航道工程学课件：航道工程学-第13讲.ppt

1、第八节 升船机的类型及其工作原理一、升船机的特点 与船闸相比相同点： 都是用来克服航道上的集中落差， 以便船舶顺利通过的通航建筑物。 与船闸相比根本不同点： 船闸是直接借闸室的水面升降，使停泊在闸室内的船舶完成垂直运动；升船机则是用机械的方法，升降装载船舶的承船厢，以克服集中落差。 升船机的躯体结构上设置有下列设备：（1）驱动承船厢升降的驱动装置；（2）在事故状态下，阻止承船厢运动并支承船厢的事故装置；（3）减少驱动功率的平衡装置；（4）实现承船厢与闸首衔接的拉紧、密封、充、泄水等设备；（5）保证承船厢在运行过程中平稳的支承导向设备等。 升船机的闸首，和船闸一样，也是把躯体与上下游航道隔开的挡

2、水建筑物，衔接承船厢与航道，保证船舶在两者之间安全可靠地进出。不同的是，在升船机的闸首上没有复杂的输水系统，同时闸首的工作条件，只受上游或下游水位的影响。升船机的引航道和前港，则与船闸几乎是完全相同的。与船闸相比，升船机有以下特点：(1)在运转时基本上不耗水，在水量不充沛的河流和运河上，建造升船机较为有利；(2) 升船机升降速度远较船闸闸室灌泄水速度快，船舶通过升船机所需时间较船船通过船闸的时间要短；(3)在高水头通航建筑物中升船机的造价一般较小；(4) 升船机建造与安装要求有较高的设计与工艺水平。各国建设和科研工作经验表明： 当水头在70m以上，宜建造升船机； 水头在4070m之间应进行升船

3、机与船闸的比选； 在40m以下，采用船闸通常比升船机优越。二、升船机的类型 升船机的类型很多，大体可分为以下几类： 根据承船厢载运船的方式，升船机可分为干运和湿运两类。 湿运升船机是将承船厢充水，船舶浮载在承船厢内水体上。 干运升船机则是船舶支承在承船厢的承台上。 根据装载船船的承船厢的运行方向，升船机可分为垂直升船机和斜面升船机两大类。 斜面升船机的承船厢接斜坡道作升降运动，其支承导向结构为倾斜的轨道。 垂直升般机的承船厢，则沿垂直方向升降，其支承导向结构是直立的支架。 纵向斜面升船机 斜面升船机 横向斜面升船机 纵向斜面升船机的升降方向与船舶的长度方向一致； 横向斜面升船机的升降方向则与船

4、舶的长度方向垂直。在工程实践中，一般多采用纵向斜面升船机；只是在水域和陆域的特殊情况下，才建造横向升船机。 垂直升船机多采用平衡承船厢重量的平衡装置,不同平衡系统构成了不同型式的垂直升船机。 根据平衡方式 均衡重式垂直升船机 浮筒式垂直升船机 水压式垂直升船机斜面升船机和垂直升船机相比，在结构施工方面的技术问题较为简单，由于承船厢是在地面上行驶，事故装置比较简单，对地基的要求较低，抗地震能力较好。但其适应水位变化的能力较低；在提升高度大的情况下，线路长，通过能力受到限制。 升船机的选型，与当地的地形地质、水文条件、枢纽总体布置、航道的客货运量、船舶吨位以及机电、建筑结构的工艺水平等有密切关系，

5、须经技术经济比较分析来决定。第七章 运河工程第一节 概述一、运河在航道建设中的地位 运河是人工开挖的航道，用来沟通不同水系的河流、湖泊和海洋，与天然河流共同构成一个四通八达的航道网。 运河在航道建设中之所以占重要的地位，一方面是运河能沟通河流、湖泊和海洋，以满足航运发展的需要；另一方面，按照水资源综合利用的原则，运河还可以满足灌溉、防洪、排涝、发电和城镇供水等国民经济部门的需要。 例如，京杭运河在扩建后，既沟通了河流，缩短了航程，降低了货物的运输费用，同时又结合灌溉、防洪、排涝、城镇供水等方面的需要，综合利用水资源，使国民经济其他部门也受益。 我国具有代表性的京杭运河总长1782km，始建于春

6、秋末期，已有2400多年的历史，是世界上最长最古老的运河。二、运河的分类和作用 按其所处的地理位置分：海运河、内河运河。位于近海陆地上，沟通海洋和海洋或连通港口，在其中主要行驶海船的运河，称为海运河，如巴拿马运河和苏伊士运河等。 ；供内河船舶航行的运河，称为内河运河，如我国的京杭运河和前苏联的莫斯科运河等。 按工程布置情况分：开敞运河和设闸运河。 跨越分水岭的设闸运河，又称为越岭运河。开挖运河的主要目的有： l构通互不相通的河流，使航道连接成网。2沟通海、洋之间的地峡、避免迂回运输。3沟通通航河流或海洋与城市、工矿企业，解决直达运输， 减少货物的中途倒载和转运。4改善天然河流的航行条件如绕避水

7、流湍急的滩险， 风浪较大的湖泊和弯曲迂回的河湾等航行障碍。5综合利用水资源以满足国民经济各部门的需要。6用于军事目的。苏北运河 京杭运河中的船队 京杭运河刘老涧复线船闸 第二节 运河的选线及设计一、基本原则 在运河选线时，应考虑以下原则： 首先应考虑航运要求。 其次，运河选线应贯彻综合利用水资源的原则，最大限度地满足国民经济各个部门的需要，以充分发挥运河的综合效益。 第三，运河选线应适应远景发展的需要。另外，运河线路应符合全国航道网的规划布局，并力求工程技术简单，施工方便，运转和维修费用省。为满足上述要求，在选择运河线路时，应考虑以下一些技术要求：1线路要尽可能顺直，要尽量减少弯道，这样既使运

