一种船舶进出升船机承船厢下沉量减小方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种方法，具体说是一种船舶进出升船机承船厢下沉量减小方法，属 于船舶通航领域。
【背景技术】
[0002] 水利枢纽通航建筑物主要采用船闸和升船机两种形式。升船机具有适应水头高、 过坝速度快、耗水量小等突出特点，是一种技术较成熟且具有一定优势的通航建筑物。承 船厢是升船机的主体，厢内盛水以供船舶浮运。升船机过船程序为：承船厢与下游引航道 对接，下游船舶驶入承船厢，承船厢载船一起上行，与上游引航道对接后，船舶驶出承船厢 进入上游航道；然后，上游船舶进入承船厢，承船厢载船一起下行，与下游引航道对接后，船 舶驶出承船厢进入下游航道，如此便完成了一个运行的全过程。在此过程中，船舶需要驶入 和驶出承船厢，而承船厢的尺度比船舶略大，属于非常典型的限制性航道，船舶在限制性航 道航行时，因为船舶与航道形成较大的阻塞比，船舶会出现明显的下沉。船舶的下沉量主要 与承船厢断面面积、船舶舯断面水面以下部分的面积、船舶航速等因素有关，而且进厢与出 厢也存在较大差异。船舶出厢时，将承船厢内的水体推出，由于阻塞比较大，船舶与承船厢 内表面间的过流面积较小，随着水体不断被推出，船尾水面不断下降，导致船尾下沉量逐渐 增大，因此，下沉量较大的主要原因是船后水体很难快速得到补充；船舶进厢时，船首向承 船厢内推水，造成承船厢内水体不断增加，同样因过流断面较小，很难快速排出而造成厢内 水面雍高，船首升高，船尾下降，下沉量增大，因此，下沉量增大是因为水体很难快速排出。 船舶下沉量过大，可能会造成船舶擦底搁浅，故下沉量是一重要参数，直接影响船舶航行安 全。
[0003] 目前，为了保证船舶进出承船厢的安全，普遍采取严格控制船舶航行速度的办法， 因为下沉量与航速的平方成正比，控制航速即可将下沉量控制在安全范围。相关的研宄成 果均表明，船舶出厢时的下沉量要大于进厢，因此船舶出厢为控制工况，例如，水口升船机 船舶以0. 5m/s速度出厢时，下沉量达到18cm，乌江构皮滩第一、二级升船机当船舶出厢航 速0. 7m/s时，最大下沉量分别为19. 4cm和22. 7cm。然而，在升船机实际运行中，船舶往往 不会按照要求的航速行驶，进厢因为要减速直至停止，速度不会很快，但船舶出厢往往会加 速驶出，且出厢为相对不利工况，船舶往往存在较大的擦底风险。
[0004] 显然，单纯采取运行管理措施控制船舶下沉量，存在人为因素影响，无法保证船舶 的绝对安全。本发明针对该问题，从技术角度，提出一种减小船舶进出承船厢下沉量的方 法，以保证船舶进出升船机承船厢安全。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种能够减小进出升船机承船厢船舶下沉量的方法，以提高 船舶进出承船厢的安全性。
[0006] 本发明减小船舶下沉量的技术方案是：在承船厢底部沿纵向均匀对称布置等惯性 连通管连接承船厢两端水体，管道中间布置可逆泵，在船舶进、出承船厢过程中，进行正向 排水和反向补水，减小船舶前后水位差，从而减小船舶下沉量。
[0007] 当船舶进厢时，可逆泵正向运行，将厢内雍高水体排出至引航道；当船舶出厢时， 可逆泵反向运行，将船舶外侧引航道水体补入船后水域。因此，在进出承船厢的过程中，始 终能够保证船舶前后水位基本一致。
[0008] 所述的连通管由一个主管和两端岔管组成，连通承船厢的两端水域，主管纵向布 置于承船厢底部中间，为了保证承船厢内水体能够均匀的补充和排出，在管道两端采用多 根对称分布均匀的岔管与承船厢相连，实现等惯性输水，保证每根岔管流量相同。
[0009] 所述的可逆泵布置于主管道中间，以避免出现偏心荷载。可逆泵由监控系统自动 控制，在承船厢与引航道对接后，可逆泵通电，承船厢内水位通过布置于四角的水位计监 控，船舶启动前承船厢两端水位相同为一定值。当船舶进厢时，水位计监测到承船厢封闭端 水位升高，监控系统命令可逆泵正向运行，将承船厢封闭端雍高水体排向引航道；当船舶出 厢时，水位计监测到承船厢封闭端水位下降，监控系统命令可逆泵反向运行，将引航道水体 补入承船厢封闭端。在船舶运行过程中，实时监测水位并反馈给控制系统，控制系统通过调 节可逆泵前的变频器，自动调节水泵运转速度，使承船厢封闭端水位始终趋于正常水位。
[0010] 可逆泵的容量和连通管管径根据承船厢的尺度和最大船速确定，可逆泵额定流量 应不小于承船厢内水体横断面面积与船舶进出厢过程中最大船速的乘积的四分之一，连通 管的岔管数和管径要能保证出口流速不超过lm/s。
[0011] 本发明不仅可以显著减小船舶的下沉量，同时可以削弱船舶进出承船厢造成的水 面长周期波动，有助于承船厢内水面快速平稳，提高运行效率，也避免了因承船厢内水体分 布不均产生的不平衡荷载对升船机产生影响。
【附图说明】
[0012] 图1为升船机承船厢俯视图；
[0013] 图2为升船机承船厢仰视图；
[0014] 图3为升船机承船厢纵侧视图；
[0015] 图4为升船机承船厢横侧视图；
