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向家坝升船机是继三峡升船机之后
三峡集团修建的第二座巨型升船机,座落于金沙江向家坝
水电站左岸,采用齿轮齿条爬升螺母柱保安型式,其最大提升高度114.2米,提升重量约8150吨。
向家坝升船机主要由上游引航道、上闸首、船厢室段、下闸首和下游引航道等五部分组成,全长约1530米。升船机按IV级航道标准设计,设计代表船型为2×500吨级一顶二驳船队,同时兼顾1000吨级单船。
目前,向家坝升船机已进入试通航运行阶段,标志着金沙江已经迎来“升船机时代”。
通过三峡升船机建设,国内设计单位在“引进、消化、吸收、再创新”后,完全独立设计了向家坝升船机,推动了我国重大装备技术设计的国产化。据了解,向家坝升船机设计上的优化主要有以下几点:
一是考虑到向家坝下游水位存在变率较大的工况,为满足在此工况下船只进出升船机的安全及连续运行的需要,增设了辅助闸室和辅助闸首。
二是考虑到向家坝地质条件,向家坝升船机抗震等级高于三峡升船机,在结构上也相应地进行了调整优化。
三是大胆创新,对船厢纵向导向与顶紧装置机构型式进行了优化。
四是根据主体设备布局,优化布置,将对接充泄水系统、对接密封装置布置在工作闸门内。
五是根据工作闸门提升高度等特点,上闸首工作闸门启闭机由三峡的卷扬机式优化为液压启闭机式。
促进国内大型铸造齿条技术进步
据了解,三峡升船机大型齿条制造在当时是顶级的工程难题,世界范围内几乎找不到工艺成熟的制造厂方,为此三峡集团组织国内相关科研单位、制造厂家艰难探索,终于攻克了这一世界性难题。向家坝升船机齿条单节长达3.584米、重量超过12吨,虽然和三峡升船机相比尺寸略小,但在重大装备行业仍属于非常罕见的大型齿条,其制造仍然是大型齿条领域极具挑战的难题。
向家坝升船机齿条采用高强度铸钢铸造而成,为保证质量
★ 铸件材料的纯度要求高,夹杂物等级不超过2级;
★ 铸件显微晶粒度级别为6.5级或更细;
★ 表面感应淬火后的齿面硬度(含齿根)不小于HV520;
★ 淬硬层深度:齿面不小于5毫米,齿根不小于4毫米;
★ 对齿条部件内部缺陷、开裂、尺寸变形、机加工精度等指标也有严格的要求。
为此,三峡集团组织相关专家及科研、设计、制造等单位对冶炼、铸造、热处理、机加工等制造工艺、方案等进行了充分的研究讨论,进行了数次技术审查,最终攻克了难题。
向家坝升船机齿条单套全长122.4米,分34节制造,单节齿条制造质量要求高,齿条整套拼装质量也同样要高标准。为满足拼装精度,齿条出厂前需在厂内进行预拼装。预拼装时要求相邻布置的3到4节作为一组进行拼接,每组预拼装的最后一节应参与下一次的预拼装,以达到拼装状态的连续性。拼装后在每节固定位置做好定位标志,现场安装时是对厂内拼装状态的一个还原,确保了拼装质量。
温度对齿条尺寸精度的影响也是不容忽视的,所有尺寸的验收均需换算成气温18.4摄氏度时的尺寸,对细节的把控也从侧面反映出国内重大装备制造水平的进步。
此外,设备制造工艺的提高也推动了设备制造水平的进步。从三峡升船机到向家坝升船机,大型齿条的批量生产带动了国内相关关键设备的投入和进步,使相关厂家在表面感应淬火等方面迈上了一个新台阶。
向家坝升船机大型铸造齿条的制造成功,表明我国在大型铸造齿条感应淬火、大型铸造齿条制造及拼装等领域已经完全掌握了核心技术,这些关键技术的推广将促进国内制造行业整体水平的提升。
对我国重大装备综合实力的再次检验
向家坝升船机主体设备安装尺寸、重量超大,突显运输、吊装关键技术的重要。
船厢结构总重量约1803吨,分为51个分段制造,在现场焊接而成,最大分段厢头分段长达16.4米,宽5.37米,高7.6米,重量超过85吨;上、下闸首工作闸门尺寸巨大,门体高度达16米,最大宽度20.44米,最大运输单元重达120余吨。这些大件的运输、吊装是管控的重点,向家坝升船机建设者超前研究、比选多种运输、吊装方案,采用300吨履带吊等多台大型起重设备协调作业,圆满完成了大件的运输、吊装任务。
主体设备精度要求高。
船厢结构先在工厂整体预拼装,分节运输至现场后拼装焊接,它外形长125米、标准段宽16.4米、高7.5米,125米长的外形尺寸允许偏差只有正负10毫米,这样高的精度要求制造及拼装过程中严格控制加工余量、焊接变形及拼装顺序等,对精确测量、加工、焊接技术等都有很高的要求。向家坝升船机船厢结构顺利完成制造、拼装展示了我国在重大装备制造精度上实现了大的跨越。
向家坝升船机主体设备集成制造展示了我国作为“制造大国”的技术实力。
升船机主体设备种类多,这些设备或制造工艺复杂,或精度要求高,或耐磨性要求高,或行程同步性要求高,或压力要求高,这些都是对制造技术综合实力的考验。向家坝升船机除钢丝绳组件、驱动系统个别设备等进口外,绝大部分设备均实现了国产制造。
推动重大装备国产化进程是三峡集团一直以来的传统,向家坝升船机建设是对这一传统的又一次继承和发扬,向家坝升船机的成功建设,标志着我国在升船机设计、制造、安装、调试的技术水平达到了世界先进水平,展示了“中国制造”的新实力,也是三峡集团贯彻新发展理念、推动高质量发展的又一例证。