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三峡升船机船厢及引航道水力学关键技术研究
日期:2014年08月25日 16:05:06点击数:字号:【

三峡升船机是三峡水利枢纽的永久通航设施之一,设计过船规模为3000t级,船厢有效尺寸120×18×3.5m(长×宽×高),最大提升高度113m,最大提升重量18000t,上游通航水位变幅30m,下游通航水位变幅11.8m。与国内外升船机相比,三峡升船机具有提升高度高、提升重量大、上游通航水位变幅大和下游水位变化速率快的特点,是目前世界上技术最复杂、规模最大的升船机。三峡升船机采用的“齿轮-齿条爬升、长螺柱-短螺杆安全保证体系”方案,最先在德国应用,在我国应用尚属首次,其升程和提升重量在国外也无先例。

为确保三峡升船机运行安全,本项目建立了比尺为116的船厢及引航道物理模型,并采用二维、三维数学模型及虚拟样机技术,对三峡升船机船厢水力学、枢纽运行非恒定流作用下船厢对接安全、事故状态升船机安全锁定装置工作特性及船厢可逆水泵工作方式等进行了系统研究,结合三峡升船机运行特点提出多项保障三峡升船机运行安全的创新技术和措施:

1)针对三峡升船机船厢断面系数较小的现实问题,通过承船厢及下游引航道比尺为116的物理模型试验,建立了船舶岀船厢最大下沉量的计算公式,首次测定了船舶进出船厢所产生的不平衡力,提出船舶进出船厢航行速度及吃水控制标准,解决船舶进出船厢的航行安全难题。

2)为解决下游引航道水流波动引起的升船机运行对接安全问题,通过建立升船机船厢处与下游引航道口门区之间水面波动的相互关系,提出利用口门区水位波动监测资料进行实时预警的新方法,可降低船厢运行对接安全风险。

3)首次采用虚拟样机对三峡升船机船厢水面波动和漏水事故工况下安全机构的运行特性进行了研究,分析了安全保障措施的可靠性和适应性,解决了缩尺模型难以研究复杂安全机构机械受力变化和传动特性的技术难题。

4)首次采用三维数学模型研究三峡升船机可逆水泵抽水或补水过程船厢内船舶停泊条件,提出了可逆水泵最大允许流量及出水口布置优化措施,完善了船厢误载水深调节方案。

本项目提出的各项措施可大大提高三峡升船机运行对接的安全可靠性,相关成果可为设计、建设及运行规程制订提供强有力的技术支撑,也有利于长江黄金水运主通道的畅通,经济和社会效益巨大。此外,升船机在高坝通航领域具有明显的技术优势,仅目前就有向家坝、构皮滩、景洪、龙滩、思林、沙陀等10多座升船机正在设计和建设,项目研究成果和提出的研究方法还可直接或间接用于这些工程,具有广阔的推广应用前景。

成果获2011年度中国水运建设行业协会科学技术奖一等奖。

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