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　　论文关键词：水力 重力　垂直升船机　研究

　　论文摘要：水力重力式垂直升船机工作原理是：通过滑轮组、卷筒的钢丝绳缠绕系统，将船厢与重力水箱以两边平衡的方式对接起来，使得船厢与重力水箱的各起吊点互为钢性联接，有利于上下运行时保持很好的同步。若要船厢下降，就打开重力水箱上的运行排水阀直接排水；若要船厢上升，就利用水库上游之水，给重力水箱中加水。通过利用水的重力，改变两边对重的重力差，直接用重力水箱驱动船厢的上下运动，实现上下游水位的通航对接。重力水箱的加水的原理是：通过加宽供水口的面积，以减缓水的流速，采用多层供水方式，达到减小供水口与重力水箱之间的供水落差。水是从蓄水箱的漫水孔板以漫出的形式流出，再顺着水幕墙板向下流入重力水箱，蓄水箱是多层的。

　　我国“十一五”发展规划纲要提出了有序开发水电，建设金沙江、雅砻江、澜沧江、黄河上游等水电基地及溪洛渡、向家坝等大型水电站的要求。随着我国对西部地区开发力度的加大和西电东输的实施，水能资源开发势在必行，解决高坝通航问题作为水资源综合利用的重要组成部分显得愈为迫切和重要。更是开发的重点，我国升船机建设数量也将会越来越多，升船机设计、制造、安装技术将得到进一步提高，升船机在西部水资源开发中将发挥越来越大的作用。西部很多河流如澜沧江、金沙江、嘉陵江、西江、乌江、红水河、南北盘江等正处于梯级开发中，一大批航电枢纽亟待兴建，升船机应用前景广阔。此外正在设计和拟建的还有构皮滩、思林、百色、龙滩等大型升船机工程。同时随着西部水运的发展及科学技术的进步，也急需提高升船机的设计、及维护水平，保证升船机的顺利建设和安全运行[1]。另一方面，众多、水电枢纽工程作为航道上的节点，如一个梯级枢纽通航设施的不建、缓建或低标准修建，就会破坏内河航运的连续性，制约河流的通航能力甚至导致河流断航，就会形成中西部17条枢纽通航的“瓶颈”。枢纽通航设施作为内河航道的一个组成部分，具有性和基础性，政府公共投入不足难以缓解电航矛盾。造成部分具有重要航运功能，但建设较高的梯级建设难以开展，阻碍河流全江渠化进程；从而制约了内河航运的发展空间[2]。投入不足难以缓解电航矛盾，是否能从升船机制造上减少的成本？本文力图研究、论证一种，结构更简单、制造更容易、维修更方便、投入更小、运行成本更低的升船机。它是一种通过改变重力水箱内的水量，直接用重力水箱驱动船厢的水力重力式垂直升船机。

　　2.1 国内与水力重力式垂直升船机相关的背景　

　　目前，为了制造出性价比更好的升船机，中国专利号：00266550.6提出的《滑轮组平衡升船机》，在每根平衡钢丝绳的两端各加上平衡滑轮组一个。使船厢与平衡舵连接成整体，并相互平衡，再在船厢与平衡舵之间设起吊机若干部，起吊钢丝绳二根与起吊滑轮组二个等构件所组成，可使船厢升降，还可减少起吊力[3]。及中国专利申请号：200810047149.X《水力浮动式快速垂直升船机 》，是向提升竖井充水或排放提升竖井中的水，达到改变提升平衡筒的重量克服摩阻力促使船厢升降的目的[4]。这些方案各有长处，也有短处。例如，正在建设中的三峡大坝升船机，其提升高度将达113m，提升重量达16000t，经过半世纪论证，升船机定型为：齿轮齿条爬升、长螺母柱短螺杆安全装置的设计方案。它的驱动机构由开式齿轮、齿条、液气弹簧、减速器、电动机等设备组成。其齿轮齿条z=16、模数m=62.7、齿轮直径D=1002.7mm、单节齿条长度4725mm，升船机设计概算基本方案确定的静态（1993年5月末价格水平）达到19.8亿元。它具有有先进的安全装置，但用于驱动船厢的设备之大，制造之难。当船厢与闸首对接过程中误载水深超过正负5cm时，需启动船厢两端的可逆水泵系统进行调节[5]。

