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朱雨心: 三峡船闸的挖潜
送交者: 拨乱反正 2014年05月28日18:48:55 于 [教育学术] 发送悄悄话

三峡船闸的挖潜

朱雨心

我早就说过:其实,我对技术问题的兴趣远远超过政治问题。但是,技术问题常常有重大利益在其中,不便公开谈,否则,我就成了“毫不利己,专门利人”的“活雷锋”了。气象问题,是公益性的技术问题,倒是不妨公开讨论。所以,以前我谈过几次与气象有关的技术问题。

最近看到消息说: 交通部称:通过三峡船闸的货运量,已提前19年达到设计通过能力,三峡船闸已经处于饱和运行状态,三峡船闸挖潜空间有限。但是,我认为挖潜空间还很大。严格讲,这个不是公益性的技术问题,应该要收费咨询。我就姑且做一次“活雷锋”,公开提一个方案。

这个挖潜方案,可以概括为一句话:标准框架,闸外编组,外部牵引,高速过闸。

用一个长方形的金属框架,尺寸与船闸闸室的大致相当,稍微小一点,可以很方便地通过船闸。框架有浮体,能够浮在水面上。框架在水下没有什么结构。在水面上,框架四周有许多直立的桁架,与一层、或数层水平的桁架。具体的,可以有多种设计,无非是维持结构稳定,并提供让船舶系留、固定的依托。要过闸的船,都在闸外在框架内编组,并系留、固定在框架上。也就是说,在闸外,用框架把许多分散的船编组、固定成了一个标准尺寸的“大船”。然后,这个“大船”由其中的一艘或几艘船的动力驱动驶向船闸。接近船闸时,再改为外部缆绳牵引。在一级一级闸室中移动时,都是用外部缆绳牵引。最后出闸时,再改为其中的一艘或几艘船的动力驱动。离开船闸后,“大船”再分解成个体小船。可以在船闸的上、下游两头,设置许多编组的泊位,也就是许多框架,以及系留框架的装置,如,立柱等。许多船同时编组。在闸外编组,时间比较从容,比较容易编组的比较紧凑,提高利用率。编组好的“大船”顺序排队过闸。如此,可以大大提高过闸的速度。

框架的两侧,可以装些橡胶轮,以帮助框架在船闸内运动时导向、以及避免框架直接碰撞。框架的两头,可以象门一样打开,让船舶出入。但是,框架两侧间没有其它结构联系。否则,框架的结构就太复杂。因为,框架两侧间的结构,都必须要高于船舶的最高高度,低于船舶的最深的深度。 这很不方便。所以,框架两侧间最好没任何结构联系。这样,框架两头的门就不能随意打开,否则,框架无法维持稳定。这个困难,要靠编组的泊位的设计来解决,要框架两侧都能在泊位上固定,然后才开门。无论是编组,还是解散,都是只需要开一头的门。所以,泊位上只需要每侧有一根立柱,固定要开门的那一头的两侧就可以了。

朱雨心  2014523

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讨论:280米长的框架,若两侧边间没有结构联系,框架刚性必然不足,必须把两侧边做的比较厚。如此,结构必然笨重,还占用较多的空间。所以,不如两侧边间有结构联系更好,也就是加上底部与顶部。这样,这个框架就变得象个笼子。虽然看上去比较夸张,但是,实际上结构稳固,简单易行,两侧边可以做的比较薄。到底哪种方案最好,要具体定量计算。

后记:目前,每一级船闸耗时约40分钟,包括船进、出闸室的时间,闸门开、闭的时间,以及闸室充水、泄水的时间。变数比较大的是船进、出闸室的时间。而闸门开、闭的时间,以及闸室充水、泄水的时间,基本上取决于设计。

如果我们采用上面所说的标准框架,闸外编组的方案,那么船进、出闸室的时间,也可以完全地控制起来,有利于船闸的自动、高速运行。三峡船闸的闸室每个长280米。如果船以平均10公里/时的速度进、出闸室,那么,进、出闸室各需1.7分钟。可以在每个闸室间设置牵引机构,牵引“大船” 进、出闸室。共需设置五套牵引机构。具体的,可以用多种方案。没有技术障碍。那么,进、出闸室共耗时3.5分钟。牵引机构采用匀加速-匀减速的方式运行。当然,也可以以更高的速度运行,例如20公里/时。但是,要避免过高速度所引起的水流对闸门的冲击。必要时,也可以设置些消能、缓冲机构。

目前,闸门开、闭的时间共约8分钟。闸门开、闭的时间,取决于闸门的自重、水的阻力、闸门的结构强度、以及闸门开、闭机构的驱动力。增加开、闭机构的驱动力是很容办到的。但是,在使用现有闸门的前提下,这个驱动力受限于闸门的结构强度。可以考虑:采取措施,减小水的阻力,以在现有条件下提高闸门开、闭的速度。 这个应该是有些办法的。进一步的措施,可以考虑:在门上适当的位置设置第二驱动杆,相应地增加门的刚性与强度,优化驱动机构的控制。目标:将闸门开、闭的时间缩短到共约2分钟,即,开、闭时间各1分钟。

目前,闸室充水、泄水的时间大约共是25分钟。这个时间可以大大缩短。可以考虑:增设充水、泄水的通道,提高阀门开关速度,甚至,增设轴流泵,以提高流速。应该要通过对阀门开关的优化、自动控制来防止船闸超灌超泄的问题,而不是通过简单地降低流速、降低阀门开关速度来防止船闸超灌超泄的问题。这些,技术上都没有不可克服的障碍。目标:将闸室充水、泄水的时间缩短到共约10分钟,即,充水、泄水时间各5分钟。

上面所说的标准框架的采用,极大地提高了船在闸室中的稳定与安全,为采用更快的充水、泄水速度,更快的闸门开、闭速度,创造了条件。

这样,每一级船闸耗时约10分钟,五级船闸共耗时约50分钟,缩短到现在所需时间的四分之一。或者说,提高通过能力到现有的四倍。

朱雨心  2014526

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