DL T 5399 2007 水电水利工程垂直升船机设计导则 1

水电水利工程垂直升船机设计导则

1  范围

本标准规定了水电水利工程通航建筑物湿运垂直升船机设计的指导原则和技术要

本标准适用于通航船舶300吨级以上，主提升设备采用钢丝绳卷扬提升式和齿轮齿

条爬升式，设有平衡重系统的垂直升船机设计。

    300吨级以下升船机和其他类型升船机的设计可参照执行。

  2规范性引用文件  

    下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单L不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T 700碳素结构钢

GB/T 1591  低台金结构钢

GB 3811起重机设计规范

GB 8918  重要用途钢丝绳

GB 50116  火灾自动报警系统设计规范

DL/T 5039  水利水电工程钢闸门设计规范

DL/T5167  水电水利工程启闭机设计规范

SDJ 278  水利水电工程设计防火规范

JTJ 305船闸总体设计规范

       3术语和定义

    下列术语和定义适用于本标准。

3.0.1湿运式垂直升船机wet vertical shiplift

       利用对接装置将带水承船厢与航道水域实施连接和密封后，使船舶可以自由驶入和驶出承船厢，然后，通过承船厢的垂直升降克服河道水位落差的升船机。

    3.0.2钢丝绳卷扬提升式wire rope hoist

    采用钢丝绳卷扬机作为升船机主提升设备实现承船厢升降运动的形式。

    3.0.3齿轮齿条爬升式  rack and pinion hoist

    主提升设备动力装置通过传动机构驱动齿。轮沿着齿条滚动来带动承船厢升降的形式。

    3.0.4全平衡式full balanced

    承船厢上的全部载荷(水体按额定水深的质量）采用相等质量的平衡重平衡，同时，承船厢悬挂钢丝绳单位长度的质量采用单位长度相等质量的平衡链平衡的方式。

    3.0.5承船厢ship chamber

    两端设有可启、闭操作闸门的槽形钢结构设备，注入额定水深的水体后，作为船舶通过升船机时的载体。

    3.016承船厢入水式submerge ship chamber

  承船厢运行至下游时直接沉入下游航道水中至厢内水面与下游航道水面对齐，开启承船厢下游端的通航闸门即可使船舶自由驶出和驶入承船厢的方式。

    3.0.7升程  lift range

    升船机克服河道水位的落差。

  3.0.8允许误载水深  permissible errors of water depth in ship chamber

    设计允许承船厢相对于额定水深值的误差值。

    3.0.9承船厢水平度  levelness of ship chamber

    承船厢实际静态水面各端点处水深的差值。

       3.0.10对接装置  connection device

    承船厢与航道实现对接、密封以连通两者水域的对接密封装置、对接锁定装置、密封间隙充泄水装置的总称。

    3.0.11对接锁定装置  locking device for connection

    承船厢与闸首对接期间用于固定承船厢端部，承受承船厢内水体变化和船舶出入承

  
  船厢时产生的垂直附加载荷的装置。

    3.0.12防撞装置  anticollision device

    防止船舶因速度失控而撞击闸首和承船厢厢端通航闸门的装置。

    3.0.13承船厢调平装置  levelness regulation device of ship chamber

    调整、控制承船厢水平度的装置．

    3.0.14承船厢整体挠度  deflection of ship chamber

    在额定条件下，承船厢整体铅直方向的变形绝对值与承船厢最大长度、最大宽度的比值。

    3.0.15承船厢干舷高度  freeboard of ship chamber

    承船厢额定水深的水面至承船厢甲板’平面的距离。

    3.0.16力矩平衡重torque counterweight

  悬挂钢丝绳缠绕在主提升卷筒上，由主拖动系统驱动升降，其重力对承船厢的作用可以控制的平衡重。

    3.0.17重力平衡重  gravity counterweight

    悬挂钢丝绳通过滑轮支承，其重力始终作用在承船厢上的平衡重。

    3.0.18平衡链  balance chain

全平衡式升船机的平衡重悬挂钢丝绳在滑轮两侧的长度（质量）分布随承船厢升降而发生随机变化，为适应悬挂钢丝绳质量变化对平衡系统的影响，使系统始终处于平衡而设置的装置。

4  总则

    4.0.1  为了在水电水利工程设计阶段，对通航建筑物湿运式垂直升船机设计规定统一的设计原则和技术要求，保证升船机工程的设计质量，特制定本标准。

    4.0.2本标准规定了垂直升船机在机型选择设计、总体设计、金属结构及机电设备设计、消防设计等方面应遵循的基本准则。

    4.0.3升船机金属结构设计年限应保证70年．其中，防腐设计年限应保证15年；机械零件设计年限应保证35年；电气设备设计年限应保证15年～20年。

  4.0.4设计基本资料。

    升船机设计所需的基本资料应包括：

  1  工程枢纽布置图

    2航道等级。

    3设计通航能力（运量／年）。

    4过坝运量计算姿料。

  1)代表性通航船舶或船队类型、吨位。

    2)代表性船舶或船队尺度（总长×水线长×宽×吃水深）。

3)全年可通航时间。

4)通航不均匀系数。

5)货运物种及装载率。

5通航条件。

1)水位。

上、下游设计及校核洪水位。

上、下游最高和最低通航水位。

上、下游最大水位变率。

上、下游通航水位的涌浪值。

2)水面以上最小通航净空。

3)最大允许通航风级。

4)最大允许通航流量。

 6  自然条件。

1)气温。

多年平均气温、极端最高气温、极端最低气温。

    2)湿度。

    多年平均相对湿度、年平均最高相对湿度、年平均最低相对湿度。

    3)风压。

    工作风压、最大非工作风压。

    4)泥沙。

    平均含沙量、最大含沙量。

    5)地质条件。

    6)地震基本烈度。

    7)水质：pH值、硬度、碱度等。

    7建设现场内外交通道路条件。

    5．机型选择主要原则

    5.0.1升船机机型选择应根据该水电水利工程特点及其规模和运行要求，从运行的安全可靠性、总体设计及土建施工条件，金属结构及机电设备设计、制造、安装、调试、运行管理等方面，通过全面技术经济比较后确定。

