升船机资料汇编

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垂直升船机总体设计作者：佚名文章来源：不详点击数：268更新时间：2008-9-2316:45:18懿收藏此页1概况岩滩水电站1X250t级垂直升船机布置在电站枢纽的左岸，由上游引航道、挡水坝段、中间渠道、升船机本体段和下游引航道等建筑物以及机电设备等组成，航道中心线总长度905.8mo通航规模系根据红水河的航运情况经研究论证，报国家计划委员会批复，确定为前期按1X250t级升船机建设，为今后航运事业发展留有余地，上航道水下建筑物按通过500t驳船建设，下航道内预留1X500t级升船机建设位置。升船机设计年货运量为180万t,其中上航40万t,下航140万t,最大通航船舶吨位为250t铁驳。最大船舶型长37.0m,型宽9.0m,满载吃水1.27m,满载排水量330to货运量计算条件假定：(1)年航运天数325d；(2)每天通航时数22h；(3)来航量不均匀系数1.4；(4)船只装载利用系数0.85；(5)每天客轮过坝次数2次；(6)双向运行。通航条件为上游最高通航水位223.0m,上游最低通航水位212.0m,下游最高通航水位162.6m,下游最低通航水位154.5m。通航净空要求为最高通航水位以上8.3mo2升船机机型选择根据岩滩水电站水位落差大，河床窄，建筑物布置紧凑等客观条件，选用垂直提升式升船机作为通航过坝设备。目前国内外有代表性的垂直升船机有两种型式，一种是带大螺杆螺母安全装

1置的齿轮齿梯爬升式(简称齿轮齿梯式)；另一种是钢丝绳卷扬提升式(简称卷扬式)。两种型式的比较主要有以下特点：(1)齿轮齿梯式。作为安全装置的4个大螺母随齿轮作同步空转，与相应的4条大螺杆的螺纹保持均匀间隙，对设备的制造和安装的精度均有较高的要求，对塔柱的施工精度及其变形、位移的控制也有较高的要求。此较适合于中、低扬程的升船机。且不宜船厢入水运行。(2)齿轮齿梯式在国内尚无成功经验借鉴，其中有多项国外专利，因引进费用高，技术难度大，研制费用高。(3)卷扬式国内有类似的设备研制经验可借鉴，制造、安装、维护相对较简单。(4)卷扬式对土建的施工精度及其变形、位移均无特殊要求。岩滩升船机的最大扬程为68.5m,经对上述比较要点的论证分析后，选用卷扬式。岩滩水电站通航建筑物的特点是：下游通航水位变幅大，下游通航水位差8.1m,非通航水位差39.2m,水位变率大，实测最大达125mm/min,汛期泥沙含量大，实测最大为12.9kg/m3o对卷扬式垂直升船机的船厢是否入水运行，其主要比选要点有：(1)不入水运行：土建结构复杂、开挖量大、塔柱高、工程量及施工难度大。主机传动载荷小、主机重量小、所需电机功率小、调速设备简单。金属结构工程量大、操作频繁。通航运转环节多。淤沙难以处理。水位变率大易造成搁船事故。汛后复航时间长。(2)入水运行：土建结构简单、开挖量小、塔柱低、工程量及施工难度小。主机传动载荷大、主机重量大、所需电机功率大、调速设备较复杂。金属结构工程量小、操作少。运行环节少。停航时间少。淤沙易处理。不易造成搁船事故。经充分比较分析，选用船厢入水运行方式总投资少，比较适合岩滩水电站通航建筑物的特点。因此，岩滩升船机为卷扬式提升、船厢入水、非全平衡垂直升船机。3升船机建筑物设计升船机建筑物共分为上游引航道、挡水坝段、中间明渠、本体段、下游引航道等五个部分组成。(1)上游引航道位于坝轴线上游的库区内，全长275mo因口门区在库内，水面宽，故省去航道过渡段，只设调顺段、停泊段和导航段。停泊段设有混凝土重力式靠船墩，可停靠500t级一个船队，靠船墩顶端设有灯塔1座。导航段位

2于停泊段与大坝之间，采用浮式混凝土浮堤结构，共分两段，段间较接，每段长65m,型宽10m,型深2.8m,两侧用锚链固定，一端伸入坝体凹槽形竖向轨道内较接固定，可通过收放锚链使浮堤随水库水位变化。(2)挡水坝段为两个坝段，每段长均为16m,在两段中缝处留有净宽为12m的过船孔，上部设有T型钢筋混凝土公路桥。过船孔的孔口尺寸能满足远期500t级船舶通过。在过船孔上还设有挡水闸门1扇，门槽2套，当汛期停航或中间明渠检修时关闭闸门挡水。(3)中间通航渠道上游与挡水坝段连接，下游与升船机本体上闸首连接。渠道全长39.5m,净宽12m,为钢筋混凝土U型结构。最低通航水位时仍有3m水深，可满足远景500t船舶通航要求。在渠道右侧的224m高程平台上布置有大坝至主机房的公路交通桥，桥底尚布置有升船机配电房。(4)升船机本体部分包括上闸首、升船机主体段、下闸首等三部分。①上闸首是升船机本体的上游挡水建筑物，上接中间渠道，下接升船机主体。主要有工作闸门、排沙孔、过船防撞梁及其启闭设备等。工作闸门位于通航渠道的末端，兼有通航时挡水、与承船厢对接、上游通航水位变化时调整高度位置保持门上通航水深等作用。排沙孔位于距通航渠道末端7.45m,设潜孔式平面定轮钢闸门和固定卷扬式启闭机，用来排除渠道中的淤沙和必要时放空渠道中的水体。②升船机主体段位于上、下闸首之间，长45.3m,主要由船厢池、塔柱、主机房、中控室等组成，是升船机建筑物的主要部分。船厢池是由两侧挡墙和上闸首围成的三面围墙一面开敞的结构，下游侧与下闸首及下游引航道连通。池长49.3m,净宽16.5m,池底高程149.5m,即当下游最低通航水位154.5m时有5nl水深，满足通航时船厢与下游对接要求。此外，在船厢池两侧壁的151.1m高程处设有净宽为1m的平台供承船厢维修及设备组装用。塔柱下端由船厢池底板和挡墙支承，为槽型薄壁钢筋混凝土结构，高度95.6m,宽度7.75m,壁厚1m,左右侧各两个塔柱，每个塔柱设3个净宽为5.5m的平衡重井，左右塔柱之间在塔顶通过厚板梁连接，使其成为封闭式框架以增加整体刚度。在塔柱的内壁设有4条承船厢导轨和供主机检修时卸载用的船厢锁锭座。在每侧的塔柱之间设有楼梯供运行维护交通及事故发生时疏散人员用。在左侧塔柱还设有1台电梯。主机房设在塔柱顶部240.6m高程，两侧设钢筋混凝土立柱，立柱牛腿上有1X63

3t桥机轨道。房顶为钢桁架结构，机房左、右及下游侧设有宽1.5m的外走道，上游侧经公路桥与坝顶连通。中控室设在塔柱中间的主机房底部，从主机房有楼梯连通。中控室的上下游侧全部采用玻璃作隔墙，具有较好的视野；可直接观察到上游库区及中间渠道、下游口门区的船只航行情况。③下闸首是升船机本体部分检修时的下游挡水建筑物。上接升船机主体段，下接下游引航道，长13.8m,设有平面叠梁式检修闸门一扇。下闸首侧墙在一期混凝土浇筑时留有一缺口供船厢浮运进船厢池用，待船厢进池后再同二期混凝土封堵缺口。(5)下游引航道是升船机与下游连接的航道。上与下闸首连接，下与下游河道连接。全长486.8m,分导航段、调顺段和停泊段，引航道底宽由下闸首端的10.4m逐渐拓宽至28mo底部高程152m,可满足250t船舶通航。经水工模型试验测定，引航道口门区流速：平行航线流速1.45m/s,垂直航线流速0.22m/s,回流流速0.37m/s,均满足航运要求。引航道停泊段设有8个系船墩，间距15m,各墩在最低通航水位154.5m至墩顶167.5m高程之间各设1组间距为1.5m的系船钩。在引航道左侧195m高程设有1座灯塔。4升船机机械设备设计升船机机械设备有：主提升机（简称主机）、平衡重装置、承船厢导向装置、承船厢夹紧装置、承船厢顶紧装置、承船厢锁锭装置、液压平衡装置、防撞装置、顶紧密封装置、充泄水装置等十个部分。4.1主提升机主机安装在塔柱顶部240.6m高程的机房内，由4组卷扬机和4组静力平衡滑轮组组成，对称布置。每组卷扬机由1台直流电机驱动，通过齿式联轴器、带制动盘联轴器、双输出轴的高速减速器、齿式联轴器、传动轴将动力传给对称布置于高速减速器两侧的2台双输出轴低速减速器。每台低速减速器的末级齿轮两端输出轴通过鼓形滚柱联轴器各联1套卷筒装置，共16套卷筒，中心线距楼面2.1m,卷筒的外侧端面设有制动盘，每个制动盘上设3对液压盘式安全制动器。在电动机与高速减速器之间设1对盘式工作制动器。4组卷扬机的低速减速器输入轴之间通过齿式联轴器、带胀紧套的齿式联轴器、同步轴、换向锥齿轮箱连成一封闭的环形机械传动及同步系统。

4固定在每个卷筒上的3根钢丝绳分内外两侧出绳，其中2根内外侧共绳，另1根仅在内侧出绳。内侧出绳依次下连锥套、调节螺杆并与液压调平油缸的活塞杆相连，油缸下端与承船厢吊耳相连；外侧出绳依次下连锥形套、螺杆调整装置、平衡重。每组卷扬机中部设置1组4个滑轮，滑轮内侧出绳依次下连锥套、拉板、船厢吊耳；外侧出绳依次下连锥套、调整螺杆、平衡重。在调整螺杆头部设有防转板防止钢丝绳旋转。卷筒或滑轮组内侧钢丝绳下连船厢，外侧钢丝绳下连平衡重形成一平衡系统。主机设计的特点是：（1）提升力大。因系非全平衡和船厢入水运行，主机的额定提升力为4401kN,短时尖峰载荷下达7708kN；（2）提升系统双向受载。因船厢出、入水产生浮托力的增减，主机每一运行过程中主机的总载荷在4401kN至7708kN之间变化，存在力矩过零（换向）问题。主机布置的关键是减少低速减速器和大卷筒的制造难度。主要措施是减少或简化传动系统、减少作用于卷筒上的力矩。曾做过4台、8台、16台低速减速器和钢丝绳不同绳径的方案比选和优化，最终确定为8台低速减速器和相应的16套卷筒和①52mm的钢丝绳。主机主要技术参数见表1。表1岩滩水电站1X250t级垂直升船机主要技术特性表项目网单位网数值[td=2j项目网单位网数值最大提升总载荷/短时入水尖峰总载荷[td]kN[td]4401/7708口=1,4]高速减速器〈仟0型号[td][td]ZLY-560-10（1=10.029）平衡重总质量（力矩平衡重/静力平衡重）[td]t[td]1100（840/260）[td]输入轴转速（快行/慢行）[td]r/min[td]749/118.263吊点数（船厢侧/平衡重侧）[td]个[td]64/48[td]输出轴转速（快行/慢行）Td]r/min[td]74.713/11.797船厢升降速度（空气中/出入水）[td]m/s[td]0.19/0.03[td]台数[td]台[td]4船厢升降加速度（正常/事故）[td]m/s2[td]±0.01/-0.05[td=l⑵同步轴[td]最大传动扭矩[td]N.m[td]40000船厢最大升降行程[td]m[td]68.5[td]同步轴转速（快行/慢行）Itd]r/min[td）74.713/11.797年运行天数/天双向运行次数|td]d/次[td]325/313=1,4]低速减速器[td]额定输出扭矩/最大输出扭矩[tdlkN.m[td]2x55O/2x9OO正常行程升降时间（下降/上升）[td]min[td]7.755/7.847[td]输入轴转速（快行/慢行）[td[r/min[td]74.713/11.797卷筒[td]名义直径[td]mm[td]32OO[td）传动比[td][td]66,2292数量[td[个[td]16[td]台数[td]台Itd]8滑轮|td|名义直径[td]mm[td]3200[td=1,5]工作制动器

5[td]型号[td][td]lTX（SIMEINDUSTRIE）数量[td]个[td]16[td]座数㈣座[td]4钢丝绳[td]直径[td]mm[td]52[td]制动盘直径[td]mm[td]705型号[td][td]CASARTURBOPLAST8x26[td]额定制动力矩[td]NHd]制动磨擦系数[td][td]>0.4总根数=（卷筒长绳短绳）滑轮绳[td]根[td]64=（3216）16[td=l,5]安全制动器[td]型号|td）[td]SH18-2-2（SIMEINDUSTRIE）电动机[td]类型[td]/d]宜流DMA315M64V[td]座数/每座缸数[td]座/缸[td]48/2额定功率[td]kW[td]339[td]制动半径[td]mm[td]1800额定转速[td]r/min[td]750[td]制动力（动静态）[td]kN[td]225/200台数[td]台[td]4[td]制动摩擦系数[td][td]>0.44.2平衡重装置升船机平衡重装置共设有4组静力平衡重，总重量为26038组力矩平衡重，总重量为840t。平衡重为分块制作的钢筋混凝土结构及部分铸铁块，表面进行涂漆防渗处理，上部通过长螺杆与主机外侧出绳的钢丝绳连接。每组平衡重设有•套钢结构安全框，如发生断绳事故，平衡市落在安全框内的缓冲装置上，其看量分配到该组平衡甫的其余钢丝绳上，从而确保整个平衡系统的平衡。在安全框上还设有导向装置保持运行时平衡甫在平衡市井内垂直移动。4.3承船厢导向装置共设有4组，安装在船厢两侧，分横向导向和纵向导向。导向装置由支座、导轮、压力弹簧等组成，通过压力弹簧将导轮推出与塔柱两侧的导向柱轨面接触，保持承船厢在运行时上下垂直移动而不摆动。4.4承船厢夹紧装置承船厢夹紧装置共设有4组，位于承船厢两侧，分别与塔柱内侧的4条导向柱对应。每组夹紧装置由支座、液压油缸、夹头各一对组成。船厢与上闸首对接需要夹紧时，通过液压系统对油缸无杆腔进油，推出夹头与塔柱两侧的导向柱轨面接触并夹紧，确保承船厢不至因对接误差或船舶进出船厢时引起的水面消涨或塞高产生的垂直力的大小和分布的变化而发生上下移动或摆动。承船厢运行时需事先将夹紧装置松开，此时，对油缸有杆腔进油。每组夹紧装置油缸有杆腔连通，以免夹紧时导向柱承受水平力。根据可能发生的最大垂直力夹紧装置每组的夹紧力为1600kNo4.5承船厢顶紧装置承船厢顶紧装置位于船厢两侧相应于下游两个导向柱的上游侧，分别设两组每组2个顶紧装置。当承船厢被夹紧后，通过液压油源驱动油马达将顶紧装置推出顶紧，以便将船厢与上闸首对接时产生的水平力传给塔柱。4.6承船厢锁锭装置承船厢锁锭装置系为了主机和船厢本身的维修而设置。锁锭装置对称于船厢横向中心线布置在承船厢主纵梁腹板上，中心距为18.32m,采用斜撑式锁锭，锁锭装置的载荷按船厢自重（含设备重）考虑每套锁锭装置的设置载荷为1140kN。本升船机不设置事故锁锭装置，

6其原因是：因本升船机为船厢下水方式，具备足够的拖动力，一旦船厢失水，只需将其运行至上、下游停靠，船厢不会产生失控现象。4.2液压调平装置液压调平的作用是当承船厢在运行过程中因卷筒和钢丝绳的制作误差以及设备的安装误差积累造成承船厢发生倾斜时，通过调整,J钢丝绳连接的48套液压油缸活塞的位置来实现调平。液压调平装置由48套液压油缸、阀组、油源及液压油路等组成。48套液压油缸等分为4组，每组油缸的上、下腔分别通过管路连通。正常情况，活塞处于液压油缸的中位，当承船厢发生倾斜达到设定值时，中控室即将每组油缸的调整方向及调整量的指令发给液压调平控制系统执行操作，可通过静态或动态实现调平。液压调平装置同时还具有油缸、管路爆破失压自动闭锁功能和保压、节流等功能。液压系统的压力选定为16MPa,油缸工作压力为13MPa,油缸内径中200mm,活塞杆直径0100mm,有效行程±250mm。船厢上设4套油泵电动机组。该泵组还用来向船厢卧倒式闸门液压后闭机供油。4.3上闸首防撞装置防撞装置布置在上闸首通航卧倒闸门的上游，由箱形防撞梁、橡胶缓冲装置、导向滑轮、提升设备等组成。其作用是防止误操作致使船舶撞击上闸首卧倒闸门造成安全事故。防撞装置的升降由安装在闸苜侧墙启闭机房内的1台1x250kN固定卷扬式启闭机操作进行。处于工作状态时防撞装置上的缓冲装置在水面以上800mm高度，当船舶进出承船厢时，防撞装置沉入水下1800mm,以满足通航所需水深要求，防撞装置需要维修时可将其提升到224m高程平台。防撞装置按最大撞击力1524kN设计。4.4对接密封装置顶紧密封装置布置在上闸首工作闸门上段门叶下游面的U形凹槽内，由箱形断面结构的U形密封框、导向轮、伸缩式U型橡胶止水密封圈、液压油缸、伸缩弹簧、油源等组成。其作用是实现上闸首工作闸门与承船厢对接，使上闸首与承船厢内的水体连通，船舶能进出承船厢。当需要与承船厢对接密封时，对安装在密封框上的10套液压油缸充油，密封装置向外推出使U型橡胶止水密封圈与承船厢端面接触顶紧并使油缸保压即完成对接密封操作。退出对接时将油缸内腔油卸回油箱，密封框借助油缸和伸缩弹簧的推力退回凹槽。密封框推出行程为125mm。4.5充泄水装置充泄水装置的作用是当上闸首工作闸门与承船厢对接后，对其间隙进行充水使船厢卧倒闸门和上闸首卧倒闸门之间平压，开启卧倒闸门让船舶进出承船厢，或关闭卧倒闸门后泄掉其间隙中的水，让对接密封装置退出。充泄水装置由2台水泵、4套阀组和管路以及相应的机电设备等组成。该装置布置在上闸首工作闸首上段门叶内，一端管路的两个进(出)口固定在闸门腹板上并与上闸首水体连通，另一端管路的两个进(出)口采用软管固定在U形密封框上，充泄水的操作过程系通过启闭不同阀组来实现的。充泄水量均为9m3。4.6升船机双向运转程序(1)防撞梁进入工作状态；(2)船舶进入上闸首明渠；(3)承船厢行至与上游水位对齐：(4)夹紧装置夹紧、顶紧装置顶紧；(5)对接密封装置推出与承船厢对接；(6)充泄水装置对间隙充水；(7)上闸苜和承船厢上游端卧倒门打开；

