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三峡“电梯”的速度与激情
——探秘世界最大升船机
2016-11-17 09:42  · 来源:中国能源报  · 作者:金亚勤  · 责编:发电

  “万山磅礴水泱漭,山环水抱争萦纡。”11月初的宜昌不似北方寒冷,清晨的江面泛起水雾,给整个三峡坝区增添了几分神秘色彩。记者一行人从坝前武警码头上船出发,经升船机下行至杨家湾码头,亲身感受世界最大升船机的速度与激情。

  谜底一一揭晓

  随着船舶慢慢驶向船厢,三峡升船机的面纱终于揭开。

  三峡升船机全线总长约7300米,船厢室段塔柱建筑高度146米,最大提升高度为113米、最大提升重量超过1.55万吨,承船厢长132米、宽23米、高10米,可提升排水量为3000吨级的船舶过坝,是目前世界上规模和技术难度最大的升船机。

  “三峡升船机的主要作用是为客货轮和特种船舶提供快速过坝通道。与现有的双线五级船闸相比,船舶过坝时间将由原来的3个多小时缩短到37分钟,可在一定程度上提高三峡工程的通航调度灵活性和保障能力。”三峡集团机电工程局副局长吴小云告诉记者。

  因为两种过坝方式的不同,双线五级船闸被称为“楼梯”,升船机则为“电梯”。“电梯”虽快,但是对其安全性、稳定性和可靠性提出了更高要求。“与传统的钢丝绳卷扬式提升方案不同,我们在国内首次采用齿轮齿条爬升全平衡垂直升船机,包括齿轮齿条爬升、长螺母柱短螺杆安全机构、平衡重系统等构件。”吴小云表示,“该设计的最大特点就是安全,即使发生极端工况,如船厢水漏空、沉船,甚至地震,都不会发生船厢坠落等重大事故。”

  如果不是船厢室段塔柱上的水位标尺和参照物,记者丝毫没有感觉到船体在下降。为了最大程度地检验其下降过程中的稳定性,我们将一枚硬币竖立在甲板的台子上,从上游的175米水位下降至下游的65米,整个过程纹丝不动,让人惊叹不已。

  方案反复论证

  9月18日,三峡升船机正式进入试通航。如今,这个庞大的工程已经完全呈现眼前,然而前期方案的确定却是一个漫长的过程。

  上世纪五十年代起,国家委托长江委牵头,对三峡升船机设计建设进行论证。上世纪八十年代,由原国家科委牵头组成的考察组赴欧洲实地考察各类升船机。在此基础上,长江委等有关设计单位进行深入论证,在考虑客观环境、建造难度和成本等因素后,推荐采用全平衡钢丝绳卷扬一级垂直升船机方案。

  “这一方案虽然得到多数专家认可,但也有人对其安全可靠性持有疑虑。”吴小云透露,“常见的高楼电梯就是这种型式,采用这样的设计,一旦船厢漏水,升船机系统就会失去平衡,非常危险。”

  后来,国家决定缓建三峡升船机,但设计研究工作并未停止。在考察完德国尼德芬诺升船机后,三峡建设者采用齿轮齿条爬升型式的信心更加坚定。

  2003年9月,国务院三峡工程建设委员会同意“全平衡、齿轮齿条爬升、长螺母柱短螺杆安全系统一级垂直升船机”技术方案。“前期方案是中德联合设计的。按照规定,德方需在2005年底提交设计报告。但在具体设计过程中,双方发现很多技术问题要经过验算和再研究,于是再次开展攻关,直到2007年下半年最终设计成果才开始提交。”吴小云称。

  据介绍,从签订设计合同到拿出初步成果的这三年间,国内的水科院、长江设计院等单位也同步对德方方案的可实施性、安全可靠性等开展了背靠背的分析研究、评估论证。同时,三峡集团还委托各方专家在升船机设计、论证的各重要节点进行审查。此外,专项分析、模型试验、工艺试验等也一并展开。

  建立行业标准

  作为世界上规模和难度最大的升船机工程,三峡升船机工程建设没有现成经验可借鉴、没有现成标准可使用。尤其是升船机金属结构设备技术难度大,加工安装精度高,有些部件属于非标准产品,国内外尚无设计和制造先例,并且大量采用了DIN、EN和ISO标准,国内没有该型式升船机设备制造和安装施工的相关规范或质量标准。

  “除了前期设计方案的确定,建设过程中最大困难就是设备的制造安装。”吴小云介绍,“考虑到船厢因温差容易引起变形,所以在施工前进行了仿真计算,确定最优施工流程,并控制施工进度,采用的测量系统设备精度最高为20万分之一,即每200米仅有1毫米的误差,来适应结构的变形。”

  通过不断总结经验,进一步细化质量安全控制点,三峡集团已经初步形成了一整套科学合理的升船机设计、制造、施工、安装等技术标准和规范,引领我国升船机建造技术提升至新的高度。

  目前,三峡升船机仍处于试通航阶段。截至11月4日,经升船机过坝达45船次,共210人,总重达9470吨。“试通航期间,升船机开放时间为8:00-17:00,其余时间进行调试整改。除了通航免费之外,为了帮助船员能够更快地适应全新的过坝方式,我们每两天培训一次。”三峡枢纽管理局枢纽运行部主任专业师曹毅告诉记者,“接下来的运行管理难度比较大,包括熟悉系统、故障分析诊断,以及检修方案的制定等。”(图片来源:金亚勤/摄)

  后记

  记者在体验三峡升船机的时候,上游水位达到175米,这个数字对三峡工程有着特殊的含义。175米是三峡枢纽设计的正常蓄水位。三峡水库在每年汛末蓄水,在枯水期至次年汛前逐渐释放并腾出库容,以最大限度地发挥防洪、发电、补水、航运等方面的综合效益。

  11月1日7时,长江电力三峡梯调中心调度控制室实时水情显示,三峡大坝坝前水位已达175米,这标志着三峡水库2016年175米试验性蓄水目标顺利实现。从2008年开始,今年是三峡水库175米试验性蓄水的第9年,也是三峡水库连续第七次成功蓄水至175米。

  三峡枢纽管理局枢纽运行部副主任王海介绍,今年8月以来,长江流域来水持续偏枯。9月份,三峡水库遭遇了上下游来水均偏枯的不利形势,三峡入库流量平均仅为14500立方米每秒,为1882年以来的“第5枯”月份,导致三峡水库起蓄水位较历史同期偏低。上游流域降水少、来水极端偏枯的同时还亟需保障长江中下游供水需求,三峡水库蓄水面临着巨大的压力和挑战。

  为此,三峡集团提前编制溪洛渡、向家坝、三峡水库联合蓄水方案,并积极主动协调方案审批。同时,加强与防总、电网、航运等单位的沟通协调工作,保障信息畅通。

  据了解,溪洛渡、向家坝水库蓄水工作已先后于9月26日、10月8日完成。蓄水完成后,长江电力将进一步系统总结和分析试验性蓄水工作,加强梯级水库群联合优化蓄水等相关研究,充分发挥流域梯级电站综合效益。

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