[0016] 图5为船舶驶出承船厢示意图；
[0017] 图6为船舶驶入承船厢示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0019] 升船机承船厢1内载有一定深度水体2和船舶3,承船厢1内四个角上均布置水位 计4,监测厢内水位变化，在承船厢1底部布置连通管，连通承船厢1两端水域，使两端水体 互通，连通管由一根主管5和两端岔管6组成，对称均匀布置，在主管道5中间布置一个可 逆泵7,水位计4提供实时监测资料给控制系统8,控制系统8根据水位变化，命令可逆泵7 正向或反向运行，并调节变频器9控制可逆泵7的转动速度，控制流量使承船厢水位始终趋 于正常水位。
[0020] 可逆泵7额定流量根据厢内水体横断面尺寸和最大船速确定，若承船厢内水 体宽度12m、深2. 5m，最大船速0. 7m/s，可逆泵的额定容量应不小于他们乘积的一半，SP 12mX2. 5mX0. 7m/sX0. 25 = 5. 25m3/s。若满足连通管出口流速不大于lm/s，则连通岔管 采用四根半径为〇. 65m的圆管。
[0021] 通常情况下，在承船厢1与引航道10对接后，船舶3驶出承船厢1，由于水体被船 舶3推出，船后水面下降而且得不到及时补充，导致船尾下沉量显著增大，若船舶3速度超 过限制，则存在擦底的风险；当船舶3驶入承船厢1时，船首挤压水体，造成承船厢内水位升 高，且雍高的水体无法及时排出，船首上升，船尾下降，下沉量同样会明显增大。
[0022] 采用本发明减小船舶下沉量方法，在承船厢1与引航道10对接后，可逆泵7通电， 在船舶3驶出承船厢1的过程中，船后水面下降，水位计4向控制系统8提供实时监测的水 位资料，控制系统8根据水位降低值，启动可逆泵7,通过连通管将引航道10内水体补充至 船后水域，控制系统8根据实时水位变化情况调节变频器9控制可逆泵7转速进而控制补 水流量，使水位趋于正常水位。在船舶3驶入承船厢1时，船首水面上升，水位计4向控制 系统7提供实时监测的水位资料，控制系统7根据水位雍高值，启动可逆泵7,通过连通管将 承船厢内雍高水体排入引航道10,控制系统8根据实时水位变化情况调节变频9控制可逆 泵6转速进而控制排水流量，使水位趋于正常水位。
[0023] 保证了船舶进出承船厢过程水位稳定，即可大幅减小船舶的下沉量，如本发明应 用于500t升船机，应用前后船舶下沉量对比列于下表，在相同的0. 5m/s航速条件下，采用 本发明后，船舶在进出承船厢过程中下沉量减小70%以上，效果十分显著。
[0024]
【主权项】
1. 一种船舶进出升船机承船厢下沉量减小方法，其特征在于：在承船厢底部沿纵向均 匀对称布置等惯性连通管连接承船厢两端水体，管道中间布置可逆泵，在船舶进、出承船厢 过程中，进行正向排水和反向补水，减小船舶前后水位差，从而减小船舶下沉量。
2. 根据权利要求1所述的一种船舶进出升船机承船厢下沉量减小方法，其特征在于： 所述的连通管由一个主管和两端岔管组成，连通承船厢的两端水域，主管纵向布置于承船 厢底部中间，在管道两端采用多根对称分布均匀的岔管与承船厢相连，实现等惯性输水。
3. 根据权利要求1所述的一种船舶进出升船机承船厢下沉量减小方法，其特征在于： 所述的可逆泵布置于主管道中间，由监控系统自动控制，在承船厢与引航道对接后，可逆泵 通电，承船厢内水位通过布置于四角的水位计监控，当船舶进厢时，水位计监测到承船厢封 闭端水位升高，监控系统命令可逆泵正向运行，将承船厢封闭端雍高水体排向引航道，当船 舶出厢时，水位计监测到承船厢封闭端水位下降，监控系统命令可逆泵反向运行，将引航道 水体补入承船厢封闭端，在船舶运行过程中，实时监测水位并反馈给控制系统，控制系统通 过调节可逆泵前的变频器，自动调节水泵运转速度，使承船厢封闭端水位始终趋于正常水 位。
4. 根据权利要求1所述的一种船舶进出升船机承船厢下沉量减小方法，其特征在于： 所述的可逆泵的容量和连通管管径根据承船厢的尺度和最大船速确定，可逆泵额定流量应 不小于承船厢内水体横断面面积与船舶进出厢过程中最大船速的乘积的四分之一，连通管 的岔管数和管径要能保证出口流速不超过lm/s。
【专利摘要】一种船舶进出升船机承船厢下沉量减小方法，在承船厢底部沿纵向均匀对称布置等惯性连通管连接承船厢两端水体，管道中间布置可逆泵，在船舶出厢时，船尾水面下降，控制系统根据承船厢内水位计提供的水面降低值，启动可逆泵向船尾水域补水，在船舶进厢时，船首水面雍高，控制系统根据水位计提供的水位雍高值，启动可逆泵排水，在补水或排水过程中，控制系统时刻根据水位变化调节变频器控制可逆泵流量，始终保证承船厢水面趋于正常水位，从而显著减小船舶下沉量，确保船舶进出承船厢安全，另外也有助于消除长波波动、偏心荷载等不利影响，提高升船机运行效率。
【IPC分类】E02C5-02
【公开号】CN104695413
【申请号】CN201510136326
【发明人】胡亚安, 王新, 李中华, 严秀俊, 郭超
【申请人】水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月24日