7(8)防撞梁下沉、船舶进入船厢、系缆；(9)上闸首和承船厢上游端卧倒门关闭；(10)充泄水装置对间隙泄水；(11)对接密封装置收回；(12)顶紧装置松开、夹紧装置松开；(13)承船厢下行与下游水位对齐；(14)承船厢下游端卧倒门打开；(15)船舶解缆、驶出船厢；(16)船舶进入船厢，系缆；(17)关闭船厢下游端卧倒门；(18)承船厢行至与上游水位对齐；(19)夹紧装置夹紧、顶紧装置顶紧；(20)对接密封装置推出与承船厢对接；(21)充泄水装置对间隙充水；(22)上闸首和承船厢上游端卧倒门打开；(23)船舶解缆、驶出船厢。5升船机金属结构设计升船机金属结构包括挡洪检修闸门、上闸苜工作闸门及启闭机、冲沙闸门及启闭机、承船厢、卧倒闸门及启闭机、下游检修闸门及启闭机等组成。5.1挡洪检修闸门挡洪检修闸门布置在大坝的挡水坝段，位于通航明渠渠首。当通航明渠及上闸首上的水下建筑物及设备需要检修时，关闭本闸门创造检修条件。本闸门为钢结构平面叠梁式闸门，分为6节制造和吊运，利用坝顶2x2500kN门机通过自动抓梁操作闸门静水启闭。当汛期停航时，关闭该闸门挡洪渡汛。5.2上闸首工作闸门及启闭机上闸苜工作闸门布置在上闸首通航明渠末端，具有通航时挡通航明渠的水体、与承船厢对接、库水位变化时调整门槛高程保持通航水深等作用。工作闸门上设有卧倒闸门（过船用）、对接密封装置、充泄水装置等。为凹形下降式平面定轮钢闸门，分4节制造在现场焊接成整体。工作闸门的启闭设备为2x3000kN接力式液压启闭机，安装在224m高程平台的门槽顶部。启闭机通过圆环形拉杆与闸门吊耳较接，将闸门悬挂在门槽内。当库水位变化达到400mm

8时，启闭机启动操作闸门作每次行程为400mm的升降调整，以保持卧倒闸门凹形门槛水深满足通航要求。当闸门需要维护时，启动启闭机操作闸门下沉至门槽底槛检修平台上进行。在闸门上段门叶的凹口上设有一扇卧倒闸门，钱支在凹形门槛上，在凹槽两侧设有1台2x160kN液压式启闭机操作闸门启闭。平时闸门处于关闭状态，当承船厢与工作闸门对接密封，间隙充水平压后，开启本闸门使明渠水体与船厢内连通，航舶可进出船厢。在该闸门的上段门叶内还设有对接密封装置和充泄水装置。5.1承船厢承船厢是升船机的容船设备，为一凹槽型薄壁钢结构，两端各设有1扇卧倒式闸门，组成一有效容积为965m3的容船空间。承船厢上还布置有液压调平、顶紧、夹紧、锁锭、导向、系船等机械设备和配电、控制、检测、通讯、液压等机电设备。承船厢的外形尺寸、体形、结构型式系综合考虑了承船厢出入水运行的特点以及设备的安装维护要求、升船机运行要求等因素，对承船厢在运行中可能出现的各种工况及其载荷组合，利用空间有限元理论通过计算机对承船厢进行整体受力分析和结构优化后确定的。承船厢的有效水域为40mxl0.8mxl.8m±0.1m（长x宽x水深），外形尺寸为48.5mxl6.3mx4.4m（长x宽x高），自重465t（含设备重），载水重965t,总重量14301。在承船厢两侧的主纵梁中心线上分别设有10组吊耳，其中2组每组有4个吊耳孔，分别与船厢静力绳较接；有8组每组有3个吊耳孔通过液压调平油缸与船厢力矩绳较接。承船厢通过16根静力绳和48根力矩绳较接，将承船厢悬挂于塔柱内。启动主提升机通过钢丝绳带动承船厢上下运行实现船舶过坝通航。5.2卧倒闸门及启闭机在承船厢的两端各设有1扇卧倒闸门，与承船厢凹槽底部较接，在闸门两侧设置有1台2x160kN液压启闭机与闸门及支座较接，利用液压调平装置的油源操作闸门启闭。卧倒闸门上还设有缓冲式防撞装置，防止进厢船舶因误操作而发生事故。在承船厢的顶部两侧沿主纵梁长度方向分别设有宽为2.75m的平台作为机电设备安装和运行维护人员通道。当两端卧倒闸门关闭时，与门顶平台构成一环形通道。在承船厢顶部平台下层，还沿着主纵梁腹板的内或外侧设有检修通道，与顶上平台用楼梯连通。在承船厢两侧顶部平台上设有对外交通通道，一旦发生事故，船上人员可从通道疏散到塔柱两侧的楼梯上。此外，承船厢上还设有泄水、排沙、溢水等供检修、防过载用的安全设施。承船厢在距电站下游约2km的码头平台上制造，然后下水浮运经下游引航道进入船厢

9池就位安装。5.1上闸首冲沙闸门及启闭机上闸首冲沙闸门的作用是排除上闸首和通航明渠以及船厢池底部的淤沙。闸门孔口位于上闸首通航明渠的两侧侧墙上，出口位于船厢池底部的上游侧，共有2个孔口，设平面定轮钢闸门，每孔闸门由1台1x250kN固定卷扬式启闭机操作动水启闭。5.2下闸首闸门及启闭机下闸首闸门的作用是当船厢池需耍检修时用来挡下游水体，创造维修条件。闸门设在下闸首船厢池出口处，为平面滑动钢闸门，分6节制造，在现场用轴连成整体，平时将闸门锁锭在平台上，使闸门底缘距离下游最高通航水位8.3m,需要封孔挡水时通过1台2x800kN固定卷扬式启闭操作闸门启闭封孔挡水。6升船机电气设计6.1电气一次设计包括供电、电气照明、接地和防雷。升船机对供电质量和可靠性要求较高，为确保安全运行，配电系统采用双电源供电，分别引自厂内10kV配电系统的V段和VI段母线。升船机配电采用10kV、0.4kV两级电压供电，10kV母线分为两段，设联络开关，互为备用。主机为4台单机容量为339kW的直流电动机，当任一台电动机退出运行，其余3台应能完成提升操作，为了提高其可靠性，每台电动机均由独立的整流变供电，分别接在10kV配电系统的两段母线上。升船机其余负荷均为交流低压设备，分别由2台公用变供电，每台带一段母线，设联络开关自动切换互为备用。升船机最大扬程为68.5m,进入承船厢的动力电缆选用能承受较大外力的雨:型橡套电缆。电缆从主机房接出，垂直悬挂，下端设有电缆卷筒，随船厢升降而自动收放电缆。升船机为高层建筑物，为了提高光效，降低能耗，主机房采用大容量块板面混光灯照明，中控室采用嵌入式日光灯照明，配电房、塔柱楼梯采用白炽灯照明；下游引航道长达400多m,且汛期处于水下，采用高压钠投光灯照明；在上游引航道浮式导航堤上设高压钠灯照明。其余如上闸首、启闭机房、交通桥等部位采用庭院灯照明。所有室外照明灯均由升船机中控室统一控制。升船机公用变压器采用中性点直接接地系统。电气设备一律采用接零保护，所有电气设备金属壳均与电源中性线相连。所有升船机主体的建筑物均利用水工建筑物内的主钢筋作为自然接地体，并与大坝接地网连接。为防止强电磁对计算机的干扰，中控室的地板内敷设专

10用屏蔽网，且与接地网可靠连接。在承船厢子站上设有专用接地电缆与中控室接地网连接。在主机房、引航灯塔等高层建筑物的顶部，均设有避宙带或避宙针、6.1电气二次设计包括主机电气传动系统，监控、监护系统，交通指挥、通讯系统。(1)主机电气传动系统设计是根据主机的运行参数和对主驱动电动机调速的要求来选择电气主传动的方式和主系统的接线。主机参数要求如下：升降最大行程：68.5m；运行速度要求：①在空气中运行速度为0.19m/s；②船厢出入水及上游匀速段的运行速度为0.03m/s；③船厢升降正常加速度为±0.01m/s2；④船厢升降事故减速度为-0.05m/s2»系统最大不平衡载荷：①在空气中时为4401kN；②短时尖峰载荷为7708kN。系统总载荷是变化的不平衡系统。本机采用4台电动机驱动，当其中任一台电动机故障，其余3台电动机仍能使承船厢维持运行。根据以上特点，确定对主提升机驱动电动机的调速要求为：①调速比D=15；②在速度——转矩特性曲线的4个象限均能正常工作。且工况改变时能自动、连续地转移运行工况；③无级调速，平滑系数①-1,系统在阶跃信号作用下超调量小于或等于5%,速度图规定的斜坡信号作用下无超调量；④系统开环截止频率大于15Hz,相位裕度大于或等于60。；⑤转速静态误差小于2%；⑥调速方式为恒转矩方式。电气主传动方式有直流电机和交流电机可供选择。宜流电机的优点有：①调速范围广，容易实现零到全速范围内的调节；②调节平滑、稳定，容易实现无级调速和准确停靠，启动平稳；③效率较高；④有设计、运行、维护经验。但缺点是电机维护复杂。交流电机的优点有：电机简单、过载能力大而转动惯量小。缺点是：①变频设备复杂，制造、运行、维护缺乏经验：②交流变频调速难以克服转矩脉动现象；③拖动设备投资大。经综合比较、权衡利弊，还是选用直流电动机比较稳妥。电气传动系统采用他激直流电动机、固定激磁，具有可逆运转特性，实现4象限调速、简化控制、提高制动速度的目的。调速系统采用全数字式有准备逻辑无环流系统。因主提升机通过环型刚性同步轴强制同步，因此4台驱动电动机的机械特性的一致性误差要求较高，小于2%。为使4台机输出力矩平衡，电气传动系统采用1个速度外环带4个电流内环的接线方式。(2)监控、监护系统采用计算机为主常规为辅的方式。其主要功能是：按给定的运行方

11式控制运行，兼有运行状态显示、故障及事故报警、显示、记录，应急保护等。监控系统采用分层分布式的计算机监控系统，中央级设在中控室，共设2台上位机互为备用。单元级(子站)分为主提升机、承船厢、上闸首、下闸首等4个子站控制防撞梁、对接密封、充泄水、卧倒门、主机制动、主机润滑、顶紧、夹紧、液压泵站等现地设备。每一子站设有一套可编程控制器，可在中控室进行集中自动控制或现地控制。计算机监控系统中主控级与现地子站级通过高速串行数据总线互连，构成冗余的双重LAN局网。(3)交通指挥、监视、通信系统。交通指挥系统包括广播指挥和通航指挥。广播指挥为分别在浮式导航堤，上、下闸首，主机房等部位设置广播喇叭构成。通航指挥为在浮式导航堤、上下闸首、下游导航堤、承船厢等部位设置交通信号灯、中心灯、边界灯构成。监视系统共设置15套全天候、低照度、单头尾工业电视构成。其监视和集控设在中控室。通信系统利用水电站的数字程控交换机，在升船机本体的中控室、主机房、配电室等场所设置电话分机，实现升船机对内和对外通信。7设计体会及尚需探讨的问题(1)设计标准问题。随着我国水电事业的发展，解决高坝通航问题已成为水电建设需要解决而又未完全解决的突出问题，许多专家、学者为此奋斗了十几年甚至儿十年，做了大量的技术研究和技术开发工作，积累了一定的经验。卷扬平衡重式垂宜升船机是解决高坝通航问题的优选机型。目前国内在建和拟建的三峡、水口、隔河岩、高坝州、岩滩、大化等水电工程均采用这种机型。由于垂直升船机与通常的通航设备存在诸多特殊的不同之处，应有相应的标准作为设计依据。但目前国内高坝通航有关标准的制订工作严重滞后，给岩滩垂直升船机的设计、制造、安装工作带来相应的困难。（2）升船机的总体布置。从总体说，结构布置紧凑，基本满足运行要求，但设备安装、维护的空间偏小。如主机房净空尺寸偏小，没有设备安装间，造成设备的安装和维修困难；塔柱侧墙与承船厢之间的净空只有100mm,船厢主纵梁腹板与侧墙的净空也只有1050mm,一些设备的孔洞也偏小，如主机力矩绳与楼板孔洞净距不到50mm;主提升机的两侧出绳，一侧与承船厢连接，另一侧与平衡重连接而构成一（部分）平衡系统，存在不平衡力矩，致使主机传动系统存在内应力，因此造成主提升机维修时拆卸与安装困难。（3）静态调平与动态调平问题。由于主机采用卷扬式，因卷筒宜径和钢丝绳绳径误差在运行中会造成误差积累，从而引起承船厢倾斜或钢丝绳张力不均匀，因此需要通过液压调平系统进行调平。当承船厢四角检测点最高最低点高差达80mm时，调平系统在120s时间内

12完成静态调平，调平后其误差应小于20mm。其后，四角检测点最高最低点高差值每超过20mm即进行动态调平。根据岩滩升船机卷筒宜径及绳径实测最大误差分别为0.3mm（经成组选配后）和0.1mm（抽样），卷筒宜径为中3200mm,计算得全行程积累误差合计为17.48mm。现场调试运行实测误差值比计算值略大，但运行相当平稳。因此笔者认为，至少调平的初始四角检测点最高最低点高差值（20mm）可以适当放大；只要卷筒及绳径误差能控制在一定值，可以不需要动态调平，这样可以简化控制系统。（4）机械同步与电气同步问题。岩滩升船机主机采用机械同步与电气同步相结合，直流电动机和恒转矩调速方式。理论上这种方式的好处是可靠性高、平稳性好，但对电动机及其控制系统的性能要求高（电动机需进口），电动机容量增大，调度方式苛刻，造价高。因此采用交流电动机和恒功率混合调速方式应是值得探讨的。（5）承船厢下水运行方式问题。承船厢与下闸苜对接采用承船厢下水运行方式，主要因下游水位变幅大（下游通航水位差8.1m,非通航水位差39.2m）、水位变率大（实测达125mm/min）、汛期泥沙含量大（实测最大含沙量12.9kg/m3）等特殊条件而采用的方式。从土建方面比较，如果采用船厢不下水方式，则必须设置下闸首工作闸门、门槽和启闭机排架，加长下闸首的长度达10m,基础开挖深度增加5m；为了对下游引航道冲沙，冲沙廊道比不下水方案长约2M5m,且穿过薄壁结构的塔柱，使其结构复杂化；土建工程量大幅度增加。机电设备比较，不下水方案增加了下闸苜工作闸门及启闭设备、对接密封装置和充泄水装置，但主提升机为全平衡式，不平衡力矩减少，因而电动机容量减少，主机重量减少，控制系统简化。从运行方面比较，不下水方案增加了承船厢与下闸首工作闸门的对接时间和对接环节，因下游水位变率大，极易造成搁船事故，这是最难解决的。岩滩升船机在调试运行中曾发生过，因而增加了船厢出入水后的微调功能。因此，从岩滩升船机而言，采用船厢出入水运行方式是适宜的电气主传动方式有直流电机和交流电机可供选择。直流电机的优点有：①调速范围广，容易实现零到全速范围内的调节；②调节平滑、稳定，容易实现无级调速和准确停靠，启动平稳；③效率较高；④有设计、运行、维护经验。但缺点是电机维护复杂。交流电机的优点有：电机简单、过载能力大而转动惯量小。缺点是：①变频设备复杂，制造、运行、维护缺乏经验；②交流变频调速难以克服转矩脉动现象：③拖动设备投资大。经综合比较、权衡利弊，还是选用直流电动机比较稳妥。电气传动系统采用他激直流电动机、固定激磁，具有可逆运转特性，实现4象限调速、

13简化控制、提高制动速度的目的。调速系统采用全数字式有准备逻辑无环流系统。因主提升机通过环型刚性同步轴强制同步，因此4台驱动电动机的机械特性的一致性误差要求较高，小于2%。为使4台机输出力矩平衡，电气传动系统采用1个速度外环带4个电流内环的接线方式。(2)监控、监护系统采用计算机为主常规为辅的方式。其主要功能是：按给定的运行方式控制运行，兼有运行状态显示、故障及事故报警、显示、记录，应急保护等。监控系统采用分层分布式的计算机监控系统，中央级设在中控室，共设2台上位机互为备用。单元级(子站)分为主提升机、承船厢、上闸首、下闸首等4个子站控制防撞梁、对接密封、充泄水、卧倒门、主机制动、主机润滑、顶紧、夹紧、液压泵站等现地设备。每一子站设有一套可编程控制器，可在中控室进行集中自动控制或现地控制。计算机监控系统中主控级与现地子站级通过高速串行数据总线互连，构成冗余的双甫LAN局网。(3)交通指挥、监视、通信系统。交通指挥系统包括广播指挥和通航指挥。广播指挥为分别在浮式导航堤，上、下闸首，主机房等部位设置广播喇叭构成。通航指挥为在浮式导航堤、上下闸首、下游导航堤、承船厢等部位设置交通信号灯、中心灯、边界灯构成。监视系统共设置15套全天候、低照度、单头尾工业电视构成。其监视和集控设在中控室。通信系统利用水电站的数字程控交换机，在升船机本体的中控室、主机房、配电室等场所设置电话分机，实现升船机对内和对外通信。7设计体会及尚需探讨的问题(1)设计标准问题。随着我国水电事业的发展，解决高坝通航问题已成为水电建设需要解决而又未完全解决的突出问题，许多专家、学者为此奋斗了十几年甚至几十年，做了大量的技术研究和技术开发工作，积累了一定的经验。卷扬平衡垂式垂直升船机是解决高坝通航问题的优选机型。目前国内在建和拟建的三峡、水口、隔河岩、高坝州、岩滩、大化等水电工程均采用这种机型。由于垂直升船机与通常的通航设备存在诸多特殊的不同之处，应有相应的标准作为设计依据。但目前国内高坝通航有关标准的制订工作严重滞后，给岩滩垂直升船机的设计、制造、安装工作带来相应的困难。(2)升船机的总体布置。从总体说，结构布置紧凑，基本满足运行要求，但设备安装、维护的空间偏小。如主机房净空尺寸偏小，没有设备安装间，造成设备的安装和维修困难；塔柱侧墙与承船厢之间的净空只有100mm,船厢主纵梁腹板与侧墙的净空也只有1050mm,