    5.0.2机型选择应充分考虑水电水利工程的泄水、发电和船闸运行对下游通航条件的影响，必要时，可经模型试验验证。对下游水位变率应进行专题研究。

    5.0.3升船机应根据工程具体条件选用全平衡式方案或部分平衡式方案。

    5.0.4  采用全平衡式方案时，应确保运行过程中保持全平衡，并应设有可靠的安全措施，在全平衡条件被破坏时，能确保运行的安全。

    5.0.5升船机设备选型及设计宜优先采用成熟技术，采用新技术应经过充分的比较和论证，必要时可通过试验验证。

    6总体设计

    6.0.1升船机的总体设计方案应满足安全可靠、技术先进、经济合理、维修方便、    景观协调、劳动安全和环境保护等要求。

    6.0.2升船机的主要技术特性参数应根据航道等级、设计通航能力、选定机型方案、主体工程等级和特征水位等条件确定。

    6.0:3主要技术特性参数的确定原则：

    1根据一次可通过代表性船舶或船队的吨级确定升船机的运载规模吨级。

      2最大升程为上游最高通航水位与下游最低通航水位之差。

3  承船厢的额定升降速度应根据工程的具体条件和设计通航能力确定，可取    0. 15m/s～0.25m/s。部分平衡式升船机在水中的额定升降速度可取0.03m/s～0.035m/s。

    4承船厢正常升降运行的启、停加速度宜取+0.Olm/s²、-0.01m/s²。事故停机加速度可取0.02m/s²～0.04m/s²。

    5  承船厢的有效水域尺度应根据可通过代表性船舶或船队的尺度（包括水线尺度）确定。有效水域长度可比代表性船舶或船队的长度大1m～2m；有效水域宽度可参照JTJ305标准确定；有效水域水深应不小于设计船型满载吃水深度的1.25倍。有特殊要求的承船厢尺度可通过通航实际船型的模型试验确定。

    6承船厢的允许误载水深值直按升降运行工况和对接工况分别确定。升降运行时的允许误载水深值可取Δh=±0.05m～±0.1m；对接工况时的允许误载水深值应根据航道通航水位的变率和对接停留时间经计算确定。

    7承船厢的水平度允许偏差应根据承船厢的长度、宽度、最大升程等参数确定，纵向允许偏差可取0.05m～0.10m，横向允许偏差宜小于0.02m。

    8  升船机的额定提升力计算应包括以下各部分之和，安全系数可取k=l.0～1.1。

      1)承船厢升降运行时，与厢内最大允许误载水深值△h相对应的水体质量。

    2)升降运行的起动惯性力和制动惯性力。

      3)悬挂承船厢的全部钢丝绳的僵性阻力。

    4)运动部件摩擦阻力。

    5)升降过程承船厢侧与平衡重侧因钢丝绳质量分布发生变化可能出现的最大不平衡力。

    6)风载荷。

7)承船厢最大水平度允许偏差使厢内水体产生的偏载。

   
      8)承船厢出入水时的下吸力和拍击力。

    承船厢入水式升船机的额定提升力应按承船厢在大气中和水中两种工况分别计算。．

    6.0.4全平衡式升船机主拖动系统、机械传动系统等机电设备应按四分之一设备发生故障时能维持正常升降运行和二分之一设备发生故障时能向轻载方向运行至闸首的条件进行设计。

    承船厢入水式升船机主拖动系统、机械传动系统等机电设备应按四分之一设备发生故障时能维持正常升降运行的条件进行设计。

6.0.5升船机总体布置设计必须设置消防及事故情况下能确保人员安全疏散的通道。

    6.0.6升船机主要金属结构及机械设备可包括上下闸首挡水设备、承船厢、主提升设备、平衡系统设备、通航闸门及其启闭设备、对接装置、防撞装置、对接锁定装置、承船厢调平装置、事故保安装置、检修吊运设备等。

    6.0.7升船机电气设计包括供配电系统、主拖动系统、检测系统、计算机监控系统、工业电视监视系统、通航信号、广播及通信系统等的设计。

    7金属结构及机械设备设计

    7.1  上下闸首挡水设备

    7.1.1  升船机上下闸首应设置工作闸门及启闭设备和检修闸门及启闭设备。上闸首直根据水电水利T程的县体情况，确定是否设置事故闸门。承船厢入水式升船机的下闸首不设置工作闸门。

