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乌江思林大型垂直升船机关键技术研究
日期:2014-09-02点击数:字号:【

乌江是国家“两横一纵两网十八线”高等级航道网的重要组成部分,是贵州省通江达海的两大通道之一。思林升船机是乌江水运主通道的重要节点,航运地位十分重要,其最大提升高度为76.7m,超过国内外已建运行的同类升船机,最大提升重量3300t,规模居国内外前列。大型垂直升船机设计和建设涉及到水力学、土建、机械、液压、电气拖动及控制等专业的施工、设备制造、安装、调试等诸多学科技术问题,技术十分复杂,其运行是否安全可靠一直是阻碍升船机发展的主要因素。特别是对于国内外广泛应用的全平衡钢丝绳卷扬提升式升船机,发生船厢失水故障情况下如何确保其安全更是长期为业内关注的重大关键技术难题。

项目通过比尺为1:10的升船机全整体物理模型及自航船模,结合三维虚拟样机技术和三维结构有限元计算技术,全面研究了思林升船机运行中可能出现承船厢失水产生的失稳倾覆、船舶进出船厢引起的下沉触底、高耸塔柱结构稳定、电气拖动系统精确控制、大型机械同步系统抗扭能力等重大关键技术,取得如下独创成果:

(1)提出了具有我国自主知识产权的一种设置“安全平衡重”的钢丝绳卷扬全平衡式新型升船机,在传统升船机的 “重力平衡重”和“转矩平衡重”基础上发明了“安全平衡重”,并提出了控制方法和使用标准,“安全平衡重”有效解决了船厢在极端工况(船厢严重漏水、沉船)下的安全保障问题,显著提高升船机的运行安全性。

(2)系统研究思林升船机在正常尤其是各种事故工况下的运行特性,检验了运行安全性,提出了各种安全保障措施,制定了安装调试和运行规程,为防范升船机施工和运行阶段安全隐患提供可靠依据。

(3)首次建立卷扬提升式升船机船厢“临界失稳水深”判别标准,提出船厢转矩平衡重必须大于最大设计失水重量的1.33倍,推翻了传统的1:1的概念。

(4)建立了通用的船舶进岀船厢最大下沉量计算公式和卧倒门启闭时船厢内船舶系缆力计算公式,提出了保证船舶及升船机安全的船厢对接控制方式、船舶进出船厢及卧倒门启闭速度和船厢水深控制标准;解决了船舶进出船厢、船厢门启闭及船厢对接等水动力学安全问题。

(5)首次采用三维虚拟样机技术与物理模型试验相结合的方法,系统研究了机械提升系统受力特性,提出了升船机同步轴设计标准和机械传动效率。

(6)提出采用性能较优的速度环力矩均衡控制方法,解决升船机多电机拖动控制系统速度同步与出力均衡等技术难题。

研究成果经交通运输部科技司鉴定总体达到国际领先水平。创新技术已得到设计和建设直接采用,除直接节省工程投资1亿多元外,还大大提高了升船机的运行安全性,保障了乌江水运主通道畅通,其间接经济效益和社会效益达数十亿元。项目获得专利15项。主要研究成果得到国际航运协会155工作组高度评价和采纳。发明的“安全平衡重”是全平衡钢丝绳卷扬提升式升船机的重大技术突破,消除了人们长期担心的安全隐患,解决了国内外全平衡钢丝绳卷扬提升式升船机在船厢漏水极端事故运行下最致命的技术难题,对该类型升船机的发展意义重大。安全制动器技术已推广应用于乌江沙沱、澜沧江景洪升船机,还可应用于已建升船机的技术改造中,其应用前景十分广阔。研究提出的设计方法和控制标准为升船机行业标准的制定奠定了基础,最大下沉量计算方法和船厢水深设计标准在金沙江向家坝升船机船厢水深论证和三峡船闸门槛水深控制标准制定中发挥了重要决策作用。研究成果促进了通航建筑物学科发展和内河水运建设技术进步。

成果获2013年度中国航海学会科学技术奖一等奖。


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