14一些设备的孔洞也偏小，如主机力矩绳与楼板孔洞净距不到50mm;主提升机的两侧出绳，一侧与承船厢连接，另一侧与平衡重连接而构成一(部分)平衡系统，存在不平衡力矩，致使主机传动系统存在内应力，因此造成主提升机维修时拆卸与安装困难。(3)静态调平与动态调平问题。由于主机采用卷扬式，因卷筒直径和钢丝绳绳径误差在运行中会造成误差积累，从而引起承船厢倾斜或钢丝绳张力不均匀，因此需要通过液压调平系统进行调平。当承船厢四角检测点最高最低点高差达80mm时，调平系统在120s时间内完成静态调平，调平后其误差应小于20mm。其后，四角检测点最高最低点高差值每超过20mm即进行动态调平。根据岩滩升船机卷筒直径及绳径实测最大误差分别为0.3mm(经成组选配后)和0.1mm(抽样)，卷筒直径为①3200mm,计算得全行程积累误差合计为17.48mm。现场调试运行实测误差值比计算值略大，但运行相当平稳。因此笔者认为，至少调平的初始四角检测点最高最低点高差值(20mm)可以适当放大；只要卷筒及绳径误差能控制在一定值，可以不需要动态调平，这样可以简化控制系统。(4)机械同步与电气同步问题。岩滩升船机主机采用机械同步与电气同步相结合，直流电动机和恒转矩调速方式。理论上这种方式的好处是可靠性高、平稳性好，但对电动机及其控制系统的性能要求高（电动机需进口），电动机容量增大，调度方式苛刻，造价高。因此采用交流电动机和恒功率混合调速方式应是值得探讨的。（5）承船厢下水运行方式问题。承船厢与下闸首对接采用承船厢下水运行方式，主要因下游水位变幅大（下游通航水位差8.1m,非通航水位差39.2m）、水位变率大（实测达125mm/min）、汛期泥沙含量大（实测最大含沙量12.9kg/m3）等特殊条件而采用的方式。从土建方面比较，如果采用船厢不下水方式，则必须设置下闸首工作闸门、门槽和启闭机排架，加长下闸首的长度达10m,基础开挖深度增加5m；为了对下游引航道冲沙，冲沙廊道比不下水方案长约2X5m,且穿过薄壁结构的塔柱，使其结构复杂化；土建工程量大幅度增加。机电设备比较，不下水方案增加了下闸首工作闸门及启闭设备、对接密封装置和充泄水装置，但主提升机为全平衡式，不平衡力矩减少，因而电动机容量减少，主机重量减少，控制系统简化。从运行方面比较，不下水方案增加了承船厢与下闸首工作闸门的对接时间和对接环节，因下游水位变率大，极易造成搁船事故，这是最难解决的。岩滩升船机在调试运行中曾发生过，因而增加了船厢出入水后的微调功能。因此，从岩滩升船机而言，采用船厢出入水运行方式是适宜的。

15上一页[1]R][3]1下游引航道水位变率水利水电工程兴建升船机的难点之一是电站下游水位变率大引起升船机下游引航道水位变率大，致使承船厢与下闸首（不下水型式升船机）或下游（下水型式升船机）对接时难以控制厢内水深，造成厢内水深超深或欠深，直接影响升船机正常安全运行。电站的下游水位取决于下泄流量、下游相邻电站库水位及两电站间河道距离、河道截面与河流坡降等诸因素，但短时间（对接时间）下游水位的变幅，由于下游相邻电站库水位变化缓慢及其它因素变化很小，则主要取决于下泄流量变化。下泄流量由泄洪流量与发电流量组成，泄洪流量变化是根据电站水库调度需要通过闸门开度变化实现的，而闸门开度变化可由电厂事先“通知”升船机中控室，此后一段时间升船机应停止运行。而发电流量变化取决于电力系统调峰需要，升船机设计能适应发电流量变化引起下游水位变率，否则，也可避开下游水位变率大的时段使升船机停止运行。下游引航道水位随着下游水位的涨落而滞后涨落，两者水位变率有一确定关系。岩滩升船机下游引航道水位变率部分实测资料表明：在未泄洪条件下，(10〜15)min时段，水位变幅为±(50〜80)cm；在未泄洪条件下，也测出在8min时段，水位变幅达TOOcm(正值表示水位上涨，负值表示水位消落)。双向运行，通过1艘设计船舶，承船厢与下闸首或下游对接时间分别约为14min与10min；双向运行，通过4艘小型船舶(小于设计船舶)，承船厢与下闸首或下游对接时间分别约为20min与16min。2下水与微调承船厢与下闸首或下游对接时如何适应下游引航道水位变化，使厢内水深控制在设计水深范围内，两种型式升船机采取方法不一样，不下水型式升船机采取的方法是增大厢内水深允差和调整下闸首工作闸门的位置。下水型式升船机采用的方法是下水与船厢高度位置微调。岩滩升船机承船厢厢内额定水深1.8m,允差±0.1m,其采取的微调方式：(1)A类微调。承船厢与下游对接，卧倒门开启，船舶进出厢，当厢内水深达到2.0m或1.6m时，应对承船厢进行上升或下降微调；(2)B类微调。关闭卧倒门前，当厢内水深大于1.9m或小于1.7m时，应对

16承船厢进行上升或下降微调。不论进行A类或B类微调，微调后厢内水深均应控制在L8m±5cm；如需要，A类微调可进行多次，每次升降行程均为20cm,B类微调只进行1次，升降行程均为不定值，不论A类或B类微调，均由PLC控制自动进行。微调速度为(5〜8.3)X10-3m/s,微调加速度±0.01m/s2。当下游引航道水位变率达±(10〜12)cm/min,通过微调，可使厢内水深控制在1.8cm±5cm。3夹紧装置与顶紧装置承船厢设置夹紧装置目的是当承船厢与上闸首、下闸首或下游对接过程使其不产生宏观位移，从而减少密封框止水橡胶磨损及船舶进出厢时承船厢振动。对于船厢下水型式升船机，由于承船厢与下游对接不设密封框，也就没有密封框止水橡胶，更谈不上磨损；承船厢在水中与下游对接，每根悬挂钢丝承受拉力约14kN,其伸长量约14mm,当船舶进出厢时，承船厢振幅小，频率低，故承船厢与下游对接时，夹紧装置可处于松开状态而不动作。承船厢设置顶紧装置目的是传递承船厢与上闸首、下闸首或下游对接过程产生的水平力。对于船厢下水型式升船机，承船厢与下游对接过程所受水平力为零或很小，事故工况下，船舶进厢撞击上游端卧倒门时，其撞击能量转化为承船厢向上游方向移动过程中克服水体阻力所作的功和承船厢上游端面与船厢池内壁之间水体压力能，不会危及承船厢结构与设备安全。因此，承船厢与下游对接时顶紧装置可处于退回状态而不动作。4对接过程可靠性分析现以执行元件数量和总动作次数（等于执行元件数量与每个执行元件动作次数乘积）两项指标粗浅分析承船厢与下闸首或下游对接过程可靠性。船厢下水型式升船机承船厢与下游对接过程，经分析，夹紧装置与顶紧装置均可不投入，只需启闭承船厢下端卧倒门，对接过程执行元件数量为2件，总动作次数为4次。船厢不下水型式升船机承船厢与下闸首对接过程，需进行夹紧装置夹紧与松开、顶紧装置顶紧与退回、密封框推出与收回、间隙的充水与泄水、承船厢下游端卧倒门及下闸首工作闸门上卧倒门的启闭，对接过程执行元件数量为36件，总动作次数为72次（数量与次数根据岩滩升船机承船厢与上闸首对接过程确定）。由以上分析可知，两者对接过程执行元件数量与总动作次数差别是相当大

17的，两者对比，后者对接过程某一执行元件失效或动作过程出现故障的概率大得多，因此，很显然，前者对后者而言对接过程可靠性高得多。承船厢与下闸首或下游对接过程的可靠性是至关重要的，一旦某一执行元件失效或某一动作出现故障，此时出现大的水位变率会产生严重后果。5主机维修条件对于下水型式升船机，除了零力矩这点外，承船厢不论处于任何位置，卷筒上均有一载荷力矩，而相应于零力矩处的承船厢位置是难以确定的，因此，当升船机投入运行后需对同步轴系统和同步轴系统至低速减速器输出轴（两者合称低速传动系统）的零部件进行维修时需释放其内应力，但由于卷筒力矩存在，难以将其应力释放至较小数值（至该数值可用专用工具进行拆装），这样就难以拆卸低速传动系统零部件，因此，较好方式是将承船厢与平衡重均卸载。另外，卷筒组件和滑轮组件的零部件需维修或更换，也需将承船厢与平衡重卸载。而船厢下水型式升船机较易做到对承船厢与平衡重卸载。对于船厢不下水升船机，实际上卷筒上也有一载荷力矩，有可能藉专用工具拆装低速传动系统零部件，但卷筒组件和滑轮组件的零部件需维修或更换，仍需将承船厢与平衡重卸载，而船厢不下水型式升船机，对承船厢与平衡重卸载是较难的。6承船厢漏水通常，承船厢漏水只可能出现在上、下游端卧倒门止水密封处，其原因，一是有木片等杂物卡住，二是止水橡胶局部损坏，少量漏水有很大隐蔽性，承船厢上工作人员难易察觉，厢内水位计短时间也难于反映，岩滩升船机调试过程也出现过未及时发现的漏水现象，厢内水深在24h下降20cm。船厢不下水型式升船机，在长时间停航状态下（封航期，春节、国庆假期及升船机检修期等），如承船厢少量漏水，随着时间推移，失水量加大，到一定程度承船厢与平衡重组成系统会失去平衡产生严重后果。船厢下水型式升船机，即使承船厢厢内水漏空，承船厢与平衡重组成系统也不会失去平衡。

18从力平衡角度分析，船厢不下水升船机有着潜在不安全因素，而船厢下水升船机则是安全的。7两种型式升船机比选与适用范围综合上述观点可归纳为：(1)船厢不下水型式升船机采用增大厢内水深允差方式适应下游水位变率，如出现适应不了的大水位变率，只能采用避开方式，而避开方式是一种停止升船机运行的消极方式，如1d内出现(5〜6)次甚至更多次适应不了的水位变率，既影响过坝货运量，又降低升船机使用性能；如承船厢下降过程或对接过程出现适应不了的水位变率，需中断自动控制过程并进行人工干预，增加操作人员心理压力。船厢下水型式升船机主要通过微调适应大变率水位，即使出现±(10〜12)cm/min水位变率，通过微调也能适应，微调按设定程序自动进行。显然，这两者技术水准是不一样的。(2)船厢下水型式升船机较易使承船厢与平衡重卸载，进行主机零部件维修，不下水型式升船机较难使承船厢与平衡重卸载，进行主机零部件维修。(3)船厢下水型式升船机与不下水型式升船机相比，其对接过程可靠性高。(4)长期停航状态下，不下水型式升船机承船厢少量漏水潜在着不安全因素,而下水型式升船机，即使厢内水漏空仍是安全的。此外，考虑到：(5)为适应下游水位变化，船厢不下水型式升船机口闸首工作闸门需经常在高压状态下调整位置，致使止水材料磨损严重。(6)与船厢下水型式升船机相比为保证厢内最小通航水深，不下水型式升船机厢内额定水深应增大，从而引起承船厢卧倒门承受水压力加大与启闭机容量增大，承船厢结构承受内水压力增大及平衡重质量增大，相应工程量增大与投资增加。(7)船厢下水型式升船机主机零部件传递力矩(或扭矩)大，使得主机工程量与投资增大，主驱动电动机容量大，使得运行时电费增加。(8)船厢下水型式升船机承船厢出入水过程平稳，出入水过程厢内水面波动极小，岩滩升船机原型测试成果表明，出入水过程，厢内水面有的测点波高为零，测点最大波高小于20mrrio鉴于上述分析，本人认为选择升船机型式主要原则是：应能适应出现大变率下游水位，下游对接过程可靠性高，能较易为主机维修创造条件，这几点是最主要的，而经济比较应退居第二位。

19因此，通航船舶为300t级或300t级以下，首选下水型式升船机是合适的。通航船舶为500t级或500t级以上，由于目前国内减速器专业厂尚不具备制造低速减速器条件，而下水与不下水两种型式升船机投资差别也增大，故选择不下水型式升船机是合适的。岩滩水电站垂直升船机系统仿真与LED显示屏作者：佚名文章来源：不详点击数：3更新时间：2008-9-2411:26:53收藏此页岩滩水电站垂直升船机系统仿真与LED显示屏赵和炳，林垂和中国航天工业总公司210研究所，陕西西安710065在岩滩水电站1X250t垂直升船机计算机监控系统的中央控制室内，配置了一套2260mmX4000mm的升船机运行模拟屏，其作用主要是直观而清晰地反映升船机的运行全过程，它既可实时显示升船机的运行状态,也可以在模拟屏工作站或操作员工作站运行升船机仿真程序时模拟升船机的运行全过程。1系统配置与功能1.1系统配置在中央控制室内，操作员工作站、工程师站与模拟屏工作站都挂在以太网上，以实现操作员工作站、工程师站与模拟屏工作站的通讯，在操作员工作站、工程师站上配置了WindowsNT3.51操作系统。在模拟屏工作站配置DOS6.22操作系统，利用WindowsNT的“网络客户系统管理员”功能，可以在基于DOS操作系统的工控机上安装和使用MicrosoftNetworkClient3.0forMS-DOS,工控机就可以使用网上的资源。在操作员工作站和工程师站配有功能强大的人机接口软件Intouch,在模拟屏工作站，模拟屏显示程序用C"语言编程，系统结构合理、运行可靠，维护方便。网络系统的配置见图lo

20图1网络系统配置图模拟屏工作站的工作过程是：在升船机实时运行期间，船舶与船厢的位置信号及水位信号（模拟量）以及有关设备的状态信号（开关量）由操作员站（或工程师站）采集并通过以太网传送到模拟屏工作站，模拟屏工作站应用程序（用BorlandC"编制）读入有关的位置信息和状态信息，从而控制动画的显示和动作。在作模拟仿真运行时，可以在模拟屏工作站运行用C"语言编写的升船机运行仿真程序或在操作员工作站（或工程师站）运行用美国Wonderware公司的人机接口软件Intouch编制的升船机仿真程序，同样能获得相当满意的动画显示效果。1.2系统功能整个模拟屏分成动态显示屏和马赛克显示屏两大部分，而动态显示屏部分又分为动画显示和文字显示两部分，动画显示部分主要显示升船机的运行状态（如上、下游船只进、出船厢的过程以及船厢上升与下降的过程;上游防撞梁升、降状态，工作大门开、关状态，间隙水充、泄水状态等）。文字条屏显示部分能适时显示升船机运行的有关参数（如上、下游水位，船厢内水深，船厢位置，船厢入水深度等）及天气预报、日期和航班等动态信息。而马赛克显示屏主要显示上、下游航道及船厢上交通指挥灯的状态，以及主提升机房内各电机、制动器、润滑油泵站等设备的工作状态等信息。2模拟屏工作站和LED显示屏下面我们对模拟屏工作站及LED显示屏系统做一简单介绍。2.1模拟屏工作站模拟屏工作站主要由以下硬件和软件组成：（1）硬件配置：①586工业控制机；②内存16MB：③硬盘1GB；④35.6cm(14英寸)彩显。(2)软件配置:①DOS6.22操作系统；②AnimatorPro动画制作软件；③BorlandC3.1编程语言。586工控机主要用来完成动画制作与显示控制；接收操作员工作站或工程师站发送的实时运行信息；并通过通讯卡实现对显示屏主控板的通讯，全部功能由「语言程序实施与完成。2.2LED显示屏

21LED显示屏是用于显示文字、图形、图象、动画等各种信息以及电视、录像信号并由LED器件阵列组成的屏幕，LED显示屏按其使用环境分为室内和室外两种，按其显示颜色可分为单基色LED显示屏，双基色LED显示屏和全彩色LED显示屏，按其功能分有纯文本LED显示屏，图文LED显示屏，计算机视频LED显示屏，电视视频LED显示屏等。我们使用的是计算机视频LED显示屏。3计算机视频LED显示屏2.1硬件组成框图硬件组成见图2o图2硬件组成框图2.2各部分概述2.2.1计算机控制部分通过显示卡上的特征接口，将带灰度等级的显示数据及VGA时钟信号、行同步信号、场同步信号送至通讯卡上。显示卡与通讯卡之间用26针信号线连接，通讯卡将得到的显示数据通过调色板变换，转换为红、绿各4位信号，为了适应远距离传输，用3487将上述的4位数据信号以及控制信号变成双极性信号输出。2.2.2主控板部分(1)同步板：同步板主要是产生帧存板存储数据所需的地址及产生帧存板交替工作所需的时序控制，同时将数据信号经245驱动送至帧存板。(2)帧存板：将同步板送来的数据(8位)按行逐点存入帧存板的存储器里，存储器使用32KB的静态RAM,

