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【三峡升船机创第一】刷新纪录!三峡升船机创第一 世界上技术难度最高规模最大升船机

原标题:刷新纪录!三峡升船机创第一 世界上技术难度最高规模最大升船机

【三峡升船机创第一】刷新纪录!三峡升船机创第一 世界上技术难度最高规模最大升船机

资料图:三峡升船机在建期间。

世界最大升船机三峡升船机13日通过试通航前验收。这标志着这一世界级升船机工程开始由建设阶段逐步转入通航试运行阶段。

国务院长江三峡工程整体竣工验收委员会枢纽工程验收组11日至13日在三峡坝区召开长江三峡水利枢纽升船机工程试通航前验收会议。验收组成员在查看现场、听取汇报、查阅资料和认真讨论的基础上,通过了《长江三峡水利枢纽升船机工程试通航前验收鉴定书》。鉴定书明确,三峡升船机已按国家批准的设计方案基本建成,具备试通航条件。

三峡升船机是世界最大的升船机,具有提升高度大、提升重量大、上游通航水位变幅大和下游水位变化速率快等特点,技术和施工难度都是世界之最。

三峡升船机最大提升高度113米、最大提升重量超过15500吨。只需约40分钟时间,3000吨级船舶就可以完成近40层楼房高度的垂直升降。作为三峡工程的永久通航设施之一,三峡升船机是客货轮和特种船舶的快速过坝通道。

三峡升船机自上世纪50年代开始研究,经历了漫长的论证、比选和设计过程,被誉为三峡工程最后的“谜底”。1995年4月,国务院三峡工程建设委员会研究决定升船机工程缓建。2007年10月,升船机续建工程恢复施工。2012年7月,除升船机外的三峡工程建设任务全面完成。

三峡升船机工程的建设者们大胆创新设计理念、制造技术、施工工艺和管理方法,成功解决了船厢及其设备与塔柱变形协调,齿条螺母柱、船厢结构这些关键设备的制造等一系列世界级技术难题,有力地推动了世界升船机技术的发展和应用,为大型垂直升船机建设积累了宝贵经验。三峡升船机建设在提高我国升船机建设水平、专业设备设计制造能力等方面,也发挥了十分重要的促进作用。

【三峡升船机创第一】刷新纪录!三峡升船机创第一 世界上技术难度最高规模最大升船机

轮船从进入升船机,到驶出升船机,整个时长是37分钟,而升降机垂直升降只需要十分钟,这大大提升了三峡大坝的通航能力。

国际在线消息:截至11月18日,三峡工程最后一个建设项目——三峡升船机已经试通航两个月了。这个目前世界上技术难度最高、规模最大的升船机一直备受国内外关注。三峡升船机不仅创下多个“世界第一”,还为全球升船机行业确立了“中国标准”。像科幻电影一样,让轮船坐上电梯,把一万五千多吨的船抬升到百米高空,这背后有哪些中国自主研发的关键技术?安全性能如何确保?它又将怎样带动中国重大装备行业整体水平的提升?

升船机是一个巨大的长方形建筑,位于三峡大坝左岸。轮船在鸣笛声中缓缓驶入升船机。随后,装载着轮船的承船厢开始下降。不知不觉中,客轮从三峡上游的“高峡平湖”降落到下游的水平面上。整个过程让人感觉像是坐着轮船搭乘了一回电梯。采访当天,齿轮柱上的刻度尺显示,上游海拔高度为174米,下游为66米,也就是说,轮船下降了108米。在这一过程中,承船厢内的水几乎感受不到晃动。竖立在甲板上的一枚用于测试的硬币,竟然长时间“屹立”不倒。

中国长江三峡集团公司机电工程局副局长、升船机项目部负责人吴小云在甲板上告诉记者,升船机平稳升降的背后,是许多关键技术的突破。“它的难度在于113米的提升高度。高度越大,塔柱的变形越大。我们的船厢是在塔柱里面运行,顺着齿条运行的,船厢也在变形,塔柱也在变形,这个之间的协调性要求非常高。起升高度越高,这个难度就越大。德国升船机的起升高度只有三十几米,所以这个问题不突出。”

三峡升船机是中国首次采用齿轮齿条爬升式全平衡垂直升船机,过船规模为3000吨级,最大提升总重量达1.55万吨,承船厢垂直升降最大高度113米。而此前世界最大的垂直升船机——比利时中央运河的斯特勒比升船机,大多数的数据指标都不及三峡升船机的一半。

