一种具有抗倾覆能力的水力式升船机制造技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种水力式升船机，具体来说是一种具有抗倾覆能力的水力式升船机，属于通航建筑领域。
技术介绍
水力式升船机是一种新型升船机，专利申请号为：99116476.8的中国专利虽然公开了一种水力式升船机的基本结构，即：在承船厢两侧塔柱结构内设置多个可充、放水的竖井，每个竖井中设置浮筒，多个浮筒通过对应的钢绳、卷筒、滑轮与承船厢多个部位相连(即在承船厢上形成多个吊点)，向竖井充水时浮筒上升、承船厢下降，反之承船厢上升，从而完成水力驱动式升船或降船。但由于没有给出能够解决水力式升船机承船厢在受到不均衡荷载情况下倾覆的技术方案，因此至今没有得到广泛的推广和应用。就湿式过坝类升船机而言，由于其是直接将水注入承船厢中，再在承船厢的水中停泊船舶，使船舶同承船厢一同升或降，因此当承船厢处于理想的水平状态，即承船厢结构及设备、水体荷载重心均位于承船厢的几何中心，且运行过程中没有外来不平衡荷载的干扰，使水体保持绝对静止状态时，承船厢不会出现倾斜的问题。但是，实际运行中承船厢不可避免地会受到诸多不平衡荷载的影响，而引起局部失稳，导致承船厢内水体波动，进而导致承船厢出现倾斜，倾斜的承船厢又助推其内的水体发生更大的波动，而使水体荷载重心严重偏移，导致承船厢倾斜并继续放大，最终引发升船机倾覆。因此，若不解决水力式升船机因局部失稳而最终导致倾覆的问题，则水力式升船机就没有实用价值。具体分析如下：承船厢无水与承船厢有水最直...
【技术保护点】
一种具有抗倾覆能力的水力式升船机，包括主动抗倾覆机械同步系统、稳定均衡水力驱动系统、自反馈稳定系统，其特征在于：所述稳定均衡水力驱动系统还包括设置在分支水管转角处的第一阻力均衡件或/和分叉管处的第二阻力均衡件、分别设置在输水主管输水阀阀前的环向强迫通气机构和阀后的稳压减振箱；所述自反馈稳定系统的每一个导轮通过支撑机构固定在承船厢上，所述支撑机构包括与承船厢相连的底座，铰接在底座上的支架，固定在支架与底座之间的柔性件，设置在柔性件外侧的限位挡件，设置在支架上并沿导轨滚动的导轮；通过上述主动抗倾覆机械同步系统、稳定均衡水力驱动系统、承船厢自反馈稳定系统联合共同作用，解决水力式升船机承船厢载水倾斜，无法正常升降运行的问题，提高了水力式升船机的总体抗倾覆能力，保障水力式升船机安全、稳定、可靠运行。
【技术特征摘要】
1.一种具有抗倾覆能力的水力式升船机，包括主动抗倾覆机械同步系统、
稳定均衡水力驱动系统、自反馈稳定系统，其特征在于：
所述稳定均衡水力驱动系统还包括设置在分支水管转角处的第一阻力均衡
件或/和分叉管处的第二阻力均衡件、分别设置在输水主管输水阀阀前的环向强
迫通气机构和阀后的稳压减振箱；
所述自反馈稳定系统的每一个导轮通过支撑机构固定在承船厢上，所述支
撑机构包括与承船厢相连的底座，铰接在底座上的支架，固定在支架与底座之
间的柔性件，设置在柔性件外侧的限位挡件，设置在支架上并沿导轨滚动的导
轮；
通过上述主动抗倾覆机械同步系统、稳定均衡水力驱动系统、承船厢自反
馈稳定系统联合共同作用，解决水力式升船机承船厢载水倾斜，无法正常升降
运行的问题，提高了水力式升船机的总体抗倾覆能力，保障水力式升船机安全、
稳定、可靠运行。
2.根据权利要求1所述的一种具有抗倾覆能力的水力式升船机，其特征在
于所述自反馈稳定系统包括对称设置在船闸室侧壁上的导轨，对称设置在承船
厢两侧对应上、下部的，与船闸室侧壁上的导轨相配接的多个导轮，每一个导
轮均通过支撑机构固定在承船厢上，其中：
所述支撑机构的支架为两块相对设置的三角板，该三角板的直角处通过铰
轴固定在底座内侧的凸块上，水平外端与底座之间设置柔性件，直角上端通过
轮轴将导轮固定在两块三角板之间；
所述导轨沿船闸室两侧内壁分别设置两根，共四根，每一根导轨的左右两
侧壁与承船厢上部的两个支撑机构、下部的两个支撑机构，共四个支撑机构相
配接；所述导轨的左右两侧壁上对应地设置水平板或直角板，该水平板或直角
板的侧板与承船厢上部的两个支撑机构、下部的两个支撑机构相配接。
3.根据权利要求1所述的一种具有抗倾覆能力的水力式升船机，其特征在
\t于所述稳定均衡水力驱动系统包括竖井、设置在竖井中的其底部设120°锥体
