一种用于升船机下游对接的辅助船厢、辅助船厢系统及对接方法

技术领域

本发明涉及一种用于升船机下游对接的辅助船厢、辅助船厢系统及其对接方法，具体是一种利用辅助船厢抵御引航道水位变幅及波动影响的自调节升船机对接方法，属于通航建筑物领域。

背景技术

通航建筑物的型式有船闸和升船机两种，当水头超过70m时一般采用升船机。随着中国内河航运的发展，越来越多的高坝大库存在通航需求，需修建大批升船机。但我国中西部河流大部分为山区型河流，具有夏季与冬季水位变幅大，受电站调峰及泄洪影响下游水位波动及水位变率快的特点，影响升船机下游对接。

目前，我国升船机分为下水式升船机与不下水式升船机。不下水式升船机一般为全平衡式，船厢下游需建设工作门进行挡水使船厢池为无水状态，工作门高度需满足下游最大水位变幅，在船厢下游对接过程中，船厢需运行至下游对接位，与工作门进行对接，对接过程中开启船厢门与工作门上的工作小门，使船厢与引航道水体联通，船舶可以进出船厢。该对接方法面临的主要问题为：(1)工作大门需满足下游最大变幅，当下游水位变幅超过10m时，工作大门建设成本与难度剧增；(2)工作大门需随下游水位调整其高度，运行程序复杂；(3)不能适应下游较大水位波动及变率，当船厢锁定到工作大门后，在船厢工作小门与船厢门开启前，如果下游水位变率过大，将引起船厢内外水位差不能满足船厢门开启条件，使对接失败；(4)在船舶进出船厢过程中下游水位变化将引起船厢内水位变化，由于全平衡式升船机船厢侧重量与平衡重侧相当，当船厢水位发生变化时，平衡重侧与船厢侧重量不匹配，升船机不能运行，需对船厢进行补水或抽水控制船厢水位。

下水式升船机是中国技术人员根据中国山区型河流下游水位变幅大、变率快的特点而提出的一种具有中国特色的升船机型式，其通过船厢直接入水方式进行下游对接，可根据下游水位变化快速调整对接位置，船厢对接准确可靠，而且省去了下闸首及其相应的附属设备，包括顶紧、密封机构等，运行流程大大减少，缩短了船只过坝时间。但该方法也存在以下不足：(1)升船机为不平衡式升船机，电机功率大，耗能高；(2)升船机减速器扭矩大，制造难度大；(3)船厢入水过程受到复杂的水动力问题影响，入水存在一定安全问题，如第一座下水式升船机岩滩升船机在入水过程中出现电机过载问题；(4)下水式升船机为降低出入水过程水动力荷载影响，船厢出入水过程缓慢；(5)当船厢越大时，下水式升船机所受水力荷载越大，不平衡力越大，因此很难实现下水式升船机大型化。目前已建最大吨位下水式升船机为500t级(构皮滩第一与第三级升船机、景洪升船机)，但升船机规模需与船闸规模相当才具备生命力(如三峡升船机为3000t级升船机)。

因此急需一种解决下水式升船机难以大型化与不下水式升船机下游对接难的全新方法。

发明内容

本发明所需解决的技术问题为，提供一种辅助船厢、辅助船厢系统及对接方法，以克服现有升船机下游对接存在的技术问题：(1)不下水式升船机对接不能实时调整自身位置以适应下游水位变幅及变化问题；(2)下水式升船机入水过程中受不平衡力引起的入水速度低、升船机过船吨位低、电机功率大等问题。

本发明解决问题的提供的技术方案为：

本发明提供一种用于升船机下游对接的辅助船厢，所述的辅助船厢包括辅助船厢纵向限位导轮、辅助船厢横向限位导轮、辅助船厢内轨道、辅助船厢下游卧倒门以及辅助船厢混凝土配重块；所述的辅助船厢平面尺寸大于升船机外形船厢平面尺寸，即A

