一种适应小范围航道水位波动的升船机船厢与航道对接开门操作方法

技术领域

本发明涉及升船机，尤其是一种适应小范围航道水位波动的升船机船厢与航道对接开门操作方法。

背景技术

升船机船厢在与航道对接后，需要依次进行伸密封框、充间隙水动作、开启卧倒小门、船厢门动作，在这一系列过程中，如果航道水位稳定(不超过±0.1m)，船厢水域、间隙水域、航道水域在同一水平面，卧倒小门和船厢门均满足静水开启条件。但是在自然条件下的航道受水库调度、电站调峰、航槽风向、大雨等因素影响，在船厢停位后航道水位会在小范围反复波动。即使在船厢准确停位位置，卧倒小门开启后，间隙水域与航道水域连通，船厢门开门过程中两侧水位差值超过±0.1m时，会造成开门停机。因此需要选择合理的开门操作方法以节省运行时间，同时减少开门停机故障。

目前的操作方法是，在航道水位基本稳定时，依次开启卧倒小门、船厢门，此种工况下不会产生停机故障，但开门时间较长。在航道水位小范围波动时，开启卧倒小门后，船厢门会因航道水位变动而停机，解决方法，一是船厢门开门停机后执行关船厢门操作，等待航道水位稳定后，寻找合适时机再次开门，缺点是花费时间较长，且恢复时间取决于自然因素；二是通过增设航道水位计，取不同位置的水位计平均值作为航道水位值减少波动影响，以此满足程序运行条件，此种方法的缺点是不能完全消除船厢门左右两侧水位差超过0.1m的情况，并且需要增加水位计接入控制系统；波动环境下，不同水位计测量数据偏差较大时，还会产生水位计偏差过大故障，再次造成故障停机，无法继续运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适应小范围航道水位波动的升船机船厢与航道对接开门操作方法，通过判断船厢对接后航道水位波动范围，判断船厢门与卧倒小门的开门步序；在水位变动满足卧倒小门、船厢门都能开门的范围时，选择同时开门；在水位变动满足卧倒小门开门、不满足船厢门开门的范围时，选择错位开门，并计算错位开门的间隔。该方法可投入工程应用，进行开门控制程序优化，节省对接后开门运行时间，并减少开门过程中停机故障。该方法较传统升船机工艺，可节省升船机运行总历时，提升升船机运行效率；减少停机故障，保障对接状态安全。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种适应小范围航道水位波动的升船机船厢与航道对接开门操作方法，包括以下步骤:

步骤一、将船厢停位于与航道高程一致的位置，依赖船厢准确停位系统，停位后船厢高程与航道水位高程差值≤±0.1m；

步骤二、通过操作间隙密封装置，使船厢与航道对接；

步骤三、通过船厢底部的充泄水管道，使船厢水通过自流方式将进入间隙密封区域，使船厢水域、间隙密封区域持平；

步骤四、完成步骤一～步骤三之后，如果航道水位波动使航道水深与船厢水深差值保持在≤±0.1m，同时开启对接侧卧倒小门、船厢门；如果航道水位在小范围内波动，使得航道水深与船厢水深差值在小范围内，可优化开门步序，进行先开启船厢门，再开启卧倒小门操作；

步骤五、船厢门与卧倒小门先后开启到位，船厢与闸首对接，船厢水域与航道水域连通。

步骤四中当航道水深与船厢水深差值≥±0.1m时，进行错位开门；当船厢门顶缘没入水面以下时，进行开启卧倒小门操作。

步骤四中当航道水深与船厢水深差值≥±0.1m时，在不同的船厢水深h下，船厢门油缸行程达到L

船厢门油缸行程L

1)、船厢门全关状态时

船厢门全关挡水工作状态，挡水高度h

船厢门下吊头-支铰连线与竖直方向的夹角α

2)、船厢门全开状态时

船厢门全开卧倒状态，挡水高度h

船厢门下吊头-支铰连线与竖直方向的夹角α

3)、船厢门局部开启状态

当挡水高度为h时

此时，船厢门顶缘与水平方向的夹角θ

船厢门转过的角度

船厢门下吊头-支铰连线与竖直方向的夹角α

4)、为了得到液压启闭机行程值L

AM＝OM-OA＝2.275cosα

CM＝2.275sinα

式中:A点—过O点的铅垂线与过P点的水平线的交点，B点—船厢门启闭过程中吊耳迹线与过O点的铅垂线的交点，C点—船厢门挡水高度为h时吊耳位置，D点—船厢门全关状态时吊耳中心位置，M点—过O点的铅垂线与过C点的水平线的交点，N点—过C点的铅垂线与过P点的水平线的交点，O点—船厢门支铰中心，P点—液压启闭机吊头中心；