    7.1.2工作闸门顶部应设置可独立进行启闭操作的通航闸门，工作闸门应能适应航道水位的变化。

7.l.3闸门设计应符合DL/T 5039标准的规定；启闭设备设计应符合DL/T 5167标准的规定。

  7.1.4工作闸门的孔口尺寸应满足：净宽度不小于承船厢有效水域宽度，净高度不小于通航水位变幅、额定通航水深及超高值之和。

    7.1.5下沉式工作闸门的面板和水封装置应设置在迎水面，并应在通航水位变幅范围内的任意位置均能可靠封水。

  7.1.6应为下沉式工作闸门全关位和提升式工作闸门全开位设置机械锁定装置。

    7.1.7  工作闸门宜采用双吊点启闭设备。其形式应根据肩闭力、扬（行）程、布置条件及操作运行要求选择液压启闭机或卷扬式（固定式、移动式）启闭机。

  7.1.8上闸首检修闸门或事故闸门的挡水位应与枢纽工程上游防洪水位相一致。下闸首挡水位可根据升船机的运行要求确定。

    7.2承船厢

    7.2.1  承船瞩宜采用由两根主纵梁和若干横梁为主要受力构件的槽形钢板焊接结构件。主要承载构件的材料应采用GB/T 700标准规定的Q235C或GB/T 1591标准规定的Q345C，当使用地区温度等于或低于20℃时，应采用Q235D或Q345D。

    7.2.2承船厢应以其有效水域平面尺度和额定水深为基础，经计算确定外形尺寸；承船厢的结构设计应满足设备布置、运行人员工作通道和消防通道的要求，并与升船机塔柱结构的土建设计相协调。

    7.2.3全平衡式升船机的承船厢主纵梁和主横梁等主要受力构件断面宜采用实腹式箱形结构。入水式升船机的承船厢梁系宜采用实腹式单腹板结构，底面纵向全长范围应设计成左右倾斜的体形，并应在适当部位设置排气孔。

  7.2.4应对承船厢的总体刚度、扭曲变形及应力、重要部位的局部应力、结构动力特性等按各种运行工况条件，进行有限元分析计算。正常运行工况条件下，承船厢纵向

和横向整体最大挠度f_max不宜大于L/1600～L/2000。

    7.2.5承船厢的干舷高度应根据设计船型的轻载和满载吃水深度，以及承船厢允许最大误载水深值确定，可取600mm～1200mm。

  7.2.6承船厢左右两侧应分别设置纵向和横向导向装置。在整个船厢平面上的导向点应不少于4点，每点在垂直方向J立布置两套导向装置。导向装置宜采用轮式结构。

    7.2.7承船厢甲板应设置净宽不小于l000mm的运行人员工作通道和消防通道；应设置能在任一高度位置可通向塔柱的安全的走道、梯子、护栏及照明设施；应设有系船柱、护舷、水尺等附属设施。必要时，厢端可设置检修闸门槽。

    7.3  主提升设备

    7.3.1  主提升设备应具有可调节的升降速度，调速比不宜小于20。

    7.3.2主提升设备驱动承船厢升降的点应对称于承船厢纵向和横向中心线，并以4点为宜，其位置应结合主提升设备、平衡系统设备的布置和优化承船厢结构的强度及刚度等因素经比选后确定．

     7.3.3应根据选定机型的具体条件，采取相应的技术措施，使承船厢在各种运行条件下的水平度达到设计要求。

7.3.4各驱动点之间应设置机械同步轴。机械同步轴宜采用闭环布置形式。

    7.3.5钢丝绳卷扬提升式升船机宜对卷简直径的制造偏差值，尤其对各卷简直径之间的相对制造偏差值、钢丝绳直径偏差值和整绳弹性模量偏差值等按承船厢水平度偏差的设计要求作出相应的规定；并宜对钢丝绳进行预拉伸的技术要求作出规定。

  7.3.6提升钢丝绳选择设计的技术要求：

    1  钢丝绳的结构宜选用线接触、不松散、不旋转或做旋转、具有独立金属绳芯的结构。相邻的钢丝绳应为左、右旋向间。隔配置。

  2钢丝绳的直径可按GB 3811的规定进行计算与选择，在额定提升工况工作静拉力作用下的计算安全系数应不小于7。

  3制造钢丝绳的钢丝应采用镀锌钢丝材料，钢丝绳公称抗拉强度应不大于1960MPa，钢丝绳的弹性极限最低应为钢丝绳公称抗拉强度的55%。

    4钢丝绳的整绳弹性模量在20%～50%额定载荷下测量时应达到(1±5%)×105N/mm2。

  5钢丝绳宜进行预拉伸。预拉伸力宜为钢丝绳最小破断拉力的40%，持续时间不宜少于60min。

    7. 3.7卷简直径D与钢丝绳直径d的比值不宜小于60。

    7.3.8  主提升设备传动部件的机械强度和驱动电动机的功率及机械强度应满足第6.0.4条的要求。

    7.3.9  主提升设备设计应在土建结构及基础允许沉陷和变位的条件下保证正常安全运行；主提升驱动机构设在承船厢上的齿轮齿条爬升式升船机，其驱动设备还应能适应承船厢结构承载后的变形要求；住设计地震条件下应确保承船厢悬挂系统设备的安全。

