水力式升船机船厢出入水平稳高效运行的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种水力式升船机船厢出入水平稳运行的控制方法，具体说的是通过控制输水阀门的开度调节输水系统流量，对船厢出、入水的关键节点进行速度控制，从而实现对船厢出入水速度的控制，确保船厢倾斜量、出水吸附力与入水拍击力、同步轴扭矩等各项指标在安全范围内，在最大程度上提高升船机的运行效率。经过工程实践验证，本发明专利技术能充分保障水力式升船机船厢在出入水过程中平稳高效运行。

Control method for stable and efficient operation of waterpower ship carriage

【技术实现步骤摘要】
水力式升船机船厢出入水平稳高效运行的控制方法
本专利技术属于通航水力学领域，涉及一种水力式升船机船厢出入水平稳高效运行的控制方法，具体说的是一种针对水力式升船机船厢出入水过程——通过控制输水系统流量实现对船厢出、入水关键部位的速度控制，确保船厢倾斜量、出水吸附力与入水拍击力、同步轴扭矩等各项指标在安全范围内，本专利技术提出的控制方法在保证升船机安全平稳运行的同时确保了升船机的运行效率。
技术介绍
升船机依据不同的运行原理可分为垂直、斜面与水坡三种。垂直升船机是发展的主流，特别是在我国，在建和待建的大中型升船机均为垂直升船机。按照船厢是否入水分类，垂直升船机又可分为下水式和不下水式。船厢不下水的垂直升船机与下游引航道对接流程为：船厢下行到指定位置---顶紧密封机构伸出---间隙充水----下闸首工作门开启----船厢卧倒门打开---船舶出厢驶入引航道----新的船舶由引航道进入船厢----卧倒门关闭----下闸首工作门开启----间隙抽水---顶紧密封机构缩回---船厢启动上行。我国中西部地区河流具有河流水量及水位随季节变化大的特点，枢纽通航受电站调峰、泄洪影响大，采用传统的不下水式升船机时，面临的主要问题是：1)下闸首工作闸门需根据水位的变化进行调整，当下游水位变幅超过10m以上时，下闸首土建结构及工作闸门布置相对复杂，运行困难；2)由于下游水位变幅大、变率快，船厢不易实现与引航道的精确对接。当船厢按照起始阶段的引航道水位运行到指定位置时，在密封机构工作、间隙充水、工作闸门开启阶段，下游引航道水位发生变化，船厢与下游引航道的水位差不能满足船厢卧倒门的启闭要求，从而导致对接失败。乌江彭水升船机及闽江水口升船机均多次发生此类现象，大大影响升船机运行效率。为此，提出了一种船厢直接入水的升船机，其与下游引航道的对接流程为：船厢入水到达预定深度----船厢卧倒门打开---船舶出厢驶入引航道----新的船舶由引航道进入船厢----卧倒门关闭----船厢启动出水上行。显然，下水式升船机不仅具备适应我国中西部河流下游引航道水位变幅大、变率快的特点，船厢对接准确可靠；而且省去了下闸首及其相应的附属设备，包括顶紧、密封机构等，同时运行过程的程序大大减少，即取消了对接顶紧密封机构运行、间隙充泄水、工作闸门启闭这些环节，从而缩短了船只过坝时间，增加了通过能力，提高了运行效率。下水式升船机船厢出入水是升船机整个运行过程中的一个重要环节，船厢在此过程中受力状态复杂，钢丝绳拉力发生显著变化，在船厢底部辅板出、入水瞬间还会分别产生吸附力与拍击力等附加水动力荷载。因此需要对船厢出入水运行方式进行充分研究，以确保升船机安全可靠运行。传统电力驱动式升船机船厢出入水特性已有相关方面的研究成果，水力式升船机作为一种全新的升船机型式，工作原理与传统电力驱动式升船机完全不同，见图1。通过缠绕在卷筒上的钢丝绳两端分别连接承船厢和安装在竖井中的平衡重，并通过输水系统向竖井)充水和泄水使平衡重在竖井内垂直升、降，同时带动承船厢降、升，输水系统充水时，充水阀门打开，泄水阀门关闭，泄水时相反。通过调节平衡重的入水深度以改变其浮力，利用浮力的变化，使承船厢侧与平衡重侧之间产生的不平衡力来驱动承船厢的升降运行。承船厢侧的荷载由平衡重平衡，运行中，若承船厢侧荷载发生变化，如承船厢出入水导致系统的平衡条件发生破坏时，能自动改变平衡重在竖井中的淹没水深达到新的平衡，使系统始终处于全平衡状态。水力式升船机船厢出入水控制方式无法套用电力驱动式升船机的控制方式，两者的区别主要体现在以下两方面：1)传统电力驱动式升船机与水力式升船机在船厢出入水过程中控制方式不同：电力驱动式升船机利用电机功率来控制船厢的运行速度，水力式升船机通过输水阀门开度控制流量从而控制船厢速度。2)两种升船机的机械同步轴系统结构形式不同(可将两种升船机的荷载传递过程概化为图1所示的示意图)：电力驱动的升船机机械同步系统，同步轴间隙和扭矩作用下的扭转变形通过减速箱后再经卷筒传递到船厢，同步轴间隙与扭转变形大小对船厢倾斜量影响较小；水力式升船机同步轴直接与卷筒连接，同步轴扭转变形和同步系统间隙通过卷筒直接传递到船厢，同步系统间隙或扭转变形大小直接影响船厢的倾斜量大小。由此导致同步轴扭矩变化特性不同：电机驱动的升船机船厢侧出现较大倾斜力矩或不平衡荷载情况下，船厢受到的不平衡荷载通过船厢吊点传动到卷筒，再由卷筒通过减速器传递到同步轴，因此船厢的倾斜力矩和不平衡荷载对同步轴的扭矩影响较小；水力式升船机则相反，船厢受到的倾斜力矩和不平衡荷载直接通过卷筒传递到同步轴，相同船厢倾斜荷载作用下，水力式升船机同步轴的扭矩比电机驱动的卷扬式升船机大。综上所述，水力式升船机在下游对接时，船厢出入水过程中除了存在共性的船厢附加水动力荷载之外，还要关注船厢倾斜量、同步轴扭矩等指标是否在安全范围内。试验表明，在船厢出、入水过程中，某些关键部位接触水面的瞬间会引起船厢倾斜量与扭矩的突变，因此必须控制船厢运行速度，但是若船厢出、入水速度过慢，尽管能满足升船机的安全要求，却也影响升船机运行效率。因此，研究和优化水力式升船机船厢出入水运行控制方法非常必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种水力式升船机船厢出入水的运行控制方法，实现船厢在出入水过程中平稳、高效地运行。本专利技术解决以上技术问题的技术方案如下：一种保证水力式升船机船厢出入水平稳高效运行的控制方法，其特征在于：通过控制输水阀门的开度调节输水系统流量，对船厢出、入水的关键节点进行速度控制，从而实现对船厢出、入水的控制：1)船厢出水船厢出水关键节点：出水启动瞬间、船厢底部楔形体出水、船厢两端卧倒门底部出水、船厢底部翼缘出水、船厢两端卧倒门底部翼缘出水。步骤1：控制泄水阀门初始开度，使船厢出水启动速度最大不超过0.015m/s；步骤2：加大泄水阀门开度，提高船厢厢体出水过程的速度，参考速度0.02～0.03m/s；步骤3：在泄水阀门开度不变的条件下，由于船厢底部楔形体出水后浮力消失，因此船厢底部楔形体出水瞬间速度会陡然增大，必要时在船厢底部楔形体即将出水前调节泄水阀门开度，使船厢底部楔形体、船厢两端卧倒门底部、船厢底部翼缘、船厢两端卧倒门底部翼缘的出水速度小于0.035m/s，至船厢完全出水。其中，为了使流程更简便，上述出水控制过程步骤2与步骤3可以合并，泄水阀门经初始开度过渡后，直接一步开启到位，并保持开度不变，只需满足在船厢底部楔形体、船厢两端卧倒门底部、船厢底部翼缘、船厢两端卧倒门底部翼缘这几个关键部位的出水速度小于0.035m/s即可。2)船厢入水船厢入水关键节点：船厢两端卧倒门底部翼缘入水、船厢底部翼缘入水、船厢两端卧倒门底部入水、船厢底部楔形体入水、入水完成船厢到达对接位。步骤1：在船厢两端卧倒门底部翼缘入水前减小充水阀门开度，进行一级减速，使船厢两端卧倒门底部翼缘、船厢底部翼缘、船厢两端卧倒门底部、船厢底部楔形体的入水速度小于0.035m/s；步骤2：在充水阀门开度不变的条件下，船厢底部楔形体入水瞬间船厢开始受到浮力作用，因此船厢底部楔形体入水瞬间速度会陡然减小，待船厢底部楔形体完全入水后，可调节充水阀门开度，适当提高厢体的入水速度，参考速度为0.02m/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力式升船机船厢出入水平稳运行的控制方法，其特征在于：通过控制输水阀门的开度调节输水系统流量，对船厢出、入水的关键节点进行速度控制，从而实现对船厢出入水速度的控制。