22帧存板采用乒乓工作方式，在存入数据的同时，另一帧存板同时将数据从RAM里读出至扫描板。(3)扫描板：产生从帧存板读数据所需的地址和驱动模块所需的各种控制信号(移位TXD,锁存LATCH,计数CROW,清零CLR)并将所得的数据信号，通过编码由3487送出至接口板。2.2.3显示部分(1)接口板:将扫描板3487发出的控制信号及数据信号由3486接收并将其分成四行再由3487发出至驱动板。(2)扫描板：采用74HC595移位寄存器和ULN2803作为列选，用LS163和74LS154作为行选来实现驱动点阵发光二极管扫描发光。3.果及建议由于计算机视频LED显示屏的动画显示与计算机显示器相对应区域显示一致，也就是说计算机视频LED显示屏是放大的计算机显示器，它显示的动画、图形及文字，显得壮观而清晰，便于远距离观看，深受操作员欢迎。自从该系统在现场安装调试以来，已接待多批上级领导和兄弟单位来宾的参观，一致认为用计算机视频LED显示屏显示升船机运行动画效果较好。由于室内LED显示屏的LED单点直径较小，一般为3mm或3.75mm,在目前的技术条件下实现全色(红、绿、蓝)的成本较高，一般用双色(红、绿)，而用双色的效果比其计算机彩色显示器的效果要差。目前，LED显示屏的LED单点直径较大的(如：19mm、22mm及26mm)实现全色比较容易，成本也较低。显示动画、图形颜色效果极佳。因此，我们建议三峡的室外LED显示屏采用直径较大的全色LED显示屏效果较好。并建议采用电视视频LED显示屏，它除了具有动画、文字显示灰度功能外，还可以放映电视、录像等功能。

23岩滩升船机主机结构布置及其特点岩滩升船机主机结构布置及其特点蒋春祥，招健生1.国家电力公司杭州机械设计研究所，浙江杭州3100122.广西电力工业勘察设计研究院，广西南宁5300231前言升船机是岩滩水电站的通航设施。升船机由主提升机、承船厢、液压调平装置、上闸首工作闸门、力矩平衡重、静力平衡重、电力拖动及监控系统、检测系统等组成。主提升机用于驱动承船厢连船带水由下游的船厢池中提升至上闸首对接处或驱动承船厢连船带水由上闸首对接处下降至船厢池中。主提升机是升船机中的核心系统之一。岩滩升船机采用下水式部分平衡垂直升船机，这种型式的升船机在国内属首次设计制造，在国外也尚无实际使用的报导。同时，这种型式升船机的主提升机较全平衡式升船机有更高的技术要求和更为特殊的运行条件。所以，为使我国刚起步的垂直升船机事业能有更大的发展并为从事垂直升船机的有关技术人员提供借鉴，本文对岩滩升船机主机结构布置及其特点进行论述。2布置与组成主提升机装设在升船机塔柱顶部的升船机机房内，机房楼面高程为240.6m,主提升机卷筒装置中心距主

24机房楼面为2.1mo其平面布置见图1。图1升船机主机平面布置图主提升机（以下简称为主机）由4组卷扬机和4组静力平衡滑轮组组成，对称布置于机房楼面。每组卷扬机由1台直流电动机驱动，通过齿式联轴器、带制动盘联轴器、双输出轴的高速减速器、齿式联轴器、传动轴将动力传递给对称布置于高速减速器两侧的2台双输入轴低速减速器。每台低速减速器的末级齿轮轴两端通过鼓形滚子联轴器在减速器两侧各联有1套卷筒装置，每一卷筒的外侧端面联有1个制动盘。每一制动盘上设有3对盘式制动器，2对在平衡重侧，1对在船厢侧。在电动机与高速减速器间的制动盘部位设有1座盘式工作制动器。每组卷扬机的低速减速器外侧输入轴间通过齿式联轴器、带胀紧套的齿式联轴器、同步轴、换向锥齿轮箱将4组卷扬机连成一矩形、封闭的传动系统。每个卷筒设置并固定3根钢丝绳，其中2根是卷筒内外侧共绳，另1根仅从卷筒内侧出绳。主机16个卷筒内侧共出绳48根。卷筒内侧的每根绳依次下连锥套、调节螺杆并与液压调平油缸的活塞杆相连，油缸下端

25同船厢吊耳相连。为防止钢丝绳旋转，在调节螺杆头部设置有防转板。主机卷筒外侧出绳共32根。卷筒外侧每根出绳依次下连锥形套、螺杆调整装置并与一串平衡重相连。每2台卷扬机之间的中间位置设置1组各有4个静力平衡绳导向滑轮组，共4组，每个滑轮内侧出绳的锥套通过拉板与船厢吊平相连。每个滑轮外侧出绳的锥套依次与调整螺杆及一串平衡重相连。主机设有为安全制动器提供松闸动力的液压站及其管路系统，润滑8台低速减速器和4台锥齿轮箱的8台润滑站及管路系统，还有为8台润滑站的热交换器提供冷却水的水冷系统。通过设置在中央控制室内的计算机对主机升降过程进行控制，主要的运行参数和必要的显示及报警信号亦在中央控制室的显示屏上给出。3主要设备简介3.1高速驱动装置主机共有4套高速驱动装置。每一高速驱动装置由电机、齿式联轴器、带制动盘联轴器、工作制动器、高速减速器及机架等构成。1.11.1电动机采用瑞士ABB公司生产的DMA+315M65V型电机。连续工作制，额定功率339kW,额定转速749r/min,额定电压420V,额定电流877A,允许过载倍数2.0（15s/次），每小时12次，效率大于90%,H级绝缘，外循环式强制冷却，他励励磁。1.21.2高速减速器采用ZLY560To硬齿面减速器，总速比10.029,标准产品。1.31.3工作制动器每一电机出轴上设有一个法国西姆公司（SIMECo.）的1TX型盘式制动器。其额定正压力40000N,在制动盘直径①705mm处的制动力矩为11300N-m,制动器安全系数大于2.5。3.2同步轴系统及锥齿轮箱由8段传动轴、8段同步轴、6段中间轴共22个轴段组成，均用①245mmX25mm的20号钢热轧无缝钢管制成。同步轴系统中，各轴段的联接采用了38个齿式联轴器（其中8个带胀紧套）o在封闭同步轴系统中的4个角上设有4台换向弧齿锥齿轮箱，齿轮采用高精度硬齿面克林根贝格弧齿齿轮锥齿轮箱采用强制润滑。3.3低速减速器低速减速器是杭州机械设计研究所为岩滩升船机专门设计的产品，为一双输入轴、双输出轴的三级硬齿面

26减速器，其总减速比为66.2292,最大输出扭矩为2X900kN1m,减速器内置有2个大扭矩鼓形滚子联轴器。其详细介绍请参见本刊有关文章。3.2卷筒装置筒壁采用厚80mm的16Mn钢板卷制焊接后经机加工而成，筒壁绳槽槽底直径为①3148mm,壁厚56mm,长2400mm。共有16个卷筒。卷筒轴一端支承在低速减速器箱体上，另一端支承在专设的轴承座上，轴承座侧的筒体上还设有外径为03780mm的制动盘。3.3平衡滑轮组设置4组平衡滑轮组，每一平衡滑轮组有4个滑轮组件。滑轮绳槽底径为03148mm,外径为①3304mm。3.4钢丝绳钢丝绳共64根，全部为CASARTURB0PLAST8X26,直径①52mm,紧凑股、股间带塑料密封层的少旋转,左、右捻的钢芯钢丝绳。按使用状况，钢丝绳分为力矩长绳、力矩短绳、静力平衡绳3种。钢丝绳的钢丝抗拉强度1960N/mm2,最小破断拉力大于2368.4kN。钢丝绳在出厂时已作过预拉伸，并带有联接索套。3.5安全制动器在16个卷筒的制动盘部位共设有48对96只法国SIME公司生产的SH18型液压盘式制动器，并配有一套液压驱动装置。每一制动器的静态制动力为160kN,动态制动力为180kN,工作压力为18MPa。3.6安全制动器液压站及液压管路由法国SIME公司提供的型号为ST210-48型液压站：电机功率为45kW,流量为2L/s(1500r/min时)，最大工作压力22.5MPao3.7润滑站共用8台润滑站对8台低速减速器和4台换向锥齿轮箱的啮合区和轴承进行强制喷油润滑,保证齿轮箱内油温不超过50c和保证油品质量和润滑效果。公称流量为2.67L/s,公称压力为0.63MPa,水强制冷却。3.8机的特点岩滩升船机是船厢下水式部分平衡升船机，其主提升机的特点有:(1)提升力大。岩滩升船机主机的提升力远大于相同过船规格的全平衡升船机。与拟建的1000t级三峡升船机所需6000kN的提升力相比，岩滩升船机主机的额定提升力为4401kN,短时尖峰载荷7708kN已经基本与其相当。同时，岩滩升船机主机由4台339kW电动机驱动4台高速减速器并通过传动轴、同步轴驱动8台低速减速器并带动16

27个卷筒升降承船厢与拟建的三峡升船机由8台160kW电动机驱动4台高速减速器并通过传动轴、同步轴驱动8台低速减速器并带动16个卷筒升降承船厢的提升系统布置形式基本相同。岩滩升船机卷筒上的提升钢丝绳数量和布置方式与拟建的三峡升船机也相同。还需指出，岩滩升船机低速减速器的输出扭矩达到2X900kN-m,是目前国内输出扭矩较大的低速减速器，它为我国的升船机专用低速减速器设计与制造、安装使用提供了相当宝贵的经验。(2)双向受载的起升系统。在船厢出入水过程中，随船厢入水深度的增减，船厢所受浮托力也相应增减，浮托力在增减而平衡重为定值导致主机在每一运行过程中主机的总载荷将在4401kN〜-7708kN之间变化，也就是说作用在卷筒上的力矩将从一个方向换向另一方向一■主机为双向受载的起升机构。而起重机的起升机构都是单向受载机构。针对双向受载系统，在低速减速器的传动齿轮副及轴承、同步轴及联轴器、换向锥齿轮箱的齿轮副及轴承采用专门的技术措施以处理传动中载荷(力矩)的变化，尤其是力矩过零(换向)时对传动系统的冲击，并能在双向载荷下正常运行。(3)刚性同步轴系统。为保证主机的16个卷筒旋转同步性能，主机采用了刚性同步轴系统。在多传动环节中采用刚性同步轴系统有相当的技术难度。为此对各种工况下同步轴系统的力矩分配进行了详尽的分析，并应用新型、大容量非接触式扭矩传感器对轴系上的扭矩进行检测。对系统安装误差补偿技术进行研究并采用齿式联轴器加胀紧套对轴向、径向和角向的各种误差进行有效的补偿。(4)采用液压盘式制动器。液压盘式制动器的制动力大，性能可靠。在主机中采用盘式制动器解决的关键技术是工作制动器与安全制动器的工作顺序控制和所有4对工作制动器工作时的同步性能控制，以及安全制动器液压站与总长约400m的高压管路系统的配置。(5)采用大直径多绳共槽卷筒。名义直径①3200mm,长2.4m,有效壁厚56mm的卷筒。每一卷筒上共有3根钢绳，5个绳出头，每绳最大拉力达329kN,设计要求绳槽底径圆度误差不大于0.15mm,制动盘受载变形小于0.3mm。对升船机专用的多绳共槽大直径卷筒的采用，在技术上进行了大量的研究工作；设计时对卷筒受力和变形作有限元分析计算、制造时用定制的钢板卷制并用专用数控卷筒车床加工、试验中按各种不同工况对卷筒进行应力测试。(6)采用新型钢丝绳。满足升船机钢丝绳应有高疲劳强度、耐磨损、耐腐蚀、少旋转等特性要求的新型钢丝绳。在出厂前对其弹性模量、破断拉力特性进行了试验并在预应力状态下作好剪切标志。在运行中对其特性进行观测研究。5结语大功率、双向受载主机的整机设计计算，低速大扭矩硬齿面减速器的轮齿载荷分配与均载技术，箱体受载分析及变形控制，大扭矩鼓形滚子联轴器的设计计算在国内外均属首次。同步轴系统在国内首次进行系统实测。升船机用钢丝绳的弹性模量测试及受载下的旋转特性分析方法及结果填补了国内空白。随着岩滩升船机的运行，必将为我国升船机设计技术提供可靠技术依据和为升船机的兴建积累宝贵经验。

28岩滩水电站升船机多绳共槽钢丝绳安装作者：佚名文章来源：不详点击数：3更新时间：2008-9-2314:36:471刖B岩滩水电站、水电站升船机主提升机的低速减速机其输出端与两侧相联的卷筒法兰盘，在钢丝绳穿绳时不宜分解其联接。每台低速减速机上的2个卷筒共设置有6条钢丝绳，其中4条对绞式的长绳，2条一端固定在卷筒上的短绳。数量多且有2种不同的缠绕方式，卷筒上采用了公共槽形式给安装带来一定的难度。主提升机通过同步轴闭环相联的4个可单独运转的启闭单元，每个单元由电动机和高速减速机驱动，通过传动轴带动2台低速减速机，每台低速减速机带动2个卷筒。卷筒直径为①3200mm,卷筒上设有3条①52mm的钢丝绳，两条长绳为213m,一条短绳为129m。每条长绳在绳的腰部通过钢丝绳压板固定于卷筒上，即有2个伸出绳头，一侧的绳头（下文称内端头）通过防转板、调节螺杆及调平油缸与船厢相联。另一侧（下文称外端头）通过调节螺杆与平衡重相联；短绳有一个伸出绳头，一端通过钢丝绳压板固定于卷筒上，另一端

29通过防转板、调节螺杆及调平油缸与船厢相联。每个卷筒上开设有41道绳槽，短绳靠低速减速机侧，短绳有4.5圈安全圈，长绳始终有12.5圈缠绕在卷筒上，在升船机全行程动作过程中，短绳与其相邻的长绳（下文称内长绳）有7圈共绳槽，内长绳与另一长绳（下文称外长绳）有7圈共绳槽。根据卷筒钢丝绳设计的极限状态承船厢沉底、平衡重到顶时的工况（见图1）,卷筒压板朝上，外长绳处于卷筒外侧铅垂切线的切点伸出3.5m时，内长绳的外端头处于35道槽，外长绳内端头处于8道槽，内长绳内端头处于36道槽。图1承船厢沉底、平衡重到顶时的工况图2穿绳工作穿绳工作是继主机空载闭环试验完成后进行，此时的承船厢用支承钢架平台支承在承船厢最底极限位置，平衡重用承重平台托放在接近平衡重上极限位置。首先把各单元与单元之间的同步轴先行拆除，使其成为4组单独运转的启闭机单元。对任一单元的其中一台低速减速机上的2只卷筒上的钢丝绳同时进行穿绳工作，然后拆除低速减速机与高速驱动装置的传动轴,使其在安装该单元的另一组低速减速机的卷筒上的钢丝绳时，该组低速减速机及其上的卷筒不工作，然后对另一台低速减速机上的卷筒的钢丝绳进行安装。在未拆除同步轴前，先把卷筒钢丝绳压板孔置于

30朝上位置，标定各卷筒初始位置点，即长绳外端头起始定位和短绳在卷筒上起始定位点，做法为根据各绳的起始槽，长绳外端头在卷筒外侧铅垂切点顺着绳槽丈量3.5m定点。短绳根据预留的安全绳头出量定点。把长绳初始位置点转到内侧用4条长度约为150m直径中10mm的钢丝绳作为长绳缠绕的牵引绳，把牵引绳缠绕12圈在卷筒上，并把牵引绳的一绳头置于初始位置点上。用托架支撑放在承船厢的钢丝绳盘，便于绳盘内的钢丝绳抽出，用卷扬机通过自制的钢丝绳夹（见图2）把长绳绳头带到起始位置上并用牵引绳锁联，通过高速驱动装置带动卷筒旋转使长绳缠绕在卷筒上，同时牵引绳的另一端用人力收尾。图2钢丝绳夹当长绳绕到短绳安装位置时，即内处长绳刚绕过压板槽，分别在25和11道槽，且短绳压板朝船厢侧,停止转动卷筒，用卷扬机把短绳头抽起，并使之绳头缠绕卷筒使短绳头对齐起始位置，短绳缠绕卷筒1圈使短绳刚绕过压板槽即处在39

31道槽，并用钢丝绳压板把所有的钢丝绳夹稳，转动卷筒使钢丝绳继续缠绕在卷筒上，当钢丝绳绕到如图1所示位置时，放出固定在卷扬筒上的长绳绳头。钢丝绳出厂合格条件为：长度不允许短于设计值,不允许长于设计值的200mm,穿绳时，是以外端头对齐，由于钢丝绳长短不一，穿绳后内端头不平齐，为达到内端头平齐就需进行调绳工作。3调绳调绳前先把同步轴系统恢复，使主提升处于闭环状态，然后测量所有内端头的高低尺寸，根据内端头高差的平均值做为调整的基准，长于平均值进行缩绳,短于平均值进行放绳，使所有的内端头处于一水平面上。调绳时进行逐根钢丝绳调整，具体操作为：用自制的钢丝绳夹在卷筒钢丝绳伸出端切线切下1m左右把钢丝绳夹紧，通过桥机把伸出端提起，使缠绕在卷筒上的钢丝绳不受伸出端的自重力，并保证调整的活动量，根据调整的需要用撬棍逐段撬移缠绕钢丝绳使之移位，达到调整的位置。

32钢丝绳调整完后，把内端头与防转板和调到中位的调节螺杆及调平油缸相联，最后与船厢相联，对调平油缸进行充油打压，使活塞处于中位。提升船厢，使外端头与平衡重调整螺杆相联，提升平衡重使平衡重离开承重平台，拆除平衡平台，完成穿绳任务。4结语主提升机运行一段时间后，内绳头出现了不平齐现象，防转板高低不平，可能是调绳时撬移卷筒钢丝绳，有松驰现象，调整时的平齐是一种假象，运行一段时间后，空道排卸到绳头上的原因，建议以后在穿绳工作中，注意两点：（1）穿绳后、调绳前，先用外力把卷筒上的空道收紧，以防调绳前测量的调整量不准确；（2）调绳后，再用外力把卷筒缠绕绳收紧，以防出现调整的假象。机电之家•机电行业电子商务平台！岩滩水电站1X250t级垂直升船机总体设计黄素新广西电力工业勘察设计研究院，广西南宁530023

