岩滩1×250t垂直升船机运行情况分析探讨

吴华明，李文森

（大唐岩滩水力发电有限责任公司，广西 大化 530811）

岩滩1×250t垂直升船机运行情况分析探讨

吴华明，李文森

（大唐岩滩水力发电有限责任公司，广西 大化 530811）

简要介绍岩滩1×250t级垂直升船机总体情况和运行特点，以及近几年通航过程中影响运行的经常性问题，重点对升船机运行中发现的不足之处进行探讨分析，并提出解决建议。

升船机;运行;探讨

1 岩滩升船机总体概况

岩滩升船机布置在电站枢纽左岸，由上下游引航道及编队码头、挡水坝段、通航明渠、上闸首、下闸首、塔柱、主机房及中控室等主要建筑物组成。升船机土建工程于1999年3月竣工，机电设备于1995年10月完成招标，1997年10月完成制造和厂内联调，1997年底开始现场设备安装，1999年12月完成设备安装和现场调试并投入试运行，2000年5月通航。

岩滩升船机设计最大通航船舶250t铁驳船，型长37m，型宽9m，满载吃水深1.27m。设计年货运量180万t，其中下航140万t，上航40万t。上游通航水位为▽212m～▽223m，下游通航水位为▽154.5m～▽162.6m。通航净空8.3m，最大提升高度68.5m，空中升降速度11.4m/min,升降加速度±0.01m/min。双向运行时间45min。

主机设在▽240.6m高程的主机房内，由4套卷扬机构与4套滑轮组组成。卷扬机构通过刚性同步轴联成环形封闭同步系统，卷筒直径3200mm。承船厢吊点数64个，采用德国CASAR外层紧凑胶，直径¢52mm镀锌钢丝绳。工作制动器和安全制动器采用法国SIME公司的1TX型和XH18型盘式制动器。

承船厢系梁格体系薄壁凹槽型钢结构，两端各设有卧倒式钢闸门。承船厢尺寸48.5m×16.2m×4.4m，有效水域 38.5m×10.8m,额定水深 1.7m～1.85m,承船厢载水后总重1430t。

2 岩滩升船机主要设计运行方式

2.1 升船机通航设计运行方式

岩滩升船机通航初始设计有自动运行和手动运行方式，以自动运行方式为主。其中自动运行又分为以下四个部分：1、双向运行（A）:船舶下行在先，船舶上行在后。2、双向运行（B）:船舶上行在先，船舶下行在后。3、单向下行:船舶下行，无船上行。4、单向上行:船舶上行，无船下行。

升船机运行方式选择原则是根据上游与下游来船数量确定，如同一时段上游来船量多于下游来船量，则可选择双向运行方式（A），反之，可选择双向运行方式（B）；如同一时段上游有来船，下游没有，则可选择单向下行方式，反之，可选择单向上行方式。

下面以运行步骤较全面的双向运行（A）方式对升船机自动运行方式加以说明 。

（1）升船机中控室发出各子站准备命令。命令发出后，上闸首、主提升、承船厢、下闸首各个PLC子站开始检测一系列信号及动作条件，条件满足后，各PLC子站发出子站准备好命令。

