发生故障时,余下3 套传动装置的各台电动机的负荷将重新分配,仍然可以使船厢安全地运行到指定位置。

升船机的监控系统由两层控制级构成,其主要监控对象是对承船厢和工作闸门的操纵和调节。

图4-60 比利时斯特勒比垂直升船机鸟瞰图

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