　　2.2 水力重力式垂直升船机的原理简述

　　2.1.1 钢丝绳缠绕系统，水力重力式垂直升船机，通过滑轮组、卷筒的钢丝绳缠绕系统，将船厢与重力水箱以两边平衡的方式对接起来，使得船厢与重力水箱的各起吊点互为钢性联接，有利于上下运行时能保持很好的同步。

　　2.1.2 承船箱上下驱动方式，承船箱的上、下是用很简单的方法实现。若要船厢下降，就排放重力水箱中的水，若要船厢上升，就给重力水箱中加水。通过改变两边对重的重力差，使承船箱上下运动起来，实现上下游水位的通航对接。

　　2.1.3 重力水箱的加水的原理是，通过加宽供水口的面积，以减缓水的流速，采用多层供水方式，达到减小供水口与重力水箱之间的供水落差。将水库上游之水导入蓄水箱，水是从蓄水箱的漫水孔板以漫出的形式流出，再顺着水幕墙板向下流入重力水箱，蓄水箱是多层的。

　　2.1.4 重力水箱的排水方式是，重力水箱上装有运行排水阀，打开运行排水阀可直接排水。

　　2.3 水力重力式垂直升船机的优势与忧虑　

　　众所周知，升船机比船闸节省水或几乎不耗水，船闸的制造难度也大得多，如三峡的船闸人字门、输水系统的制造都是非常复杂的，升船机的造价通常低于船闸。升船机按承船厢运行的线路，分为垂直式和斜面式两类。垂直升船机是承船厢沿垂直方向升降的升船机，主要有平衡重式、浮筒式。平衡重式垂直升船机，在垂直构架上部装设有绕以钢丝绳的滑轮，钢丝绳的一端连接承船厢，另一端装有平衡重，组成一个平衡系统，大多用卷扬机牵引着，一上一下，彼此作方向相反的运动，称为卷扬式垂直升船机。浮筒式垂直升船机建有浮筒井，井内装设浮筒。浮筒顶部与承船厢底部相连，利用浮筒的浮力平衡和支持承船厢的重量。又称为水力浮力式升船机。１）、水力重力式垂直升船机它属于平衡重式垂直升船机，但它没有复杂、强大的牵引设备，因此，它的大小不受牵引设备制造难度的制约，可制造成大型的也可制造小型的，驱动机构直接简单、结构及结构的制造相对容易。运行时几乎不耗电。２）、水力重力式垂直升船机对应于水力浮力式升船机。但它没有难以制作和维护的浮筒井，水力浮力式升船机的运行是靠用水充满整个浮筒井，而水力重力式垂直升船机的运行，只需要在重力水箱中增加或减少一定的水量，因此水力重力式垂直升船机的耗水量要小得多，这就使得它的供水系统小的多，从而又能减小投入的。３）、水力重力式垂直升船机与齿轮齿条爬升式垂直升船机相比，它没有复杂的机械传动机构和拖动装置，它的制造与安装容易的多。因此，水力重力式垂直升船机有很好的应用前景与发展空间。水力重力式垂直升船机[6]的中国专利号：2008103048990，按我国现在的体制，正在建设中的三峡大坝升船机，是经过半世纪论证。水力重力式垂直升船机是被业界肯定还是被否定？是否有机会被立项，论证、决策、试验与实施？即使有，第一台水力重力式垂直升船机成功之时，也失去了专利在国外的圈地的机会，因为专利的国外申请费不是个人能承担得了的，也没有企业与之有相关利益并原意去承担。小的水力重力式垂直升船机的模型非常容易实现，但是大型的真实的水力重力式垂直升船机，由于超大的尺寸会引起各种问题质的变化，有些问题可能是难以预料。因此，水力重力式垂直升船机不仅需要理论上的论证，更需要实践的证明。

　　2.4　水力重力式垂直升船机的技术方案

2.4.1水力重力式垂直升船机所采用的技术方案是：通过滑轮组、卷筒的钢丝绳缠绕系统，将船厢与重力水箱以两边平衡的方式对接起来，使两边形成对重。此结构使得船厢与重力水箱的各起吊点互为钢性联接，有利于上下运行时能保持很好的同步。设计钢丝绳缠绕系统时，根据