式中：AM—船厢门挡水高度为h时吊耳与液压启闭机吊头高程差值，OA—船厢门支铰与液压启闭机吊头高程差值，OM—船厢门挡水高度为h时吊耳与船厢门支铰高程差值，CM—船厢门挡水高度为h时吊耳与船厢门支铰水平距离，AP—船厢门支铰与液压启闭机吊头水平距离，NP—船厢门挡水高度为h时吊耳与液压启闭机吊头水平距离，S

行程值L

L

充间隙水完成后，可继续开门运行的航道水位波动范围为±0.1m～±0.6m。

充间隙水完成后，卧倒小门开启的水位条件为：门槛水深在最低通航门槛水深和最高不漫过门顶之间；船厢门开启的水位条件为：船厢水深与间隙水深偏差≤±0.1m。除水位条件外，卧倒小门与船厢门的其他开门运行条件相同。

本发明一种适应小范围航道水位波动的升船机船厢与航道对接开门操作方法，具有以下技术效果：

1)、通过停位后船厢水面高程与航道水位比较，确定对接后开门操作步序；根据船厢水深的不同，确定错位开门的时间，减少开门过程中停机，减少流程总运行时间，提升运行效率。

原有方式下，采用先开卧倒门，再开船厢门方式完成对接，当船厢水面高程与航道水位的差值不超过0.1m时，不会发生开门停机，船厢与航道完成对接大约需要240秒，其中船厢门开启时间约120秒，卧倒门开启时间约120秒；当船厢水面高程与航道水位的差值超过0.1m，船厢门开门过程中，会因为水位波动停机，停机时间取决于航道水位自然稳定到波动范围内的时间，无法人为控制。

而采用本发明的开门操作方法，当船厢水面高程与航道水位的差值不超过0.1m时，船厢门与卧倒门同时开启，船厢与航道完成对接大约需要120秒，其中船厢门开启时间约120秒，卧倒门开启时间约120秒，两个设备运行时间重叠；当船厢水面高程与航道水位的差值在(±0.1m～±0.6m)范围，采用错位开门操作方法，两个设备运行时间部分重叠，同时无停机故障。以船厢水深3.5m为例，船厢门由关到位状态运行至顶缘没入水面的时间为50秒，此时卧倒门开启，直至船厢门、卧倒门均开启到位，船厢与航道完成对接大约需要170秒，在减少水位波动造成的开门停机故障的同时，最大程度的节省了开门运行总时间。

2)、通过优化操作方法，在不增加任何设备设施的前提下，减小由于引航道水位小范围波动对升船机运行的影响。

3)、该方法适用于自然河流上建设的升船机，可以减小引航道水位小范围波动时开门时间长或开门停机问题，保障安全，提升效率。也可以应用于升船机开门控制程序优化，将船厢高程与航道水深差值作为卧倒小门、船厢门开门运行检测条件，提高升船机设备与环境的适应性，提高操作自动化程度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明中升船机船厢与航道对接示意图。

图2为本发明的优化前后对接操作步序对比图。

图3为本发明中船厢门全关状态示意图。

图4为本发明中船厢门全开状态示意图。

图5为本发明中船厢门局部开启状态示意图。

图6为本发明中船厢门局部开启状态简图。

具体实施方式

一种适应小范围航道水位波动的升船机船厢与航道对接开门操作方法，包括以下步骤：

步骤一、将船厢停位于与航道高程一致的位置，停位后船厢停位高程与航道水位高程差值≤±0.1m。船厢水深与航道水深偏差可控制在≤±0.1m范围，停位之后，进行伸密封框、充间隙水、开门的过程中，航道水位处于自然波动状态。

步骤二、通过操作间隙密封装置，使船厢与航道对接。

步骤三、通过船厢底部的充泄水管道，使船厢水通过自流方式将进入间隙密封区域，使船厢水域、间隙密封区域持平，充间隙水后船厢门处于静水状态。充间隙水完成后，开船厢门的水位条件为:船厢水深与间隙水深偏差≤±0.1m；开卧倒小门的的水位条件为，门槛水深在最低通航门槛水深和最高不漫过门顶之间。

