亭子口水利樞紐升船機承船廂結構布置

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

1 工程概況

嘉陵江亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼顧航運，并具有攔沙減淤等效益的綜合利用工程。水庫總庫容40.67億m3，電站裝機1100MW。升船機布置在水利樞紐右岸，位于表孔泄洪壩段和右岸非溢流壩段之間，由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道幾部分組成。

升船機采用鋼絲繩卷揚全平衡垂直提升型式，過船規(guī)模2×500t級，最大提升高度85.4m，升船機設備主要包括主體設備、上下閘首設備和上游鋼結構浮箱等。船廂室段設備由主提升機、船廂、平衡重系統(tǒng)、船廂室設備以及其它輔助設備等組成。船廂為鋼質(zhì)槽形結構，由136根鋼絲繩懸吊，并通過主提升機驅動，在船廂室內(nèi)沿埋設在塔柱墻壁上的軌道豎直升降。船廂有效水域尺寸為116.0m×12.0m×2.5m(長×寬×水深)，外形尺寸為128.0m×16.6m×9.0m(長×寬×廂頭高)，船廂結構、設備加廂內(nèi)水體總重約6250t。亭子口升船機工程是嘉陵江流域航道通航的重要控制建筑物，為過往船舶提供升降通航服務。

2 承船廂的總體布置

承船廂布置在由上、下閘首及塔柱構成的船廂室內(nèi)，船廂室長(順水流方向)128.4m，寬(垂直水流方向)18.6m。承船廂的兩端面與上、下閘首密封止水面的距離各為200mm。承船廂由136根鋼絲繩懸吊，由主提升機驅動，沿設在塔柱上的4組導軌升降運行。承船廂為鋼質(zhì)槽型薄壁結構，兩端分別設一扇臥倒式閘門，閘門處于關閉狀態(tài)時，船廂內(nèi)形成封閉水域，為通航船舶提供濕運過壩條件。承船廂由廂體結構和船廂設備組成，廂體結構包括主體結構和附屬結構，船廂設備包括各種功能的機械設備、電氣控制和檢測設備等：

(1)廂體結構：包括承船廂廂體、護舷、系纜裝置、臥倒門門槽、檢修門門槽、防撞裝置導向槽、交通通道及欄桿、上鎖定結構、電控設備室、液壓設備機房、夾緊結構和頂緊結構等。

(2)船廂設備：包括船廂工作門、船廂檢修門、防撞裝置、夾緊機構、頂緊機構、間隙密封機構、船廂工作門啟閉機、檢修門啟閉設備、間隙充泄水系統(tǒng)、船廂導向裝置、均衡油缸裝置、船廂液壓系統(tǒng)、船廂供電設備、船廂消防及火災報警設施、船廂通風除濕設備、船廂PLC控制子站設備、照明設備等。

承船廂自重1950t，當載水深度2.5m船廂內(nèi)載水重為4300t，承船廂總重約6250t。承船廂升降速度為15m/min，最大提升高度為85.4m(承船廂設備布置剖視圖及平面示意見圖1)。

圖1 承船廂設備布置剖視及平面示意

3 承船廂結構布置及主要技術要求

3.1 承船廂結構布置

承船廂結構主要由箱形主縱梁、底鋪板、次縱梁、單腹板橫梁、箱形橫梁、小縱梁、廂頭機艙結構、電氣室結構、設備支承結構等構件組成。兩主縱梁的內(nèi)腹板與底鋪板及船廂門構成船廂的盛水結構。船廂頭設有工作門及檢修門門龕、防撞梁導向槽、U型密封框導槽和機艙結構。

(1)船廂門啟閉機共4套，布置在船廂兩頭的機艙內(nèi)，由液壓油缸驅動臥倒工作門的支鉸軸轉動，進而實現(xiàn)閘門的啟、閉，每扇臥倒工作門由2套啟閉機操作，同步運行。

(2)船廂檢修門布置于船廂頭、防裝梁的內(nèi)側，在船廂工作門及啟閉機檢修時使用。檢修門由門葉結構、止水橡皮、支鉸座等組成。防撞裝置共2套，分別布置在船廂兩端工作門的內(nèi)側，用于阻擋失速的船只撞擊船廂工作門。

(3)船廂上的夾緊、頂緊、導承、密封框、充泄水、消防等設備安裝在相應的機架上，機架與船廂結構焊接為整體。夾緊裝置共4套，對稱于船廂縱、橫向中心線布置在船廂的兩側，其主要作用是將對接狀態(tài)的船廂沿豎向鎖定，同時在船廂運行過程中起安全鎖定的作用；頂緊機構共4套，對稱布置于船廂兩側，其主要作用是承受船廂在對接狀態(tài)下的水平荷載；密封框驅動機構共2套，由U形框架結構、止水橡皮、蝶形彈簧組、油缸及支座、導輪等組成，分別布置在船廂兩端的機艙內(nèi)，用于在船廂與閘首對接時，將船廂與閘首工作門之間的間隙密封，在間隙充水后使船廂水域與上、下游航道水域連通，形成過船條件。船廂充泄水系統(tǒng)共4套，對稱布置在船廂兩端的機艙內(nèi)，每個機艙左、右各布置1套，正常運行2套同時工作，亦可互為備用。