的浮筒、带输水阀的输水主管，下端与输水主管相连的多根分支水管，所述多
根分支水管由下部的直管、中部的转角管和/或分叉管以及上部的直管构成，且
上部的直管出水端置于对应的竖井底部，并在直管出水端设置有消能工，各个
竖井之间通过水位平衡廊道相连，且竖井与浮筒之间的间隙比保持在0.095～
0.061之间。
4.根据权利要求1所述的一种具有抗倾覆能力的水力式升船机，其特征在
于所述稳定均衡水力驱动系统中的：
第一阻力均衡件为直角弯管，且在直角弯管直角处下方设置向下延伸且封
闭的管头；
第二阻力均衡件为上大下小的实心或空心圆锥体，该圆锥体的上端固定在
分叉管的水平管壁上，下端向下延伸至分叉管的竖直管中；
环向强迫通气机构包括：固定在输水主管外部的通气环管，通气环管的内
侧壁上设有第一通孔，第一通孔与设置在输水主管壁上的第二通孔连通，通气
环管的外侧壁上设有第三通孔，第三通孔与供气管相连，供气管与气源相连；
所述通气环管上的第一通孔、第三通孔以及输水主管上的第二通孔间隔设置多
个，且每一个第三通孔均通过对应的供气分管与供气总管相连，供气总管与气
源相连；
稳压减振箱包括：内带空腔、其上带进水口和出水口的壳体，设置在壳体
外壁的外梁系，壳体空腔内间隔设有内梁系隔栏，该内梁系隔栏包括由纵、横
交错的竖直杆和水平杆设置成与壳体空腔横断面形状相适应的镂空板，该镂空
板的镂空中间隔设置斜拉杆；所述纵、横交错的竖直杆和水平杆及斜拉杆均为
实心圆杆或空心圆管，且竖直杆和水平杆的纵、横交错位置设有槽形加强板；
并在内梁系隔栏与壳体空腔壁相连的部位设有垫板。
5.根据权利要求4所述的一种具有抗倾覆能力的水力式升船机，其特征在
于所述稳压减振箱的：
壳体上还设有检修用人孔，壳体内的后部设有集气槽，集气槽顶部设有排
\t气孔，该排气孔与排气管相连；
外梁系包设在壳体所有外壁上，该外梁系包括等高且间隔设置的主横梁板，
及位于两两主横梁板之间且高度低于主横梁板的次横梁板组、与主横梁板和次
横梁板组相垂直的等高且间隔设置的纵梁板组及等宽、等长且间隔设置的水平
梁板组，该三组梁板相互交织连接而成；所述入水口处的外梁系上设有下凹的
变截面梁板组，变截面梁板组的外侧与法兰端面平齐；
所述入水口设置三个，分别通过对应的输水阀与输水主管相连，其中位于
中间的输水阀为主阀，两侧的输水阀为辅阀，且一个主阀和两个辅阀的阀前输
水主管上均设置有环向强迫通气机构。
6.根据权利要求1所述的一种具有抗倾覆能力的水力式升船机，其特征在
于所述主动抗倾覆机械同步系统包括与船闸室中的承船厢两侧的多个部位相连
的多根钢绳，多根钢绳的另一端分别绕过对应的设置在顶部的卷筒以及设置在
竖井中浮筒上的滑轮固定在竖井的顶部，多个卷筒之间通过同步轴及联轴器相
连，其中：
多个卷筒及联轴器和同步轴分别与承船厢两侧的钢绳相对应的设置成两
排，两排之间通过伞齿对及联轴器连接有横向同步轴，构成矩形框连接；每一
卷筒上均设有常规制动器。
7.一种具有抗倾覆能力的水力式升船机的抗倾覆能力设计方法，其特征在
于构成本发明的具有抗倾覆能力水力式升船机的主动抗倾覆机械同步系统、稳
定均衡水力驱动系统、自反馈稳定系统，这三大系统的联合抗倾覆作用分下列
三个阶段进行设计：
(1)第一阶段，承船厢倾斜量0≤Δ<θR
该阶段因主动抗倾覆机械同步系统间隙尚未消除，主动抗倾覆机械同步系
统还没有充分发挥抗倾覆作用，由自反馈稳定系统承担承船厢的初始倾覆力矩、
维持承船厢的稳定，该阶段自反馈稳定系统提供的抗倾覆力矩满足下列关系：
Kd×Δ+Md0＝Md>γd×(Mc+Mw)＝γd×(Kc×Δ+Mw)
自反馈稳定系统整体抗倾覆刚度满足下列关系：
Kd>γd×(Kc+Mw-Md0/γdΔ)]]>式中：承船厢倾斜产生的倾覆力矩Mc＝Kc×Δ，单位为kN·m；
承船厢倾覆刚度Kc，单位为kN；
承船厢总倾斜量Δ，单位为m；
稳定均衡水力驱动系统产生的承船厢初始倾覆力矩Mw，单位为kN·
m；
承船厢总倾覆力矩大小为Mc+Mw＝Kc×Δ+Mw，单位为kN·m；
自反馈稳定系统产生的抗倾覆力矩Md＝Kd×Δ+Md0，单位为kN·m；
自反馈稳定系统预压抗倾覆力矩Md0，单位为kN·m；
自反馈稳定系统整体抗倾覆刚度Kd，单位为kN；
自反馈稳定系统安全系数γd，取1.5～2.0.