步骤四、根据故障保护程序设计，门体在开门过程中，两侧水位差超过相应阈值时，会造成设备停机，无法继续开门。开门时刻及开门过程中，均需要满足门体两侧水位差值较小且相对稳定。在完成前三步之后，如果航道水位波动但其与船厢水深差值保持在≤±0.1m范围，进行同时开对接侧卧倒小门、船厢门操作；如果航道水位在小范围内波动，使得航道水位与船厢水深差值在(±0.1m～±0.6m)范围，可调整开门步序，进行先开船厢门，再开卧倒小门操作。

步骤五、在步骤四的第二种情况中，先开船厢门、再开卧倒门，需解决船厢门两侧水位偏差＞0.1m时停机问题，又满足对接开门运行时间最短，进行错位开门。错位开门的开度由船厢水深决定，当船厢门顶缘没入水面以下时，进行开卧倒小门操作。此时刻船厢门油缸行程与船厢水深存在固定的函数关系，在不同的船厢水深h下，船厢门油缸行程达到L

步骤六、船厢门与卧倒小门先后开到位，船厢与闸首对接，船厢水域与航道水域连通。

上述步骤中，除水位条件不同外，卧倒小门、船厢门开启的其他运行条件相同，包括：对接侧密封框伸到位、充间隙水完成。

船厢门启闭机行程L

1)船厢门全关状态时

如图3所示，船厢门全关挡水工作状态，挡水高度h

船厢门下吊头-支铰连线与竖直方向的夹角α

2)船厢门全开状态时

如图4所示，船厢门全开卧倒状态，挡水高度h

船厢门下吊头-支铰连线与竖直方向的夹角α

3)船厢门局部开启状态

如图5所示，当挡水高度为h时

此时，船厢门顶缘与水平方向的夹角θ

船厢门转过的角度

船厢门下吊头-支铰连线与竖直方向的夹角α

为了得到液压启闭机行程值L

图6中，A点—过O点的铅垂线与过P点的水平线的交点，B点—船厢门启闭过程中吊耳迹线与过O点的铅垂线的交点，C点—船厢门挡水高度为h时吊耳位置，D点—船厢门全关状态时吊耳中心位置，M点—过O点的铅垂线与过C点的水平线的交点，N点—过C点的铅垂线与过P点的水平线的交点，O点—船厢门支铰中心，P点—液压启闭机吊头中心。

AM＝OM-OA＝2.275cosα

CM＝2.275sinα

式中，AM—船厢门挡水高度为h时吊耳与液压启闭机吊头高程差值，OA—船厢门支铰与液压启闭机吊头高程差值，OM—船厢门挡水高度为h时吊耳与船厢门支铰高程差值，CM—船厢门挡水高度为h时吊耳与船厢门支铰水平距离，AP—船厢门支铰与液压启闭机吊头水平距离，NP—船厢门挡水高度为h时吊耳与液压启闭机吊头水平距离，S

启闭机的行程值L

L

以船厢上游对接为例说明

如图1所示，A1为上闸首工作大门(含平板式卧倒小门)，A2为弧形船厢门，A3为间隙密封机构，①为上游航道水域，②为间隙水域，③为船厢水域。

一种适应小范围航道水位波动的升船机船厢与航道对接开门操作方法，包括以下步骤：

步骤1，船厢停位后，进行伸密封框A3、充间隙水②操作；

步骤2，船厢停位后，计算船厢水面高程H1与航道水位H2的差值Δh，比较ΔH与±0.1m大小，如果|ΔH|≤0.1m，进行步骤3。如果|ΔH|＞0.1m，进行步骤4；

步骤3，同时开启上游船厢门A2、上闸首卧倒小门A1，直至船厢水域③、间隙水域②、航道水域①连通；

步骤4，获取船厢内水深h，船厢门油缸行程运行至对应的数值L

根据以上公式计算得到的船厢水深h与行程值L

通常情况，船厢水深在3.3m至3.6m之间。

步骤5，将船厢门和卧倒小门开到位，船厢水域、间隙水域与上游航道水域连通，船厢与上闸首对接完成。