构皮滩水利枢纽垂直升船机设计中的关键问题研究

构皮滩水利枢纽通航设施采用三级500吨级升船机组合型式,其中第一级和第三级升船机为非全平衡式,即下水式升船机,是国内提升力最大的垂直升船机。在构皮滩通航设施布置及一、三级升船机机械布置的基础上,针对其设计中的部分难点,进行了深入的研究。介绍了构皮滩下水式升船机机械设计中的重要研究方案,讨论了下水式垂直升船机共同面临的主提升机减速器疲劳载荷和结构优化以及船厢水动力设计与试验问题。

卷扬垂直升船机水动力学一些问题的探讨

卷扬垂直升船机的水动力学是一个复杂的课题，过去国内外对此研究甚少。近十余年，我们通过对三峡升船机水动力学的模型试验研究，尤其是通过对福建水口、广西岩滩两座升船机的大比尺全整体模型试验研究，积累了较多资料，本文综合这些试验研究成果，对垂直升船机运行中的水力特征值：如厢内水体波动形成的纵向偏心距、船厢的稳定、船舶行驶在厢体中的最大下沉量、承船厢入水时池内水面的最大升高值、卧倒门开启的工作条件等问题，作了比较系统的分析和介绍。

全平衡卷扬式垂直升船机液压动态调平下的纵倾稳定特性研究

针对全平衡卷扬式垂直升船机在液压动态调平下的纵倾稳定性问题,对承船厢的纵倾稳定性、钢丝绳临界吊点中心距的计算、各子系统的稳定特性及响应快速性进行了研究,提出了一种承船厢耦合系统纵倾稳定特性的分析方法。建立了浅水晃动子系统、液压调平子系统、主提升机械子系统与承船厢结构子系统相互耦合的机-液-固-流耦合系统动力学模型,并运用变步长龙格库塔法对耦合系统进行了位移响应计算。研究结果表明:龙格库塔法计算的临界吊点中心距与李雅普诺夫运动稳定性判据得到的结果接近,误差小于4%;各子系统中最容易失稳的是浅水晃动子系统;响应调整至稳态的速度由快到慢依次为液压调平子系统、承船厢结构子系统、主提升机械子系统与浅水晃动子系统。

高扬程全平衡卷扬式垂直升船机系统稳定性分析

通过理论分析,推导了一种使全平衡卷扬式垂直升船机系统保持稳定的临界吊点中心距的理论计算公式,依据该公式研究了高扬程对系统稳定性的影响规律。根据第二类拉格朗日方程建立了一个七自由度的卷扬式垂直升船机系统的动力学模型,该模型考虑了承船厢、提升钢丝绳、重力平衡重、卷扬机、同步轴以及承船厢中的水体。基于笛卡儿法则推导了临界吊点中心距的理论计算公式,分析了升船机扬程对升船机系统稳定性的影响规律。运用四阶变步长Runge-Kutta法对全平衡卷扬式垂直升船机系统进行动力学仿真,模拟出不同临界吊点中心距下系统各自由度的位移响应,通过响应的收敛性来判定系统的临界吊点中心距。将推导出的理论计算公式的计算结果与系统动力学仿真的计算结果进行对比,得出误差为9.02%,从而验证了理论计算公式的准确性。该公式可以用来设计吊点中心距、提升钢丝绳刚度、卷扬机卷筒半径、同步轴刚度,判断高扬程全平衡卷扬式垂直升船机系统的稳定性。

构皮滩垂直升船机金属结构和机械设备设计研究

构皮滩升船机工程由三级升船机组成,其中第一、三级升船机是目前国内外已建或在建的规模最大的下水式垂直升船机,其主提升机提升力位居国内乃至世界上所有垂直升船机之首;第二级升船机为国内乃至世界上单级提升高度最大的垂直升船机。对构皮滩三级升船机金属结构、机械设备的总体设计方案做了系统介绍,并简要总结了设计中的几个关键技术问题,包括平衡重重量确定、大型减速器研发、船厢纵倾稳定性试验等。研究成果可为同类型升船机的设计提供有益借鉴。