8、河总长度最短，又便于船舶航行。2线路应力求避免跨越高山、避免与天然河流、沟渠、铁路和公路的交叉，以减少通航建筑物(船闸、升船机)及其他交叉建筑物的数目，并提高运河的运输能力。3线路应选在水文地质条件较好的地段通过。4线路应选择在地形适当的地段通过，应力求避免高填方河段。5线路应选择在水量充沛的地区通过。 6运河应尽可能利用现有的江、河、湖泊作为运河的一部分，以减少开挖运河的土方量，节省工程投资。7运河的轴线方向应尽量避免和强风一致，以免发生水面的过份壅高和降落，降低风浪，便于船舶航行。 二、运河纵断面设计 运河的纵断面设计，简单地说，就是确定运河河底的纵坡降。运河河底纵坡降的大小应保证能通过最

9、大的输水流量，同时还应使运河中的最大流速不超过船舶航行的容许流速和不冲流速，以避免增加船舶逆流航行的阻力和引起河床的冲刷，同时还要保证运河的不淤性。运河河底的最小可能的纵坡降 H运河两端衔接的水道的水位差； L运河线路的总长。相应于上述纵坡降的平均流速 LHIRIcu c谢才系数； R运河设计断面的水力半径。为了减小运河的纵坡降可以采取以下措施：一是加长运河线路的长度；二是在运河适当的位置设闸。 1原地面线； 2船闸； 3开敞运河方案的河底线； 4设闸运河方案的河底线运河应尽量避免跨越高山以减少土石方工程量。当跨越山岭时，可在山脊鞍凹处开渠或开凿隧洞，也可在分水岭或山岭的两个坡面上设置船闸。

10、运河跨越分水岭的布置 对于设闸运河，其纵断面设计除确定纵坡降外，还包括选定运河线路上船闸的数目和位置。一般来说，船闸的数目宜少，线段的长度宜大，以便于管理和增大运河的运输能力。 三、运河的平面设计 运河的线路应尽量顺直，但受地形和地质等条件的限制，运河线路在平面上的形状不可避免地要采用直线和曲线相间的衔接形式，曲线一般都与被连的直线相切，弯曲段弯曲半径最大的可选20003000m，最小的只有200300m。 在工程设计中，其最小限值一般取为：对于顶推船队 对于拖带船队或单船 式中: 顶推船队的长度(m); 拖带船队中最大设计船舶的长度(m)。cLR 3cLR4cLcL两个反向曲线之间，无论半径

11、是否相同，中间都应增设一段直线段，直线段的长度可取为：式中： 最大设计船船(队)的长度； 和 分别为两弯曲段的弯曲半径。ccRLL212cL221RRRc1R2R在弯曲段，弯道加宽值可近似地按下式估算：三、运河的横断面设计 确定运河的基本尺度航道水深、航道宽度、航道底宽RLBc2)5 . 035. 0(运河与天然河流不同，属于“限制性航道”。其特点：航道狭窄，其深度和宽度均受到限制； 水流平缓； 水位变幅较小； 断面形状比较规则； 对船舶航行有明显限制作用。 1、运河的断面系数 设计最低通航水位时运河过水断面面积； 船中横断面的浸水断面面积。船型和航速一定时，n 阻力船型和 n 一定时，航速

12、阻力我国运河设计建议，n = 7 10n2、运河的断面形状 梯形、复式梯形、多边形、矩形、半矩形等3、运河的断面尺度 一般按双线航行确定 运河的航道宽度最低通航水位时计算船舶标准吃水 的船底处的水面宽度caBBf22cossinccfBLB运河的航道水深最低通航水位时运河所应具有的最小水深 Tc最大计算船舶在标准载重状况下的吃水(m)； T富裕水深(m)。运河的航道底宽运河横断面的底部宽度梯形断面 m 运河岸坡的边坡系数TThccHmBBb2第三节 运河的护坡一、船行波 船舶在天然河流、人工运河等水域中航行时，船体附近的水体受到行驶中船体的排挤，过水断面发生变化，引起流速、压力的变化，从而使水

13、面上产生波动而形成波浪，这种波浪称为船行波。船行波是造成运河等限制性航道岸坡破坏的主要动力因素。二、护坡的范围 为了保护运河的岸坡，需要在一定范围内护坡，护坡的范围通常是在船行波影响的区域。它一般根据运河中水位变化的幅度和船行波的上卷高度与下滚高度而确定。护坡的上界应是在设计最高通航水位以上加一富裕高度，富裕高度应大于船行波的上卷高度。三、护坡的形式护坡常用的型式有：1抛石和砌石护坡 2混凝土和钢筋混凝土板护坡 3沥青和沥青混凝上护坡4纤维模袋混凝土护坡5. 垂直护坡课堂讨论题：1、三峡水利枢纽工程的背景； 2、三峡水利枢纽的总体布置； 3、三峡水利枢纽主要建筑物的型式及其特点； 4、葛洲坝工程与三峡工程有何关系； 5、葛洲坝水利枢纽主要建筑物的型式及其特点。