    7.3.10  主提升设备应设置可靠的制动系统，保证承船厢在正常运行和发生设备故障时，通过制动系统的制动控制后实现平稳停机。

    7.3.11  齿轮齿条爬升式主提升设备每个驱动点应设置能确保齿轮齿条副啮合条件的超载保护机构，以及能适应纵向、横向位移及扭转变形的齿轮支架及导向机构。 

    7.4平衡系统设备

     7.4.1  当平衡重总质量确定后，在布置条件允许的情况下，宜尽量增加悬挂钢丝绳的数量。

    7.4.2平衡重悬挂钢丝绳与承船厢的连接点布置，以及平衡重质量配置宜对称于承船厢的纵向中心线和横向中心线。

    7．4.3平衡系统设备的布置宜根据选定机型的特点，结合主提升设备布置，使其满足承船厢抗纵向倾覆稳定性的要求，并尽，量提高承船厢结构的刚度。

    7.4.4  钢丝绳卷扬提升式升船机宜在平衡系统中配置适当质量的力矩平衡重，该平衡重质量在停机状态由制动器的制动力支持。力矩平衡重的质量及布置方案应在承船厢出现最大允许负值误载水深时，使得作用于承船厢的力系满足承船厢抗纵向倾覆稳定安全系数不小于1.1。

    7.4.5  全平衡式升船机宜设置平衡链，使平衡系统不受悬挂钢丝绳质量分布随承船厢升降而变化的影响。

    7.4.6平衡重悬挂钢丝绳组件的设计额定载荷宜计及按每组平衡重装置允许其中任意一根钢丝绳组件发生破断时，对其余钢丝绳组件产生的附加载荷。

    7.4.7  钢丝绳的直径可按GB 3811的规定进行计算与选择，在最大工作静拉力作用下的安全系数应不小于7。

    7.4.8钢丝绳的直径偏差宜按GB 8918标准进行控制；钢丝绳组件的长度宜按定尺采购，在额定载荷作用下按常温20℃时测量的长度允许偏差宜为±50mm。相邻的钢丝绳应为左、右旋向间隔配置。

    7.4.9  平衡重悬挂钢丝绳的其他技术要求可参照第7.3.6条的有关规定。

    7.4.10平衡滑轮的直径Dh及支承方案宜根据总体设计的布置方案及布置条件确定；直径Dh与平衡重悬挂钢丝绳直径d的比值不宜小于55。

    7.4.11平衡滑轮可根据布置条件采用双槽或单槽结构，滑轮轴宜采用滚动轴承支承。采用双槽滑轮方案时，其结构宜设计成一槽与轮毂固定，另一槽与轮毂之间可转动的结构。

    7.4.12  甲衡滑轮可采用钢板焊接结构。绳槽宜采用浅槽形式和轧制成型工艺，槽深宜为钢丝绳直径的0. 75倍～1．O倍。采用钢板焊接结构时应计算侧向稳定性。

    7.4.13每套钢丝绳组件与平衡重相连接的一端应设置一套长度调节装置。  

    7.4.14调节装置的额定载荷应与钢丝绳组件的额定载荷相一致。调节装置的最大可调节量不宜小于钢丝绳长度允许偏差的5倍．

 7.4.15采用螺旋副机械式调节方案时，螺纹应具有可靠的自锁性能。

    7.4.16平衡重块的平面尺寸根据布置条件确定。每一钢丝绳组件悬挂一串平衡重块时，相邻平衡重串之间的设计间隙不宜小于30mm，块体与土建建筑物之间的设计间距不宜小于100 mm，并应考虑可维修的条件。

    7.4.17平衡重块应包括基本块和调整块，调整块的质量不宜少于平衡重块总质量

的5%。基本块的材料应根据布置条件，采用铸铁或重混凝土。基本块的单块质量应根据安装条件确定。调整块的材料宜采用铸铁，单块质量不宜大于500kg土5kg。每块平衡重块都应在适当部位设置起吊用的钩（孔、轴）。

    7.4.18平衡重块各向尺寸偏差宜小于±5mm。采用重混凝土材料制造时，应配置构造钢筋，12个棱边应设置钢护角。

    7.4.19每一钢丝绳组件悬挂一串平衡重块时，应按组对各平衡重串设置一套框架，框架总成的结构承载强度应满足第7.4.6条规定并按最不利情况设计。平衡重框架无论采用何种形式，都应在承载梁的承载面各平衡重串相应位置设置缓冲垫块。

       7.4,20平衡重框架宜设置纵、横向导向装置，在塔柱的相应部位宜在全升程范围设置导轨。

    7.5  通航闸门及其启闭设备

    7.5.1  通航闸门的孔口净宽应与承船厢的有效水域宽度相一致，孔口高度应不小于承船厢额定水深、承船厢允许最大正值误载水深及超高之和。

    7.5.2通航闸门可按静水启闭操作条件设计，其形式选择应满足封水可靠、操作灵

活、维修方便的要求。

  7.5.3通航闸门在调节承船厢水深时应确保可靠关闭，必要时应设置机械锁定装置。

7.5.4  通航闸门的肩门力宜按水位差不小于0.2m条件计算。

    7.6对接装置

    7.6.1对接装置应根据工程具体条件及工作可靠、维修方便的原则确定布置方案。

    7.6.2对接密封装置的结构及其操作机构设计应适应密封面出现各向位置偏差的能力。

    7.6.3顶紧（拉紧）装置应能承受对接密封装置工作时密封框的压紧力和对接状态承船厢另一端通航闸门上的水压力。

    7.6.4用于对接过程充、排对接面间隙里水体的充泄水设备可采用水泵或阀门；用于调节承船厢里水深的充泄水设备宜采用具有双向排水功能的水泵，或采用充、排水分别设置水泵的方案。充泄水设备的容量应满足运行流程规定的时间要求，充泄水过程应使承船厢内水体保持平稳。