（2）中控室收到各PLC子站发出的准备好命令后，工作人员根据上下游来船数量选择双向运行（A）方式运行。

（3）承船厢从223.00m高程向下运行至上游对接位置 （即承船厢额定水深线与上游引航道水位齐平，下同）。

（4）承船厢与上闸首对接，执行对接程序。

（5）船舶沿上游引航道、中间渠道进厢，船舶系好缆绳后，工作人员发出系缆信号。

（6）解除承船厢与上闸首对接，执行对接解除程序。

（7）承船厢下降运行至下游对接位置 （即承船厢额定水深线与下游引航道水位齐平，下同）。

（8）承船厢下游端卧倒门开启。

（9）船舶解缆出厢,工作人员发出解缆信号。

（10）当下行船舶驶过错船段，上行船舶沿下游引航道进厢，船舶系好缆绳后，工作人员发出系缆信号。

（11）承船厢下游端卧倒门关闭。

（12）承船厢上升运行至上游对接位置。

（13）承船厢与上闸首对接，执行对接程序；

（14）船舶解缆、出厢，沿上游中间渠道、引航道驶向上游航道或编队码头。

这就是双向运行（A）方式的全部流程。以上运行步骤除了需要承船厢工作人员发出系缆、解缆信号外，全部由电脑监控程序自动完成。其他三种自动方式只是此方式部分内容，步骤更少。

手动运行方式下，上闸首与承船厢对接，卧倒门开关，承船厢上行、下行，全部由人工控制运行。

2.2 升船机工作大门设计运行方式

升船机工作大门布置在上游航道，大门上设置有通航卧倒门，大门内设置有对接密封框，是通航的关键设备。工作大门为下沉式平面定轮钢闸门，双吊点，吊距为17.42m,吊杆为两根直径325mm的主拉杆，每根主拉杆总长26.9m，有效升降高度24.8m。工作大门的启闭机型式为液压步进式，启闭机容量为2×2×1500kN（即二台启闭机，每台启闭机有二只油缸，每一只油缸的启闭力为1500kN），两台液压启闭机分别布置在上闸首航道两侧224m高程上。主拉杆上均匀分布有许多凸台，凸台之间的距离为400mm，启闭机每一动作流程大门升降的高度就是400mm。此设计方式的特点是大门升降完毕后，启闭机锁定油缸就把主拉杆凸台锁定，大门重量就由锁定油缸和机架承受，利于大门的安全稳定。

岩滩升船机工作大门初始设计有自动运行和手动运行方式，以自动运行方式为主。启闭机提升一节大门（大门上升400mm）的动作过程如下：

（1）启动锁定回路油泵，操作上锁定油缸卡住主拉杆（抱闸）。

（2）启动起升回路油泵，操作起升油缸带动升降梁上升80mm，起升油缸自动停止。

（3）操作下锁定油缸退出主拉杆台阶（松闸）。（4）操作起升油缸带动升降梁、主拉杆及工作闸门上升400mm起升油缸自动停止。

（5）操作下锁定油缸卡住主拉杆（抱闸）。

（6）操作起升油缸，使升降梁下降80mm，起升油缸自动停止。

（7）操作上锁定油缸退出主拉杆台阶（松闸）

（8）操作起升油缸，使升降梁下降400mm，此时又进入下一闸门起升工作循环。

工作大门下降400mm与此类似，也必须要经过这些步骤，只不过步骤动作的先后顺序不同。

3 升船机运行方式的不足之处及解决方法

3.1 升船机通航自动运行方式

3.1.1 升船机自动运行的设计构想

按照升船机自动运行的设计，操作人员只需要根据上下游船舶情况选择不同的运行程序，过船过程基本不用人工干涉，属于自动化程度很高的设计流程，可以大大减少操作人员的操作步骤，减少人为判断及误操作的风险。

3.1.2 实际通航过程中遇到的问题

在实际通航过程中，升船机自动运行方式碰到了很多问题，直接导致自动运行方式很难实施。原因如下：

（1）自动运行方式下监控程序要检测大量信号及动作条件。其中任何一个设备动作不正常或检测信号异常，均会造成升船机自动运行停止。中控室电脑发出各子站准备命令时，上闸首子站自动启动上游水位计，把防撞梁提到离水面800mm，把工作大门提升到离水面600mm到1100mm；主提升子站自动启动润滑站，启动四台传动冷却风机，启动安全制动器泵站；承船厢子站自动投入电缆卷筒电源，启动四台液压泵站并关闭溢流阀上压；下闸首子站自动启动下游水位计，并开始交通灯的控制。

