三峽升船機(jī)是世界上規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的垂直升船機(jī)，過船規(guī)模為3000噸級(jí)，最大提升重量15500噸，最大提升高度113米。其技術(shù)、制造、安裝難度和規(guī)模均為升船機(jī)世界之最。
高峽出平湖，電梯送過壩。作為三峽工程的“收官之作”，由中船重工研制的三峽升船機(jī)歷經(jīng)10多年的建設(shè)，于近日成功試通航，被譽(yù)為三峽工程最后的“謎底”終于揭開神秘的面紗。
三峽升船機(jī)是世界上規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的垂直升船機(jī)，過船規(guī)模為3000噸級(jí)，最大提升重量15500噸，最大提升高度113米。它系統(tǒng)眾多，功能復(fù)雜，大部分設(shè)備型式及運(yùn)作方式為國(guó)內(nèi)首次采用，其技術(shù)、制造、安裝難度和規(guī)模均為升船機(jī)世界之最。
“這是一個(gè)龐大的機(jī)、電、液一體化系統(tǒng)，其復(fù)雜性超過目前任何提升設(shè)備。我們?cè)谠O(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試過程中遇到許多技術(shù)難題，沒有成熟經(jīng)驗(yàn)可供參考、借鑒，全靠自己探索、解決�！敝写毓ぜ瘓F(tuán)董事長(zhǎng)胡問鳴說。
那么，“超級(jí)電梯”神在哪兒？日前，科技日?qǐng)?bào)記者來到宜昌三峽大壩，一探奧秘。
40分鐘，輕舟扶搖直上百米高
以前，船只過大壩都是通過三峽雙線五級(jí)船閘。若進(jìn)入上游，一艘艘載著貨物和旅客的巨輪依次進(jìn)入5個(gè)閘室，“拾級(jí)而上步步高”，被人形象地稱為“爬樓梯”。
隨著長(zhǎng)江水運(yùn)量日益增長(zhǎng)，三峽樞紐通航能力趨于飽和，升船機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，就是在通航河流的大壩上，建造一座供船舶乘坐的快捷“電梯”，作為三峽五級(jí)船閘“樓梯式過壩”的有效補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)“大船爬樓梯、小船坐電梯”的分流。
10月8日，記者乘坐輪船親自體驗(yàn)“坐電梯”。12時(shí)20許，輪船沿著下游引航道緩緩駛?cè)肴龒{升船機(jī)承船廂，承船廂就是電梯，一個(gè)3.5米水深的“大游泳池”。接著，承船廂載著輪船開始“抬升”，直至與上游水面齊平位置。13時(shí)，輪船平穩(wěn)駛出，告別承船廂，進(jìn)入上游水面。
整個(gè)過壩過程歷時(shí)40分鐘。記者幾乎感覺不到晃動(dòng)或失重，如果沒有外面的參照物，根本無法察覺承船廂一會(huì)兒就把輪船抬升到40層樓的高度。
中船重工所屬武漢船舶公司副總經(jīng)理岳秋良介紹，三峽升船機(jī)投入運(yùn)行后，客船及部分貨船可借助其“電梯式”服務(wù)快速通過三峽大壩，由目前的３個(gè)多小時(shí)縮短至40分鐘，大大提高船舶過壩效率。
記者了解到，與船閘相比，升船機(jī)過壩還具有不耗水的特點(diǎn)，可提高三峽工程的通航調(diào)度靈活性和通航保障能力，使長(zhǎng)江黃金水道通航能力提升20%。
四兩撥千斤，巧妙平衡設(shè)計(jì)輕松載萬噸
升船機(jī)雖然能托舉萬噸重量，但用的是巧勁，可謂“四兩撥千斤”。關(guān)鍵就是其平衡之術(shù)。
“升船機(jī)耗水耗電量都很低，靠的就是物理的平衡作用，即以平衡重保持受力平衡�！痹擁�(xiàng)目總工程師胥福堯向記者介紹。
升船機(jī)采用一只裝有水的承船廂作為載體，運(yùn)載船舶升降。利用這一條件，就在兩側(cè)設(shè)置同等質(zhì)量的平衡重，來平衡帶水船廂的總質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)“全平衡”的要求。
升船機(jī)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人劉科青打了個(gè)比喻，升船機(jī)就像一個(gè)天平，只需少量電力相助，就能輕松載萬噸。
那么，問題來了。一旦平衡打破，將面臨災(zāi)難性后果。如何保障安全？
“三峽升船機(jī)是采用齒輪齒條爬升平衡重式的垂直升船機(jī)，有螺母柱螺桿安全機(jī)構(gòu)�！瘪愀蛘f，這種形式升船機(jī)最大特點(diǎn)就是安全可靠性高，在船廂水漏空、沉船和地震等任何事故工況下，都能確保不發(fā)生承船廂墜落等重大設(shè)備和人身事故。
胥福堯進(jìn)一步解釋，齒輪齒條爬升式升船機(jī)以大螺桿螺母作為安全裝置，當(dāng)升船機(jī)平衡條件破壞時(shí)，安全機(jī)構(gòu)將自主鎖定船廂，保證其紋絲不動(dòng)。