    7.6.5对接装置各设备应严格按设定程序运行，各设备之间应设置必要的闭锁条件和顺序动作控制信号。

    7.7防撞装置

      7.7.1  在承船厢两端通航闸门内侧应设置防撞装置；在上、下闸首通航闸门外侧宜根据停泊区位置等具体情况确定是否设置防撞装置。

    7.7.2  防撞装置应与相应的通航闸门协调运行。通航闸门关闭时，该端防撞装置应处于水面附近的工作位置；通航闸门开启时，该端防撞装置应完全处于不妨碍通航的非工作位置，其位置信号应是下一程序动作的必要条件。

    7.7.3  防撞装置的防撞和缓冲能力应根据通过最大船舶的设计船型及设计允许航速确定。

    7.8对接锁定装置

    7.8.1  全平衡式升船机的承船厢两端应设置对接锁定装置。

  7.8.2对接锁定装置的对接锁定力应包括对接时段内与厢内水深最大变化值相应的水体质量及船舶进出时厢内水面波动所产生的垂直附加载荷。

    7.8.3对接锁定装置应设置状态（位置、压力）信号作为升船机运行程序中下一个动作的必要条件。

    7.9  承船厢调平装置

    7.9.1宜根据机型特点，全面分析各种运行工况影响承船厢水平度的因素，采取控制承船厢水平度偏差值的相应措施。

    7.9.2齿轮齿条爬升式升船机，宜按水平度允许偏差值及最大升程运行中可能出现的偏差值确定各驱动点齿轮齿条副之间的制造、安装相对误差，以及传动系统运行误差。

    7.9.3  钢丝绳卷扬提升式升船机宜按设计允许的水平度偏差值对各卷简直径的相对偏差、钢丝绳直径偏差、钢丝绳弹性模量偏差等规定适当的设计值，并应设置承船厢调平装置。承船厢调平装置宜采用液压控制方案。

    7.9.4  钢丝绳卷扬提升式升船机宜在每根提升钢丝绳与承船厢吊点结构之间设置一套调平液压缸，每套液压缸两端宜采用球面轴承支承，分别与提升钢丝绳和承船厢吊点结构相连接。调平液压缸在系统中应具有承船厢水平度控制功能，并能使多绳提升卷筒上的各钢丝绳受力均衡。

    7.9.5  承船厢对麻于主提升机每个吊点区宜设置一套液压控制阀组。

  7.9.6每个吊点区的各液压缸同名腔应互相用管路连通，同时，每套液压缸承载腔进口端宜设置失压保护阀。

    7.10事故保安装置．

7．10.1  应根据选定机型、总体布置、主提升设备和承船厢设备的配置情况，对可能出现的不平衡载荷工况进行分析，并确定相应事故保安装置的形式、设计载荷及设计原则。

    7.10.2全平衡式垂直升船机应设置出现不平衡载荷超过主提升设备控制能力时，及时锁定承船厢运动的事故保安装置。

    7.11  检修吊运设备

  7.11.1升船机主机房、启闭机房、承船厢等设备布置多而集中的区域以及临时起重设备不能到达的大型设备安装部位，宜设置必要的检修吊运设备。

    7.11.2检修吊运设备的形式、起重量、扬程及布置应满足设备安装、检修时可起吊、移运最大件的要求。

    8电气设计

    8.1  供配电系统

    8.1.1升船机的供配电系统宜采用两路独立、可靠的电源供电给两台互为备用的配电变压器，再由两台配电变压器同时向各配电系统负荷供电。

       8.1.2供电容量应在最不利的运行工况条件下，保证满足升船机设备安全可靠运行、交通信号、照明、电梯等的负荷容量的要求并留有足够的余量。

    8.1.3  承船厢和闸首工作闸门上的设备供电宜设置专用吊挂式软电缆。

    8.1.4承船厢在水位变率快的一端应为通航闸门启闭操作设备配置独立的不间断电源。

  8.2  主拖动系统

    主拖动系统主要包括电动机、电气主，传动装置、传动控制站等设备。

    8.2.1  主拖动系统应满足驱动电动机在四象限内稳定运行的要求。

8.2.2主拖动系统可选用按五阶段速度图或S形速度图控制承船厢的升降运行。

    8.2.3  主拖动系统可采用交流变频调速控制或直流调速控制；两种调速控制方式宜采用具有良好动态性能的速度和电流／转矩双闭环调速系统。

    8.2.4  交流变频调速控制的电动机应选用湿热带型，强迫风冷交流变频调速电动机，双端轴伸并附设与电气传动装置配套的测速装置。直流调速控制的直流电动机应选用湿热带型，强迫风冷，采用整流电源供电，自带速度检测装置和保护检测元件的电动

机。

      8.2.5各电动机的机械特性差应小于2%。

    8.2.6主拖动系统的每台驱动电动机应配置独立的传动装置，并配置一套对各传动装置进行协调控制，能与上级监控系统实现数据信息交换的传动控制站。

        8.2.7  主拖动系统应实现四套主传动装置之间的负荷均匀分配控制和四台电动机同轴出力均衡控制，在任意一台故障时均能实现无扰动切换。在设计规定的正常运行和故障运行状态下，系统均应能保持出力均衡，满足转矩差小于实时平均转矩10%的要求。