331概况岩滩水电站1义250t级垂直升船机布置在电站枢纽的左岸，由上游引航道、挡水坝段、中间渠道、升船机本体段和下游引航道等建筑物以及机电设备等组成,航道中心线总长度905.8mo通航规模系根据红水河的航运情况经研究论证，报国家计划委员会批复，确定为前期按1X250t级升船机建设，为今后航运事业发展留有余地，上航道水下建筑物按通过500t驳船建设，下航道内预留1X500t级升船机建设位置。升船机设计年货运量为180万3其中上航40万t,下航140万t,最大通航船舶吨位为250t铁驳。最大船舶型长37.0m,型宽9.0m,满载吃水L27m,满载排水量330to货运量计算条件假定：(1)年航运天数325d；(2)每天通航时数22h；(3)来航量不均匀系数1.4；(4)船只装载利用系数0.85；(5)每天客轮过坝次数2次；(6)双向运行。通航条件为上游最高通航水位223.0m,上游最低通航水位212.0m,下游最高通航水位162.6m,下游最低通航水位154.5m。通航净空要求为最高通航水位以上8.3mo2升船机机型选择根据岩滩水电站水位落差大，河床窄，建筑物布置紧凑等客观条件，选用垂直提升式升船机作为通航过坝设备。目前国内外有代表性的垂直升船机有两种型式，一种是带大螺杆螺母安全装置的齿轮齿梯爬升式(简称齿轮齿梯式)；另一种是钢丝绳卷扬提升式(简称卷扬式)。两种型式的比较主要有以下特点：(1)齿轮齿梯式。作为安全装置的4个大螺母随齿轮作同步空转，与相应的4条大螺杆的螺纹保持均匀间隙，对设备的制造和安装的精度均有较高的要求，对塔柱的施工精度及其变形、位移的控制也有较高的要求。此较适合于中、低扬程的升船机。且不宜船厢入水运行。(2)齿轮齿梯式在国内尚无成功经验借鉴，其中有多项国外专利，因引进费用高，技术难度大，研制费用高。(3)卷扬式国内有类似的设备研制经验可借鉴，制造、安装、维护相对较简单。(4)卷扬式对土建的施工精度及其变形、位移均无特殊要求。岩滩升船机的最大扬程为68.5m,经对上述比较要点的论证分析后，选用卷扬式。岩滩水电站通航建筑物的特点是：下游通航水位变幅大，下游通航水位差8.1m,非通航水位差39.2m,水位变率大，实测最大达125mm/min,汛期泥沙含量大，实测最大为12.9kg/m3。对卷扬式垂直升船机的船厢是否入水运行，其主要比选要点打：(1)不入水运行：土建结构复杂、开挖量大、塔柱高、工程量及施工难度大。主机传动载荷小、主机重量小、所需电机功率小、调速设备简单。金属结构工程量大、操作频繁。通航运转环节多。淤沙难以处理。水位变率大易造成搁船事故。汛后复航时间长。(2)入水运行：土建结构简单、开挖量小、塔柱低、工程量及施工难度小。主机传动载荷大、主机重量大、所需电机功率大、调速设备较复杂。金属结构工程量小、操作少。运行环节少。停航时间少。淤沙易处理。不易造成搁船事故。经充分比较分析，选用船厢入水运行方式总投资少，比较适合岩滩水电站通

34航建筑物的特点。因此，岩滩升船机为卷扬式提升、船厢入水、非全平衡垂直升船机。3升船机建筑物设计升船机建筑物共分为上游引航道、挡水坝段、中间明渠、本体段、下游引航道等五个部分组成。(1)上游引航道位于坝轴线上游的库区内，全长275mo因口门区在库内，水面宽，故省去航道过渡段，只设调顺段、停泊段和导航段。停泊段设有混凝土重力式靠船墩，可停靠500t级一个船队，靠船墩顶端设有灯塔1座。导航段位于停泊段与大坝之间，采用浮式混凝土浮堤结构，共分两段，段间较接，每段长65m,型宽10m,型深2.8m,两侧用锚链固定，一端伸入坝体凹槽形竖向轨道内较接固定，可通过收放锚链使浮堤随水库水位变化。(2)挡水坝段为两个坝段，每段长均为16m,在两段中缝处留有净宽为12m的过船孔，上部设有T型钢筋混凝土公路桥。过船孔的孔口尺寸能满足远期500t级船舶通过。在过船孔上还设有挡水闸门1扇，门槽2套，当汛期停航或中间明渠检修时关闭闸门挡水。(3)中间通航渠道上游与挡水坝段连接，下游与升船机本体上闸首连接。渠道全长39.5m,净宽12m,为钢筋混凝土U型结构。最低通航水位时仍有3m水深，可满足远景500t船舶通航要求。在渠道右侧的224nl高程平台上布置有大坝至主机房的公路交通桥，桥底尚布置有升船机配电房。(4)升船机本体部分包括上闸首、升船机主体段、下闸首等三部分。①上闸首是升船机本体的上游挡水建筑物，上接中间渠道，下接升船机主体。主要有工作闸门、排沙孔、过船防撞梁及其启闭设备等。工作闸门位于通航渠道的末端，兼有通航时挡水、与承船厢对接、上游通航水位变化时调整高度位置保持门上通航水深等作用。排沙孔位于距通航渠道末端7.45m,设潜孔式平面定轮钢闸门和固定卷扬式启闭机，用来排除渠道中的淤沙和必要时放空渠道中的水体。②升船机主体段位于上、下闸首之间，长45.3m,主要由船厢池、塔柱、主机房、中控室等组成，是升船机建筑物的主要部分。船厢池是由两侧挡墙和上闸首围成的三面围墙一面开敞的结构，下游侧与下闸首及下游引航道连通。池长49.3m,净宽16.5m,池底高程149.5m,即当下游最低通航水位154.5m时有5m水深，满足通航时船厢与下游对接要求。此外，在船厢池两侧壁的151.1m高程处设有净宽为1m的平台供承船厢维修及设备组装用。塔柱下端由船厢池底板和挡墙支承，为槽型薄壁钢筋混凝土结构，高度95.6m,宽度7.75m,壁厚1m,左右侧各两个塔柱，每个塔柱设3个净宽为5.5m的平衡重井，左右塔柱之间在塔顶通过厚板梁连接，使其成为封闭式框架以增加整体刚度。在塔柱的内壁设有4条承船厢导轨和供主机检修时卸载用的船厢锁锭座。在每侧的塔柱之间设有楼梯供运行维护交通及事故发生时疏散人员用。在左侧塔柱还设有1台电梯。主机房设在塔柱顶部240.6m高程，两侧设钢筋混凝土立柱，立柱牛腿上有1X63t桥机轨道。房顶为钢桁架结构，机房左、右及下游侧设有宽1.5m的外走道，上游侧经公路桥与坝顶连通。中控室设在塔柱中间的主机房底部，从主机房有楼梯连通。中控室的上下游侧全部采用玻璃作隔墙，具有较好的视野；可直接观察到上游库区及中间渠道、下游口门区的船只航行情况。③下闸首是升船机本体部分检修时的下游挡水建筑物。上接升船机主体段，

35下接下游引航道，长13.8m,设有平面叠梁式检修闸门一扇。下闸首侧墙在一期混凝土浇筑时留有一缺口供船厢浮运进船厢池用，待船厢进池后再同二期混凝土封堵缺口。（5）下游引航道是升船机与下游连接的航道。上与下闸首连接，下与下游河道连接。全长486.8m,分导航段、调顺段和停泊段，引航道底宽由下闸首端的10.4m逐渐拓宽至28m,底部高程152m,可满足250t船舶通航。经水工模型试验测定，引航道口门区流速：平行航线流速1.45m/s,垂直航线流速0.22m/s,回流流速0.37m/s,均满足航运要求。引航道停泊段设有8个系船墩，间距15m,各墩在最低通航水位154.5m至墩顶167.5m高程之间各设1组间距为1.5m的系船钩。在引航道左侧195m高程设有1座灯塔。4升船机机械设备设计升船机机械设备有：主提升机（简称主机）、平衡重装置、承船厢导向装置、承船厢夹紧装置、承船厢顶紧装置、承船厢锁锭装置、液压平衡装置、防撞装置、顶紧密封装置、充泄水装置等十个部分。4.1主提升机主机安装在塔柱顶部240.6m高程的机房内，由4组卷扬机和4组静力平衡滑轮组组成，对称布置。每组卷扬机由1台直流电机驱动，通过齿式联轴器、带制动盘联轴器、双输出轴的高速减速器、齿式联轴器、传动轴将动力传给对称布置于高速减速器两侧的2台双输出轴低速减速器。每台低速减速器的末级齿轮两端输出轴通过鼓形滚柱联轴器各联1套卷筒装置，共16套卷筒，中心线距楼面2.1m,卷筒的外侧端面设有制动盘，每个制动盘上设3对液压盘式安全制动器。在电动机与高速减速器之间设1对盘式工作制动器。4组卷扬机的低速减速器输入轴之间通过齿式联轴器、带胀紧套的齿式联轴器、同步轴、换向锥齿轮箱连成一封闭的环形机械传动及同步系统。固定在每个卷筒上的3根钢丝绳分内外两侧出绳，其中2根内外侧共绳，另1根仅在内侧出绳。内侧出绳依次下连锥套、调节螺杆并与液压调平油缸的活塞杆相连，油缸下端与承船厢吊耳相连；外侧出绳依次下连锥形套、螺杆调整装置、平衡重。每组卷扬机中部设置1组4个滑轮，滑轮内侧出绳依次下连锥套、拉板、船厢吊耳；外侧出绳依次下连锥套、调整螺杆、平衡重。在调整螺杆头部设有防转板防止钢丝绳旋转。卷筒或滑轮组内侧钢丝绳下连船厢，外侧钢丝绳下连平衡重形成一平衡系统。主机设计的特点是：（1）提升力大。因系非全平衡和船厢入水运行，主机的额定提升力为4401kN,短时尖峰载荷下达7708kN；（2）提升系统双向受载。因船厢出、入水产生浮托力的增减，主机每一运行过程中主机的总载荷在4401kN至7708kN之间变化，存在力矩过零（换向）问题。

36主机布置的关键是减少低速减速器和大卷筒的制造难度。主要措施是减少或简化传动系统、减少作用于卷筒上的力矩。曾做过4台、8台、16台低速减速器和钢丝绳不同绳径的方案比选和优化，最终确定为8台低速减速器和相应的16套卷筒和052mm的钢丝绳。主机主要技术参数见表1。表1岩滩水电站1X250t级垂直升船机主要技术特性表项目单位数值项目单位数值最大提升总载荷/短时入水尖峰总载荷kN4401/7708高速减速器型号ZLY-560-10(1=10.029)平衡重总质量（力矩平衡重/静力平衡重）t1100(840/260)输入轴转速（快行/慢行）r/min749/118.263吊点数（船厢侧/平衡重侧）个64/48输出轴转速（快行/慢行）r/min74.713/11.797船厢升降速度（空气中/出入水）m/s0.19/0.03台数台4船厢升降加速度（正常/事故）m/s2±0.01/-0.05同步轴最大传动扭矩Nm40000船厢最大升降行程m68.5同步轴转速（快行/慢行）r/min74.713/11.797年运行天数/天双向运行次数d/次325/31低速减速器额定输出扭矩/最大输出扭矩kN'm2X550/2X900正常行程升降时间（下降/上升）min7.755/7.847输入轴转速（快行/慢行）r/min74.713/11.797卷筒名义直径mm3200传动比66.2292数量个16台数a8滑轮名义直径mm3200工作制动器型号1TX(SIMEINDUSTRIE)数量个16座数座4钢丝绳直径mm52制动盘直径mm705型号CASAR额定制动N,m11300

37TURBOPLAST8X26力矩破断载荷kN2368.4制动磨擦系数>0.4总根数=（卷筒长绳+短绳）+滑轮绳根64=(32+16)+16型号SH18-2-2(SIMEINDUSTRIE)类型直流DMA+315M64V安全皿座数/每座缸数座/缸48/2电额定功率kW339市动器制动半径mm1800动机额定转速r/min750制动力（动静态）kN225/200台数台4制动摩擦系数>0.44.1平衡重装置升船机平衡重装置共设有4组静力平衡重，总重量为260t,8组力矩平衡重，总重量为840t。平衡重为分块制作的钢筋混凝土结构及部分铸铁块，表面进行涂漆防渗处理，上部通过长螺杆与主机外侧出绳的钢丝绳连接。每组平衡重设有一套钢结构安全框，如发生断绳事故，平衡重落在安全框内的缓冲装置上，其重量分配到该组平衡重的其余钢丝绳上，从而确保整个平衡系统的平衡。在安全框上还设有导向装置保持运行时平衡重在平衡重井内垂直移动。4.2承船厢导向装置共设有4组，安装在船厢两侧，分横向导向和纵向导向。导向装置由支座、导轮、压力弹簧等组成，通过压力弹簧将导轮推出与塔柱两侧的导向柱轨面接触,保持承船厢在运行时上下垂直移动而不摆动。4.3承船厢夹紧装置承船厢夹紧装置共设有4组，位于承船厢两侧，分别与塔柱内侧的4条导向柱对应。每组夹紧装置由支座、液压油缸、夹头各一对组成。船厢与上闸首对接需要夹紧时，通过液压系统对油缸无杆腔进油，推出夹头与塔柱两侧的导向柱轨面接触并夹紧，确保承船厢不至因对接误差或船舶进出船厢时引起的水面消涨或壅高产生的垂直力的大小和分布的变化而发生上下移动或摆动。承船厢运行时需事先将夹紧装置松开，此时，对油缸有杆腔进油。每组夹紧装置油缸有杆腔连通,以免夹紧时导向柱承受水平力。根据可能发生的最大垂直力夹紧装置每组的夹紧力为1600kNo4.4承船厢顶紧装置承船厢顶紧装置位于船厢两侧相应于下游两个导向柱的上游侧，分别设两组每组2个顶紧装置。当承船厢被夹紧后，通过液压油源驱动油马达将顶紧装置推出顶紧，以便将船厢与上闸首对接时产生的水平力传给塔柱。4.5承船厢锁锭装置承船厢锁锭装置系为了主机和船厢本身的维修而设置。锁锭装置对称于船厢横向中心线布置在承船厢主纵梁腹板上，中心距为18.32m,采用斜撑式锁锭，锁锭装置的载荷按船厢自重（含设备重）考虑每套锁锭装置的设置载荷为1140kNo

38本升船机不设置事故锁锭装置，其原因是：因本升船机为船厢下水方式，具备足够的拖动力，一旦船厢失水，只需将其运行至上、下游停靠，船厢不会产生失控现象。4.1液压调平装置液压调平的作用是当承船厢在运行过程中因卷筒和钢丝绳的制作误差以及设备的安装误差积累造成承船厢发生倾斜时，通过调整与钢丝绳连接的48套液压油缸活塞的位置来实现调平。液压调平装置由48套液压油缸、阀组、油源及液压油路等组成。48套液压油缸等分为4组，每组油缸的上、下腔分别通过管路连通。正常情况，活塞处于液压油缸的中位，当承船厢发生倾斜达到设定值时，中控室即将每组油缸的调整方向及调整量的指令发给液压调平控制系统执行操作，可通过静态或动态实现调平。液压调平装置同时还具有油缸、管路爆破失压自动闭锁功能和保压、节流等功能。液压系统的压力选定为16MPa,油缸工作压力为13MPa,油缸内径中200mm,活塞杆直径①100mm,有效行程±250mm。船厢上设4套油泵电动机组。该泵组还用来向船厢卧倒式闸门液压启闭机供油。4.8上闸首防撞装置防撞装置布置在上闸首通航卧倒闸门的上游，由箱形防撞梁、橡胶缓冲装置、导向滑轮、提升设备等组成。其作用是防止误操作致使船舶撞击上闸首卧倒闸门造成安全事故。防撞装置的升降由安装在闸首侧墙启闭机房内的1台1X250kN固定卷扬式启闭机操作进行。处于工作状态时防撞装置上的缓冲装置在水面以上800mm高度，当船舶进出承船厢时，防撞装置沉入水下1800mm,以满足通航所需水深要求，防撞装置需要维修时可将其提升到224nl高程平台。防撞装置按最大撞击力1524kN设计。4.9对接密封装置顶紧密封装置布置在上闸首工作闸门上段门叶下游面的U形凹槽内，由箱形断面结构的U形密封框、导向轮、伸缩式U型橡胶止水密封圈、液压油缸、伸缩弹簧、油源等组成。其作用是实现上闸首工作闸门与承船厢对接，使上闸首与承船厢内的水体连通，船舶能进出承船厢。当需要与承船厢对接密封时，对安装在密封框上的10套液压油缸充油，密封装置向外推出使U型橡胶止水密封圈与承船厢端面接触顶紧并使油缸保压即完成对接密封操作。退出对接时将油缸内腔油卸回油箱，密封框借助油缸和伸缩弹簧的推力退回凹槽。密封框推出行程为125mm。4.10充泄水装置充泄水装置的作用是当上闸首工作闸门与承船厢对接后，对其间隙进行充水使船厢卧倒闸门和上闸首卧倒闸门之间平压，开启卧倒闸门让船舶进出承船厢，或关闭卧倒闸门后泄掉其间隙中的水，让对接密封装置退出。充泄水装置由2台水泵、4套阀组和管路以及相应的机电设备等组成。该装置布置在上闸首工作闸首上段门叶内，一端管路的两个进（出）口固定在闸门腹板上并与上闸首水体连通，另一端管路的两个进（出）口采用软管固定在U形密封框上，充泄水的操作过程系通过启闭不同阀组来实现的。充泄水量均为9m3o4.11升船机双向运转程序（1）防撞梁进入工作状态；(2)船舶进入上闸首明渠；(3)承船厢行至与上游水位对齐；(4)夹紧装置夹紧、顶紧装置顶紧；(5)对接密封装置推出与承船厢对接；(6)充泄水装置对间隙充水；(7)上闸首和承船厢上游端卧倒门打开；(8)防撞梁下沉、船舶进入船厢、系缆；(9)上闸首和承船厢上游端卧倒门关闭；(10)充泄水装置对间隙泄水；(11)对接密封装置收回；(12)顶紧装置松开、夹紧装置松开；(13)承船厢下行与下游水位对齐；(14)承船厢下游端卧倒门打开；(15)船舶解缆、驶出船厢；