（2）自动运行程序很不完善。当承船厢从初始位置223m高程运行一段距离后，如某个设备出现故障导致升船机停止运行，当工作人员处理设备正常后，自动运行程序就不能接着刚才停止的地方继续运行，而必须回到初始位置223m高程重新开始程序。

（3）设备可靠性不高，设备故障过多导致自动运行经常中断运行流程。自动运行时需要很多设备配合运行，这些设备运行时间长后，这些设备的各种信号如：电压、电流、压力、温度、水深、水位、位移、位置等，经常会出现异常,导致升船机故障而停止运行。

3.1.3 解决上述问题办法探讨

为了避免自动运行时出现的各种缺点，同时又简单易行，避免对现有设备的大幅更新改造，做以下运行功能设想：

放弃一个运行方式包括全部过船流程的做法，可以大大减少需要检测的信号及动作的设备。不必按船舶情况设立过多运行方式，不管上下游船舶情况如何，其实每次运行都是由几个关键步骤组成：上闸首与承船厢对接；解除对接；下行到下游对接位；上行到上游对接位。因此可以把运行功能分解为三大块：对接和解除对接；下行到下游对接位；上行到上游对接位。

此种运行方式优点：

（1）无论上下游船舶情况如何，均可满足要求。

如双向运行方式（A）可以分解为：先选择“对接”，等待船舶开进承船厢后“解除对接”，再选择“下行到下游对接位”，然后承船厢工作人员打开下游卧倒门，等待船舶完成进出承船厢后，关闭下游卧倒门，再选择“上行到上游对接位”，又开始“对接”循环。其他情况大致相同。

（2）此种运行方式下，监控程序只检测与其运行功能相关的信号条件。如：对接时只需要检测承船厢在对接位置、密封框推出到位、充水到位等信号。其他主提升、承船厢、下闸首信号异常不会停止对接程序运行。

（3）下行到下游对接位和上行到上游对接位程序功能就是手动运行功能，目前已经具备，只需要开发对接和解除对接功能即可。

3.2 上闸首工作大门自动运行

3.2.1 工作大门自动运行的设计构想

按照工作大门自动运行的设计，上闸首PLC子站将实时检测比较大门顶部高程和上游水位高程之间的距离，当上游水位上涨过多时，启动启闭机，把大门往上提升；当上游水位下降过多时，启动启闭机，把大门往下降落，始终保持大门顶部比上游水位高出600mm到1100mm之间，这是通航需要的合适高度。

3.2.2 实际运行操作中遇到的问题

在实际运行操作中，工作大门自动运行方式碰到了很多问题，直接导致工作大门自动运行方式很难实施。原因如下：

（1）工作大门启闭机结构复杂，控制流程复杂，极易出现故障。

（2）工作大门启闭机运行时需要检测的数字量、模拟量信号众多，当某个信号异常时，启闭机就不能正常运行。如：锁定油缸锁定到位和开锁到位的检测（16个检测开关），升降梁位置开关信号（上下限位和四个工作位置共12个检测开关），还有接触器吸合、电机过载、油路堵塞等信号。

（3）上闸首自动运行程序很不完善，硬件设备的可靠性也有待提高。程序中一些闭锁及保护功能不强，曾经引起设备的误动作，造成启闭机故障损坏。大门锁定运行时经常出现卡阻，使工作大门处于自动运行方式时很不安全。

3.2.3 解决上述问题办法探讨

上闸首工作大门步进式启闭机结构复杂，控制流程复杂，检测设备众多，启闭机动作大门升降缓慢，每个动作距离必须是400mm，缺乏灵活性，而且可靠性不高。传统的钢丝绳卷扬式启闭机结构简单，控制可靠易行，应该可以采用。

