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水力浮動式快速垂直升船機
水力浮動式快速垂直升船機是在水力浮動式轉矩平衡重升船機（專利號ZL99 116476.8）的基礎上研發出的一種安全、高速、節水型垂直升船機，它與水力浮動式轉矩平衡重升船機相比，可節約大量的操作用水；與鋼絲繩卷揚垂直升船機相比，運行更加安全可靠；與目前國內外各類垂直升船機相比，這種升船機的升降速度有較大幅度的提高（可達0.5m/s以上）；如果與同等規模的船閘相比，其操作用水僅相當船閘操作用水的 3% 左右，也就是說同等規模的船閘升降一次的操作用水，可供水力浮動式快速升船機升降30次。
水力浮動式快速升船機的動作原理是：以平衡筒的總重量平衡承船廂的總重量，通過操作進水閥或排水閥，使提升豎井充水或排水，達到改變提升平衡筒的重量，克服摩阻力，促使承船廂升降的目的。
1水力浮動式快速升船機的平衡裝置
水力浮動式轉矩平衡重升船機的的平衡筒，既具有提升功能又具有平衡功能。水力浮動式快速垂直升船機的平衡筒則不然，它將平衡筒的提升功能與平衡功能分離，令一部分平衡筒負責平衡，另一部分平衡筒負責提升。負責平衡的平衡筒（15），安裝在平衡豎井（13）中，其重量和體積由承船廂廂體及廂內水體的重量和體積以及升船機的最大提升力確定。平衡豎井（13）與提升豎井（19）互不相通。在平衡豎井的底部，設有事故排水通道（12）與承船廂室相通。（見水力浮動式快速垂直升船機原理圖）
平衡筒為鋼制水筒，筒內裝有水，為方便安裝、檢修，在頂部設有進人孔。每個平衡筒上裝有兩組動滑輪（14），繞經其中一組動滑輪的鋼絲繩纏繞在卷筒（2）的左旋繩槽中，繞經另一組動滑輪的鋼絲繩纏繞在卷筒（2）的右旋繩槽中，這樣就可以保證平衡筒在升降時，始終沿著豎井中軸線做鉛錘運動而不左右移動。鋼絲繩的一端經杠桿式拉力均衡裝置與塔柱頂部的支架連接，鋼絲繩的另一端經拉力均衡裝置（6）與承船廂 (8)相連接。杠桿式拉力均衡裝置機構簡單，可以使纏繞在同一卷筒上的各鋼絲繩受力均衡。
平衡筒內裝有水位傳感器，用以監控筒內水位，保證各平衡筒的重量相等。平衡筒下部裝有安全閥(16)，安全閥是常閉的，當承船廂（8）發生嚴重漏水事故，廂內水位降至預定的事故水位時，承船廂上的水位傳感器發出訊號，安全閥（16）才開啟排水，減輕平衡筒的重量，使之與漏水的承船廂保持動態平衡。平衡筒的排水，經由平衡豎井底部設置的事故排水通道排至承船廂室底部與承船廂的漏水一起匯至集水井由水泵排往下游。
平衡豎井對稱布置在承船廂室兩側，為保護平衡筒及平衡豎井在運行時不受損傷，在平衡筒上裝有導向輪，在豎井內壁設鋼襯板。正常情況下導向輪與平衡豎井內壁上的鋼襯板保持1～2cm的間隙，只有在平衡筒的運動方向與豎井中軸線產生偏差時，導向輪才與鋼襯板相接觸。為制作、安裝方便平衡筒直徑應與提升平衡筒保持一致，平衡豎井的直徑可比提升豎井適當大一些。
在我國鋼絲繩卷揚垂直升船機應用比較普遍，但它的平衡重是固態的，當發生承船廂水體全部漏空這樣的極端事故時，安全裝置將無法應對。水力浮動式快速升船機承船廂發生漏水事故時，平衡筒的重量可以與承船廂漏水進行互動并保持平衡，有效地杜絕了因承船廂漏水引發的惡性事故，升船機的運行安全有了可靠保證。
2水力浮動式快速升船機的提升裝置
快速升船機的提升裝置與水力浮動式轉矩平衡重升船機的提升裝置基本相同，它利用水的浮力促使承船廂升降，不需要設置提升電機及大扭矩減速箱，避開了大型升船機設計、制造、安裝、維護方面的難題。