39(16)船舶进入船厢，系缆；(17)关闭船厢下游端卧倒门；(18)承船厢行至与上游水位对齐；(19)夹紧装置夹紧、顶紧装置顶紧；(20)对接密封装置推出与承船厢对接；(21)充泄水装置对间隙充水；(22)上闸首和承船厢上游端卧倒门打开;(23)船舶解缆、驶出船厢。5升船机金属结构设计升船机金属结构包括挡洪检修闸门、上闸首工作闸门及启闭机、冲沙闸门及启闭机、承船厢、卧倒闸门及启闭机、下游检修闸门及启闭机等组成。5.1挡洪检修闸门挡洪检修闸门布置在大坝的挡水坝段，位于通航明渠渠首。当通航明渠及上闸首上的水下建筑物及设备需要检修时，关闭本闸门创造检修条件。本闸门为钢结构平面叠梁式闸门，分为6节制造和吊运，利用坝顶2X2500kN门机通过自动抓梁操作闸门静水启闭。当汛期停航时，关闭该闸门挡洪渡汛。5.2上闸首工作闸门及启闭机上闸首工作闸门布置在上闸首通航明渠末端，具有通航时挡通航明渠的水体、与承船厢对接、库水位变化时调整门槛高程保持通航水深等作用。工作闸门上设有卧倒闸门(过船用)、对接密封装置、充泄水装置等。为凹形下降式平面定轮钢闸门，分4节制造在现场焊接成整体。工作闸门的启闭设备为2X3000kN接力式液压启闭机，安装在224m高程平台的门槽顶部。启闭机通过圆环形拉杆与闸门吊耳较接，将闸门悬挂在门槽内。当库水位变化达到400mm时，启闭机启动操作闸门作每次行程为400mm的升降调整，以保持卧倒闸门凹形门槛水深满足通航要求。当闸门需要维护时，启动启闭机操作闸门下沉至门槽底槛检修平台上进行。在闸门上段门叶的凹口上设有一扇卧倒闸门，钱支在凹形门槛上，在凹槽两侧设有1台2X160kN液压式启闭机操作闸门启闭。平时闸门处于关闭状态，当承船厢与工作闸门对接密封，间隙充水平压后，开启本闸门使明渠水体与船厢内连通，航舶可进出船厢。在该闸门的上段门叶内还设有对接密封装置和充泄水装置。5.3承船厢承船厢是升船机的容船设备，为一凹槽型薄壁钢结构，两端各设有1扇卧倒式闸门，组成一有效容积为965m：'的容船空间。承船厢上还布置有液压调平、顶紧、夹紧、锁锭、导向、系船等机械设备和配电、控制、检测、通讯、液压等机电设备。承船厢的外形尺寸、体形、结构型式系综合考虑了承船厢出入水运行的特点以及设备的安装维护要求、升船机运行要求等因素，对承船厢在运行中可能出现的各种工况及其载荷组合，利用空间有限元理论通过计算机对承船厢进行整体受力分析和结构优化后确定的。承船厢的有效水域为40mXIO.8mX1.8m±0.1m（长X宽X水深），外形尺寸为48.5mX16.3mX4.4m（长X宽X高），自重465t（含设备重），载水重965t,总重量1430to在承船厢两侧的主纵梁中心线上分别设有10组吊耳，其中2组每组有4个吊耳孔，分别与船厢静力绳较接；有8组每组有3个吊耳孔通过液压调平油缸与船厢力矩绳较接。承船厢通过16根静力绳和48根力矩绳较接，将承船厢悬挂于塔柱内。启动主提升机通过钢丝绳带动承船厢上下运行实现船舶过坝通航。5.4卧倒闸门及启闭机在承船厢的两端各设有1扇卧倒闸门，与承船厢凹槽底部较接，在闸门两侧设置有1台2X160kN

40液压启闭机与闸门及支座较接，利用液压调平装置的油源操作闸门启闭。卧倒闸门上还设有缓冲式防撞装置，防止进厢船舶因误操作而发生事故。在承船厢的顶部两侧沿主纵梁长度方向分别设有宽为2.75m的平台作为机电设备安装和运行维护人员通道。当两端卧倒闸门关闭时，与门顶平台构成一环形通道。在承船厢顶部平台下层，还沿着主纵梁腹板的内或外侧设有检修通道，与顶上平台用楼梯连通。在承船厢两侧顶部平台上设有对外交通通道，一旦发生事故，船上人员可从通道疏散到塔柱两侧的楼梯上。此外，承船厢上还设有泄水、排沙、溢水等供检修、防过载用的安全设施。承船厢在距电站下游约2km的码头平台上制造，然后下水浮运经下游引航道进入船厢池就位安装。5.3上闸首冲沙闸门及启闭机上闸首冲沙闸门的作用是排除上闸首和通航明渠以及船厢池底部的淤沙。闸门孔口位于上闸首通航明渠的两侧侧墙上，出口位于船厢池底部的上游侧，共有2个孔口，设平面定轮钢闸门，每孔闸门由1台1X250kN固定卷扬式启闭机操作动水启闭。5.4下闸首闸门及启闭机下闸首闸门的作用是当船厢池需要检修时用来挡下游水体，创造维修条件。闸门设在下闸首船厢池出口处，为平面滑动钢闸门，分6节制造，在现场用轴连成整体，平时将闸门锁锭在平台上，使闸门底缘距离下游最高通航水位8.3m,需要封孔挡水时通过1台2X800kN固定卷扬式启闭操作闸门启闭封孔挡水。6升船机电气设计6.1电气一次设计包括供电、电气照明、接地和防雷。升船机对供电质量和可靠性要求较高，为确保安全运行，配电系统采用双电源供电，分别引自厂内10kV配电系统的V段和VI段母线。升船机配电采用10kV.0.4kV两级电压供电，10kV母线分为两段，设联络开关，互为备用。主机为4台单机容量为339kW的直流电动机，当任一台电动机退出运行，其余3台应能完成提升操作，为了提高其可靠性，每台电动机均由独立的整流变供电，分别接在10kV配电系统的两段母线上。升船机其余负荷均为交流低压设备，分别由2台公用变供电，每台带一段母线，设联络开关自动切换互为备用。升船机最大扬程为68.5m,进入承船厢的动力电缆选用能承受较大外力的重型橡套电缆。电缆从主机房接出，垂直悬挂，下端设有电缆卷筒，随船厢升降而自动收放电缆。升船机为高层建筑物，为了提高光效，降低能耗，主机房采用大容量块板面混光灯照明，中控室采用嵌入式日光灯照明，配电房、塔柱楼梯采用白炽灯照明；下游引航道长达400多m,且汛期处于水下，采用高压钠投光灯照明；在上游引航道浮式导航堤上设高压钠灯照明。其余如上闸首、启闭机房、交通桥等部位采用庭院灯照明。所有室外照明灯均由升船机中控室统一控制。升船机公用变压器采用中性点直接接地系统。电气设备一律采用接零保护，所有电气设备金属壳均与电源中性线相连。所有升船机主体的建筑物均利用水工建筑物内的主钢筋作为自然接地体，并与大坝接地网连接。为防止强电磁对计算机的干扰，中控室的地板内敷设专用屏蔽网，且与接地网可靠连接。在承船厢子站上设有专用接地电缆与中控室接地网连接。在主机房、引航灯塔等高层建筑物的顶部，均设有避雷带或避雷针。6.2电气二次设计包括主机电气传动系统，监控、监护系统，交通指挥、通讯系统。(1)主机电气传动系统设计是根据主机的运行参数和对主驱动电动机调速的要求来选择电气主传动的方式和主系统的接线。主机参数要求如下：升降最大行程：68.5m；运行速度要求：①在空气中运行速度为0.19m/s；②船厢出入水及上游匀速段的运行速度为0.03m/s；③船厢升降正常加速度为±0.01m/s2；④船厢升降事故减速度为-0.05m/s2o

41系统最大不平衡载荷：①在空气中时为4401kN；②短时尖峰载荷为7708kNo系统总载荷是变化的不平衡系统。本机采用4台电动机驱动，当其中任一台电动机故障，其余3台电动机仍能使承船厢维持运行。根据以上特点，确定对主提升机驱动电动机的调速要求为：①调速比D=15；②在速度——转矩特性曲线的4个象限均能正常工作。且工况改变时能自动、连续地转移运行工况；③无级调速，平滑系数①一1,系统在阶跃信号作用下超调量小于或等于5%,速度图规定的斜坡信号作用下无超调量；④系统开环截止频率大于15Hz,相位裕度大于或等于60°；⑤转速静态误差小于2%；⑥调速方式为恒转矩方式。电气主传动方式有直流电机和交流电机可供选择。直流电机的优点有：①调速范围广，容易实现零到全速范围内的调节；②调节平滑、稳定，容易实现无级调速和准确停靠，启动平稳；③效率较高；④有设计、运行、维护经验。但缺点是电机维护复杂。交流电机的优点有：电机简单、过载能力大而转动惯量小。缺点是：①变频设备复杂，制造、运行、维护缺乏经验；②交流变频调速难以克服转矩脉动现象;③拖动设备投资大。经综合比较、权衡利弊，还是选用直流电动机比较稳妥。电气传动系统采用他激直流电动机、固定激磁，具有可逆运转特性，实现4象限调速、简化控制、提高制动速度的目的。调速系统采用全数字式有准备逻辑无环流系统。因主提升机通过环型刚性同步轴强制同步，因此4台驱动电动机的机械特性的一致性误差要求较高，小于2%。为使4台机输出力矩平衡，电气传动系统采用1个速度外环带4个电流内环的接线方式。(2)监控、监护系统采用计算机为主常规为辅的方式。其主要功能是：按给定的运行方式控制运行，兼有运行状态显示、故障及事故报警、显示、记录，应急保护等。监控系统采用分层分布式的计算机监控系统，中央级设在中控室，共设2台上位机互为备用。单元级(子站)分为主提升机、承船厢、上闸首、下闸首等4个子站控制防撞梁、对接密封、充泄水、卧倒门、主机制动、主机润滑、顶紧、夹紧、液压泵站等现地设备。每一子站设有一套可编程控制器，可在中控室进行集中自动控制或现地控制。计算机监控系统中主控级与现地子站级通过高速串行数据总线互连，构成冗余的双重LAN局网。(3)交通指挥、监视、通信系统。交通指挥系统包括广播指挥和通航指挥。广播指挥为分别在浮式导航堤，上、下闸首，主机房等部位设置广播喇叭构成。通航指挥为在浮式导航堤、上下闸首、下游导航堤、承船厢等部位设置交通信号灯、中心灯、边界灯构成。监视系统共设置15套全天候、低照度、单头尾工业电视构成。其监视和集控设在中控室。通信系统利用水电站的数字程控交换机，在升船机本体的中控室、主机房、配电室等场所设置电话分机，实现升船机对内和对外通信。7设计体会及尚需探讨的问题(1)设计标准问题。随着我国水电事业的发展，解决高坝通航问题已成为水电建设需要解决而又未完全解决的突出问题，许多专家、学者为此奋斗了十几年甚至几十年，做了大量的技术研究和技术开发工作，积累了一定的经验。卷扬平衡重式垂直升船机是解决高坝通航问题的优选机型。目前国内在建和拟建的三峡、水口、隔河岩、高坝州、岩滩、大化等水电工程均采用这种机型。由于垂直升船机与通常的通航设备存在诸多特殊的不同之处，应有相应的标准作为设计依据。但目前国内高坝通航有关标准的制订工作严重滞后，给岩滩垂直升船机的设计、制造、安装工作带来相应的困难。(2)升船机的总体布置。从总体说，结构布置紧凑，基本满足运行要求，但设备安装、维护的空间偏小。如主机房净空尺寸偏小，没有设备安装间，造成设备的安装和维修困难；塔柱侧墙与承船厢之间的净空只有100mm,船厢主纵梁腹板与侧墙的净空也只有1050mm,一些设备的孔洞也偏小，如主机力矩绳与楼板孔洞净距不到50mm;主提升机的两侧出绳，一侧与承船厢连接，另一侧与

42平衡重连接而构成一（部分）平衡系统，存在不平衡力矩，致使主机传动系统存在内应力，因此造成主提升机维修时拆卸与安装困难。（3）静态调平与动态调平问题。由于主机采用卷扬式，因卷筒直径和钢丝绳绳径误差在运行中会造成误差积累，从而引起承船厢倾斜或钢丝绳张力不均匀，因此需要通过液压调平系统进行调平。当承船厢四角检测点最高最低点高差达80mm时，调平系统在120s时间内完成静态调平，调平后其误差应小于20mm。其后，四角检测点最高最低点高差值每超过20mm即进行动态调平。根据岩滩升船机卷筒直径及绳径实测最大误差分别为0.3mm（经成组选配后）和0.1mm（抽样），卷筒直径为中3200mm,计算得全行程积累误差合计为17.48mm。现场调试运行实测误差值比计算值略大，但运行相当平稳。因此笔者认为，至少调平的初始四角检测点最高最低点高差值（20mm）可以适当放大；只要卷筒及绳径误差能控制在一定值，可以不需要动态调平，这样可以简化控制系统。（4）机械同步与电气同步问题。岩滩升船机主机采用机械同步与电气同步相结合，直流电动机和恒转矩调速方式。理论上这种方式的好处是可靠性高、平稳性好，但对电动机及其控制系统的性能要求高（电动机需进口），电动机容量增大,调度方式苛刻，造价高。因此采用交流电动机和恒功率混合调速方式应是值得探讨的。（5）承船厢下水运行方式问题。承船厢与下闸首对接采用承船厢下水运行方式，主要因下游水位变幅大（下游通航水位差8.1m,非通航水位差39.2m）、水位变率大（实测达125mm/m率）、汛期泥沙含量大（实测最大含沙量12.9kg/m3）等特殊条件而采用的方式。从土建方面比较，如果采用船厢不下水方式，则必须设置下闸首工作闸门、门槽和启闭机排架，加长下闸首的长度达10m,基础开挖深度增加5m；为了对下游引航道冲沙，冲沙廊道比不下水方案长约2X75m,且穿过薄壁结构的塔柱，使其结构复杂化；土建工程量大幅度增加。机电设备比较，不下水方案增加了下闸首工作闸门及启闭设备、对接密封装置和充泄水装置，但主提升机为全平衡式，不平衡力矩减少，因而电动机容量减少，主机重量减少，控制系统简化。从运行方面比较，不下水方案增加了承船厢与下闸首工作闸门的对接时间和对接环节，因下游水位变率大，极易造成搁船事故，这是最难解决的。岩滩升船机在调试运行中曾发生过，因而增加了船厢出入水后的微调功能。因此，从岩滩升船机而言，采用船厢出入水运行方式是适宜的。三峡升船机主体部分方案比选专题研究

43一、升船机工程概况三峡升船机是三峡工程的永久通航设施之一，布置在枢纽左岸,主要用于为大型客轮提供快速过坝通道。升船机工程由上游引航道、上闸首、升船机主体、下闸首和下游引航道等建筑物组成。升船机过船规模为3000t级，最大提升高度113m,上游通航水位变幅30m,下游通航水位变幅11.8m。具有提升重量大、升程高、上下游通航水位变幅大、水位变率快、通航条件受河流泥沙淤积、船闸充泄水及枢纽泄流影响的特点，是目前世界上规模和技术难度最大的升船机。二、三峡升船机型式研究和比较方案的提出三峡升船机的规模和技术难度均远远超过国内外已建和在建升船机，自1958年开始，长江水利委员会（以下简称长江委）会同国内有关科研机构、设计单位、大专院校对升船机的型式进行多方案的研究比较。研究过的主要型式有平衡重式、浮筒式、水压式、液压式、水力式及半水力式垂直升船机；平衡重式纵向斜面升船机；平衡重式横向斜面升船机；自行式纵向斜面升船机等。其中，对带中间渠道的两级齿轮齿条爬升式垂直升船机、带中间渠道的两级钢丝绳卷扬提升式垂直升船机和一级钢丝绳卷扬垂直升船机进行了比较深入的重点研究设计。在三峡工程初步设计阶段，长江委推荐升船机采用“全平衡钢丝绳卷扬一级垂直升船机”方案并通过初步设计审查。三峡升船机作为承担客轮过坝的通航设施，必须确保其运行的安全可靠。在升船机已确定为全平衡垂直提升式前提下，升船机型式取决于安全保障体系的型式。三峡升船机初步设计阶段制定的安全标准，参考型式与之相同

44的比利时斯特勒比升船机的设计原则，即只以船厢部分漏水确定安全装置的防事故能力。初步设计的三峡升船机安全保障系统，除设置在主提升机上的安全制动器外，还根据三峡工程的实际条件和运行需要，在船厢上增设沿程锁定装置。长江委设计院深入研究钢丝绳卷扬提升方案安全保障体系的同时，受中国三峡总公司委托，对三峡升船机结合三峡工程的实际条件，采用齿轮齿条爬升式方案的关键技术问题进行深化研究。对钢丝绳卷扬提升方案和齿轮齿条爬升方案进行综合、客观的技术比较,为三峡升船机方案的最终选型提供技术基础。三、方案简介钢丝绳卷扬提升式升船机与齿轮齿条爬升式升船机都属于全平衡垂直提升型式，升船机的规模、功能、总体布置基本相同，其上、下闸首的设备布置及结构型式完全相同。两种方案的主要不同之处在于升船机主体部分，而主e部分的关?差异是船厢的驱动方式、安全保障体系的结构型式及其工作机理。(-)钢丝绳卷扬提升方案钢丝绳卷扬提升式升船机的主要特点，是船厢完全由钢丝绳悬吊，通过卷扬机驱动升降运行，主提升机及其电力拖动、控制设备布置在主机房内。船厢结构、设备加水体总重约11800t,由144根①88mm的钢丝绳悬吊。由相同重量的平衡重完全平衡，其中重力平衡重56003转矩平衡重6200t。提升钢丝绳经过液压均衡油缸与船厢连接。船厢室两侧对称布置4个相对独立的混凝土塔柱结构，4个塔柱在顶部连接成一体，上部为整体式主提升机机房。主提升机设备分成4个吊点区在机房内对称布置，每个吊点区卷扬机构之间由机械轴连结，构成封闭的同步轴系统。卷扬机构卷筒直径5.6m,交流电动机功率8X250kW。主提升机的额定提升力6800kN,允许船厢误载水深±0.2m。