优选的，所述的辅助船厢纵向限位导轮4个为一组，每组辅助船厢纵向限位导轮排列为

优选的，所述的辅助船厢内导轨安装在辅助船厢内，距离辅助船厢上游1/4及3/4纵向位置的左右岸船厢内。

优选的，所述的辅助船厢下游卧倒门安装在辅助船厢下游侧，所述的辅助船厢下游卧倒门为外开型，尺寸与升船机船厢卧倒门一致。

优选的，所述的辅助船厢纵向限位导轮为16只；所述辅助船厢横向限位导轮为8只；所述辅助船厢内轨道为4根。

本发明还提供一种用于升船机下游的辅助船厢系统，包括上述权利要求1-5任一的辅助船厢，所述的一种用于升船机下游的辅助船厢系统还包括辅助船厢导轨和升船机船厢夹紧装置；所述的辅助船厢导轨分别两两安装在船厢池上下游1/4位置处的左右岸升船机闸墙上；所述的每一根辅助船厢导轨上有三个导轨面，辅助船厢导轨高度高于下游可能出现最高水位；所述的升船机船厢夹紧装置安装与辅助船厢内轨道对应位置的升船机船厢上，在水平面内距离辅助船厢上游1/4及3/4纵向位置；所述的升船机船厢夹紧装置与辅助船厢内轨道配合，将升船机船厢固定到辅助船厢内；通过升船机船厢夹紧装置伸出，夹住辅助船厢内轨道，将船厢固定到辅助船厢上，以实现荷载及位移在辅助船厢与升船机船厢之间传递。

优选的，所述的每一组辅助船厢纵向限位导轮与一根辅助船厢导轨道上下游两个轨道面相接触，限制辅助船厢纵向位移及纵向转动；所述的每一组辅助船厢横向限位导轮与一根辅助船厢导轨侧面接触，限制辅助船厢横向位移及横向转动，并与辅助船厢纵向限位导轮联合限制辅助船厢水平面内转动。

优选的，所述的辅助船厢导轨为竖向矩形。

优选的，所述的升船机船厢夹紧装置共4套。

本发明还提供上述用于升船机下游的辅助船厢系统在升船机下游对接中的对接方法，括所述的对接方法具体为：(1)升船机船厢运行至辅助船厢内，升船机船厢内水位与下游水位齐平；(2)升船机船厢夹紧装置伸出，夹住辅助船厢内轨道，将升船机船厢固定到辅助船厢上；(3)升船机提升电机关闭，保持升船机制动器敞开状态；(4)升船机船厢密封框推出与辅助船厢下游卧倒门对接；(5)补充升船机船厢与辅助船厢密封框之间的间隙水；(6)辅助船厢卧倒门开启；(7)升船机船厢门开启；(8)船舶进出升船机船厢；(9)关闭升船机船厢门与辅助船厢卧倒门；(10)排空升船机船厢与辅助船厢密封框之间的间隙水；(11)升船机船厢密封框收回；(12)升船机船厢夹紧装置收回，解除升船机船厢与辅助船厢对接；(13)升船机提升电机运行，拉动升船机船厢上行。

本发明提供了一个自调节应对下游水位大变幅及下游水位变率快的方案。(1)对于大变幅问题，由于本发明辅助船厢是飘浮在水中的，当下游水位增加时，辅助船厢会沿辅助船厢轨道向上运动，水位降低时辅助船厢会沿辅助船厢轨道向下运行，因此可有效解决水位变幅大问题。(2)对于水位变率问题，当船厢下游对接过程中，下游对接水位发生变化，辅助船厢会根据下游水位发生运动，而由于船厢通过夹紧装置与辅助船厢连接，此时，由于升船机为全平衡式，制动器敞开状态，船厢侧与平衡重侧重量相等，辅助船厢仅需提供克服升船机系统摩擦力就能使船厢一起运动，因此船厢内水位与引航道水位不会出现较大水位差。

本发明的优点是：

(1)可适应下游水位变幅大、变率快的河流下游对接；

(2)因为该方案无需在下闸首建设工作闸门等装置，建设成本较全平衡式升船机低，且随着下游水位变幅增加，优势越明显；

(3)船厢下游对接过程船厢水位随着下游水位实时自调节，是下水式升船机与不下水全平衡式升船机不具备的；

(4)由于升船机型式采用全平衡式，运行能耗低较下水式升船机低，同时船厢过船吨位不受下水式升船机入水过程的不平衡力限制，是解决山区型河流升船机大型化难题的一种方法；

(5)船厢无需入水对接，不会受到入水过程中产生的倾覆荷载，船厢对接无需像下水式升船机一样在入水前降低速度运行，船厢运行速度快。

附图说明

附图1本发明装置介绍(平面图)；

附图2辅助船厢(平面图)；

附图3辅助船厢(正视图)；

附图4辅助船厢(侧视图)；

附图5辅助船厢纵向及横向限位导轮与辅助船厢导轨细部图(平面图)；

1-辅助船厢、2-辅助船厢纵向限位导轮、3-辅助船厢横向限位导轮、4-辅助船厢导轨、5-辅助船厢内轨道、6-辅助船厢下游卧倒门、7-升船机船厢夹紧装置、8辅助船厢混凝土配重块。