專家稱，這也是我國(guó)第一座齒輪齒條爬升螺母螺桿式的大型升船機(jī)，比常見的鋼絲繩卷?yè)P(yáng)式提升方案更安全。
除此之外，升船機(jī)還實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障運(yùn)行的冗余控制。三峽升船機(jī)的四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元采用行程同步控制，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的兩臺(tái)電機(jī)采用出力均衡控制，當(dāng)8臺(tái)電機(jī)中的一臺(tái)、兩臺(tái)甚至三臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，安定裝置根據(jù)設(shè)定的規(guī)則無擾動(dòng)地實(shí)現(xiàn)控制模式切換和故障單元退出，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行不受影響。通俗地說，系統(tǒng)的設(shè)備裝置都有“備胎”，一用一備，一旦一臺(tái)機(jī)器出了問題，“備胎”就能立即頂上。加之傳感器對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如發(fā)生故障，傳動(dòng)裝置有制動(dòng)器應(yīng)對(duì)。
此外，三峽升船機(jī)還有迅速疏散旅客的設(shè)施，并與應(yīng)急疏散口連接，旅客可以通過活動(dòng)走道，經(jīng)承重結(jié)構(gòu)疏散、離開升船機(jī)。
四人抬轎子，一元硬幣直立不倒
平衡一旦打破，就十分危險(xiǎn)，因此保證船廂的水平狀態(tài)，是最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。
三峽升船機(jī)采用4吊點(diǎn)8臺(tái)315千瓦電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)承船廂的上、下行運(yùn)行。4個(gè)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)之間必須在任一時(shí)刻保證高程同步，控制采用“電氣行程同步+機(jī)械同步”的模式，同時(shí)以“電氣出力均衡+機(jī)械同步”模式作為備用控制方案。
在升船機(jī)啟動(dòng)、加速、運(yùn)行、停機(jī)各個(gè)階段嚴(yán)格按照平滑的速度曲線運(yùn)行。有人測(cè)試，將一枚一塊錢硬幣立在承船廂上，待升船機(jī)升到上游時(shí)，硬幣依然直立不倒，甚至未見輕微的晃動(dòng)。
“四點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，就像4個(gè)轎夫抬轎子，必須始終保持步調(diào)一致、快慢一致、高度一致，如果有一點(diǎn)不平衡，就會(huì)傾翻。但是，如果給4個(gè)人發(fā)命令，因?yàn)椤牎矫钸�有時(shí)間誤差，按照原有的國(guó)外設(shè)計(jì)做不到完全同步。”胥福堯說，技術(shù)人員通過自己設(shè)計(jì)研發(fā)，終于克服了這個(gè)瓶頸。
由于采用了高精度的位置控制，升船機(jī)在整個(gè)行程中能夠準(zhǔn)確停在設(shè)定的任意位置，而且四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元任意時(shí)刻保證高程同步，同步運(yùn)行行程偏差小于2毫米。研究人員還專門設(shè)計(jì)了升船機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)位置同步測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)點(diǎn)位置偏差大都在1毫米以內(nèi)。
科技人員還成功解決了船廂及其設(shè)備與塔柱變形協(xié)調(diào)，關(guān)鍵設(shè)備的制造等一系列世界級(jí)技術(shù)難題。
“我們大膽創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、制造技術(shù)、施工工藝和管理方法，掌握了齒輪齒條爬升式升船機(jī)船廂設(shè)計(jì)制造和安裝、船廂液壓和機(jī)械系統(tǒng)安裝、單機(jī)調(diào)試等多方面核心技術(shù)。三峽升船機(jī)的成功建造和試運(yùn)行，體現(xiàn)了我國(guó)裝備制造業(yè)已從仿制、跟跑到并跑、領(lǐng)跑的巨大進(jìn)步�！焙鷨桒Q表示。（記者 陳磊）