升船机承船厢失衡的分析与处理

全平衡升船机的运行条件是全平衡,一旦平衡系统破坏,升船机运行的结果将是灾难性的。针对承船厢倾斜后如何调平问题,从安全、经济角度进行系统研究。采用升船机制动和提升系统对传动系统进行应力释放和承船厢调平,利用承船厢水位的增减,使承船厢的重力大于平衡重力;通过分区域松制动闸,使承船厢可控下降,纠正承船厢的倾斜。在达到基本平衡后,用升船机自平衡系统,完全恢复升船机的全平衡。案例解决了承船厢失衡后的调平问题,对同类升船机的运行检修具有指导意义。

福建水口全平衡垂直升船机调试技术研究与实践

全平衡垂直升船机是解决高坝通航问题的有效途径,而升船机在正式投入运行前必须通过严格的设备调试。介绍了福建水口全平衡垂直升船机在调试过程中所发现的一系列问题及解决方法:包括技术参数整定、优化逻辑闭锁条件、人机界面和数据库功能等。目前,水口电站升船机设备运行状态符合设计要求。根据水口升船机调试的实践经验,对钢丝绳卷扬提升式全平衡垂直升船机调试的关键技术进行了总结,以期对国内升船机建设提供一定的借鉴价值。

全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机的安全锁锭装置方案探讨

针对采用齿轮齿条爬升加短螺柱、长螺母的安全锁锭装置存在的问题,提出一种全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机的安全锁锭装置,采用电气同步轴和短螺柱微调装置解决短螺柱与主提升设备的同步运转及短螺柱在长螺母中的定位问题,同时采用短螺柱微调装置缩小短螺柱、长螺母的径向尺寸并降低长螺母的安装精度,并提出了短螺柱组装、长螺母、短螺柱微调与承船厢的连接方法,在正常时不影响升船机升降,事故时短螺柱组装、长螺母与承船厢刚性接触可使承船厢安全锁锭。与三峡升船机的对比结果表明,全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机的安全锁锭装置在技术上具有可行性。

湿运全平衡钢丝卷扬垂直升船机在水口水电站的应用

水口水电站的过船建筑物由一线2×500t级升船机和一线2×500t级三级船闸组成。升船机为湿运全平衡钢丝绳卷扬提升垂直升船机,于2005年4月8日开始试通航,是我国目前建成投运的规模最大的垂直升船机。该升船机的成功投运,在提高通航能力、节水发电、节省运费、增加通航可靠性等方面都发挥出其显著的经济与社会效益,也为我国大型垂直升船机的设计提供了技术依据和有益的实践经验。

齿轮齿条爬升式与钢丝绳卷扬平衡式垂直升船机的液压控制特点分析

该文重点分析了齿轮齿条爬升式与钢丝绳卷扬平衡式垂直升船机的液压控制特点,阐述了液压传动控制对垂直升船机的重要性。

垂直升船机四驱动点传动系统的设计

在垂直升船机提升传动系统中,实现四驱动点机械同步负载均衡是其关键技术之一。文中分析了机械同步+电气行程同步控制和机械同步+电气出力均衡控制2种方案。传动系统采用SIMOTION D435控制器和PLC控制器实现位置、速度、力矩三闭环控制。在实际工程应用中,2种控制方案都能实现四驱动点行程偏差小于4 mm,力矩偏差小于平均转矩的10%的技术指标,动、静态运行效果良好。

