三峽升船機(jī)是世界上規(guī)模最大、技術(shù)和施工難度系數(shù)最高的升船機(jī)。在沒有先例和參考標(biāo)準(zhǔn)的情況下,我國(guó)企業(yè)大膽創(chuàng)新,攻堅(jiān)克難,完成了這一世界奇跡。

                        游輪在升船機(jī)的承船廂中下降到底部(9月18日攝)

大幅刷新升船機(jī)世界紀(jì)錄

作為三峽工程的收官之作,三峽升船機(jī)大幅刷新了升船機(jī)的世界紀(jì)錄。

據(jù)中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司機(jī)電工程局副局長(zhǎng)吳小云介紹,比利時(shí)斯特勒比升船機(jī),最大提升重量8800噸,最大提升高度73米,是三峽升船機(jī)之前世界最大的升船機(jī)。

較之于斯特勒比升船機(jī),三峽升船機(jī)提升總重量為15500噸,最大提升高度為113米,分別提高了近一倍和近二分之一。

與斯特勒比升船機(jī)的鋼絲繩卷揚(yáng)提升方式不同,三峽升船機(jī)采用的是齒輪齒條爬升方式。

德國(guó)尼德芬諾升船機(jī)是齒輪齒條爬升方案的代表,提升總重量4300噸,最大提升高度36米。三峽升船機(jī)在提升總重量和最大提升高度上,均為尼德芬諾升船機(jī)的三倍以上。

與之相應(yīng),三峽升船機(jī)齒條、螺母柱的規(guī)模和制造難度世界最大,同時(shí)有著世界上最大規(guī)模的閘首設(shè)備、最大體積的升船機(jī)承船廂和最為復(fù)雜的升船機(jī)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

據(jù)吳小云介紹,三峽升船機(jī)上閘首工作門支撐跨度27.0米,自重480多噸,可適應(yīng)3.75米的水位變化;下閘首工作大門支撐跨度28.1米,自重670多噸,可適應(yīng)1.97米的水位變化。

“硬幣不倒”見證工程奇跡

三峽升船機(jī)由上游引航道、上閘首、承船廂、下閘首和下游引航道組成,其中承船廂是核心部分,有效尺寸長(zhǎng)120米,寬18米,正常水深3.5米,最大過船規(guī)模為3000噸級(jí)。

三峽升船機(jī)被稱為“船舶電梯”。通過三峽升船機(jī),只需約10分鐘,船舶就可以完成近40層樓高度的垂直上升或者下降。記者日前乘坐船舶過三峽升船機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn),三峽升船機(jī)下降過程中,硬幣始終豎立在甲板上不倒。

原來,三峽升船機(jī)由四個(gè)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的齒輪齒條機(jī)構(gòu)同步驅(qū)動(dòng),電氣傳動(dòng)系統(tǒng)可以保證承船廂四個(gè)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)在電氣同步控制方式下全行程高程同步誤差小于2毫米,是世界升船機(jī)中同步提升精度最高的升船機(jī)。

而且,三峽升船機(jī)共有4800多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)采集信號(hào),用于三峽升船機(jī)的運(yùn)行控制、狀態(tài)監(jiān)視、安全保護(hù)與過程管理。

三峽升船機(jī)主體工程土建與部分設(shè)備安裝工程由中國(guó)葛洲壩集團(tuán)公司歷時(shí)六年半建成。土建施工達(dá)到高精度要求,三峽升船機(jī)承重塔柱結(jié)構(gòu)的高度為146米,塔柱混凝土全高的垂直度偏差不大于30毫米,截面尺寸允許偏差在正8毫米和負(fù)5毫米之內(nèi)。

“三峽升船機(jī)是在沒有任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下建成的?！敝袊?guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司三峽樞紐建設(shè)運(yùn)行管理局局長(zhǎng)張曙光說。

據(jù)介紹,三峽升船機(jī)承船廂由德國(guó)公司設(shè)計(jì),長(zhǎng)江設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)三峽升船機(jī)總體設(shè)計(jì),包括上下游引航道、所有建筑物及相應(yīng)的金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備和機(jī)電設(shè)備等的設(shè)計(jì),并承擔(dān)了對(duì)德國(guó)公司設(shè)計(jì)成果進(jìn)行復(fù)核和審查的任務(wù)。

中國(guó)制造實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍

三峽升船機(jī)是客貨輪和特種船舶的快速過壩通道,其中3000噸級(jí)的客輪可載千人,如何確保安全,是重中之重。

據(jù)介紹,三峽升船機(jī)自上世紀(jì)50年代開始研究論證,70年代后期進(jìn)入選型設(shè)計(jì)階段,初步設(shè)計(jì)于1993年通過審查。不過,由于這座升船機(jī)體型巨大,原設(shè)計(jì)采用的鋼絲繩卷揚(yáng)提升方案,受到了安全可靠性的質(zhì)疑。

“鋼繩卷揚(yáng)的驅(qū)動(dòng),是靠驅(qū)動(dòng)卷筒卷著鋼繩走。這會(huì)有淺盤效應(yīng)。這么大的船廂里面的水看起來特別淺,像盤子,當(dāng)盤子傾斜的時(shí)候,水往一處涌,一邊的鋼繩翹起來,無法受力,就會(huì)翻?！眳切≡普f。

1995年,國(guó)務(wù)院三峽建委決定緩建三峽升船機(jī),重新進(jìn)行方案比選及論證設(shè)計(jì)。2003年,國(guó)務(wù)院三峽建委同意三峽升船機(jī)齒輪齒條爬升方案。2007年,三峽升船機(jī)續(xù)建工程恢復(fù)施工。

據(jù)中國(guó)工程院院士陸佑楣介紹,齒輪齒條爬升方案采用螺旋鎖定裝置,即利用對(duì)稱安裝的旋轉(zhuǎn)螺母與保安螺桿相旋合。當(dāng)承船廂產(chǎn)生較大的不平衡力時(shí),驅(qū)動(dòng)裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn),由于螺旋的自鎖作用,承船廂被鎖定在保安螺桿上。因此,“即便發(fā)生意外事故,也不至于造成重大災(zāi)難。”

三峽升船機(jī)包括承船廂、齒輪、齒條等在內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備幾乎都由中國(guó)企業(yè)生產(chǎn),中國(guó)制造由此實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。比如,三峽升船機(jī)齒條模數(shù)高達(dá)62.7毫米、淬硬層深度6毫米以上,完全按照德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)歐洲標(biāo)準(zhǔn)及ISO標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制造和驗(yàn)收,面臨一系列世界性難題。試制過程中,三峽集團(tuán)組織鄭州機(jī)械研究所、中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司進(jìn)行攻關(guān)。經(jīng)過兩年艱苦嘗試,三峽升船機(jī)第一節(jié)不開裂的齒條終于制造成功。

1:1的齒條疲勞試驗(yàn)顯示,疲勞試驗(yàn)機(jī)都?jí)牧?而試驗(yàn)齒條依然沒有出問題。經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)算,三峽升船機(jī)齒條的運(yùn)行壽命可達(dá)70年。

“三峽升船機(jī)建設(shè)施工的突破,促進(jìn)了國(guó)家整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的提升,對(duì)于以后建造巨型建筑物也有指導(dǎo)意義。”中國(guó)工程院院士鄭守仁說。