專利名稱：組線式全平衡垂直升船機(jī)及其通航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水運(yùn)工程和大壩通航領(lǐng)域，特別是一種組線式全平衡垂直升船機(jī)及其通航方法。
背景技術(shù)：
船閘和升船機(jī)是當(dāng)今世界上船舶克服航道上集中落差的最主要的兩種通航建筑物型式。與船閘借助于閘室內(nèi)水位變化升降船舶克服落差機(jī)理不同的是，升船機(jī)利用機(jī)械動力拖動承船廂作上升下降運(yùn)動克服落差，以達(dá)到通航目的。升船機(jī)是一項(xiàng)牽涉到水動力學(xué)、電氣、機(jī)械、結(jié)構(gòu)等多個領(lǐng)域的系統(tǒng)工程。升船機(jī)按承船廂運(yùn)行線路，分為垂直升船機(jī)和斜面升船機(jī)兩類；按船隊(duì)(舶)在承船廂中的支托方式，有濕運(yùn)和干運(yùn)兩種；按船廂是否下水，有下水式和不下水式兩種；按其對承船廂重量的平衡方式，有全平衡、部分平衡和非平衡三種；根據(jù)承船廂的驅(qū)動方式，有自爬式(帶螺桿螺母安全裝置的齒輪齒條爬升式)、卷揚(yáng)式(鋼絲繩卷揚(yáng)提升式)、浮筒式、水壓式和水力浮動式幾種類型。中國是世界上修建人工運(yùn)河通航建筑物最早的國家，在我國古代曾經(jīng)出現(xiàn)一種叫做“埭”(亦有叫“堰”、“堰埭”或“車船壩”)的通航設(shè)施，這是我國斜面式升船機(jī)的雛形；直至今日，在浙江杭州、寧波一帶，還有不少古老的堰埭存在著，并且仍然在航運(yùn)中起著一定的作用。我國現(xiàn)代升船機(jī)技術(shù)發(fā)展的真正歷史是從上個世紀(jì)50年代后期開始的。當(dāng)時主要圍繞三峽升船機(jī)的設(shè)計進(jìn)行研究，后來由于種種客觀原因，三峽升船機(jī)的研究工作處于停頓，開始轉(zhuǎn)入小型斜面升船機(jī)的研制工作。有代表性的是1965年在安徽省建成壽縣濕運(yùn)斜面升船機(jī)，這是我國第一座濕運(yùn)斜面升船機(jī)，也是我國第一座濕運(yùn)中間試驗(yàn)機(jī)。此后，小型斜面升船機(jī)在我國各地開始受到重視，創(chuàng)造出不少新的型式。近些年來，我國在大中型升船機(jī)方面的研制工作又有所進(jìn)展。八十年代，三峽工程重新提上了議事日程，對大中型升船機(jī)的科研工作順利開展。相繼建成了湖南五強(qiáng)溪升船機(jī)、廣西巖灘升船機(jī)、福建水口升船機(jī)， 清江上的隔河巖升船機(jī)也正在施工中。舉世矚目的三峽升船機(jī)正在設(shè)計和前期準(zhǔn)備中。最近考慮的還有大化、百色、龍灘、景洪、響家壩等升船機(jī)。國外升船機(jī)的發(fā)展史可追溯到很久以前。公元前600年，在古希臘，科林斯城堡的國王庇里安多斯曾在連接伯羅奔尼撒與希臘大陸的科林斯地峽建造過一條長600公里的滑道，沿斜坡拖船上岸并通過地峽，可視為國外斜面升船機(jī)的原始形式?，F(xiàn)代升船機(jī)最早于 1788年出現(xiàn)在英國的開特里冶金工廠引水渠上，為一雙排縱向斜面升船機(jī)。國外升船機(jī)應(yīng)用較多的是前蘇聯(lián)、德國、比利時、英國、法國等國家。第一座平衡重式垂直升船機(jī)1809年建于英國的塔得比格。建成的比利時斯特勒比——布拉克里雙線升船機(jī)將是國外最大的平衡重式垂直升船機(jī)。前蘇聯(lián)西伯利亞葉尼塞河上的克拉斯諾雅爾斯克升船機(jī)是當(dāng)今世界上最大的自行式斜面升船機(jī)，就其升降高度和過船噸位而言，它都是當(dāng)前世界上最大的；它還是國外唯一船廂下水的升船機(jī)。