亭子口水利枢纽升船机承船厢结构布置

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

1 工程概况

嘉陵江亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。水库总库容40.67亿m3，电站装机1100MW。升船机布置在水利枢纽右岸，位于表孔泄洪坝段和右岸非溢流坝段之间，由上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首和下游引航道几部分组成。

升船机采用钢丝绳卷扬全平衡垂直提升型式，过船规模2×500t级，最大提升高度85.4m，升船机设备主要包括主体设备、上下闸首设备和上游钢结构浮箱等。船厢室段设备由主提升机、船厢、平衡重系统、船厢室设备以及其它辅助设备等组成。船厢为钢质槽形结构，由136根钢丝绳悬吊，并通过主提升机驱动，在船厢室内沿埋设在塔柱墙壁上的轨道竖直升降。船厢有效水域尺寸为116.0m×12.0m×2.5m(长×宽×水深)，外形尺寸为128.0m×16.6m×9.0m(长×宽×厢头高)，船厢结构、设备加厢内水体总重约6250t。亭子口升船机工程是嘉陵江流域航道通航的重要控制建筑物，为过往船舶提供升降通航服务。

2 承船厢的总体布置

承船厢布置在由上、下闸首及塔柱构成的船厢室内，船厢室长(顺水流方向)128.4m，宽(垂直水流方向)18.6m。承船厢的两端面与上、下闸首密封止水面的距离各为200mm。承船厢由136根钢丝绳悬吊，由主提升机驱动，沿设在塔柱上的4组导轨升降运行。承船厢为钢质槽型薄壁结构，两端分别设一扇卧倒式闸门，闸门处于关闭状态时，船厢内形成封闭水域，为通航船舶提供湿运过坝条件。承船厢由厢体结构和船厢设备组成，厢体结构包括主体结构和附属结构，船厢设备包括各种功能的机械设备、电气控制和检测设备等：

(1)厢体结构：包括承船厢厢体、护舷、系缆装置、卧倒门门槽、检修门门槽、防撞装置导向槽、交通通道及栏杆、上锁定结构、电控设备室、液压设备机房、夹紧结构和顶紧结构等。

(2)船厢设备：包括船厢工作门、船厢检修门、防撞装置、夹紧机构、顶紧机构、间隙密封机构、船厢工作门启闭机、检修门启闭设备、间隙充泄水系统、船厢导向装置、均衡油缸装置、船厢液压系统、船厢供电设备、船厢消防及火灾报警设施、船厢通风除湿设备、船厢PLC控制子站设备、照明设备等。

承船厢自重1950t，当载水深度2.5m船厢内载水重为4300t，承船厢总重约6250t。承船厢升降速度为15m/min，最大提升高度为85.4m(承船厢设备布置剖视图及平面示意见图1)。

图1 承船厢设备布置剖视及平面示意

3 承船厢结构布置及主要技术要求

3.1 承船厢结构布置

承船厢结构主要由箱形主纵梁、底铺板、次纵梁、单腹板横梁、箱形横梁、小纵梁、厢头机舱结构、电气室结构、设备支承结构等构件组成。两主纵梁的内腹板与底铺板及船厢门构成船厢的盛水结构。船厢头设有工作门及检修门门龛、防撞梁导向槽、U型密封框导槽和机舱结构。

(1)船厢门启闭机共4套，布置在船厢两头的机舱内，由液压油缸驱动卧倒工作门的支铰轴转动，进而实现闸门的启、闭，每扇卧倒工作门由2套启闭机操作，同步运行。

(2)船厢检修门布置于船厢头、防装梁的内侧，在船厢工作门及启闭机检修时使用。检修门由门叶结构、止水橡皮、支铰座等组成。防撞装置共2套，分别布置在船厢两端工作门的内侧，用于阻挡失速的船只撞击船厢工作门。

(3)船厢上的夹紧、顶紧、导承、密封框、充泄水、消防等设备安装在相应的机架上，机架与船厢结构焊接为整体。夹紧装置共4套，对称于船厢纵、横向中心线布置在船厢的两侧，其主要作用是将对接状态的船厢沿竖向锁定，同时在船厢运行过程中起安全锁定的作用；顶紧机构共4套，对称布置于船厢两侧，其主要作用是承受船厢在对接状态下的水平荷载；密封框驱动机构共2套，由U形框架结构、止水橡皮、蝶形弹簧组、油缸及支座、导轮等组成，分别布置在船厢两端的机舱内，用于在船厢与闸首对接时，将船厢与闸首工作门之间的间隙密封，在间隙充水后使船厢水域与上、下游航道水域连通，形成过船条件。船厢充泄水系统共4套，对称布置在船厢两端的机舱内，每个机舱左、右各布置1套，正常运行2套同时工作，亦可互为备用。