钢丝绳卷扬式启闭机与液压步进式启闭机的对比分析：

（1）同步控制对比：钢丝绳卷扬式启闭机控制简单可靠，同步控制只需要通过设置同型号电机、变速箱和同步轴就可使大门两边吊点达到同步升降。液压步进式启闭机同步控制由位移传感器将两岸升降梁的位移量信号传送至上闸首PLC进行比较，根据误差极性，输出信号电压到相应的VT5004放大器，再输出信号到比例流量控制阀进行流量调节，使相应的油缸速度改变，才能实现两岸起升油缸的同步控制。

（2）设备投资对比：钢丝绳卷扬式启闭机的构成只需要两套电机、减速箱、钢丝绳卷筒等。液压步进式启闭机的构成需要8套油泵电机组（其中启升油泵4套，锁定油泵4套），集成阀组4套，液压油缸12个（其中启升油缸4个，锁定油缸8个），各类检测开关28个，以及复杂的PLC运算控制。

（3）运行速度对比：钢丝绳卷扬式启闭机启门速度一般可达到1.2m/min以上，由于速度较快，就可放弃原来的大门随水位升降而升降的设计，平时一律保持大门在最高位置，有船舶通航时再下降到合适位置通航，这样做避免了晚上无人值守时大门被洪水淹没的危险。液压步进式启闭机启门速度现场实测只有0.2m/min，以上游平均水位221m计算，大门从最高位置223.6m下降2m需要10min以上。因此，大门根据上游水位变化自动运行不够安全，每次运行后都提升到最高位置又浪费较多时间。

4 升船机设计中其它不利于运行维护的问题

4.1 主提升机房设计地面高程▽240.6m问题探讨

4.1.1 主提升机房地面高程▽240.6m的设计考虑

主提升机房地面高程是按照升船机最大通航净空确定的。升船机的最大通航净空为8.3m，以坝顶高程▽233.0m为例，当上游处于最高通航水位223m时，水面至坝顶门机钢梁底▽231.3m，高程是：231.3-223=8.3m,正好等于升船机最大通航净空高度。

升船机中控室设计位于主提升机房正下方，航道正上方，中控室地面高程是▽234.9m，其中底部梁高3m，板厚0.5m，因此中控室底部最低高程是：234.9-3-0.5=231.4m，则最大通航净空是231.4-223=8.4m，也是刚好满足最大通航净空要求。所以主提升机房楼面高程▽240.6m是由于中控室布置的位置占据了通航净空造成的。

4.1.2 主提升机房地面高程▽240.6m设计的不利之处

（1）同样是为了保证最大通航净空8.3m，主提升机房地面高程比坝顶高程高了240.6-233=7.6m，这必然导致建筑工程量的增加，还增加了主提升钢丝绳的无效长度，对钢丝绳卷筒的尺寸也有影响。

（2）降低了升船机主体段建筑的稳定性。升船机主体段包括船厢室、塔柱、机房。主体段建基高程145m，机房地面高程240.65m，屋面高程257.1m，主体段总高112.1m。每当电站溢流坝泄洪时，升船机塔柱就会感觉到明显的晃动，这对升船机安全运行有很不利的影响。

4.2 升船机中控室布置地点探讨

升船机中控室应考虑与主提升机房布置于同一高程，这样就可降低机房地面高程，增加升船机主体段建筑的稳定性。具体位置可以布置在上闸首上方，延长主提升机房的长度，和机房连为一体。还可以和上闸首启闭机房一同布置。

4.3 主提升机房空间设计问题探讨

4.3.1 设计的不利之处

主机房净空尺寸偏小，没有设备安装间，造成设备的安装和维修困难；一些设备的孔洞也偏小，如主机力矩绳与楼板孔洞净距不到50mm；主提升机的两侧出绳，一侧与承船厢连接，另一侧与平衡重连接而构成一（部分）平衡系统，存在不平衡力矩，致使主机传动系统存在内应力，因此造成主提升机维修时拆卸与安装困难。