目前世界上最大的平衡重式縱向斜面升船機(jī)是比利時布魯塞爾——沙勒羅瓦運(yùn)河上的隆庫爾斜面升船機(jī)，它是世界上第二大斜面升船機(jī)。橫向斜面升船機(jī)中最大的一座是法國馬恩一一萊茵運(yùn)河上的阿爾茲維累升船機(jī)，建于1967年。此外，國外較為有名的升船機(jī)還有德國的亨利興堡、尼德芬諾、呂內(nèi)堡等升船機(jī)。與船閘相比，升船機(jī)具有自身的優(yōu)點(diǎn)(1)理論耗水量幾乎為零；(2)形式多樣； (3)能適應(yīng)較高的水頭；(4)船舶過壩速度快，當(dāng)水頭超過一定值時，其總操作時間要明顯小于船閘；(5)從一定的水頭高度起，工程投資較少；(6)船只在升降過程中處于漂浮狀態(tài)， 受力情況較船間室里正常，提升的重量也為一常量；(7)在沿海地區(qū)，能滿足“咸淡分家”。 通航建筑物的通航能力主要取決于通航速度和一次通航量，雖然在同等條件下，升船機(jī)的通航速度要快于船閘，但升船機(jī)的一次通航量要小于船閘，因此同等條件下的升船機(jī)的通航能力要小于船閘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種組線式全平衡垂直升船機(jī)及其通航方法。組線式全平衡垂直升船機(jī)包括平衡重系統(tǒng)、承船廂、滑輪組、懸吊系統(tǒng)、平衡鏈、塔柱結(jié)構(gòu)、渡槽、內(nèi)閘門、外閘門和廂門，兩個相鄰承船廂廂舷的上端通過懸吊系統(tǒng)跨過滑輪組相互連接，在組線式全平衡垂直升船機(jī)兩側(cè)的懸吊系統(tǒng)一端與平衡重系統(tǒng)的上端相連， 懸吊系統(tǒng)另一端跨過滑輪組與承船廂廂舷的上端相連，平衡重系統(tǒng)的下端通過平衡鏈與承船廂廂舷的下端相連，相鄰兩個承船廂廂舷的下端通過平衡鏈相連，在塔柱結(jié)構(gòu)的上端設(shè)有滑輪組，在承船廂的兩頂端安設(shè)廂門，在承船廂的上下游兩側(cè)安設(shè)渡槽，在渡槽的內(nèi)外兩端分別設(shè)有內(nèi)閘門和外閘門。所述的承船廂為多個，多個承船廂和平衡重系統(tǒng)通過懸吊系統(tǒng)跨過滑輪組相互連接形成一個耦合的聯(lián)動系統(tǒng)。所述的相鄰兩個承船廂的運(yùn)動方向相反。所述的塔柱結(jié)構(gòu)的數(shù)目比承船廂的數(shù)目多一個。組線式全平衡垂直升船機(jī)的通航方法是上行的承船廂運(yùn)行到上游控制位置時， 下行的承船廂運(yùn)行到下游控制位置，承船廂內(nèi)的水位與設(shè)計通航水位持平，這時承船廂與渡槽對接，打開渡槽的內(nèi)閘門和對接處的廂門，承船廂內(nèi)的船舶駛?cè)攵刹?，關(guān)閉內(nèi)閘門，對渡槽輸水，使得渡槽內(nèi)水位與外水位持平，打開外閘門，船舶駛出渡槽，候泊的船舶駛?cè)攵刹?，關(guān)閉外閘門，對渡槽輸水，使得渡槽內(nèi)水位與設(shè)計通航水位持平，打開內(nèi)閘門，船舶駛?cè)氤写瑤P(guān)閉渡槽的內(nèi)閘門和對接處的廂門，承船廂反方向運(yùn)行至控制位置，周而復(fù)始。本發(fā)明在保證通航速度和投資費(fèi)用相對節(jié)省的前提下，成倍地增加了升船機(jī)的一次通航量，使得升船機(jī)的通航能力大大提高，而且組線數(shù)量越多，其經(jīng)濟(jì)效益越顯著。本發(fā)明能有效地實(shí)現(xiàn)集中落差水道上的高效通航，具有結(jié)構(gòu)簡單、投資節(jié)省、操作方便、環(huán)境友好、不耗水、能適應(yīng)上下游水位變幅等優(yōu)點(diǎn)，在水運(yùn)工程中極具研究推廣價值。


