高峽出平湖，電梯送過壩。作為三峽工程的“收官之作”，由中船重工研制的三峽升船機歷經(jīng)10多年的建設(shè)，于近日成功試通航，被譽為三峽工程最后的“謎底”終于揭開神秘的面紗。

 

三峽升船機是世界上規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的垂直升船機，過船規(guī)模為3000噸級，最大提升重量15500噸，最大提升高度113米。它系統(tǒng)眾多，功能復(fù)雜，大部分設(shè)備型式及運作方式為國內(nèi)首次采用，其技術(shù)、制造、安裝難度和規(guī)模均為升船機世界之最。

 

“這是一個龐大的機、電、液一體化系統(tǒng)，其復(fù)雜性超過目前任何提升設(shè)備。我們在設(shè)計、制造、安裝調(diào)試過程中遇到許多技術(shù)難題，沒有成熟經(jīng)驗可供參考、借鑒，全靠自己探索、解決。”中船重工集團董事長胡問鳴說。

 

那么，“超級電梯”神在哪兒？日前，科技日報記者來到宜昌三峽大壩，一探奧秘。

 

 

以前，船只過大壩都是通過三峽雙線五級船閘。若進入上游，一艘艘載著貨物和旅客的巨輪依次進入5個閘室，“拾級而上步步高”，被人形象地稱為“爬樓梯”。

 

隨著長江水運量日益增長，三峽樞紐通航能力趨于飽和，升船機應(yīng)運而生，就是在通航河流的大壩上，建造一座供船舶乘坐的快捷“電梯”，作為三峽五級船閘“樓梯式過壩”的有效補充，實現(xiàn)“大船爬樓梯、小船坐電梯”的分流。

 

10月8日，記者乘坐輪船親自體驗“坐電梯”。12時20許，輪船沿著下游引航道緩緩駛?cè)肴龒{升船機承船廂，承船廂就是電梯，一個3.5米水深的“大游泳池”。接著，承船廂載著輪船開始“抬升”，直至與上游水面齊平位置。13時，輪船平穩(wěn)駛出，告別承船廂，進入上游水面。

 

整個過壩過程歷時40分鐘。記者幾乎感覺不到晃動或失重，如果沒有外面的參照物，根本無法察覺承船廂一會兒就把輪船抬升到40層樓的高度。

 

中船重工所屬武漢船舶公司副總經(jīng)理岳秋良介紹，三峽升船機投入運行后，客船及部分貨船可借助其“電梯式”服務(wù)快速通過三峽大壩，由目前的３個多小時縮短至40分鐘，大大提高船舶過壩效率。

 

記者了解到，與船閘相比，升船機過壩還具有不耗水的特點，可提高三峽工程的通航調(diào)度靈活性和通航保障能力，使長江黃金水道通航能力提升20%。

 

 

升船機雖然能托舉萬噸重量，但用的是巧勁，可謂“四兩撥千斤”。關(guān)鍵就是其平衡之術(shù)。

 

“升船機耗水耗電量都很低，靠的就是物理的平衡作用，即以平衡重保持受力平衡。”該項目總工程師胥福堯向記者介紹。

 

升船機采用一只裝有水的承船廂作為載體，運載船舶升降。利用這一條件，就在兩側(cè)設(shè)置同等質(zhì)量的平衡重，來平衡帶水船廂的總質(zhì)量，從而實現(xiàn)系統(tǒng)“全平衡”的要求。

 

升船機現(xiàn)場負責(zé)人劉科青打了個比喻，升船機就像一個天平，只需少量電力相助，就能輕松載萬噸。

 

那么，問題來了。一旦平衡打破，將面臨災(zāi)難性后果。如何保障安全？

 

“三峽升船機是采用齒輪齒條爬升平衡重式的垂直升船機，有螺母柱螺桿安全機構(gòu)。”胥福堯說，這種形式升船機最大特點就是安全可靠性高，在船廂水漏空、沉船和地震等任何事故工況下，都能確保不發(fā)生承船廂墜落等重大設(shè)備和人身事故。