    8.2.8  主拖动系统应能有效抑制系统运行过程中由于弹性部件（同步轴、钢丝绳等）、机械间隙、水体振荡等因素产生的扰动，保证运行平稳和各传动单元的负载均衡。

    8.2.9系统应具有超速和超行程保护。当运行中出现速度超限时，应能自动降速运行，当降速失败时，应立即转为事故减速停机。宜设置三重超程保护：重复正常减速和停车指令、超程事故减速停机、越限紧急刹车制动。

    8.2.10主拖动系统宜采用冗余设计及设置完善的保护功能。

8.3检测  系  统

    检测系统包括检测元件、信号变换和处理电路、远距离信号传输系统及必要的模拟或数字显示装置等设备．

    8.3.1  检测项目和数量的配置应符合升船机电气控制系统对检测设备的总体技术要求，并满足升船机安全可靠、高效准确运行及重要设备监护检测和各种故障状态下检测（包括检测装置可能出现的故障）的需要。

    8.3.2  对关键和重要的参数检测应采取必要而又适当的冗余配置和容错设计（包括检测原理及数量的冗余设计），并满足控制系统对升船机整机系统设备自检的需要。

      8.3.3检测设备的输出信号宜进行调理和规范处理，使其满足PLC控制单元和二次显示仪表的输入需要。

    8.3.4检测系统设备应具有可靠性、可维护性、先进性和良好的互换性，并宜尽量采用标准化设计。

    8.3.5检测系统设备应满足水电水利工程的防护等级和强化的抗电磁干扰性能的要求。

 8.3.6检测装置应具有完善的信号补偿及校正功能，对海拔高度、水中泥沙含量、浪涌、温漂、传感器固有误差、电磁干扰等影响测量精度的因素应有较强的处理能力。

    8.3.7升船机检测系统设备可分为在线运行检测、状态监护检测和标校及试验检测三大类。

    1  在线运行检测包括：上、下游水位，承船厢水深、水平度，主提升系统运行的速度、电流、承船厢行程、减速停位信号，制动系统工作状态信息，各操作机构运行的速度、行程、位置或操作的压力，船舶探测等为保证升船机在设计运行工况下的正常运行

须获得的控制参量和状态信息。

    2状态监护检测包括：同步轴系的扭矩、主提升钢丝绳张力、钢丝绳磨损断丝、超速运行、行程越限、制动器碟形弹簧疲劳指示、齿轮齿条副啮合状态、保安设备状态等重要设备的运行故障报警检测和升船机安全保障监控。当超过设计界限时，系统应能作出安全保护反应。

    13标校及试验检测包括：为升船机提供行程检测标校基准的仪器（如红外测距仪），以及承船厢应力及挠度检测、卷筒动态应力检测、齿轮齿条副动态应力检测等试验检测。

  8.4．计算机监控系统

        8.4.1  计算机监控系统的结构宜采用管理控制层和现地控制层两层分布式控制结构。网络结构：主控级宜采用快速以太网；管理控制层监控主机与现地控制层之间宜采用工控网络连接，应为双网冗余结构。

    8.4.2各现地控制站之间宜设置一条I/0硬连接通道，以保证工控网络故障时，通过I/O硬连接进行各现地控制站间必要的闭锁，实现网络故障状态下的应急操作运行。

    8.4.3管理控制层监控主机宜采用一用一各的双机热备工作方式，当工作主机故障时，使备用机自动升为工作主机，实现双机无扰动切换。

    8.4.4  计算机监控系统的现地控制站数量应根据升船机设备的布置和功能要求确定。各现地控制站通过PLC工控网络相连，组成一个PLC控制系统，同时，通过工控网卡与管理控制层的两台监控主机相连。

     8.4.5管理控制层宜设置完整、友好的人机界面，画面设计能全面、准确、逼真地反映升船机所有的运行工况；画面可包括运行流程指示、运行总体画面和各设备运行的局部画面、箨种运行参数指示及变化曲线等，画面可根据设备的动作自动调用，并可人工调用。

    8.4.6计算机监控系统应具有完整的数据采集、处理和记录功能，且查询方便。

    8.4.7升船机按集中控制方式运行时，各现地控制站应接收管理控制层监控主机的集控命令-住符合运行流程及闭锁条件下执行命令，使所控制的机构完成相应的动作。

    8.4.8计算机监控系统宜设置完整、可靠的运行安全保护，故障诊断程序应根据故障的严重程度进行分类，并作出相应的保护和报警处理。重要的运行安全保护宜包括升降运行中的承船厢失水保护、承船厢水平度超差保护、对接状态下航道水位急剧变化保护、升降运行速度超速保护、升船机最大设计升程极限位置速度保护、升船机整机供电中断保护等。

  8.4.9  管理控制层宜根据水电水利工程实际情况设置上下游航道水位实时变化预警信号。

   8．5工业电视监视系统 

    8.5.1升船机主提升机械设备机房、上下闸首挡水工作闸门（包括通航闸门）部位、上下闸首启闭设备机房、对接装置部位、安全装置部位、承船厢设备集中设置部位、承船厢甲板及水域范围、上下游航道水域、计算机监控系统现地控制站、升船机配变电室等宜设置工业电视摄像机。

