【探秘三峡升船机】历经五十载方案终落地

文章作者:秦建彬 郑雁林  来源:长江水利网  时间:2016年09月21日

雄伟壮观的三峡升船机,她是镶嵌在三峡大坝上最为耀眼的一颗明珠,也是长江委设计院人50多年来默默奉献、科学创新的智慧结晶。

三峡升船机为国内首次采用齿轮齿条爬升平衡重式垂直升船机,起过船规模为3000吨级, 最大提升高度113米,上游通航水位变幅30米,下游通航变幅11.8米,下游水位变率±0.50米每小时,最大提升总重量达15500吨。具有提升高度大、提升重量大、上游通航水位变幅大和下游水位变化速率快的特点,是当今世界上技术难度和规模最大的升船机。

三峡升船机位于三峡工程左岸7#—8#非溢流坝段之间,由上游引航道、上闸首、船厢闸段、下闸首、下游引航道等组成,从上游口门至下游口门全线总长约5000米。

五十载科学论证

自上世纪50年代起,长江水利委员会就开始牵头对升船机的设计、施工、制造、安装的可行性、可能性等进行全面论证,研究过的主要型式有平衡重式、浮筒式、水压式、液压式、水力式及半水力式垂直升船机等,并不断吸收丹江口等国内升船机的设计经验。上世纪70年代,提出“借鉴国外、立足国内”思路,继续开展升船机设计工作。

1983年10月,为慎重确定三峡升船机的方案,由国家科委牵头组成的“二委三部”联合考察组赴德国、比利时和法国实地考察了各种类型升船机,其考察报告认为全平衡钢丝绳卷扬垂直升船机较为适合我国的国情,建议列为三峡升船机的重点方案。

1985年,长江委提出的《长江三峡水利枢纽初步设计(150米方案)》推荐全平衡钢丝绳卷扬式垂直升船机方案,并提出该方案适应三峡升船机所处的客观环境特点,具有通过能力大、运转费用低、对塔柱施工及机械设备制造要求相对较低等优点,特别是我国卷扬提升设备的设计、制造、维修保养等方面都具有一定的实践经验与能力,技术比较成熟。

其实,在升船机型式选择方面,长江委也曾针对全平衡垂直升船机的钢丝绳卷扬和齿轮齿条爬升两种典型进行了研究和大规模的"七•五"、"八•五"科研攻关,联合国内多家科研单位参与研究,对比认为齿轮齿条爬升式由于制造、安装的要求精度高,当时国内机械制造水平尚有较大差距,不适合我国的国情。

1986年~1988年,在三峡工程可行性论证阶段专家论证基础上,长江委推荐三峡升船机采用全平衡钢丝绳卷扬一级垂直升船机方案,并初步确定了升船机线路位置及总体布置。

升船机的总体技术合理,主要技术问题基本得到妥善处理,主机系统、电力系统和控制系统可以满足安全运行的需要。

1995年4月,国务院三峡工程委员会研究决定三峡升船机缓建,但工程缓建并没有影响设计研究工作。相反,为了全面检验三峡升船机的前期科研成果,不断完善技术方案,这一期间进行了大量的中间试验机和模型试验工作。

为进一步提高升船机运行的安全可靠性,专家们经过多方案比选,认为钢丝绳卷扬提升型式和齿轮齿条爬升型式在技术上都是可行的,但齿轮齿条爬升式在安全可靠性上高于前者。

此时,随着我国的综合国力加强,在关键设备制造、安装水平和施工技术水平等方面都有提高,我国已经具备齿轮齿条爬升式升船机建设的技术、装备和施工条件,建议三峡升船机的型式由钢丝绳卷扬提升式改为齿轮齿条爬升式。

2000年后,长江设计院启动齿轮齿条爬升式“长螺母-短螺杆”方案的研究,提出要充分吃透德国BAW为三峡升船机所做的“长螺母柱安全保障齿轮齿条驱动全平衡垂直升船机方案可行性研究”成果的技术特点,要求提出研究的重点问题。随后,长江设计院根据相关考察、调研资料以及三峡升船机的施工现状,对升船机关键设备的性能﹑参数﹑结构型式,以及由各种因素引起的影响升船机运行的综合变形和误差进行深入分析研究,落实并完善该方案的主要技术问题和相应的解决措施,提出了《三峡工程采用长螺母柱安全保障齿轮齿条驱动全平衡垂直升船机方案设计研究》报告。该报告于2003年3月通过了三峡总公司组织国内专家对该报告进行的审查 。

2003年9月,国务院三峡建委第13次会议同意选用“全平衡、齿轮齿条爬升、长螺母柱短螺杆安全系统的一级垂直升船机“技术方案,并恢复项目建设。

中德联合设计

为充分借鉴和吸收国外特别是德国在升船机建设方面的成功经验,三峡集团选择了富有设计经验的德国公司“拉麦尔-K&K”设计联营体,负责船厢及其设备和平衡重系统设计,长江设计院负责总成、上下闸首和船厢室段土建部分设计,由于承担德方设计的复核工作,此举意味着中德在水电工程重大装备研发与制造的合作上又掀开了新的一页。

德方在长江设计院设计确定的升船机总体布置的基础上进行了船厢室段升降部分的设计。自2005年至2007年期间,长江设计院土建、金结、机电等多领域专家先后赴德国10多次,对德方的设计成果进行了复核审查,提出了许多建设性的意见。

与国外联合设计如此重大的工程项目,对于长江设计院也是一种全新的体验。为高质量地完成本项设计工作,长江设计院早在2004年就专门成立了三峡升船机项目部,由钮新强院长担任项目总负责人。为按时保质完成本项设计,几年来项目部全体成员克服了种种困难,付出了艰苦努力,同时也使长江设计院升船机设计水平跨上了一个全新的台阶。

 

总体设计报告得到高度评价

2007年7月11日是一个值得永远铭记的日子。

这一天,作为三峡升船机总成设计单位,长江设计院提交的《长江三峡水利枢纽升船机总体设计报告》通过了国务院三峡工程建设委员会办公室组织的审查。

钮新强院长汇报总体设计报告

在审查会闭幕时,著名水电专家潘家铮院士对长江设计院在三峡升船机设计中所做的工作给予了充分肯定。他说,三峡升船机规模之大,升程之高,技术之复杂和困难,在全世界的升船机工程中绝对是没有前例的。这样一项复杂工程的总体设计,能在一星期内得到专家们的认可,顺利完成审查任务,这不是偶然的。其中重要的一点是设计和科研单位多年来的努力,反复研究,不断修改,吸取以往经验加以改进,从总体布局到每一项具体细节,都研究得很深,依靠科学分析试验,攻克了一系列难题,做出了先进和可靠的设计。提交的设计报告是一份高质量的报告。

作为三峡升船机的设计人,此刻备受鼓舞,眼含泪花。深知,凝聚了几代长江委人的智慧、经验、心血,还有无怨无悔的青春,几十年的默默坚守、艰苦科研、持续创新,同时也融入了国内诸多科研单位和德国参与方的智慧与心血,终于结出了硕果。

总体设计报告顺利通过审查是三峡升船机建设长征路上的一个新起点,我们更希望三峡升船机能及早高质量、高速度、低成本地建成。

责任编辑:蔡倩
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