負責提升的平衡筒(18)，安裝在提升豎井(19)內，它的直徑與高度由升船機運行時可能發生的最大提升力、上游最低通航水位、下游最高通航水位及最大升程確定。
提升豎井（19）底部與等慣性連通管(17)連接。等慣性連通管的進水管(26)與上游水庫相通，排水管(27)通往下游。進水閥(11)與排水閥(10)分別安裝在進、排水管上。升船機運行時，通過操作進水閥或排水閥使提升豎井充、泄水，用以改變提升平衡筒的重量，達到克服摩阻力使升船機升降的目的。
提升平衡筒亦為鋼制水筒，筒內裝有水。在提升平衡筒的上部裝有兩組動滑輪，繞經其中一組動滑輪的鋼絲繩纏繞在卷筒的左旋繩槽中，繞經另一組動滑輪的鋼絲繩纏繞在卷筒的右旋繩槽中。鋼絲繩的一端經杠桿式拉力均衡裝置（20）與塔拄頂部的固定支架連接；另一端經拉力均衡裝置（6）與承船廂（8）相連接。提升平衡筒上也裝有導向輪，正常時導向輪與提升豎井內壁之間保持1～2cm的間隙。平衡筒的頂部有進人孔，供安裝檢修時向平衡筒充、排水用。
由于承船廂的重量已被平衡筒平衡，提升豎井中的提升平衡筒只克服摩阻力就可使升船機升降。因此，所需的操作用水很少，進水管、排水管、進水閥、排水閥的通流面積均比較小，為提高升船機的升降速度創造了非常有利的空間。
提升豎井對稱布置在承船廂室的兩側。為保證升船機的運行不受上、下游水位變動的影響，令豎井最高水位等于上游最低通航水位， 豎井最低水位等于下游最高通航水位，提升平衡筒在此區間內運動，牽動承船廂與上、下游任何通航水位實行對接。由于承受水壓力，提升豎井內壁須設鋼里襯。
3水力浮動式快速升船機的等慣性輸水系統
等慣性輸水系統是快速升船機的動力輸送系統及軟同步系統。它由進水口欄污柵、檢修閘門、進水管（26）、進水閥（11）、等慣性豎井連通管（17）、提升豎井(19)、排水閥(10)、排水管(27)、檢修閘門等組成。（見水力浮動式快速升船機原理圖及等慣性輸水系統示意圖）
若想提高鋼絲繩卷揚垂直升船機及齒輪爬升螺旋鎖定垂直升船機的升降速度，必須增大提升電機的功率及減速箱的輸出扭矩，對水力浮動式快速升船機而言，提升豎井的直徑與升船機的最大升程一經確定，耗水量就是恒定的，升船機的升降速度僅與進、排水管的流量有關，選用較大直徑的進、排水閥及相應的進水管、排水管，便可提高升降速度。水力浮動式快速升船機的升降速度可以達到 0.5m/s 以上,比傳統升船機的升降速度提高一倍多。
為了保證升船機的運行平穩，水在進水管及排水管中的最大流速應控制在 Vmax ≤ 8m/s為宜。等慣性連通管與提升豎井交界處的流速，應控制在V≤2m/s為宜。
4進水閥和排水閥
快速升船機的開、停、升、降是通過對進水閥（11）和排水閥（10）的操作實現的，它是升船機的關鍵設備。由于錐閥的調節性能較好，快速升船機的進水閥和排水閥最好選用錐閥，其次是球閥。為方便檢修和維護，進水閥和排水閥可選用同一規格型號的閥門。進水閥與排水閥采用液壓操作系統。
5升船機的硬同步系統
水力浮動式快速升船機采用封閉的同步系統，它由提升卷筒（2）、軸承座（3）、齒式聯軸器（1）、連接軸（28）、及換向傘齒輪（4）等組成。它是快速升船機的硬同步系統。
來自平衡筒(15)及提升平衡筒(18)的鋼絲繩分別纏繞在與其相對應的卷筒外園按左、右旋車制的繩槽內，為了防止鋼絲繩與卷筒之間產生相對位移和蠕動，每根鋼絲繩在卷筒上纏繞的圈數 n ≥ 3.5,纏繞的長度不應小于升船機的最大升程。鋼絲繩在卷筒上的纏繞走向，見機械同步系統示意圖。