8.5.2关键部位的摄像机应带有预置位功能，其视频切换可由监控系统控制。

    8.6通航信号、广播及通信系统

    8.6.1  通航信号系统设在上、下闸首，应包括设在上、下闸首航道侧的远航信号灯和设在上、下闸首的船舶进出承船厢的信号灯各一组，应能够清晰地指挥船舶进出升船机。

    8.6.2集中控制室宜设置一套广播设备，供操作人员对升船机各设备运行点和航道进行指挥和信息发布。

    8.6.3升船机的通信可独立设置电话总机，也可直接从本枢纽工程电话调度总机接至集中控制室。在升船机各设备间、办公室、电梯、上下游停泊区等可设置电话机实现通信联络，也可采用无线通信方式。

    9消防设计

    9.0.1  消防设计原则：

    应全面贯彻“预防为主，防消结合”的消防工作方针，参照现行有关规范和标准，进行相应的防火设计r升船机的消防设计应以确保安全、可靠运行为首要条件，根据升船机各建筑物和机电设备的特点及布置，以及升船机的各种运行条件进行设计。

    9.0.2消防设备及消防控制系统：

    1应根据GB 50116、SDJ 278规范的规定，，在承船厢、闸首启闭机房、主提升机房供配电室、集中控制室、现地控制机房、电缆层及电缆桥架等设备布置集中的区域，设置消防设备、火灾报警及消防控制系统。

    2根据升船机的设备布置特点，消防系统宜采用集中报警控制方式，在升船机集中控制室内设置火灾报警及消防控制屏；在承船厢里设置火灾报警及消防控制系统区域报警系统。

    3建筑物消火栓给水系统水源可利用本枢纽工程的高位水池，工程无高位水池可兼用的升船机建筑物，则宜设置专用消防水池。承船厢消火栓给水系统水源可通过专用的消防水泵和加压设备直接从厢内水体中抽取。

    4  无人值班机房应设置自动灭火系统和消防联动控制系统。

    5承船厢、闸首启闭机房、主提升机房、供配电室、集中控制室、现地控制机房、值班处及办公室等区域应设置能覆盖全范围的火灾自动报警系统。   

  6消防电源宜采用交、直流两用的不间断电源，以保证系统供电的连续性和可靠性。消防水泵可采用交流电源。

  7升船机的承船厢、设备机房、塔楼承船厢侧均应按有关规范设置消防人员通道和消防疏散通道。有客船通过要求的升船机，其疏散措施应满足疏散最大载客人数（包括残疾人）的要求。 

水电水利工程

垂直升船机设计导则 

条  文  说  明

    1范围

    我国已建成和正在建设的升船机项目，不仅数量较多，而且可分为大、中、小型等，种类也繁多，本标准规定的适用范围为水电水利工程通航建筑物300吨级以上的湿运式垂直升船机的设计，主要考虑首先为大型垂直升船机设计提供指导原则和技术要求。规定的适用机型为目前国内外最具有代表性的钢丝绳卷扬提升式和齿轮齿条爬升式两种机型，是因为钢丝绳卷扬提升式机型国内已有成功的工程实践，也是国内应用较多的一种机型，而卤轮齿条爬噼式机型足正在建设的二峡升船机的选定机型，国外的信息、资料也相对较多。

      300吨级以上大型垂直升船机从船舶结构、船舶空载和满载时的质量差考虑，均不宜采用干运方式。采用湿运方式，虽然提升载荷很大，但由于大部分为恒定载荷，因此就有条件设置平衡重系统（包括全平衡系统和部分平衡系统），使升船机的运行功耗大幅度减小。

  300吨级以下湿运垂直升船机和其他形式升船机中，与本标准的规定相同或相似的设备在设计时均可参照本标准。

    4  总则

    4.0.2本标准是升船机机型选择、总体设计、金属结构及机电（包括消防）设备设计需遵循的基本依据，不包括升船机土建设计。

    4.0.3本条规定了升船机备类设备应保证的设计年限，其中，金属结构及机械设备的设计年限参照德国标准DIN19704的相关规定，并根据使用要求增加了金属结构的防腐保证设计年限为15年，便于设计选择相应的防腐方案。电气设备由于种类较多，很多产品更新换代的周期较短，因此，设计保证年限规定为15年～20年，比德国标准DIN19704规定的35年低。  
        5机型选择主要原则

    5.0.1  规定了垂直升船机机型选择应考虑的因素，最终应通过技术经济比较后确定。其中，对“运行的安全可靠性”分析应重点对各种工况条件下，可能发生的事故情况及设计采取的应对措施进行全面的分析和论证。

    5.0.2  本标准适用于水电水利工程中的垂直升船机，故工程的泄水建筑物、发电厂和船闸运行对下游通航水位及运行条件往往有很大影响，在机型比选时，必须根据工程的具体情况，对上述因素予以足够的重视，必要时应通过模型试验验证。下游水位变率过快会影响升船机的安全运行，需要采取相应的技术措施，为了正确确定下游水位变率，通常应进行专题分析研究，得出升船机设计适用的值。

    5.0.3垂直升船机采用全平衡式方案的主要优势是运行成本低，工程条件允许时应优先选用。当下游水位变幅太大，变率太快时，设计宜采用承船厢入水的部分平衡式方案，如岩滩升船机。承船厢入水式方案可省去下闸首通航所必需的建筑物和挡水工作闸门及启闭设备，只需设置检修闸门即可，但由于不平衡部分的载荷必须由主机提升力来承担，因此，土机的驱动功率比全平衡式升船机要大得多。此外，承船厢入水式方案不直用于齿轮齿条爬升式机型，如果升船机建在泥砂含量较大的河流上时，承船厢池还必须设置冲砂设施。