百色水利枢纽通航建筑物布置及两级垂直升船机结构设计

百色水利枢纽通航建筑物为带中间渠道的两级垂直升船机，第1级提升高度为25m，第2级为90m。采用钢丝绳卷扬机全平衡湿运垂直升船机，其规模按通过2×300t一机驳顶船队或2×300t分节驳船队设计，承船厢有效尺寸为77．5m×10．2m×1．7m，通航等级为5级。两级垂直升船机结构型式基本机同，第1级升船机塔柱高44m，第2级升船机塔柱高为111m。第2级升船机塔柱由前后分离的两对承重筒体构成，上、下游筒体平面尺寸为40.95m×10m和34m×10m，壁厚80cm，经有限元计算和石膏模型试验验证，结果表明其刚度和强度均满足要求，升船机安全运行有保障。

大型钢丝绳入水式升船机承船厢结构设计与有限元分析

入水式钢丝绳卷扬式垂直升船机是升船机形式中的一种,其特点为承船厢可以直接入水,不需船厢与闸首无缝对接,有效地简化了升船机运行程序。文中对其入水式承船厢结构设计做了详细的阐述与研究,优化了结构入水特性,同时对承船厢结构在空中及入水运行工况做了详细的受力分析,利用有限元模型计算验证了其强度、刚度符合设计要求。

入水式钢丝绳卷扬垂直升船机中大直径卷筒的设计与应用

入水式钢丝绳卷扬垂直升船机有简化升船机运行程序、适应下游水位变幅大及变率快的优势,但因其主提升机规模较大,其主提升机的布置条件要求较高。文中所研究的项目为目前世界上规模最大的钢丝绳卷扬提升式下水式升船机,其主提升设备卷筒装置为目前世界上直径最大的提升卷筒。对该项目卷筒的工作原理、出绳方案及结构特点做了详细的阐述与研究,利用经典力学对卷筒结构及卷筒轴强度、刚度进行了设计计算,通过有限元建模分析对其结果进行了验证。

可调平衡重垂直升船机(湿运)系统研究

采用可调平衡重系统，以机电一体化技术手段，程控调整滑轮两侧钢绳张力差△F值的大小和方向，实现运行全过程的静动态平衡、随遇平衡，进而实现无需配置电力驱动系统，减小悬吊钢丝绳直径，取消尾绳、取消卷扬筒、不设转矩平衡重，简化制动装置等效果。

岩滩250t级垂直升船机主提升机工作制动器改造

岩滩升船机原工作制动器为法国SIME公司产品,使用20年后,制动器出现老化故障,升船机无法运行。为了解决制动器老化的问题,避免升船机长时停航,提出采用国产设备代替进口设备。根据设备性能和现场安装条件,确定了制动器国产化替代方案及相关技术措施等。改造实施后,升船机经一年多的运行检验,国产制动器运行正常,改造取得了圆满的成功。该改造方案对今后升船机的设计、建造有借鉴作用。

卷扬式垂直升船机纵向地震下TMHCF耦合动力学分析

针对钢丝绳卷扬式垂直升船机纵向地震下的动力学特性问题,建立了升船机塔柱二维纵向集中质量等效模型,提出了分析升船机纵向地震下时程响应的新理论模型,研究了承船厢纵倾稳定性及升船机各系统的响应特性。以预研中的200 m级钢丝绳卷扬式垂直升船机为研究对象,建立了考虑系统阻尼的塔柱(tower,T)-主提升机械传动系统(main hoist mechanical transmission system,M)-液压调平系统(hydraulic leveling system,H)-承船厢(ship chamber,C)-厢内浅水晃动(shallow fluid sloshing,F)(TMHCF)的耦合动力学模型,运用4阶定步长龙格库塔法对耦合系统进行时程响应计算。结果表明:塔柱的二维串联多自由度集中质量等效模型能够较准确地反映塔柱纵向的模态特性,与三维有限元模型的固有频率误差不超过5.6%;TMHCF各子系统中,响应速度最快的是液压调平子系统,稳定性最好的是塔柱子系统;与液压动态调平工作状态相比,纵向地震下承船厢子系统纵倾运动稳定性降低了8.4%,但设计吊点中心距62.0 m可以保证承船厢在纵向地震下的纵倾运动稳定性,安全系数不低于1.088。