通過操作進水閥或排水閥向豎井充、泄水，改變水對提升平衡筒的淹沒深度，使卷筒兩側（平衡筒側或承船廂側）的重量發生變化，在重力作用下，卷筒向重的一側旋轉，升船機便開始升降。
在機械同步系統上裝有軸角編碼器，并通過PLC可編程控制器對升船機的升程、速度、加速度進行監控。
6水力浮動式快速升船機的安全裝置及安全保障措施
水力浮動式快速升船機的安全裝置由兩部分組成：
a裝在提升卷筒上的液壓盤型安全制動裝置
安全制動裝置在升船機停機時自動投入，其制動力可按2～3倍的最大提升力配置�？刂葡到y保證只有在安全制動裝置解除制動狀態后，升船機才能啟動。
b裝在平衡筒上的安全閥
當承船廂發生嚴重漏水事故水位降至預定的事故水位時，水位傳感器發出訊號，進水閥（11）或排水閥（10）在保證承船廂減速度不超過0.04m/s2的基礎上迅速關閉，升船機停機，安全制動裝置自動加閘。此時各平衡筒上的安全閥（16）全部開啟泄水，減輕平衡筒側的重量，使之與漏水的承船廂保持平衡。當平衡筒側泄掉相當于1.5×2（由于動滑輪的原因）倍提升力重的水時，各安全閥便自動關閉停止泄水。因平衡筒的泄水速度比承船廂的漏水速度快，此時平衡筒側已比承船廂側輕。
然而承船廂漏水是連續的，每漏掉相當于一倍的提升力重的水時，便再次發出訊號令安全閥開啟泄水,安全閥每泄掉相當于2倍（動滑輪的原因）提升力重的水，便自動關閉。這樣平衡筒側與承船廂側的不平衡力就始終被控制在1倍的提升力范圍之內，保證了升船機的安全。各安全閥與承船廂漏水進行互動的全過程，由PLC可編程控制器控制。
由于設置了安全閥，即便在承船廂嚴重漏水事故時，也不可能產生足以使承船廂動作的不平衡力。
7水力浮動式快速升船機的承船廂、承船廂室、上閘首工作門、下閘首工作門等結構形式與鋼絲繩卷揚全平衡垂直升船機基本相同，因為它們都是不入水型的升船機。
8升船機的運行速度圖
由于承船廂不與下游入水對接，整個升降過程都在空氣中進行，快速垂直升船機的運行速度圖要比水力浮動式轉矩平衡重升船機的簡單。進水閥（11）和排水閥（10）的開啟和關閉過程也相對簡單。
提升平衡筒（18），安裝在提升豎井（19）內。在上游最低通航水位至下游最高通航水位區間內運動。
提升平衡筒（18），安裝在提升豎井（19）內。在上游最低通航水位至下游最高通航水位區間內運動。
o-
a 段為已經開啟進水閥或排水閥向提升豎井充水或排泄豎井中的水，使提升平衡筒的重量開始減輕或增加，但增加值或減輕值尚不足以克服摩阻力，承船廂尚未動作。
a-b 段為進水閥或排水閥繼續開啟，提升平衡筒的重量增加或減小足以克服摩阻力，承船廂開始升降。升降過程承船廂的加速度必須控制在a≤0.01m/s2 。
b-c 進水閥或排水閥已全開，由于操作水頭的逐漸減小，承船廂的升降速度隨之逐漸降低。
c-d 為了平穩準確的對接，須將進水閥或排水閥逐漸關小，使承船廂速度逐漸降低至預定的對接速度。同時必須使減速度a≤0.01m/s2。
d-e 進水閥或排水閥保持較小的開度，承船廂按預定的對接速度運行。
e-f 承船廂運行至對接點，迅速關閉進水閥或排水閥。承船廂與上下游水位實現準確對接。
9用水力浮動式快速垂直升船機取代多級船閘將獲取巨大的效益：
a 可節約大量的操作用水，同等規模船閘升降一次的操作用水，可供水力浮動式快速升船機操作30次。
b 提升速度快，船舶過垻可節省大量的時間。
C 避開了人字門復雜的制作安裝工藝及閘室復雜的輸、排水系統施工，節約大量工程。
d 檢修、維護工作量小,費用低。
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