    5.0.4确保全平衡式升船机安全运行的必要条件是在各种运行工况下，始终维持平衡系统的平衡条件。本条款要求设计应根据运行工况和事故假定条件，对全平衡式升船

   机设置可靠的安全装置，包括必要的制动系统、锁定装置和相应的控制程序，一旦全平衡条件被破坏，系统的不平衡载荷超过主提升设备的控制能力时，保安装置能自动、及时地投入以确保运行的安全。

    5.0.5  本条所指的成熟技术包括在其他行业已有成功应用实践、经移植的同类技术。

    6总体设计

    6.0.3  本条规定了升船机名义吨级、最大升程、额定升降速度、加速度、承船厢有效水域尺度、承船厢允许最大误载水深、承船厢水平度允许偏差、计算提升力等主要技术特性参数的确定原则。

    2升船机的最大升程应根据该工程经水文、水能计算和模型试验确定的上游最高通航水位及下游最低通航水位计算确定。

    3  承船厢的额定升降速度与升船机的最大升程、设计通航能力、主拖动电动机容量、主拖动系统传动装置的容量有密切关系，还与设备发生故障时的保护方案设计有关，本标准推荐采用0. 15m/s～O. 25m/s，是根据国内已建成的．几座升船机所采用值为基础，经适当延伸后的值，当升程很大，运量很大时宜采用大值。在满足运量要求的情况下，应尽量采用低值n承船厢入水式升船机在水中的运行距离很短，升降速度不宜取得太大，岩滩升船机水中运行速度为0. 03m/s，本标准建议采用0.03m/s～O. 035m/s。

    4承船厢正常升降运行的启、停加速度取+O. Olm/s²、-O. Olm/s²是经过水口等升船机实践证明较为合适的值。事故停机加速度与系统中运动部分质量、系统允许出现的偏载值有直接关系，本标准建议采用0.02m/s²～0.04m/s²，设计取值应通过计算确定，最终的取值还需要通过现场试验验证，并以整个系统在额定速度和最不利的偏载条件下进行事故制动后，能够使承船厢较为平稳地停下来而不出现船舶、船厢设备破坏的情况为条件来确定。

  5升船机不同于船闸，承船厢有效水域的长度、宽度、水深的取值直接关系到承船厢的结构尺寸及整个系统运动部分的质量，除了承船厢有效宽度可与同等船闸基本相一致外，有效长度和额定水深应按设计代表性船舶（船队）以不超过0. 5m/s的速度安全出，入承船厢及不影响厢端通航闸门的工作为条件来确定。其中，有效水域水深的取值规定为设计船型满载吃水深度的1.25倍，应以满足承船厢允许负值误载水深的条件为基础进行计算。此外，根据当前情况，建议确定有效水深时适当考虑船舶的超载情况。

    6．承船厢的允许误载水深值是水电枢纽升船机设计中非常重要的参数，必须根据工程的具体情况，经仔细分析、研究后确定．建在水电水利枢纽中的升船机，误载水深值与上下游通航水位变率有关，尤其是下游水位变率由于受电站机组尾水和船闸泄水流量的影响而十分敏感。但水位变率仅仅对处于闸首对接工况的承船厢运行条件有影响。因此，根据水电水利工程的特定条件，本标准对承船厢升降运行工况和对接运行工况的误载水深值作了分别取值的规定。承船厢升降运行工况的取值直接影响系统偏载的大小和计算提升力的大小，因此，升降运行工况的误载水深值与事故紧急制动条件有关。而水    口等升船机的实践表明，承船厢的停位准确度及承船厢的水平度控制都可以达到很高的精度对齿轮齿条爬升式机型来说，控制上述精度的条件更好，故升降运行工况的承船厢允许最大误载水深值宜尽量取小值，对安全运行有利，本标准规定△h=±0. 05m～±0.1m。对接运行工况的承船厢允许最大误载水深值与承船厢结构的强度、刚度，以及承载系统的设计有关，尤其是当承船厢出现水深减载时，还与安全保护设计有密切关系，必须根据工程的具体情况经仔细分析、计算后确定。

    7  承船厢水平度允许偏差与机型、承船厢长度和刚度及最大升程等有关，根据水口等升船机的实践，本标准规定纵向水平度允许偏差为0.05m～O.lOm，横向允许偏差为0.02m。此规定值对钢丝绳卷扬提升式机型来说在技术上没有难度，较为合理；对齿轮齿条爬升式机型，在控制水平度偏差的方面更有利。当承船厢长度和刚度小，以及最大升程小时宜取小值。

    8本标准根据国内已建升船机设计，列出了升船机的提升力计算项目及必要的安全余度。其中，全平衡式升船机提升力的主要部分是承船厢升降运行工况的允许最大误载水深的水体质量，如果包括该水体质量在最不利组合条件下产生的摩擦阻力、惯性力等其值约为总提升力的60％～80％。承船厢入水式机型为部分平衡的承载系统，提升力计算必须考虑各种工况条件下的系统最大偏载。

    6.0.4本条根据国内岩滩、水口、隔河岩等升船机的设计条件和实践经验，分别规定了全平衡式和承船厢入水式升船机设备故障条件下的运行要求，这也是升船机设计的一项主要技术条件，与主提升机械设备、主拖动系统电气设备的配置有密切关系。实践表明，执行本条要求对提高升船机的运行安全度有利，实施也没有难度。

1991