三峽升船機是世界上規模最大、技術和施工難度系數最高的升船機。在沒有先例和參考標準的情況下,我國企業大膽創新,攻堅克難,完成了這一世界奇跡。

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

大幅刷新升船機世界紀錄

作為三峽工程的收官之作,三峽升船機大幅刷新了升船機的世界紀錄。

據中國長江三峽集團公司機電工程局副局長吳小云介紹,比利時斯特勒比升船機,最大提升重量8800噸,最大提升高度73米,是三峽升船機之前世界最大的升船機。

較之于斯特勒比升船機,三峽升船機提升總重量為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。

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

德國尼德芬諾升船機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。三峽升船機在提升總重量和最大提升高度上,均為尼德芬諾升船機的三倍以上。

與之相應,三峽升船機齒條、螺母柱的規模和制造難度世界最大,同時有著世界上最大規模的閘首設備、最大體積的升船機承船廂和最為復雜的升船機計算機監控系統。

據吳小云介紹,三峽升船機上閘首工作門支撐跨度27.0米,自重480多噸,可適應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1.97米的水位變化。

“硬幣不倒”見證工程奇跡

三峽升船機由上游引航道、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120米,寬18米,正常水深3.5米,最大過船規模為3000噸級。

三峽升船機被稱為“船舶電梯”。通過三峽升船機,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時發現,三峽升船機下降過程中,硬幣始終豎立在甲板上不倒。

原來,三峽升船機由四個驅動點的齒輪齒條機構同步驅動,電氣傳動系統可以保證承船廂四個驅動點在電氣同步控制方式下全行程高程同步誤差小于2毫米,是世界升船機中同步提升精度最高的升船機。

而且,三峽升船機共有4800多個監控點采集信號,用于三峽升船機的運行控制、狀態監視、安全保護與過程管理。

三峽升船機主體工程土建與部分設備安裝工程由中國葛洲壩集團公司歷時六年半建成。土建施工達到高精度要求,三峽升船機承重塔柱結構的高度為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5毫米之內。

“三峽升船機是在沒有任何經驗可以借鑒的情況下建成的。”中國長江三峽集團公司三峽樞紐建設運行管理局局長張曙光說。

據介紹,三峽升船機承船廂由德國公司設計,長江設計院負責三峽升船機總體設計,包括上下游引航道、所有建筑物及相應的金屬結構、機械設備和機電設備等的設計,并承擔了對德國公司設計成果進行復核和審查的任務。

中國制造實現質的飛躍

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

據介紹,三峽升船機自上世紀50年代開始研究論證,70年代后期進入選型設計階段,初步設計于1993年通過審查。不過,由于這座升船機體型巨大,原設計采用的鋼絲繩卷揚提升方案,受到了安全可靠性的質疑。

“鋼繩卷揚的驅動,是靠驅動卷筒卷著鋼繩走。這會有淺盤效應。這么大的船廂里面的水看起來特別淺,像盤子,當盤子傾斜的時候,水往一處涌,一邊的鋼繩翹起來,無法受力,就會翻。”吳小云說。

1995年,國務院三峽建委決定緩建三峽升船機,重新進行方案比選及論證設計。2003年,國務院三峽建委同意三峽升船機齒輪齒條爬升方案。2007年,三峽升船機續建工程恢復施工。

據中國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,即利用對稱安裝的旋轉螺母與保安螺桿相旋合。當承船廂產生較大的不平衡力時,驅動裝置停止運轉,由于螺旋的自鎖作用,承船廂被鎖定在保安螺桿上。因此,“即便發生意外事故,也不至于造成重大災難。”

三峽升船機包括承船廂、齒輪、齒條等在內的關鍵設備幾乎都由中國企業生產,中國制造由此實現質的飛躍。比如,三峽升船機齒條模數高達62.7毫米、淬硬層深度6毫米以上,完全按照德國標準和相關歐洲標準及ISO標準進行制造和驗收,面臨一系列世界性難題。試制過程中,三峽集團組織鄭州機械研究所、中國第二重型機械集團公司進行攻關。經過兩年艱苦嘗試,三峽升船機第一節不開裂的齒條終于制造成功。

1:1的齒條疲勞試驗顯示,疲勞試驗機都壞了,而試驗齒條依然沒有出問題。經過試驗測算,三峽升船機齒條的運行壽命可達70年。

“三峽升船機建設施工的突破,促進了國家整個機械制造業的提升,對于以后建造巨型建筑物也有指導意義。”中國工程院院士鄭守仁說。