【技术特征摘要】
1.一种水力式升船机船厢出入水平稳运行的控制方法，其特征在于：通过控制输水阀门的开度调节输水系统流量，对船厢出、入水的关键节点进行速度控制，从而实现对船厢出入水速度的控制。2.如权利要求1所述的水力式升船机船厢出、入水平稳运行的控制方法，其特征在于船厢出水具体控制流程包括以下步骤：步骤1：控制泄水阀门初始开度，使船厢出水启动速度最大不超过0.015m/s；步骤2：加大泄水阀门开度，提高船厢厢体出水过程的速度，参考速度0.02～0.03m/s；步骤3：在泄水阀门开度不变的条件下，由于船厢底部楔形体出水后浮力消失，因此船厢底部楔形体出水瞬间速度会陡然增大，必要时在船厢底部楔形体即将出水前调节泄水阀门开度，使船厢底部楔形体、船厢两端卧倒门底部、船厢底部翼缘、船厢两端卧倒门底部翼缘的出水速度小于0.035m/s，至船厢完全出水。3.如权利要求2所述的水力式升船机船厢出、入水平稳运行的控制方法，其特征在于船厢出水具体控制流程包括以下步骤：出水控制过程步骤2与步骤3合并，泄水阀门经初始开度过渡后，直接一...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡亚安，李中华，薛淑，王新，严秀俊，陈莹颖，李学义，程璐，王蛟，吴波，徐雪源，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32