正如三峡升船机项目部负责人吴小云所言,无论规模还是技术难度,三峡升船机的建设都是“开创性”的——没有标准可循,那就自己立“规矩”。在过去长达八年多的制造施工过程中,中国第二重型机械集团公司、中船重工、葛洲坝集团等企业创新设计理念、制造技术、施工工艺和管理方法,成功解决了众多世界级技术难题,为世界升船机行业制定出一系列“中国标准”。

与传统的钢丝绳卷扬提升方式不同,三峡升船机出于安全等因素的考虑,采用的是齿轮齿条爬升方式。用小小的齿轮齿条去驱动巨大的三峡升船机承船厢,这对齿轮齿条的品质提出极为严苛的要求。

升船机项目部负责人吴小云透露,工程论证期间,齿条热加工出现变形开裂等问题曾困扰国内外专家,为此,三峡集团组织国内多家机构对德国工艺中的齿条制造材质进行了调整。经过两年艰苦尝试,三峡升船机第一节不开裂的齿条终于横空出世。“四十几万次(实验),相当于升船机已经运行了70年。就是说,它在实验室做快速循环试验、疲劳实验,不停地做、来回运行,运行的这个循环次数相当于升船机一天22小时、18个循环。一年365天,相当于运行了70年了。”

三峡集团新闻中心员工谢泽告诉记者,在三峡升船机建成之前,通航只能依靠双线五级船闸。现如今,三峡升船机与双线五级船闸联合运行,与船闸通航相比,升船机更能确保人员安全。“它主要是一边走人,走客船;另一边以货运为主。人货分离,就比较安全。因为船闸闸室里的消防设施有限,闸室一旦闸室起火的话,人就很难救。”

在三峡升船机开建之前,中国的升船机建设还停留在比较低的水平,能够过船的最大吨位不过300吨。而且很多升船机因为工程技术和建设质量等原因,处于停运、长期检修或运行状况不良的状态。此前不难发现,中外升船机的巨大差距,反映出了中国重大装备制造业相对落后的现实。

因此,中国电子信息产业发展研究院装备工业研究所所长左世全认为,三峡升船机的诞生,对于重大装备行业“中国制造”水平的整体提升,带动作用尤为明显。“三峡升船机带动了我们一些关键的工艺。比如,大型的齿轮齿条部件的铸造,还包括后面的热处理、加工等一系列工艺,在关键的材料领域应该说实现了一定突破。突破之后,不仅有利于我们在升船机领域,而且对‘中国制造’尤其是对于重大技术装备的研发、生产都有促进作用。”

根据记者的亲身体验,船从进入到驶出升船机的整个时长是37分钟,而升船机垂直升降只需要十分钟,这大大提升了三峡大坝的通航能力。难怪这个处处诠释着“中国制造”高水平、高质量的庞然大物,被誉为又一个“世界之最”。而升船机所服务的三峡工程,目前正在中国的防洪、抗旱、航运、发电等领域发挥着重要的作用。

三峡升降机创新设计理念、制造技术、施工工艺和管理方法,成功解决了众多世界级技术难题,为世界升船机行业制定出一系列“中国标准”。徐雅琪摄

【三峡升船机创第一】刷新纪录!三峡升船机创第一 世界上技术难度最高规模最大升船机

游轮在升船机的承船厢中下降到底部(9月18日摄)。

【三峡升船机创第一】三峡升船机是世界上规模最大、技术和施工难度系数最高的升船机。在没有先例和参考标准的情况下,我国企业大胆创新,攻坚克难,完成了这一世界奇迹。

大幅刷新升船机世界纪录

作为三峡工程的收官之作,三峡升船机大幅刷新了升船机的世界纪录。

据中国长江三峡集团公司机电工程局副局长吴小云介绍,比利时斯特勒比升船机,最大提升重量8800吨,最大提升高度73米,是三峡升船机之前世界最大的升船机。

较之于斯特勒比升船机,三峡升船机提升总重量为15500吨,最大提升高度为113米,分别提高了近一倍和近二分之一。

【三峡升船机创第一】刷新纪录!三峡升船机创第一 世界上技术难度最高规模最大升船机

游轮在升船机的承船厢中缓缓下降(9月18日摄)。

与斯特勒比升船机的钢丝绳卷扬提升方式不同,三峡升船机采用的是齿轮齿条爬升方式。

德国尼德芬诺升船机是齿轮齿条爬升方案的代表,提升总重量4300吨,最大提升高度36米。三峡升船机在提升总重量和最大提升高度上,均为尼德芬诺升船机的三倍以上。

与之相应,三峡升船机齿条、螺母柱的规模和制造难度世界最大,同时有着世界上最大规模的闸首设备、最大体积的升船机承船厢和最为复杂的升船机计算机监控系统。

据吴小云介绍,三峡升船机上闸首工作门支撑跨度27.0米,自重480多吨,可适应3.75米的水位变化;下闸首工作大门支撑跨度28.1米,自重670多吨,可适应1.97米的水位变化。