较大的设备物资运到主提升机房门口时，主提升桥机主钩及电动葫芦均不能到达门口位置，只好斜拉起吊，起吊过程极易碰撞现场设备，物资装卸极不方便。主提升设备大修时，将没有足够的维修场地，而设备旁边的走道，又因为桥机吊钩无法到达而不方便使用，对设备大修的开展极为不利。

4.3.2 主提升机房吊物空间及维修场地探讨

把主提升机房的长度往上游延长5m左右，就可获得足够的吊物空间。设备维修时，又可以作为维修场地使用。

4.4 主提升低速减速器润滑系统加热和冷却问题探讨

主提升共设置8个低速减速器，润滑方式为集中强制循环润滑，每个低速减速器都配备一台润滑油泵站，在升船机工作前3min启动向各设备进行喷油润滑。润滑油采用N320中极压齿轮油，润滑油泵站设有列管式冷却器利用冷却水进行换热冷却，冷却水工作流量:200L/min，回油温度超温报警（≥50℃）。还设有电加热器，电加热器功率:3kW×6，用于气温太低时对润滑油进行加热。

冷却系统运行方式：在上闸首的217.00m高程布置2台冷却水泵，利用预埋的吸水管吸水，吸水口高程为211.50m，水泵一用一备。水泵的出水管设支管，接水工原理设计的冲淤管，作冷却系统排水用，也用于冲淤用。为实现水路切换，支管上设电动蝶阀，并与水泵联锁:水泵开，蝶阀关；水泵关，蝶阀开。从而保证启动不同的水泵时，水流能逆向流动，防止冷却水系统管路堵塞。在240.73m高程布置了一组冷却水管路，用于向8台润滑站供水，并将热的回水排回冲淤管。

4.4.1 润滑系统加热和冷却功能探讨

（1）加热功能：红水河流域属于亚热带气候，岩滩地区多年平均气温20.4℃，冬天最冷天气一般也在5℃以上，不会造成润滑油凝结现象。事实上，自升船机投运以来，润滑站加热功能也从来没有使用过。

（2）冷却功能：升船机双向运行时间约为45min，其中与上闸首对接时间约为20min，在空中运行约为15min，在下游水中等待时间约为10min。这说明在一个运行周期的45min内，低速减速器真正运转的时间只有15min。而且低速减速器外形尺寸较大，长×宽×高 =5500×2120×2750（mm），也非常有利于润滑油的空气自然冷却，因此运行过程中润滑油温度升高并不大，温升达到10℃左右，就达到平衡不再升高，运行中从没达到50℃的超温报警温度。事实上，自升船机投运以来，冷却水泵从未启动，润滑站冷却功能也从来没有使用过。

4.4.2 解决办法探讨

（1）润滑站加热功能没有必要，完全可以拆除。

（2）润滑站冷却功能目前没有投入的必要，等待红水河全线通航，升船机年货运量达到设计的180万t额定值后，再逐步检验润滑油空气自然冷却的效果，届时再决定是否保留润滑站冷却功能。

4.5 升船机电梯不能到达主提升层

4.5.1 设计的不利之处

升船机电梯竖井设计处于主提升桥机运行轨道内，因此电梯机房的安装高度受到了桥机的限制，导致电梯的最高层只能到达中控室层。升船机的所有大件物资设备，都是运到主提升机房后，再用桥机卸车。然而，如果是属于中控室或承船厢的设备，就只能用人力扛到第二层后，才能用电梯运送，楼层高5m，用人力运送大件物资非常的不便。

4.5.2 解决办法探讨

电梯竖井位置设计应该处于桥机运行轨道外面，这样电梯机房的安装高度就不会受到桥机的限制，电梯的最高层就可以设在主提升层，升船机大件物资设备的运送就会方便得多。

岩滩升船机正式投运10年来，尽管货运通航量由于流域没有全线通航的原因不多，但升船机整体运行良好。

U642.7

B

1672-5387（2010）05-0034-04

2010-08-20

吴华明（1971-），男，工程师，主要从事水电厂升船机运行管理工作。