45主提升机的安全制动系统是钢丝绳卷扬提升式升船机安全保障体系的重要组成部分，由工作制动器、安全制动器等设备组成。工作制动器和安全制动器均采用液压盘式制动器，主机运转时松闸、停机后上闸。在出现船厢大量漏水事故时，安全制动系统可随时上闸制动，安全制动器总制动能力78000kN。作为安全保障体系的一部分，在船厢两侧还设置最大锁定能力为38000kN的8套沿程锁定装置，与主提升机的安全制动器联合作用，可将水漏空的船厢可靠制动。为满足船厢升降运行和与闸首对接的需要，船厢上还设置顶紧机构、密封框机构、厢门启闭机、可逆水泵系统、液压均衡装置、消防与疏散等设备。（二）齿轮齿条爬升方案齿轮齿条爬升式升船机，其船厢总重约130003全部由重力平衡重平衡，由16X16根中70mm的钢丝绳悬吊。船厢驱动系统采用齿轮齿条爬升式，4套驱动机构之间通过机械同步轴连接。驱动机构由开式齿轮、齿条、摇臂机构、液气弹簧、减速器、电动机等设备组成。开式齿轮由双电机和双减速器驱动，齿轮与塔柱上的齿条相啮合，驱动船厢升降运行。驱动系统允许船厢误载水深±5cm,电机功率8X250kW。当船厢与闸首对接过程中误载水深超过±5cm时，需启动船厢两端的可逆水泵系统进行调节。船厢的安全机构采用“短螺杆一长螺母柱”方案，与驱动机构相邻布置，螺杆与驱动机构的齿轮之间通过机械轴连接，船厢升降时，螺杆由齿轮轴驱动在螺母柱内空转，旋升速度与齿轮的爬升速度同步。螺纹副间隙设计值为50mll1,并预留适当的裕量。螺母柱采用中空开槽结9#卡?钢结构调整架安装在混凝土塔柱上。安全机构按照船厢水漏空以及船厢室进水船厢承受浮力进行

46设计。在塔柱顶部设两个独立的机房，内部布置平衡滑轮组及检修桥机等设备。另外，船厢上还设有与钢丝绳卷扬方案相类似的对接锁定装置、顶紧机构、可逆水泵系统等机械设备。驱动机构和安全机构安装在船厢两侧的4个侧翼平台上。除增加4个侧翼外，船厢结构型式与钢丝绳卷扬方案的船厢结构基本相同。四、方案比较（一）主要技术特征比较1.钢丝绳卷扬提升方案能适应较大提升高度；主提升设备制造、安装均为圆点难度较小；塔柱的施工精度容易保证；塔柱结构的变形对设备运行影响小;对船厢误载水深的适应能力较大；船厢与主机之间的相互影响小；关键技术问题通过科研攻关已经得到初步解决；国内有同类升船机的建设经验可供借鉴。遇船厢漏水事故不能自行制动；对船厢液压均衡系统的工作可靠性要求高；停航期间船厢对接锁定装置需处于工作状态；对安全制动器的可靠性要求高。2.齿轮齿条爬升方案遇船厢漏水事故可按限定荷载自行锁定；主提升设备规模小、布置紧凑；船厢运行水平度较高；升船机停航期间设备处于非工作状态；可利用安全机构进行船厢检修；塔柱顶部机房设备布置简单。主要设备的制造、安装难度较大；船厢厚板结构现场焊接技术难度较大；塔柱施工精度要求相对较高；塔柱结构变形对升船机正常运行有直接影响；影响驱动机构和安全机构正常运行的因素复杂;驱动机构适应船厢水深误差的能力相对较小；船厢供电技术比较复杂。（二）防漏水事故能力及安全可靠性比较

47两种方案的事故荷载标准相同，仅实施事故停机的设备型式与工作原理不同。齿轮齿条爬升式升船机在升降过程中发生船厢漏水事故时，驱动机构可自动停机，随后安全机构发生作用，船厢被锁定在螺母柱上。安全机构的作用过程，不需要外部控制信号介入，安全可靠性高。钢丝绳卷扬提升式升船机防船厢漏水安全装置动作的可靠性，依赖于相关检测、监测和控制信号的准确性与可靠性。钢丝绳卷扬方案无需对船厢室内进水事故工况进行专门的设防。齿轮齿条方案防事故能力按照船厢室进水、船厢承受浮力进行设计，最大载荷115000RN,同时可有效防御船厢内9000t水体全部漏空的事故。（三）关键设备制造技术难度比较1.钢丝绳卷扬方案的卷筒、减速器卷筒直径5.6m,长7.3m,重量约130t,属于超大型设备。由于卷筒的规模大，且对绳槽底径误差有较高的精度要求，具有一定的加工难度。减速器采用硬齿面传动，中心距5.8m,外形宽3.2m,加约1203属于超大型的低速、重载减速器。末级齿轮模数达到40mm,国内现有的大型磨齿机的参数尚不能满足要求，需要采取特殊的工艺并配置相应的工装。2.齿轮齿条爬升方案的螺母柱、齿轮及齿条螺母柱中径1.24m,单节长6.25m,总长约480m,采用合金铸钢铸造。齿轮、齿条模数60mm,属于低速重载齿轮，齿面渗碳、淬火处理，对齿面接触精度有较高要求。上述设备的主要技术参数已经超出国家标准范围，国内尚缺乏成熟的制造经验，具有较大的制造技术难度。但利用国内现有设备,

48研究制定严格的加工工艺措施，齿轮、齿条和螺母柱国内可以加工制造。1.齿轮齿条爬升方案的行星齿轮减速器、液气弹簧行星齿轮减速器、伸缩式联轴器、制动器以及“液气弹簧”的关键部件等，需要从国外引进。2.钢丝绳卷扬方案的安全制动器安全制动器的规模大、数量多、可靠性要求高。选用国外定型产品，质量、性能可以得到保证。（四）设备安装及塔柱施工技术难度比较1.钢丝绳卷扬方案主提升机设备的安装精度对船厢正常运行影响较小，对安装精度的要求相对较低。采用的安装方式简单，调整方便，精度容易得到保证，同时该类设备国内具有丰富的安装经验。钢丝绳卷扬方案的船厢沿程锁定轨道、顶紧轨道等均通过二期埋件安装，安装精度容易保证。塔柱结构相对简单，施工精度对升船机正常运行的影响小，塔柱施工精度要求低，技术难度较小。2.齿轮齿条爬升方案螺母柱和齿条的安装精度对船厢的正常运行有直接影响，安装精度要求高。受升船机设备布置空间限制，采用的安装方式比较复杂，安装、调整困难。现场焊接变形不容易控制，安装精度难以保证。另外,国内外尚无该类设备的安装经验可供借鉴。船厢的安装方案与钢丝绳卷扬方案基本相同，不同之处是钢板厚度较大的船厢侧翼只能在现场焊接，拼焊的精度要求高，安装技术难度比较大。

49螺母柱和齿条通过埋件与塔柱结构连接，为达到设计要求的设备安装精度，需要塔柱施工时确保混凝土的浇筑精度和埋件的埋设精度。安装螺母柱和齿条的局部结构载荷大、精度要求高、施工难度较大，国内没有类似的施工经验可供借鉴，施工工艺有待进一步研究、落实。五、结语钢丝绳卷扬提升升船机和齿轮齿条爬升升船机都属于全平衡垂直提升式升船机，主要差异在于升船机运行的安全可靠度、事故应对措施、主体建筑物结构型式、设备布置、设备制造安装技术难度等方面。经综合分析表明，两种方案应用于三峡工程，在技术上都是可行的，其工作原理和运行可靠性都经过了工程验证，在设计方面均不存在难以逾越的重大技术难题。两种方案关键设备的制造、安装难度没有本质的差异，但齿轮齿条方案的安全可靠性明显高于钢丝绳卷扬方案。鉴于三峡工程的重要性和社会影响，确保升船机的安全可靠运行是方案比选的首要考虑因素。鉴于此，在2003年3月中国三峡总公司组织的三峡升船机型式比选审查会上，专家们推荐三峡升船机采用齿轮齿条爬升方果O尽管对齿轮齿条爬升式升船机方案进行了一定深度的设计研究，并且该型式的升船机国外已有成功的建设经验，但已建升船机在提升高度、过船规模和通航水力学条件等方面，与三峡升船机相比尚有较大的差异，国内也没有同类升船机的设计和建设经验，对其应用于三峡工程所特有的技术问题，必要时应通过科研、试验手段，进一步深入研究落实。(于庆奎吴小宁)岩滩升船机主驱动电机容量的计算分析谢敏

50摘要：根据岩滩升船机的特点，归结出主驱动电机容量计算的工况与条件，在此基础上进行计算与全面分析，确定主驱动电机容量，并结合试运行测试结果进行验证。最后提出尚须探讨的问题。关键词：升船机；电机容量；计算分析；调速；岩滩水电站中图分类号：U642；TM330.2文献标识码：B文章编号：1001-408X(1999)04-0046-051问题的提出升船机是实现高坝通航的重要手段之一。岩滩水电站升船机的主提升机由4台卷扬机和4组导向滑轮组组成，每台卷扬机由1台直流电动机驱动，通过高速减速器将功率传递给布置于高速减速器两侧的低速减速器，每台低速减速器的两侧各设置1套卷筒装置。4台卷扬机通过中间轴等装置连成一环形封闭的多电机同轴传动系统。由于岩滩升船机是采用非全平衡及承船厢下水式方案，特别是承船厢出入水的过程中，主提升机的负载变化是由正一零T负或由负一零T正的过程，且变化的幅值较大，这给升船机主驱动电机容量的确定带来一定的困难。因此，如何根据岩滩水电站升船机的特点确定多电机同轴传动系统主驱动电机的容量，是升船机必须解决的重要问题。2计算分析1.1计算分析的条件（1）主提升机卷筒的直径为①3200mm,承船厢在空气中的升降速度为0.19m/s,出入水的速度为0.03m/s,卷筒至高速减速器高速轴（高速减速器输入轴）的总传动比为10.025x66.2292=663.94773,传动总效率为0.849,4台高速减速器高速轴处（含带工作制动器制动轮，不含电机的GD?）总的转动惯量为1761.784N-m2,电机的额定转速为750r/min。（2）力矩平衡重和静力平衡重共1100t；承船厢结构及设备重量465t；承船厢水深1.8m时，水重965t,误差10cm水重52.78t；承船厢侧钢丝绳共64根,平衡重侧钢丝绳共48根，每根绳每米重0.012t。（3）主机运行工况：①正常工况1。承船厢厢中水深h=1.7m（厢中清水），自上游水位223.00m处下降运行至入水深度L8m、下游水位154.50m处进行对接（船厢池中清水），对接时间172.5s,然后，上升运行（h=L8m）至上游水位223.00m处进行对接,对接时间290s,此后，反复循环运行。②正常工况2。承船厢厢中水深h=1.8m（厢中泥沙水，底部淤沙厚10cm）,自上游水位223.00m处下降运行至入水深度1.9m、下游水位154.50m处进行对接（船厢池中泥沙水），对接时间172.5s,然后，上升运行（h=1.9m）至上游水位223.00m处进行对接，对接时间290s,此后，反复循环运行。

51③事故工况1。承船厢厢中水深h=1.7m（厢中清水），自上游水位223.00m处下降运行至入水深度1.8m、下游水位154.50m处（船厢池中清水），发现1台电机损坏并进行检验，检验时间180s,然后，上升运行（h=1.7m）至上游水位223.00m处，主机长时间停止运行以维修或更换电机。④事故工况2。承船厢厢中水深h=1.8m（厢中泥沙水，底部淤沙厚10cm）,自上游水位223.00m处下降运行至入水深度1.9m、下游水位154.50m处（船厢池中泥沙水)，发现1台电机损坏并进行检验，检验时间180s,然后，上升运行(h=1.8m)至上游水位223.00m处，主机长时间停止运行以维修或更换电机。上述4种工况均为单向过坝工况。(4)主驱动电机静阻力矩计算数值汇总见表1。表1主驱动电机静阻力矩计算数值汇总表kN-rn工况下降上升223ml58.3ml56.3ml54.5ml54.5ml56.3ml58.3m223m正常1-5.371-7.248-5.42322.730-15.3049.05311.5798.980正常2-7.538-9.415-7.57721.517-14.41912.04714.59111.993事故1-5.371-7.248-5.42322.730-16.4227.50610.0327.433事故2-7.538-9.415-7.57721.517-15.54610.48813.03110.433注：1、平衡重为1100t；2、表中负值为反向力矩；3、事故工况1与事故工况2,上升运行时为3台电机驱动。(5)上述各项计算的直流电动机型式分别按下列两种进行容量计算：①Z4系列直流电动机；②进口直流电动机(ABB公司或SIEMENS公司的产品)。1.1环境条件(1)气候环境。①环境温度：0〜45C；②最大相对湿度：不大于95%(无凝结)。(2)海拔高度不大于1000mo(3)地震烈度：6度。1.2计算方法1.2.1基本公式(1)电机容量：P=M④或P=MW9.55；(2)加速及减速力矩：Ma=J(dco/dt)或

52Ma=(GD2/375)(dn/dt)；(3)加减速时间：ta=(GD2/375)Jdn/Ma；(4)电机力矩：M产M负坡+Ma；(5)等效电流的计算公式等。1.1.1校验方法（1）过载能力X<1.6校验（满足国标要求）；（2）温升校验。1.2计算过程首先计算各工况都要用到的基本数据，如加（减）速时间、行程、电动机转速及加（减）转速等，然后分别对正常工况1、正常工况2、事故工况1、事故工况2的速度、行程、静力矩等进行计算，从而建立了选择和校验升船机主驱动电机的基础。在此基础上，分别按恒转矩调速方式（电机恒磁）和恒转矩、恒功率混合调速（基速以下恒磁，基速以上弱磁）方式选择升船机主驱动电机，并对电机在各种工况下的过载能力和容量（温升）进行全面的校验。1.3计算结果（1）在恒转矩调速方式时选择：DMA+315M,339kW,749r/min,420V直流他激电动机（ABB电机）。（2）在恒转矩恒功率混合调速方式时选择：Z4-355-11,280kW,600/1500r/min,440V直流他激电动机（国产电机）。（3）在升船机的各种工况下，上述电动机的温升与过载能力均能通过。（4）从计算中可知，电机的温升均有较大的储备，电机的容量（转矩）主要是受过载能力限制，即负载要求的最大力矩的限制。3恒转矩调速方式与恒转矩恒功率混合调速方式的比较分析根据上述计算结论，对于主驱动电机，如果仅从电机的容量大小的观点出发，无疑选择混合调速方式为好。对用于岩滩升船机主驱动装置，在选择电机调速方式时要考虑何种调速方式能更好地满足升船机的各种工况要求，何种调速方式的性能和可靠性更好，需做全面的分析比较。3.1满足升船机工艺要求岩滩水电站升船机主驱动是由4台电机，通过中间轴等装置连成一环形封闭的多电机同轴传动系统。因此，很重要的一个工艺要求就是希望在调速过程中4台电机的力矩要尽量一致。这样，把4台电机联接成一体的中间轴的齿轮就不会产生“打磨”现象。电动机的力矩Md=Cm①dId，其中Cm是由电机制造所决定的一个常数，①d是电动机的磁通，Id

53是电动机的电枢电流，因此要保证在调速过程中4台电机的力矩一致，就要保证在调速过程中①dId一致。采用恒转矩调速方式，调速时①d始终是不变的，保持恒值。因此，只要保证4台电动机的电枢电流Id在调速过程中始终保持相等，才能使4台电机的力矩相等。这样对于恒转矩调速方式，其调节的原则就是：4台电机的励磁电流应维持恒定不变，需要一个励磁电流的恒流控制系统。4台电机的电枢电流应保证彼此相等，需要一个电枢电流的跟随控制系统。采用恒转矩、恒功率混合调速方式，在基速以下调速时①d不变且保持恒值，在基速以上调速时①d就要随着转速的升高或降低而减弱或增强，即①d是随转速而变的。因此，对于恒转矩、恒功率混合调速方式其调节的原则是：4台电机的电枢电流应保证彼此相等，需要一个电枢电流的跟随控制系统。在基速以下时励磁电流应维持恒定不变，与恒转矩调速方式时一样，需要一个励磁电流的恒流控制系统。但在基速以上调磁时，要保证4台电机的励磁电流彼此相等。为满足这一要求，需要把4台电机的励磁串联起来或需要一个励磁电流的跟随控制系统。从上面的分析可以看出，在恒转矩调速方式时，为了保证4台电机的力矩彼此相等，只有电枢电流需要跟随控制。电枢回路的时间常数小，即使在动态过程中亦能有较高的跟随精度。而在恒转矩、恒功率混合调速方式时在基速以上时，为了保证4台电机的转矩一样，除电枢电流需要跟随控制外，励磁电流亦需要跟随控制。而励磁回路的时间常数大，因此在动态过程中其跟随精度就差一些。因此，从更好地满足在调速过程中升船机4台电机输出力矩要彼此相等的要求出发，恒转矩调速方式更为有利。此外，由于电机制造上的误差，例如Cm常数的差别或者4台电机在同样的励磁电流下电机的力矩不一定相等。在恒转矩调速方式时，可以用微调4台电机恒定励磁电流值的方法来加以补偿。而在恒转矩、恒功率混合调速方式时就无法做到这一点。3.1考虑控制系统的复杂性及可靠性对电流内环、转速外环的双环速度调节系统，其电枢调节回路的结构如图1所示。图1电枢调节回路结构图ng转速给定1g电流给定nf转速反馈Id电机电枢电流nD电机转速——电流环等值放大系数Md——电机转矩片——电流环等值时间系数Me——负载转矩Tm——电机积分时间常数nR——速度调节器Ka——转速反馈系统①d——电机磁通CM——