圖1是中間塔柱采用單滑輪的組線式全平衡垂直升船機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是中間塔柱采用雙滑輪的組線式全平衡垂直升船機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是單線情況下渡槽與承船廂布置的平面示意圖。
圖4是單線情況下渡槽與承船廂布置的正面示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2、3、4所示，組線式全平衡垂直升船機(jī)包括平衡重系統(tǒng)1、承船廂2、滑輪組 3、懸吊系統(tǒng)4、平衡鏈5、塔柱結(jié)構(gòu)6、渡槽7、內(nèi)閘門8、外閘門9和廂門10，兩個相鄰承船廂 2廂舷的上端通過懸吊系統(tǒng)4跨過滑輪組3相互連接，在組線式全平衡垂直升船機(jī)兩側(cè)的懸吊系統(tǒng)4 一端與平衡重系統(tǒng)1的上端相連，懸吊系統(tǒng)4另一端跨過滑輪組3與承船廂2廂舷的上端相連，平衡重系統(tǒng)1的下端通過平衡鏈5與承船廂2廂舷的下端相連，相鄰兩個承船廂2廂舷的下端通過平衡鏈5相連，在塔柱結(jié)構(gòu)6的上端設(shè)有滑輪組3，在承船廂2的兩頂端安設(shè)廂門10，在承船廂2的上下游兩側(cè)安設(shè)渡槽7，在渡槽7的內(nèi)外兩端分別設(shè)有內(nèi)閘門8和外閘門9。所述的承船廂2為多個，多個承船廂2和平衡重系統(tǒng)1通過懸吊系統(tǒng)4跨過滑輪組3相互連接形成一個耦合的聯(lián)動系統(tǒng)。所述的相鄰兩個承船廂2的運(yùn)動方向相反。所述的塔柱結(jié)構(gòu)6的數(shù)目比承船廂2的數(shù)目多一個。組線式全平衡垂直升船機(jī)的通航方法是上行的承船廂2運(yùn)行到上游控制位置時，下行的承船廂2運(yùn)行到下游控制位置，承船廂2內(nèi)的水位與設(shè)計通航水位持平，這時承船廂2與渡槽7對接，打開渡槽7的內(nèi)閘門8和對接處的廂門10，承船廂2內(nèi)的船舶駛?cè)攵刹?，關(guān)閉內(nèi)閘門8，對渡槽7輸水，使得渡槽7內(nèi)水位與外水位持平，打開外閘門9，船舶駛出渡槽7，候泊的船舶駛?cè)攵刹?，關(guān)閉外閘門9，對渡槽7輸水，使得渡槽7內(nèi)水位與設(shè)計通航水位持平，打開內(nèi)閘門8，船舶駛?cè)氤写瑤?，關(guān)閉渡槽7的內(nèi)閘門8和對接處的廂門10， 承船廂2反方向運(yùn)行至控制位置，周而復(fù)始。本發(fā)明的渡槽可以與引航道結(jié)合起來，渡槽的輸水系統(tǒng)可以參照船間輸水系統(tǒng)類型進(jìn)行設(shè)計，在水位變幅不是太大的情況下，可以用水泵代替；當(dāng)中間塔柱較細(xì)時宜采用單滑輪形式，當(dāng)中間塔柱較粗時宜采用雙滑輪形式；本發(fā)明的承船廂為統(tǒng)一規(guī)格，全平衡設(shè)計與單體升船機(jī)相同；本發(fā)明的驅(qū)動方式宜采用卷揚(yáng)式或自爬式，承船廂內(nèi)的水位誤差可以通過驅(qū)動機(jī)構(gòu)吃緊克服，也可以通過承船廂自帶水泵調(diào)節(jié)，安全裝置可參照相應(yīng)驅(qū)動方式下的升船機(jī)常用安全裝置；本發(fā)明的承船廂不宜下水。
權(quán)利要求