(4)均衡油缸裝置裝設在每根提升鋼絲繩與船廂的連接處，共64套，主要用于調(diào)平船廂，均衡提升鋼絲繩的張力。

(5)船廂液壓系統(tǒng)共2套，布置在船廂兩端的機艙內(nèi)。液壓泵、管路系統(tǒng)與執(zhí)行機構間由管路系統(tǒng)相連接。

(6)船廂吊耳板采用加厚板材，并與主縱梁外腹板對接拼焊。承船廂上、下鎖定利用主橫梁結構，采用全高箱形梁，與船廂結構成為整體。

3.2 承船廂主要技術

(1)焊縫要求：主縱梁、橫梁的翼緣、腹板拼板的對接焊縫，橫梁腹板與主縱梁腹板間連接的組合焊縫，吊耳板的連接焊縫以及施工圖紙專門規(guī)定的重要承載構件的連接焊縫等為一類焊縫。

(2)船廂檢修門閘門梁格由鋼板封閉，形成適量的封閉腔，以便在船廂裝水后產(chǎn)生適量的浮力。

(3)防撞梁結構按塑性變形設計，被撞損后應更換備用梁。機構中所有與水體接觸的連接軸、緊固件均采用不銹鋼，其它連接軸鍍鉻和其它緊固件鍍鋅鈍化。

(4)均衡油缸裝置的油缸外形尺寸滿足設備布置要求，兩端及油口的聯(lián)結型式與尺寸滿足相連接件的結構、尺寸要求。油缸應密封可靠，不得有外泄漏；在正常工作載荷作用下，活塞在12h內(nèi)的位移不得大于2mm。

(5)頂緊機構工作過程中機構具有自鎖功能，不需泵站主動加壓，此過程中油路應閉鎖，機構自鎖失效時，油缸能承受170kN的軸向推力。兩機構推出過程要求基本同步，同步誤差不大于10%。

(6)夾緊機構控制回路應確保每套機構中的4只油缸同時施壓且壓力相等，最終壓力由溢流閥設定。夾緊到位由壓力繼電器控制，退回到位由行程開關控制。同一泵站操作的2套夾緊機構間無同步要求，4套機構全部到位加壓后或全部退回到位后，系統(tǒng)方能進入下一程序。

(7)船廂門啟閉機的2臺啟閉油缸應同步運行，在全行程內(nèi)任一位置的不同步誤差不得大于5mm。油缸無桿腔進油口設液壓鎖，以避免關閉的閘門因自重而開啟。

4 承船廂過船運行步驟

升船機單向運轉，以船舶下行為例(船廂與上閘首處于對接狀態(tài)，船廂門和上閘首工作門的臥倒小門已經(jīng)開啟，上閘首水域與船廂水域連通)：過壩船舶經(jīng)上閘首工作門進入船廂→船舶在廂內(nèi)停泊并系纜→關閉船廂門→船廂上游端的防撞裝置提升至設定位置→檢測船廂內(nèi)水深，啟動充泄水系統(tǒng)(水深誤差超過允許值時)，調(diào)節(jié)廂內(nèi)水深至設計允許值→關閉上閘首工作門的臥倒小門→由充泄水系統(tǒng)泄掉兩門間的間隙水→間隙密封框退回→頂緊機構退回→夾緊機構退回→主提升機啟動(電機接電并施加靜力矩→工作制動器松閘→電機調(diào)整力矩大小及方向使機械傳動系統(tǒng)予緊→安全制動器松閘→電機起動，主機投入運行)，船廂向下運行→船廂下降到適當高程時，主機電機通過電氣制動減速，至船廂內(nèi)標準水位線與下游水位齊平時，船廂停止運行，工作制動器上閘，安全制動器上閘→頂緊機構推出→間隙密封機構推出并壓緊下閘首工作大門→夾緊機構投入工作→啟動充泄水系統(tǒng)，向船廂門與下閘首門間充水，直至平壓→船廂下游端的防撞裝置降至設定位置→開啟下游船廂門和下閘首工作大門的臥倒小門→船舶解纜出廂，駛入下游引航道后下行。

上行船舶過壩程序與下行相似。

5 結語

亭子口升船機是目前國內(nèi)采用鋼絲繩卷揚垂直升降重量最大的升船機之一。承船廂采用鋼質(zhì)凹槽型薄壁結構，焊接組合，結構復雜，給設計提出新的課題和帶來一定難度，在結構布置中不但要充分考慮安全性問題，而且需要考慮其經(jīng)濟合理性。為了確保過往船舶安全高效、快速過壩，必須對船箱結構布置進行科學的合理設計，采取一系列技術措施。2018年亭子口升船機已經(jīng)進入現(xiàn)場調(diào)試，預計年底可進行試運行。