具体实施方式

实施例一

以某升船机采用本发明为例，结合附图对本发明辅助船厢及辅助船厢系统进行详细说明。

1.某升船机船厢基本参数

该升船机船厢外形长71m，外形宽17.7m，升船机船厢水面至升船机船厢底部高度为3.8m。

2.本发明装置总体设计与布置

本发明装置见附图1，包含辅助船厢1、辅助船厢纵向限位导轮2(16只)、辅助船厢横向限位导轮3(8只)、辅助船厢导轨4(4根)、辅助船厢内轨道5(4根)、辅助船厢下游卧倒门6、升船机船厢夹紧装置7、辅助船厢混凝土配重块8。

辅助船厢及附属设施的尺寸及布置如下：

(1)在船厢池上下游1/4位置处的左右岸塔柱分别安装竖向矩形辅助船厢导轨4，共4根。辅助船厢导轨4宽0.3m，厚0.4m，高30m，每根辅助船厢导轨4上有三个导轨面。

(2)辅助船厢1安装16只辅助船厢纵向限位导轮2，辅助船厢纵向限位导轮2外径0.3m，厚0.2m，辅助船厢纵向限位导轮2距离升船机闸室墙壁0.1m，辅助船厢纵向限位导轮2为4个为一组，每组辅助船厢纵向限位导轮2排列为

3)辅助船厢1安装8只辅助船厢横向限位导轮3，辅助船厢横向限位导轮3为2个为一组，外径0.3m，厚0.2m，每组辅助船厢横向限位导轮3上下排列并形成“吕”字型，上下两排导轮距离为5.3m，并与一根辅助船厢导轨4侧面接触，限制辅助船厢横向位移及横向转动，并与辅助船厢纵向限位导轮2联合限制辅助船厢水平面内转动。

(2)安装辅助船厢内轨道5，与升船机船厢夹紧装置7配合，将升船机船厢固定到辅助船厢1内。辅助船厢1内距离辅助船厢上游1/4及3/4纵向位置的左右岸船厢内安装辅助船厢内轨道5，辅助船厢内轨道5厚度为0.3m，长度0.6m，升船机船厢对应辅助船厢内轨道位置安装升船机船厢夹紧装置7，升船机船厢夹紧装置装置高0.2m，宽0.1m，一共8只。通过液压启闭机推动升船机船厢夹紧装置7伸出，夹住辅助船厢内轨道5，将船厢固定到辅助船厢1上，以实现荷载及位移在辅助船厢与升船机船厢之间传递。

(3)辅助船厢下游侧安装辅助船厢下游卧倒门6，辅助船厢下游卧倒门6为外开型，尺寸与升船机船厢卧倒门6一致。

(4)辅助船厢1尺寸确定：

1)辅助船厢平面尺寸大于升船机外形船厢平面尺寸，即A

A

2)升船机船厢下游与辅助船厢1对接时，升船机船厢按下游水位进行对接，并固定在辅助船厢上，当下游水位发生上升，由于升船机存在系统摩擦力，下游水位上升超过某个值时，辅助船厢增加的浮力大于摩擦力，船厢才能随水位上升而运动，反之亦然。因此，由于系统摩擦力的存在，可能导致船厢内外存在水位差，而水位差的存在会引起船厢门开启过程中的船舶系缆力增加。因此，辅助船厢平面尺寸还需满足A

A

3)辅助船厢1高度满足h>h

取h＝6.3m。

因此，辅助船厢尺寸为：长72m，宽18.3m，高6.3m。

实施例2

一种辅助船厢在升船机下游对接的方法

本发明辅助船厢在升船机下游对接的方法为：(1)升船机船厢运行至辅助船厢内，升船机船厢内水位与下游水位齐平；(2)升船机船厢夹紧装置伸出，夹住辅助船厢内轨道，将升船机船厢固定到辅助船厢上；(3)升船机提升电机关闭，保持升船机船厢制动器敞开状态；(4)升船机船厢密封框推出与辅助船厢下游卧倒门对接；(5)补充升船机船厢与辅助船厢密封框之间的间隙水；(6)辅助船厢卧倒门开启；(7)升船机船厢门开启；(8)船舶进出升船机船厢；(9)关闭升船机船厢门与辅助船厢卧倒门；(10)排空升船机船厢与辅助船厢密封框之间的间隙水；(11)升船机船厢密封框收回；(12)升船机船厢夹紧装置收回，解除升船机船厢与辅助船厢对接；(13)升船机提升电机运行，拉动升船机船厢上行。

本发明中有关辅助船厢纵向限位导轮、辅助船厢横向限位导轮等数量只是其中一种，毫无疑问，也包括其他数量配合。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代。