稳定均衡水力驱动系统通过降低竖井内水位差和承船厢运行速度波动，消
除承船厢不均匀荷载以及承船厢内水体的扰动，来降低承船厢初始倾覆力矩Mw值大小；自反馈稳定系统预压荷载决定Md0大小，抗倾覆刚度Kd决定其抗承船
厢抗倾覆力矩大小；
(2)第二阶段，承船厢倾斜量θR≤Δ<Δmax该阶段自主动抗倾覆机械同步系统间隙消除后到承船厢倾斜量小于设计允
许极限倾斜值Δmax，由自反馈稳定系统和主动抗倾覆机械同步系统同步轴共同发
挥承船厢的抗倾覆作用，且主动抗倾覆机械同步系统起主要抗倾覆作用，自反
馈稳定系统和主动抗倾覆机械同步系统两者在承船厢抗倾覆作用中的比例与自
反馈稳定系统和主动抗倾覆机械同步系统的刚度大小Kd、KT相关；两者提供的
总抗倾覆力矩应满足下列关系：
Kd×Δ+Md0+KT×(Δ-θR)＝Md+MT>(γd+γT)×(Mc+Mw)＝(γd+γT)×(Kc×Δ+Mw)
主动抗倾覆机械同步系统整体抗倾斜刚度应满足下列关系：
KT>(γd+γT)×(Kc×Δ+Mw)-Kd×Δ-Md0(Δ-θR)]]>式中：主动抗倾覆机械同步系统产生的抗倾覆力矩MT＝KT×(Δ-θR)，单位
\tkN·m；
主动抗倾覆机械同步系统间隙θ，单位为弧度；
卷筒半径R，单位为m；
主动抗倾覆机械同步系统整体抗倾覆刚度KT，单位为kN；
主动抗倾覆机械同步系统安全系数γT，取6～7.
主动抗倾覆机械同步系统间隙θR决定主动抗倾覆机械同步系统开始发挥
抗倾覆能力位置；主动抗倾覆机械同步系统整体抗倾覆刚度KT决定承船厢的抗
倾覆力矩大小；
(3)第三阶段，承船厢倾斜量Δ≥Δmax承船厢倾斜超过设计允许最大倾斜值Δmax，自反馈稳定系统发挥承船厢倾斜
限位作用；继续增加的承船厢倾覆力矩由主动抗倾覆机械同步系统继续承担；
该阶段稳定均衡水力驱动系统关闭，升船机承船厢停止运行，主动抗倾覆机械
同步系统卷筒上安装的制动器投入工作，承船厢继续增加的倾覆力矩由卷筒上
的制动器承担；卷筒制动力应满足下列关系：
Fz≥γz×Fc式中：卷筒总制动力Fz,单位为kN；
承船厢水体总重力Fc，单位为kN；
卷筒制动力安全系数γz，取0.4～1.0。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述主动抗倾覆机械同步系
统按下列方法进行设计：
主动抗倾覆机械同步系统同时具备承船厢抗倾覆和传递均衡承船厢不均匀
荷载双重功能，该系统通过同步轴的微量变形对承船厢主动产生抗倾覆力矩，
并在承船厢倾斜量或同步系统扭矩达到设计值时，通过设置在卷筒上的制动器
锁定卷筒，保障升船机整体安全；
设主动抗倾覆机械同步系统中的两排卷筒、联轴器和同步轴，以及伞齿对、
联轴器和横向同步轴完全对称、承船厢充分调平、各卷筒...
【专利技术属性】
技术研发人员：马洪琪，袁湘华，向泽江，艾永平，钏毅民，南冠群，邹锐，陈兆新，胡晓林，张洪涛，肖海斌，黄群，周科衡，曹学兴，张宗亮，李自冲，马仁超，曹以南，凌云，谢思思，余俊阳，胡亚安，李中华，李云，宣国祥，王新，严秀俊，薛淑，郭超，黄岳，吴一红，张蕊，张东，章晋雄，张文远，张宏伟，高建标，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南;53
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