一種船舶進(jìn)出升船機(jī)承船廂下沉量減小方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種方法，具體說(shuō)是一種船舶進(jìn)出升船機(jī)承船廂下沉量減小方法，屬 于船舶通航領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 水利樞紐通航建筑物主要采用船閘和升船機(jī)兩種形式。升船機(jī)具有適應(yīng)水頭高、 過(guò)壩速度快、耗水量小等突出特點(diǎn)，是一種技術(shù)較成熟且具有一定優(yōu)勢(shì)的通航建筑物。承 船廂是升船機(jī)的主體，廂內(nèi)盛水以供船舶浮運(yùn)。升船機(jī)過(guò)船程序?yàn)椋撼写瑤c下游引航道 對(duì)接，下游船舶駛?cè)氤写瑤?，承船廂載船一起上行，與上游引航道對(duì)接后，船舶駛出承船廂 進(jìn)入上游航道；然后，上游船舶進(jìn)入承船廂，承船廂載船一起下行，與下游引航道對(duì)接后，船 舶駛出承船廂進(jìn)入下游航道，如此便完成了一個(gè)運(yùn)行的全過(guò)程。在此過(guò)程中，船舶需要駛?cè)?和駛出承船廂，而承船廂的尺度比船舶略大，屬于非常典型的限制性航道，船舶在限制性航 道航行時(shí)，因?yàn)榇芭c航道形成較大的阻塞比，船舶會(huì)出現(xiàn)明顯的下沉。船舶的下沉量主要 與承船廂斷面面積、船舶舯斷面水面以下部分的面積、船舶航速等因素有關(guān)，而且進(jìn)廂與出 廂也存在較大差異。船舶出廂時(shí)，將承船廂內(nèi)的水體推出，由于阻塞比較大，船舶與承船廂 內(nèi)表面間的過(guò)流面積較小，隨著水體不斷被推出，船尾水面不斷下降，導(dǎo)致船尾下沉量逐漸 增大，因此，下沉量較大的主要原因是船后水體很難快速得到補(bǔ)充；船舶進(jìn)廂時(shí)，船首向承 船廂內(nèi)推水，造成承船廂內(nèi)水體不斷增加，同樣因過(guò)流斷面較小，很難快速排出而造成廂內(nèi) 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?yàn)樗w很難快速排出。 船舶下沉量過(guò)大，可能會(huì)造成船舶擦底擱淺，故下沉量是一重要參數(shù)，直接影響船舶航行安 全。
[0003] 目前，為了保證船舶進(jìn)出承船廂的安全，普遍采取嚴(yán)格控制船舶航行速度的辦法， 因?yàn)橄鲁亮颗c航速的平方成正比，控制航速即可將下沉量控制在安全范圍。相關(guān)的研宄成 果均表明，船舶出廂時(shí)的下沉量要大于進(jìn)廂，因此船舶出廂為控制工況，例如，水口升船機(jī) 船舶以0. 5m/s速度出廂時(shí)，下沉量達(dá)到18cm，烏江構(gòu)皮灘第一、二級(jí)升船機(jī)當(dāng)船舶出廂航 速0. 7m/s時(shí)，最大下沉量分別為19. 4cm和22. 7cm。然而，在升船機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，船舶往往 不會(huì)按照要求的航速行駛，進(jìn)廂因?yàn)橐獪p速直至停止，速度不會(huì)很快，但船舶出廂往往會(huì)加 速駛出，且出廂為相對(duì)不利工況，船舶往往存在較大的擦底風(fēng)險(xiǎn)。
[0004] 顯然，單純采取運(yùn)行管理措施控制船舶下沉量，存在人為因素影響，無(wú)法保證船舶 的絕對(duì)安全。本發(fā)明針對(duì)該問(wèn)題，從技術(shù)角度，提出一種減小船舶進(jìn)出承船廂下沉量的方 法，以保證船舶進(jìn)出升船機(jī)承船廂安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠減小進(jìn)出升船機(jī)承船廂船舶下沉量的方法，以提高 船舶進(jìn)出承船廂的安全性。
[0006] 本發(fā)明減小船舶下沉量的技術(shù)方案是：在承船廂底部沿縱向均勻?qū)ΨQ布置等慣性 連通管連接承船廂兩端水體，管道中間布置可逆泵，在船舶進(jìn)、出承船廂過(guò)程中，進(jìn)行正向 排水和反向補(bǔ)水，減小船舶前后水位差，從而減小船舶下沉量。
[0007] 當(dāng)船舶進(jìn)廂時(shí)，可逆泵正向運(yùn)行，將廂內(nèi)雍高水體排出至引航道；當(dāng)船舶出廂時(shí)， 可逆泵反向運(yùn)行，將船舶外側(cè)引航道水體補(bǔ)入船后水域。因此，在進(jìn)出承船廂的過(guò)程中，始 終能夠保證船舶前后水位基本一致。
[0008] 所述的連通管由一個(gè)主管和兩端岔管組成，連通承船廂的兩端水域，主管縱向布 置于承船廂底部中間，為了保證承船廂內(nèi)水體能夠均勻的補(bǔ)充和排出，在管道兩端采用多 根對(duì)稱分布均勻的岔管與承船廂相連，實(shí)現(xiàn)等慣性輸水，保證每根岔管流量相同。