1.一種組線式全平衡垂直升船機(jī)，其特征在于包括平衡重系統(tǒng)(1)、承船廂(2)、滑輪組(3)、懸吊系統(tǒng)(4)、平衡鏈(5)、塔柱結(jié)構(gòu)(6)、渡槽(7)、內(nèi)閘門(8)、外閘門(9)和廂門 (10)，兩 個相鄰承船廂(2)廂舷的上端通過懸吊系統(tǒng)(4)跨過滑輪組(3)相互連接，在組線式全平衡垂直升船機(jī)兩側(cè)的懸吊系統(tǒng)(4) 一端與平衡重系統(tǒng)(1)的上端相連，懸吊系統(tǒng)(4) 另一端跨過滑輪組(3)與承船廂(2)廂舷的上端相連，平衡重系統(tǒng)(1)的下端通過平衡鏈(5)與承船廂(2)廂舷的下端相連，相鄰兩個承船廂(2)廂舷的下端通過平衡鏈(5)相連， 在塔柱結(jié)構(gòu)(6)的上端設(shè)有滑輪組(3)，在承船廂(2)的兩頂端安設(shè)廂門(10)，在承船廂(2) 的上下游兩側(cè)安設(shè)渡槽(7 )，在渡槽(7 )的內(nèi)外兩端分別設(shè)有內(nèi)閘門(8 )和外閘門(9 )。
2.如權(quán)利要求1所述的一種組線式全平衡垂直升船機(jī)，其特征在于所述的承船廂(2) 為多個，多個承船廂(2)和平衡重系統(tǒng)(1)通過懸吊系統(tǒng)(4)跨過滑輪組(3)相互連接形成一個耦合的聯(lián)動系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種組線式全平衡垂直升船機(jī)，其特征在于所述的相鄰兩個承船廂(2)的運(yùn)動方向相反。
4.如權(quán)利要求1所述的一種組線式全平衡垂直升船機(jī)，其特征在于所述的塔柱結(jié)構(gòu)(6)的數(shù)目比承船廂(2)的數(shù)目多一個。
5.一種使用如權(quán)利要求1所述組線式全平衡垂直升船機(jī)的通航方法，其特征在于上行的承船廂(2)運(yùn)行到上游控制位置時，下行的承船廂(2)運(yùn)行到下游控制位置，承船廂(2) 內(nèi)的水位與設(shè)計通航水位持平，這時承船廂(2 )與渡槽(7 )對接，打開渡槽(7 )的內(nèi)閘門(8 ) 和對接處的廂門(10)，承船廂(2)內(nèi)的船舶駛?cè)攵刹?7)，關(guān)閉內(nèi)閘門(8)，對渡槽(7)輸水， 使得渡槽(7)內(nèi)水位與外水位持平，打開外閘門(9)，船舶駛出渡槽(7)，候泊的船舶駛?cè)攵刹?7)，關(guān)閉外閘門(9)，對渡槽(7)輸水，使得渡槽(7)內(nèi)水位與設(shè)計通航水位持平，打開內(nèi)閘門(8 )，船舶駛?cè)氤写瑤?2 )，關(guān)閉渡槽(7 )的內(nèi)閘門(8 )和對接處的廂門(10 )，承船廂 (2 )反方向運(yùn)行至控制位置，周而復(fù)始。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種組線式全平衡垂直升船機(jī)及其通航方法。兩個相鄰承船廂廂舷的上端通過懸吊系統(tǒng)跨過滑輪組相互連接，在組線式全平衡垂直升船機(jī)兩側(cè)的懸吊系統(tǒng)一端與平衡重系統(tǒng)的上端相連，懸吊系統(tǒng)另一端跨過滑輪組與承船廂廂舷的上端相連，平衡重系統(tǒng)的下端通過平衡鏈與承船廂廂舷的下端相連，相鄰兩個承船廂廂舷的下端通過平衡鏈相連，在塔柱結(jié)構(gòu)的上端設(shè)有滑輪組，在承船廂的兩頂端安設(shè)廂門，在承船廂的上下游兩側(cè)安設(shè)渡槽，在渡槽的內(nèi)外兩端分別設(shè)有內(nèi)閘門和外閘門。本發(fā)明能有效地實(shí)現(xiàn)集中落差水道上的高效通航，具有結(jié)構(gòu)簡單、投資節(jié)省、操作方便、環(huán)境友好、不耗水、能適應(yīng)上下游水位變幅等優(yōu)點(diǎn)，在水運(yùn)工程中極具研究推廣價值。
文檔編號E02C5/00GK102425147SQ201110417668
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者劉國良, 徐曉東, 曹曉萌, 顧正華 申請人:浙江大學(xué)