 

胥福堯進一步解釋，齒輪齒條爬升式升船機以大螺桿螺母作為安全裝置，當(dāng)升船機平衡條件破壞時，安全機構(gòu)將自主鎖定船廂，保證其紋絲不動。

 

專家稱，這也是我國第一座齒輪齒條爬升螺母螺桿式的大型升船機，比常見的鋼絲繩卷揚式提升方案更安全。

 

除此之外，升船機還實現(xiàn)了驅(qū)動系統(tǒng)故障運行的冗余控制。三峽升船機的四個驅(qū)動單元采用行程同步控制，每個驅(qū)動單元的兩臺電機采用出力均衡控制，當(dāng)8臺電機中的一臺、兩臺甚至三臺出現(xiàn)故障時，安定裝置根據(jù)設(shè)定的規(guī)則無擾動地實現(xiàn)控制模式切換和故障單元退出，系統(tǒng)連續(xù)運行不受影響。通俗地說，系統(tǒng)的設(shè)備裝置都有“備胎”，一用一備，一旦一臺機器出了問題，“備胎”就能立即頂上。加之傳感器對設(shè)備實時監(jiān)測，如發(fā)生故障，傳動裝置有制動器應(yīng)對。

 

此外，三峽升船機還有迅速疏散旅客的設(shè)施，并與應(yīng)急疏散口連接，旅客可以通過活動走道，經(jīng)承重結(jié)構(gòu)疏散、離開升船機。

 

 

平衡一旦打破，就十分危險，因此保證船廂的水平狀態(tài)，是最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。

 

三峽升船機采用4吊點8臺315千瓦電機的驅(qū)動方式，帶動小齒輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)承船廂的上、下行運行。4個驅(qū)動點之間必須在任一時刻保證高程同步，控制采用“電氣行程同步+機械同步”的模式，同時以“電氣出力均衡+機械同步”模式作為備用控制方案。

 

在升船機啟動、加速、運行、停機各個階段嚴格按照平滑的速度曲線運行。有人測試，將一枚一塊錢硬幣立在承船廂上，待升船機升到上游時，硬幣依然直立不倒，甚至未見輕微的晃動。

 

“四點驅(qū)動，就像4個轎夫抬轎子，必須始終保持步調(diào)一致、快慢一致、高度一致，如果有一點不平衡，就會傾翻。但是，如果給4個人發(fā)命令，因為‘聽’到命令還有時間誤差，按照原有的國外設(shè)計做不到完全同步。”胥福堯說，技術(shù)人員通過自己設(shè)計研發(fā)，終于克服了這個瓶頸。

 

由于采用了高精度的位置控制，升船機在整個行程中能夠準確停在設(shè)定的任意位置，而且四個驅(qū)動單元任意時刻保證高程同步，同步運行行程偏差小于2毫米。研究人員還專門設(shè)計了升船機驅(qū)動機構(gòu)位置同步測試系統(tǒng)，測試結(jié)果表明驅(qū)動點位置偏差大都在1毫米以內(nèi)。

 

科技人員還成功解決了船廂及其設(shè)備與塔柱變形協(xié)調(diào)，關(guān)鍵設(shè)備的制造等一系列世界級技術(shù)難題。

 

“我們大膽創(chuàng)新設(shè)計理念、制造技術(shù)、施工工藝和管理方法，掌握了齒輪齒條爬升式升船機船廂設(shè)計制造和安裝、船廂液壓和機械系統(tǒng)安裝、單機調(diào)試等多方面核心技術(shù)。三峽升船機的成功建造和試運行，體現(xiàn)了我國裝備制造業(yè)已從仿制、跟跑到并跑、領(lǐng)跑的巨大進步。”胡問鳴表示。（記者 陳磊）