[0009] 所述的可逆泵布置于主管道中間，以避免出現(xiàn)偏心荷載?？赡姹糜杀O(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng) 控制，在承船廂與引航道對(duì)接后，可逆泵通電，承船廂內(nèi)水位通過(guò)布置于四角的水位計(jì)監(jiān) 控，船舶啟動(dòng)前承船廂兩端水位相同為一定值。當(dāng)船舶進(jìn)廂時(shí)，水位計(jì)監(jiān)測(cè)到承船廂封閉端 水位升高，監(jiān)控系統(tǒng)命令可逆泵正向運(yùn)行，將承船廂封閉端雍高水體排向引航道；當(dāng)船舶出 廂時(shí)，水位計(jì)監(jiān)測(cè)到承船廂封閉端水位下降，監(jiān)控系統(tǒng)命令可逆泵反向運(yùn)行，將引航道水體 補(bǔ)入承船廂封閉端。在船舶運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位并反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào) 節(jié)可逆泵前的變頻器，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使承船廂封閉端水位始終趨于正常水位。
[0010] 可逆泵的容量和連通管管徑根據(jù)承船廂的尺度和最大船速確定，可逆泵額定流量 應(yīng)不小于承船廂內(nèi)水體橫斷面面積與船舶進(jìn)出廂過(guò)程中最大船速的乘積的四分之一，連通 管的岔管數(shù)和管徑要能保證出口流速不超過(guò)lm/s。
[0011] 本發(fā)明不僅可以顯著減小船舶的下沉量，同時(shí)可以削弱船舶進(jìn)出承船廂造成的水 面長(zhǎng)周期波動(dòng)，有助于承船廂內(nèi)水面快速平穩(wěn)，提高運(yùn)行效率，也避免了因承船廂內(nèi)水體分 布不均產(chǎn)生的不平衡荷載對(duì)升船機(jī)產(chǎn)生影響。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為升船機(jī)承船廂俯視圖；
[0013] 圖2為升船機(jī)承船廂仰視圖；
[0014] 圖3為升船機(jī)承船廂縱側(cè)視圖；
[0015] 圖4為升船機(jī)承船廂橫側(cè)視圖；
[0016] 圖5為船舶駛出承船廂示意圖；
[0017] 圖6為船舶駛?cè)氤写瑤疽鈭D。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0019] 升船機(jī)承船廂1內(nèi)載有一定深度水體2和船舶3,承船廂1內(nèi)四個(gè)角上均布置水位 計(jì)4,監(jiān)測(cè)廂內(nèi)水位變化，在承船廂1底部布置連通管，連通承船廂1兩端水域，使兩端水體 互通，連通管由一根主管5和兩端岔管6組成，對(duì)稱均勻布置，在主管道5中間布置一個(gè)可 逆泵7,水位計(jì)4提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料給控制系統(tǒng)8,控制系統(tǒng)8根據(jù)水位變化，命令可逆泵7 正向或反向運(yùn)行，并調(diào)節(jié)變頻器9控制可逆泵7的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，控制流量使承船廂水位始終趨 于正常水位。
[0020] 可逆泵7額定流量根據(jù)廂內(nèi)水體橫斷面尺寸和最大船速確定，若承船廂內(nèi)水 體寬度12m、深2. 5m，最大船速0. 7m/s，可逆泵的額定容量應(yīng)不小于他們乘積的一半，SP 12mX2. 5mX0. 7m/sX0. 25 = 5. 25m3/s。若滿足連通管出口流速不大于lm/s，則連通岔管 采用四根半徑為〇. 65m的圓管。
[0021] 通常情況下，在承船廂1與引航道10對(duì)接后，船舶3駛出承船廂1，由于水體被船 舶3推出，船后水面下降而且得不到及時(shí)補(bǔ)充，導(dǎo)致船尾下沉量顯著增大，若船舶3速度超 過(guò)限制，則存在擦底的風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)船舶3駛?cè)氤写瑤?時(shí)，船首擠壓水體，造成承船廂內(nèi)水位升 高，且雍高的水體無(wú)法及時(shí)排出，船首上升，船尾下降，下沉量同樣會(huì)明顯增大。
[0022] 采用本發(fā)明減小船舶下沉量方法，在承船廂1與引航道10對(duì)接后，可逆泵7通電， 在船舶3駛出承船廂1的過(guò)程中，船后水面下降，水位計(jì)4向控制系統(tǒng)8提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的水 位資料，控制系統(tǒng)8根據(jù)水位降低值，啟動(dòng)可逆泵7,通過(guò)連通管將引航道10內(nèi)水體補(bǔ)充至 船后水域，控制系統(tǒng)8根據(jù)實(shí)時(shí)水位變化情況調(diào)節(jié)變頻器9控制可逆泵7轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制補(bǔ) 水流量，使水位趨于正常水位。在船舶3駛?cè)氤写瑤?時(shí)，船首水面上升，水位計(jì)4向控制 系統(tǒng)7提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的水位資料，控制系統(tǒng)7根據(jù)水位雍高值，啟動(dòng)可逆泵7,通過(guò)連通管將 承船廂內(nèi)雍高水體排入引航道10,控制系統(tǒng)8根據(jù)實(shí)時(shí)水位變化情況調(diào)節(jié)變頻9控制可逆 泵6轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制排水流量，使水位趨于正常水位。