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“硬币不倒”见证工程奇迹

三峡升船机由上游引航道、上闸首、承船厢、下闸首和下游引航道组成,其中承船厢是核心部分,有效尺寸长120米,宽18米,正常水深3.5米,最大过船规模为3000吨级。

三峡升船机被称为“船舶电梯”。通过三峡升船机,只需约10分钟,船舶就可以完成近40层楼高度的垂直上升或者下降。记者日前乘坐船舶过三峡升船机时发现,三峡升船机下降过程中,硬币始终竖立在甲板上不倒。

原来,三峡升船机由四个驱动点的齿轮齿条机构同步驱动,电气传动系统可以保证承船厢四个驱动点在电气同步控制方式下全行程高程同步误差小于2毫米,是世界升船机中同步提升精度最高的升船机。

【三峡升船机创第一】刷新纪录!三峡升船机创第一 世界上技术难度最高规模最大升船机

游轮进入升船机的承船厢(9月18日摄)。

而且,三峡升船机共有4800多个监控点采集信号,用于三峡升船机的运行控制、状态监视、安全保护与过程管理。

三峡升船机主体工程土建与部分设备安装工程由中国葛洲坝集团公司历时六年半建成。土建施工达到高精度要求,三峡升船机承重塔柱结构的高度为146米,塔柱混凝土全高的垂直度偏差不大于30毫米,截面尺寸允许偏差在正8毫米和负5毫米之内。

“三峡升船机是在没有任何经验可以借鉴的情况下建成的。”中国长江三峡集团公司三峡枢纽建设运行管理局局长张曙光说。

据介绍,三峡升船机承船厢由德国公司设计,长江设计院负责三峡升船机总体设计,包括上下游引航道、所有建筑物及相应的金属结构、机械设备和机电设备等的设计,并承担了对德国公司设计成果进行复核和审查的任务。

中国制造实现质的飞跃

三峡升船机是客货轮和特种船舶的快速过坝通道,其中3000吨级的客轮可载千人,如何确保安全,是重中之重。

据介绍,三峡升船机自上世纪50年代开始研究论证,70年代后期进入选型设计阶段,初步设计于1993年通过审查。不过,由于这座升船机体型巨大,原设计采用的钢丝绳卷扬提升方案,受到了安全可靠性的质疑。

“钢绳卷扬的驱动,是靠驱动卷筒卷着钢绳走。这会有浅盘效应。这么大的船厢里面的水看起来特别浅,像盘子,当盘子倾斜的时候,水往一处涌,一边的钢绳翘起来,无法受力,就会翻。”吴小云说。

1995年,国务院三峡建委决定缓建三峡升船机,重新进行方案比选及论证设计。2003年,国务院三峡建委同意三峡升船机齿轮齿条爬升方案。2007年,三峡升船机续建工程恢复施工。

据中国工程院院士陆佑楣介绍,齿轮齿条爬升方案采用螺旋锁定装置,即利用对称安装的旋转螺母与保安螺杆相旋合。当承船厢产生较大的不平衡力时,驱动装置停止运转,由于螺旋的自锁作用,承船厢被锁定在保安螺杆上。因此,“即便发生意外事故,也不至于造成重大灾难。”

三峡升船机包括承船厢、齿轮、齿条等在内的关键设备几乎都由中国企业生产,中国制造由此实现质的飞跃。比如,三峡升船机齿条模数高达62.7毫米、淬硬层深度6毫米以上,完全按照德国标准和相关欧洲标准及ISO标准进行制造和验收,面临一系列世界性难题。试制过程中,三峡集团组织郑州机械研究所、中国第二重型机械集团公司进行攻关。经过两年艰苦尝试,三峡升船机第一节不开裂的齿条终于制造成功。

1:1的齿条疲劳试验显示,疲劳试验机都坏了,而试验齿条依然没有出问题。经过试验测算,三峡升船机齿条的运行寿命可达70年。

“三峡升船机建设施工的突破,促进了国家整个机械制造业的提升,对于以后建造巨型建筑物也有指导意义。”中国工程院院士郑守仁说。

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