(4)均衡油缸装置装设在每根提升钢丝绳与船厢的连接处，共64套，主要用于调平船厢，均衡提升钢丝绳的张力。

(5)船厢液压系统共2套，布置在船厢两端的机舱内。液压泵、管路系统与执行机构间由管路系统相连接。

(6)船厢吊耳板采用加厚板材，并与主纵梁外腹板对接拼焊。承船厢上、下锁定利用主横梁结构，采用全高箱形梁，与船厢结构成为整体。

3.2 承船厢主要技术

(1)焊缝要求：主纵梁、横梁的翼缘、腹板拼板的对接焊缝，横梁腹板与主纵梁腹板间连接的组合焊缝，吊耳板的连接焊缝以及施工图纸专门规定的重要承载构件的连接焊缝等为一类焊缝。

(2)船厢检修门闸门梁格由钢板封闭，形成适量的封闭腔，以便在船厢装水后产生适量的浮力。

(3)防撞梁结构按塑性变形设计，被撞损后应更换备用梁。机构中所有与水体接触的连接轴、紧固件均采用不锈钢，其它连接轴镀铬和其它紧固件镀锌钝化。

(4)均衡油缸装置的油缸外形尺寸满足设备布置要求，两端及油口的联结型式与尺寸满足相连接件的结构、尺寸要求。油缸应密封可靠，不得有外泄漏；在正常工作载荷作用下，活塞在12h内的位移不得大于2mm。

(5)顶紧机构工作过程中机构具有自锁功能，不需泵站主动加压，此过程中油路应闭锁，机构自锁失效时，油缸能承受170kN的轴向推力。两机构推出过程要求基本同步，同步误差不大于10%。

(6)夹紧机构控制回路应确保每套机构中的4只油缸同时施压且压力相等，最终压力由溢流阀设定。夹紧到位由压力继电器控制，退回到位由行程开关控制。同一泵站操作的2套夹紧机构间无同步要求，4套机构全部到位加压后或全部退回到位后，系统方能进入下一程序。

(7)船厢门启闭机的2台启闭油缸应同步运行，在全行程内任一位置的不同步误差不得大于5mm。油缸无杆腔进油口设液压锁，以避免关闭的闸门因自重而开启。

4 承船厢过船运行步骤

升船机单向运转，以船舶下行为例(船厢与上闸首处于对接状态，船厢门和上闸首工作门的卧倒小门已经开启，上闸首水域与船厢水域连通)：过坝船舶经上闸首工作门进入船厢→船舶在厢内停泊并系缆→关闭船厢门→船厢上游端的防撞装置提升至设定位置→检测船厢内水深，启动充泄水系统(水深误差超过允许值时)，调节厢内水深至设计允许值→关闭上闸首工作门的卧倒小门→由充泄水系统泄掉两门间的间隙水→间隙密封框退回→顶紧机构退回→夹紧机构退回→主提升机启动(电机接电并施加静力矩→工作制动器松闸→电机调整力矩大小及方向使机械传动系统予紧→安全制动器松闸→电机起动，主机投入运行)，船厢向下运行→船厢下降到适当高程时，主机电机通过电气制动减速，至船厢内标准水位线与下游水位齐平时，船厢停止运行，工作制动器上闸，安全制动器上闸→顶紧机构推出→间隙密封机构推出并压紧下闸首工作大门→夹紧机构投入工作→启动充泄水系统，向船厢门与下闸首门间充水，直至平压→船厢下游端的防撞装置降至设定位置→开启下游船厢门和下闸首工作大门的卧倒小门→船舶解缆出厢，驶入下游引航道后下行。

上行船舶过坝程序与下行相似。

5 结语

亭子口升船机是目前国内采用钢丝绳卷扬垂直升降重量最大的升船机之一。承船厢采用钢质凹槽型薄壁结构，焊接组合，结构复杂，给设计提出新的课题和带来一定难度，在结构布置中不但要充分考虑安全性问题，而且需要考虑其经济合理性。为了确保过往船舶安全高效、快速过坝，必须对船箱结构布置进行科学的合理设计，采取一系列技术措施。2018年亭子口升船机已经进入现场调试，预计年底可进行试运行。