[0023] 保證了船舶進(jìn)出承船廂過(guò)程水位穩(wěn)定，即可大幅減小船舶的下沉量，如本發(fā)明應(yīng) 用于500t升船機(jī)，應(yīng)用前后船舶下沉量對(duì)比列于下表，在相同的0. 5m/s航速條件下，采用 本發(fā)明后，船舶在進(jìn)出承船廂過(guò)程中下沉量減小70%以上，效果十分顯著。
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種船舶進(jìn)出升船機(jī)承船廂下沉量減小方法，其特征在于：在承船廂底部沿縱向均 勻?qū)ΨQ布置等慣性連通管連接承船廂兩端水體，管道中間布置可逆泵，在船舶進(jìn)、出承船廂 過(guò)程中，進(jìn)行正向排水和反向補(bǔ)水，減小船舶前后水位差，從而減小船舶下沉量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶進(jìn)出升船機(jī)承船廂下沉量減小方法，其特征在于： 所述的連通管由一個(gè)主管和兩端岔管組成，連通承船廂的兩端水域，主管縱向布置于承船 廂底部中間，在管道兩端采用多根對(duì)稱分布均勻的岔管與承船廂相連，實(shí)現(xiàn)等慣性輸水。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶進(jìn)出升船機(jī)承船廂下沉量減小方法，其特征在于： 所述的可逆泵布置于主管道中間，由監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)控制，在承船廂與引航道對(duì)接后，可逆泵 通電，承船廂內(nèi)水位通過(guò)布置于四角的水位計(jì)監(jiān)控，當(dāng)船舶進(jìn)廂時(shí)，水位計(jì)監(jiān)測(cè)到承船廂封 閉端水位升高，監(jiān)控系統(tǒng)命令可逆泵正向運(yùn)行，將承船廂封閉端雍高水體排向引航道，當(dāng)船 舶出廂時(shí)，水位計(jì)監(jiān)測(cè)到承船廂封閉端水位下降，監(jiān)控系統(tǒng)命令可逆泵反向運(yùn)行，將引航道 水體補(bǔ)入承船廂封閉端，在船舶運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位并反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通 過(guò)調(diào)節(jié)可逆泵前的變頻器，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使承船廂封閉端水位始終趨于正常水 位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶進(jìn)出升船機(jī)承船廂下沉量減小方法，其特征在于： 所述的可逆泵的容量和連通管管徑根據(jù)承船廂的尺度和最大船速確定，可逆泵額定流量應(yīng) 不小于承船廂內(nèi)水體橫斷面面積與船舶進(jìn)出廂過(guò)程中最大船速的乘積的四分之一，連通管 的岔管數(shù)和管徑要能保證出口流速不超過(guò)lm/s。
【專利摘要】一種船舶進(jìn)出升船機(jī)承船廂下沉量減小方法，在承船廂底部沿縱向均勻?qū)ΨQ布置等慣性連通管連接承船廂兩端水體，管道中間布置可逆泵，在船舶出廂時(shí)，船尾水面下降，控制系統(tǒng)根據(jù)承船廂內(nèi)水位計(jì)提供的水面降低值，啟動(dòng)可逆泵向船尾水域補(bǔ)水，在船舶進(jìn)廂時(shí)，船首水面雍高，控制系統(tǒng)根據(jù)水位計(jì)提供的水位雍高值，啟動(dòng)可逆泵排水，在補(bǔ)水或排水過(guò)程中，控制系統(tǒng)時(shí)刻根據(jù)水位變化調(diào)節(jié)變頻器控制可逆泵流量，始終保證承船廂水面趨于正常水位，從而顯著減小船舶下沉量，確保船舶進(jìn)出承船廂安全，另外也有助于消除長(zhǎng)波波動(dòng)、偏心荷載等不利影響，提高升船機(jī)運(yùn)行效率。
【IPC分類】E02C5-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104695413
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510136326
【發(fā)明人】胡亞安, 王新, 李中華, 嚴(yán)秀俊, 郭超
【申請(qǐng)人】水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月24日