三峽升船機是世界上規(guī)模最大、技術(shù)和施工難度系數(shù)最高的升船機。在沒有先例和參考標準的情況下,我國企業(yè)大膽創(chuàng)新,攻堅克難,完成了這一世界奇跡。

                        游輪在升船機的承船廂中下降到底部(9月18日攝)

大幅刷新升船機世界紀錄

作為三峽工程的收官之作,三峽升船機大幅刷新了升船機的世界紀錄。

據(jù)中國長江三峽集團公司機電工程局副局長吳小云介紹,比利時斯特勒比升船機,最大提升重量8800噸,最大提升高度73米,是三峽升船機之前世界最大的升船機。

較之于斯特勒比升船機,三峽升船機提升總重量為15500噸,最大提升高度為113米,分別提高了近一倍和近二分之一。

與斯特勒比升船機的鋼絲繩卷揚提升方式不同,三峽升船機采用的是齒輪齒條爬升方式。

德國尼德芬諾升船機是齒輪齒條爬升方案的代表,提升總重量4300噸,最大提升高度36米。三峽升船機在提升總重量和最大提升高度上,均為尼德芬諾升船機的三倍以上。

與之相應(yīng),三峽升船機齒條、螺母柱的規(guī)模和制造難度世界最大,同時有著世界上最大規(guī)模的閘首設(shè)備、最大體積的升船機承船廂和最為復(fù)雜的升船機計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

據(jù)吳小云介紹,三峽升船機上閘首工作門支撐跨度27.0米,自重480多噸,可適應(yīng)3.75米的水位變化;下閘首工作大門支撐跨度28.1米,自重670多噸,可適應(yīng)1.97米的水位變化。

“硬幣不倒”見證工程奇跡

三峽升船機由上游引航道、上閘首、承船廂、下閘首和下游引航道組成,其中承船廂是核心部分,有效尺寸長120米,寬18米,正常水深3.5米,最大過船規(guī)模為3000噸級。

三峽升船機被稱為“船舶電梯”。通過三峽升船機,只需約10分鐘,船舶就可以完成近40層樓高度的垂直上升或者下降。記者日前乘坐船舶過三峽升船機時發(fā)現(xiàn),三峽升船機下降過程中,硬幣始終豎立在甲板上不倒。

原來,三峽升船機由四個驅(qū)動點的齒輪齒條機構(gòu)同步驅(qū)動,電氣傳動系統(tǒng)可以保證承船廂四個驅(qū)動點在電氣同步控制方式下全行程高程同步誤差小于2毫米,是世界升船機中同步提升精度最高的升船機。

而且,三峽升船機共有4800多個監(jiān)控點采集信號,用于三峽升船機的運行控制、狀態(tài)監(jiān)視、安全保護與過程管理。

三峽升船機主體工程土建與部分設(shè)備安裝工程由中國葛洲壩集團公司歷時六年半建成。土建施工達到高精度要求,三峽升船機承重塔柱結(jié)構(gòu)的高度為146米,塔柱混凝土全高的垂直度偏差不大于30毫米,截面尺寸允許偏差在正8毫米和負5毫米之內(nèi)。

“三峽升船機是在沒有任何經(jīng)驗可以借鑒的情況下建成的。”中國長江三峽集團公司三峽樞紐建設(shè)運行管理局局長張曙光說。

據(jù)介紹,三峽升船機承船廂由德國公司設(shè)計,長江設(shè)計院負責(zé)三峽升船機總體設(shè)計,包括上下游引航道、所有建筑物及相應(yīng)的金屬結(jié)構(gòu)、機械設(shè)備和機電設(shè)備等的設(shè)計,并承擔(dān)了對德國公司設(shè)計成果進行復(fù)核和審查的任務(wù)。

中國制造實現(xiàn)質(zhì)的飛躍

三峽升船機是客貨輪和特種船舶的快速過壩通道,其中3000噸級的客輪可載千人,如何確保安全,是重中之重。

據(jù)介紹,三峽升船機自上世紀50年代開始研究論證,70年代后期進入選型設(shè)計階段,初步設(shè)計于1993年通過審查。不過,由于這座升船機體型巨大,原設(shè)計采用的鋼絲繩卷揚提升方案,受到了安全可靠性的質(zhì)疑。

“鋼繩卷揚的驅(qū)動,是靠驅(qū)動卷筒卷著鋼繩走。這會有淺盤效應(yīng)。這么大的船廂里面的水看起來特別淺,像盤子,當盤子傾斜的時候,水往一處涌,一邊的鋼繩翹起來,無法受力,就會翻。”吳小云說。

1995年,國務(wù)院三峽建委決定緩建三峽升船機,重新進行方案比選及論證設(shè)計。2003年,國務(wù)院三峽建委同意三峽升船機齒輪齒條爬升方案。2007年,三峽升船機續(xù)建工程恢復(fù)施工。

據(jù)中國工程院院士陸佑楣介紹,齒輪齒條爬升方案采用螺旋鎖定裝置,即利用對稱安裝的旋轉(zhuǎn)螺母與保安螺桿相旋合。當承船廂產(chǎn)生較大的不平衡力時,驅(qū)動裝置停止運轉(zhuǎn),由于螺旋的自鎖作用,承船廂被鎖定在保安螺桿上。因此,“即便發(fā)生意外事故,也不至于造成重大災(zāi)難?！?/p>

三峽升船機包括承船廂、齒輪、齒條等在內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備幾乎都由中國企業(yè)生產(chǎn),中國制造由此實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。比如,三峽升船機齒條模數(shù)高達62.7毫米、淬硬層深度6毫米以上,完全按照德國標準和相關(guān)歐洲標準及ISO標準進行制造和驗收,面臨一系列世界性難題。試制過程中,三峽集團組織鄭州機械研究所、中國第二重型機械集團公司進行攻關(guān)。經(jīng)過兩年艱苦嘗試,三峽升船機第一節(jié)不開裂的齒條終于制造成功。

1:1的齒條疲勞試驗顯示,疲勞試驗機都壞了,而試驗齒條依然沒有出問題。經(jīng)過試驗測算,三峽升船機齒條的運行壽命可達70年。

“三峽升船機建設(shè)施工的突破,促進了國家整個機械制造業(yè)的提升,對于以后建造巨型建筑物也有指導(dǎo)意義?！敝袊こ淘涸菏苦嵤厝收f。