54电机转矩常数当采用恒转矩调节时，①d是不变的常量，因而对速度调节器nR而言，调节对象的放大系数在调速过程中是固定不变的，因而nR就比较简单，也容易整定。当采用恒转矩、恒功率混合调速时，在基速以上①d是变化的，因而对nR而言，调节对象的放大系数是随①d的减小成正比减少，因而nR就必须具有对0)d变化的适应能力，即通常所说的磁通自适应。例如其放大系数随①d的减小而成反比的增加，或者在nR的输入通道加入一个函数为1/①d的乘法器等。这当然会增加系统的复杂性。另外，混合调速方式都是采用先升压后弱磁的方式，而且大都采用非独立的励磁控制方式。在基速以上时，其电势调节的结构如图2所示：图2电势调节结构图Eg电势给定中g磁通给定Et电势反馈①d电机磁通Ed——电机电势K®——磁通环等值放大系数ER——电势调节器一磁通环等值时间系数Ce——电机电势常数nD——电机转速KfE——电势反馈系数由图可见，对电势调节器ER而言，其调节对象的放大系数是随2的增加成正比的增加。因此，与nR类似，ER也必须具有对血变化的适应能力，即通常所说的转速自适应。这也会增加系统的复杂性。当然，采用数字控制方法，要实现这些自适应还是比较容易的，实际运行效果也不错。但无论如何，简单的系统总比复杂的系统要可靠安全些。所以，从力求系统简单可靠出发，也是采用恒转矩调整方式较好。3.1满足事故工况的要求岩滩升船机有一个特殊要求，即当升船机承船厢到下游水位后发现4台电机中某台电机发生事故（电机本身、电机供电装置或者调节控制系统故障）时，剩余3台电机亦能把升船机由下游水位升到上游停靠点。在电机容量选择时，也考虑到了这一点，即电机的容量和过载能力允许只用3台电机把升船机承船厢从下游水位提升到上游水位后，再进行检修。如果采用恒转矩、恒功率混合调速方式时，为了保证在基速以上使4台电机励磁电流（即磁通）尽量一样，通常这种系统的几台电机励磁绕组是串起来，由1台励磁供电装置来供电。这样就能保证4

55台电机的励磁电流即使在动态变化过程中也都一样。但是如果这样做，对岩滩水电站升船机的具体情况就存在一个问题。如果某台电机出故障是出在励磁回路上（例如：励磁绕组短路、断路、接地、或者励磁装置出故障等），由于4台电机的励磁绕组是串联的，那么其他3台电机即使没有问题，也不能运行（因为没有励磁），这样对满足事故工况运行的要求就要大打折扣。为了避免这一缺点，也可以把4台电机的励磁装置分开，即每台电机各有各的单独的励磁装置，这样可以克服上述缺点，但又带来另一个问题，由于各有各的励磁装置，再加上励磁回路的时间常数较大，因此很难保证在励磁电流变化的动态过程中，4台电机的励磁电流变化的特性完全一样。这样就增加了4台电机力矩的不平衡度，这当然是我们不希望的。3.1分析比较对于岩滩水电站升船机的主驱动而言，保证运行过程中4台电机的力矩均衡性是最重要的，均衡性越好，升船机承船厢运行的平稳性和可靠性就越高，机械寿命也就越长。因此，在选择电机的调速方式时必须充分注意这一点。从上述分析可知，无论是从满足升船机的工艺要求，4台电机力矩的均衡性、系统的可靠性等方面来考虑，恒转矩调速方式都比恒转矩恒功率混合调速方式优越。虽然恒转矩调速方式电机的容量比混合调速方式电机的容量要大20%,但是仅此就选择各方面的性能都不如恒转矩调速方式的恒转矩恒功率混合调速方式显然是得不偿失的。另外，还需指出一点：同样类型的电机，容量相差20%,其尺寸基本相同，价格也基本相等。因此，经综合分析后，岩滩水电站升船机的主驱动电机应该采用恒转矩调速方式。则主驱动电机应选择：DMA+315M,339kW,749r/min,420V直流他激电动机(ABB电机)。4试运行测试结果分析岩滩水电站升船机多电机同轴传动系统最终的调速装置采用4套ABB公司的电气传动柜，采用恒转矩调速方式，其结构为4个电流环共用1个速度环的形式。试运行的测试结果如下：(1)4台电机运行，在空气中运行时电机电枢电流值不大于600A；在水中运行时电机电枢电流值不大于1000Ao(2)3台电机运行，在空气中运行时电机电枢电流值不大于800A；在水中运行时电机电枢电流值不大于1300A；(3)各种运行工况下，各台电机的电枢电流偏差小于1%。上述测试结果表明：在空气中运行时电机电枢电流值不大于所选主驱动电机的额定电枢电流877A；且在水中运行时电机电枢电流值的过载倍数不大于1300A/877A=1.5o因此，实践证明所选的主驱动电机完全满足岩滩水电站升船机运行的要求。

565值得探讨的问题5.1电机容量确定的原则问题岩滩升船机采用非全平衡及承船厢下水式方案，其负载特性就决定其主驱动电机容量要大于全平衡及承船厢不下水式升船机的主驱动电机容量，主要是由于全平衡及承船厢不下水式升船机的卷筒两端的负载始终是平衡的，只需要主驱动电机提供一个不平衡负载使升船机运行，因此其电机容量的选择相对简单且容量较小。由此看出平衡重总重量的选择与配置对主驱动电机容量的确有一定的影响。那么非全平衡及承船厢下水式升船机的平衡重究竟如何配置？这是一个非常关键而棘手的问题，我们知道岩滩升船机的1100t平衡重是在升船机模型试验的基础上，经过测算得出的，其大致等于承船厢入水所受的浮托力。从计算过程中（平衡重为1loot）发现，电机的温升均有较大的储备，电机的容量（转矩）主要是受过载能力，即负载要求的最大不平衡力矩的限制，因而减小负载的最大不平衡力矩还可进一步减小电机的容量（或可增加电机容量的储备）。从静力矩计算数值表中可知，最大不平衡力矩都发生在承船厢进入水中达到下游最低通航水位154.50m时，这时平衡重是起了增加静阻力矩的作用，若减轻平衡重就可以减小该最大不平衡力矩，从而减小电机的容量。如果单纯减小平衡重配置使得承船厢在水中的最大不平衡力矩减小，同时会使承船厢在空气中的不平衡力矩会增大，由于承船厢在空气的运行时间较长，对主提升机的发热会产生不利影响，要克服这一影响又需提高主提升机的设计强度，这又带来一个新的问题：主提升机的设计强度最优的问题。而主提升机的设计强度优化又是一个涉及多项技术的问题，需要进一步进行专题研究才能确定。对于非全平衡及承船厢下水式升船机主驱动电机的容量确定原则，应当是全面考虑各方面因素后兼顾电机容量最小和主提升机的设计强度最优两方面来确定，这一观点尚须实践加以检验。因此，本人认为选择平衡重的配置应使得承船厢在空气中与在水中的最大不平衡载荷比为1：1.6,再按电机容量最小原则确定电机容量比较合理。5.2升船机主驱动电机的发展趋势随着技术的发展，交流电气传动无论从经济、效果等方面，均优于直流电气传动。升船机的多电机同轴电气传动系统的主驱动电机采用交流电机将是必然的结果，加上交流电机的过载能力远大于直流电机，且转动惯量小于直流电机等，这无疑会使同等规模的升船机主驱动电机的容量减少。由于没有实际运行的经验，因此，还需在这一方面尽快开展必要的研究工作。作者简介：谢敏（1967）男，江西瑞金人，工程师。作者单位：广西电力工业勘察设计研究院，广西南宁530023中国二重集团公司三峡升船机齿条研制取得新进展

572009-3-27.上油里欠理ShanghaiHeatTreatment传动技术研究所加快对三峡升船机齿条的研制，在完成三峡升船机齿条试制项目各项工艺准备工作的同时，于近日完成了齿条试制样品粗加工，并进入热处理阶段。升船机是抬升船舶在闸内高度，使船舶快速过坝的重要部件，与永久船闸相比能够大大缩短船舶的停泊时间。三峡升船机是世界上最大的垂直升船机，能一次通过一条3000吨级船舶，提升高度达113米，其规模和技术复杂程度均属世界第一。本次传动所负责试制的齿条属于齿轮齿条爬升机构中的核心部件，不论是材料还是在加工精度方面都有极高的要求；并且该齿条属超大模数齿条，具有外形尺寸较大，加工余量较多、工作齿面硬度高、加工较困难等特点。为了保证零件既能按时在工期内加工完成又能具备可靠的精度，各类技术人员合理分工，团结协作，利用有限的时间，从熟读图纸及制造技术要求入手，结合相关行业制造标准，采取合理措施顺利推进试制工作。他们通过合理分布加工余量解决大型齿条加工时易变形的问题；通过合理选择加工刀具、优化加工方法，解决硬齿面齿条难加工、加工效率较低的问题；通过结合齿条工作环境温度设计出全套标准专用样板，解决齿条加工精度控制的问题。从加工方案的确定到各项准备工作的完成，传动所只用了三个月时间。三峡升船机齿条研制取得的新进展，标志着集团公司产品结构调整、进军水工机械市场乂迈进了新的一步。岩滩水电站升船机多绳共槽钢丝绳安装发布日期:2008-1-2117:56:13（阅H4次）所属频道：水力发电关键词：专装水电水电站

58岩滩水电站升船机主提升机的低速减速机其输出端与两侧相联的卷筒法兰盘，在钢丝绳穿绳时不宜分解其联接。每台低速减速机上的2个卷筒共设置有6条钢丝绳，其中4条对绞式的长绳，2条一端固定在卷筒上的短绳。数量多且有2种不同的缠绕方式，卷筒上采用了公共槽形式给玄装带来一定的难度。主提升机通过同步轴闭环相联的4个可单独运转的启闭单元，每个单元由电动机和高速减速机驱动，通过传动轴带动2台低速减速机，每台低速减速机带动2个卷筒。卷筒直径为e3200mm,卷筒上设有3条①52mm的钢丝绳，两条长绳为213m,一条短绳为129m。每条长绳在绳的腰部通过钢丝绳压板固定于卷筒上，即有2个伸出绳头，一侧的绳头（下文称内端头）通过防转板、调节螺杆及调平油缸与船厢相联。另一侧（下文称外端头）通过调节螺杆与平衡重相联；短绳有一个伸出绳头，一端通过钢丝绳压板固定于卷筒上，另一端通过防转板、调节螺杆及调平油缸与船厢相联。每个卷筒上开设有41道绳槽，短绳靠低速减速机侧，短绳有4.5圈安全圈，长绳始终有12.5圈缠绕在卷筒上，在升船机全行程动作过程中，短绳与其相邻的长绳（下文称内长绳）有7圈共绳槽，内长绳与另一长绳（下文称外长绳）有7圈共绳槽。根据卷筒钢丝绳设计的极限状态承船厢沉底、平衡重到顶时的工况（见图1）,卷筒压板朝上，外长绳处于卷筒外侧铅垂切线的切点伸出3.5m时，内长绳的外端头处于35道槽，外长绳内端头处于8道槽，内长绳内端头处于36道槽。图1承船厢沉底、平衡重到顶时的工况图2穿绳工作穿绳工作是继主机空载闭环试验完成后进行，此时的承船厢用支承钢架平台支承在承船厢最底极限位置，平衡重用承重平台托放在接近平衡重上极限位置。首先把各单元与单元之间的同步轴先行拆除，使其成为4组单独运转的启闭机单元。对任一单元的其中一台低速减速机上的2只卷筒上的钢丝绳同时进行穿绳工作，然后拆除低速减速机与高速驷动装置的传动轴，使其在安装该单元的另一组低速减速机的卷筒上的钢丝绳时，该组低速减速机及其上的卷筒不工作，然后对另一台低速减速机上的卷筒的钢丝绳进行安装。在未拆除同步轴前，先把卷筒钢丝绳压板孔置于朝上位置，标定各卷筒初始位置点，即长绳外端头起始定位和短绳在卷筒上起始定位点，做法为根据各绳的起始槽，长绳外端头在卷筒外侧铅垂切点顺着绳槽丈量3.5m定点。短绳根据预留的安全绳头出量定点。把长绳初始位置点转到内侧用4条长度约为150m宜径①10mm的钢丝绳作为长绳缠绕的牵引绳，把牵引绳缠绕12圈在卷筒上，并把牵引绳的一绳头置于初始位置点上。用托架支撑放在承船厢的钢丝绳盘，便于绳盘内的钢丝绳抽出，用卷扬机通过自制的钢丝绳夹（见图2）把长绳绳头带到起始位置上并用牵引绳锁联，通过高速驱动装置带动卷筒旋转使长绳缠绕在卷筒上，同时牵引绳的另一端用人力收尾。图2钢丝绳夹当长绳绕到短绳安装位置时，即内处长绳刚绕过压板槽，分别在25和11道槽，且短绳

59压板朝船厢侧，停止转动卷筒，用卷扬机把短绳头抽起，并使之绳头缠绕卷筒使短绳头对齐起始位置，短绳缠绕卷筒1圈使短绳刚绕过压板槽即处在39道槽，并用钢丝绳压板把所有的钢丝绳夹稳，转动卷筒使钢丝绳继续缠绕在卷筒上，当钢丝绳绕到如图1所示位置时，放出固定在卷扬筒上的长绳绳头。钢丝绳出厂合格条件为：长度不允许短于设计值，不允许长于设计值的200mm,穿绳时，是以外端头对齐，由于钢丝绳长短不一，穿绳后内端头不平齐，为达到内端头平齐就需进行调绳工作。3调绳调绳前先把同步轴系统恢复，使主提升处于闭环状态,然后测量所有内端头的高低尺寸，根据内端头高差的平均值做为调整的基准，长于平均值进行缩绳，短于平均值进行放绳，使所有的内端头处于一水平面上。调绳时进行逐根钢丝绳调整，具体操作为：用自制的钢丝绳夹在卷筒钢丝绳伸出端切线切下1m左右把钢丝绳夹紧，通过桥机把伸出端提起，使缠绕在卷筒上的钢丝绳不受伸出端的自重力，并保证调整的活动量，根据调整的需要用撬棍逐段撬移缠绕钢丝绳使之移位，达到调整的位置。钢丝绳调整完后，把内端头与防转板和调到中位的调节螺杆及调平油缸相联，最后与船厢相联，对调平油缸进行充油打压，使活塞处于中位。提升船厢，使外端头与平衡而调整螺杆相联，提升平衡看使平衡重离开承重平台，拆除平衡平台，完成穿绳任务。4结语主提升机运行一段时间后，内绳头出现了不平齐现象，防转板高低不平，可能是调绳时撬移卷筒钢丝绳，有松驰现象，调整时的平齐是•种假象，运行一段时间后，空道排卸到绳头上的原因，建议以后在穿绳工作中，注意两点：（1）穿绳后、调绳前，先用外力把卷筒上的空道收紧，以防调绳前测量的调整量不准确：（2）调绳后，再用外力把卷筒缠绕绳收紧，以防出现调整的假象。“三峡升船机安全机构螺杆螺母自锁性能试验研究”项目通过验收G发表时间：2008-3-19来源：制造工程研究所点击数：9193月3日，由中机生产力促进中心制造工程研究所完成的“三峡升船机安全机构螺杆螺母自锁性能试验研究”项目验收会在中心707会议室召开，中国长江三峡工程开发总公司委托的验收专家、机械科学研究总院副院长王德成和中机生产力促进中心主任李勤参加会议。首先，王德成副院长和李勤主任分别致词，感谢中国长江三峡工程开发总公司对我院重大科研

60项目的支持。制造工程研究所刘红旗所长对项目的研究情况和研究结论进行了汇报，并与专家组一起参观试验装置和试验现场。三峡升船机是世界上规模和技术复杂程度最大的升船机，是国家重点工程支撑项目，制造工程研究所承担的《三峡升船机安全机构螺杆螺母自锁性能试验研究》是其中的一个子项目，三峡升船机安全机构是三峡升船机安全保障的核心机构，它主要利用螺杆和螺母柱的自锁来锁定船厢，实现船厢的安全保护。当升船机船厢出现过载或意外事故时，液气弹簧动作，使螺杆螺母牙齿接触并自锁，从而将船厢锁定在螺母柱和塔柱上。因此，确保螺杆与螺母满足自锁条件是技术关键。项目组根据摩擦学原理和相似原理，分别设计并制作了螺杆螺母材料摩擦系数试验装置和2套1:10等比例螺杆螺母实物模型，通过试验的方式研究螺杆螺母在多种工况下的摩擦系数和自锁性能，验证安全机构螺杆螺母的自锁性能和自锁可靠性，该项目的研究成果，为三峡升船机安全机构螺杆螺母机构的合理设计提供了可靠依据，保障了三峡升船机的安全运行。验收组对项目的方案、进展和结论十分满意，经过认真讨论，一致认为：技术路线、试验方案和试验装置设计正确，试验过程科学严谨，试验结果和结论可信，可供今后的设计和运行参考，达到了合同要求，所提交的试验成果资料翔实完整，经费使用合理，同意通过验收。三峡总公司机电工程部吴小云主任表示，今后还将加强与我院的项目合作。基于CATIA的大螺杆式升船机长螺母柱安全装置的特性研究魏要强石端伟朱惠华宋蒋莉摘要：分析了某升船机长螺母柱安全保障机构的设计载荷，运用CATIA软件建立长螺母柱机构郁模型，以单个螺母柱上的不平衡载荷为12750/KN作为校验载荷，计算了螺母柱、支承架、较制孔唳栓的应力与变形.结果表明,螺母柱纹牙的强度及单排M48饺制孔螺栓均联结满足强度要求.关键词：升船机；安全装置;长螺母柱;CATIA;有限元作者单位：魏要强（武汉大学，动力与机械学院，武汉,430072）石端伟（武汉大学，动力与机械学院，武汉,430072）朱惠华（武汉大学，动力与机械学院，武汉,430072）宋蒋莉（武汉大学，动力与机械学院，武汉,430072）参考文献：

61[1]唐冠军.德国升船机技术与管理的考察体会.水运工程[J].2002.9[2]李天碧.德国吕内堡双船槽垂直升船机工程探讨.南昌水专学报[J].1996.2[3]傅妮.方杨.三峡升船机长螺母柱保安装置边墙结构研究.人民长江[J1.2001.11[4]陈锦珍.包纲鉴.垂直全平衡升船机承船厢的稳定性分析.水利水运科学研究[J].1996.12[5]王志浩.石端伟.程新娥等.大螺杆式升船机齿轮齿条爬升机构有限元分析.机电工程[J].2003.4[6]徐潮.机械设计手册.北京机械工业出版社[M].2001.1[7]曹智雄等.CATIA实作范例.科学出版社[M].2001.3