三峡升船机是世界上规模最大、技术含量最高的垂直升船机，过船规模为3000吨级，最大提升重量15500吨，最大提升高度113米。其技术、制造、安装难度和规模均为升船机世界之最。

 

    高峡出平湖，电梯送过坝。作为三峡工程的“收官之作”，由中船重工研制的三峡升船机历经10多年的建设，于近日成功试通航，被誉为三峡工程最后的“谜底”终于揭开神秘的面纱。
 

 

    三峡升船机是世界上规模最大、技术含量最高的垂直升船机，过船规模为3000吨级，最大提升重量15500吨，最大提升高度113米。它系统众多，功能复杂，大部分设备型式及运作方式为国内首次采用，其技术、制造、安装难度和规模均为升船机世界之最。

 

    “这是一个庞大的机、电、液一体化系统，其复杂性超过目前任何提升设备。我们在设计、制造、安装调试过程中遇到许多技术难题，没有成熟经验可供参考、借鉴，全靠自己探索、解决。”中船重工集团董事长胡问鸣说。

 

    那么，“超级电梯”神在哪儿？日前，科技日报记者来到宜昌三峡大坝，一探奥秘。

 

    40分钟，轻舟扶摇直上百米高

 

    以前，船只过大坝都是通过三峡双线五级船闸。若进入上游，一艘艘载着货物和旅客的巨轮依次进入5个闸室，“拾级而上步步高”，被人形象地称为“爬楼梯”。

 

    随着长江水运量日益增长，三峡枢纽通航能力趋于饱和，升船机应运而生，就是在通航河流的大坝上，建造一座供船舶乘坐的快捷“电梯”，作为三峡五级船闸“楼梯式过坝”的有效补充，实现“大船爬楼梯、小船坐电梯”的分流。

 

    10月8日，记者乘坐轮船亲自体验“坐电梯”。12时20许，轮船沿着下游引航道缓缓驶入三峡升船机承船厢，承船厢就是电梯，一个3.5米水深的“大游泳池”。接着，承船厢载着轮船开始“抬升”，直至与上游水面齐平位置。13时，轮船平稳驶出，告别承船厢，进入上游水面。

 

    整个过坝过程历时40分钟。记者几乎感觉不到晃动或失重，如果没有外面的参照物，根本无法察觉承船厢一会儿就把轮船抬升到40层楼的高度。

 

    中船重工所属武汉船舶公司副总经理岳秋良介绍，三峡升船机投入运行后，客船及部分货船可借助其“电梯式”服务快速通过三峡大坝，由目前的3个多小时缩短至40分钟，大大提高船舶过坝效率。

 

    记者了解到，与船闸相比，升船机过坝还具有不耗水的特点，可提高三峡工程的通航调度灵活性和通航保障能力，使长江黄金水道通航能力提升20%。

 

    四两拨千斤，巧妙平衡设计轻松载万吨

 

    升船机虽然能托举万吨重量，但用的是巧劲，可谓“四两拨千斤”。关键就是其平衡之术。

 

    “升船机耗水耗电量都很低，靠的就是物理的平衡作用，即以平衡重保持受力平衡。”该项目总工程师胥福尧向记者介绍。

 

    升船机采用一只装有水的承船厢作为载体，运载船舶升降。利用这一条件，就在两侧设置同等质量的平衡重，来平衡带水船厢的总质量，从而实现系统“全平衡”的要求。

 

    升船机现场负责人刘科青打了个比喻，升船机就像一个天平，只需少量电力相助，就能轻松载万吨。

 

    那么，问题来了。一旦平衡打破，将面临灾难性后果。如何保障安全？

 

    “三峡升船机是采用齿轮齿条爬升平衡重式的垂直升船机，有螺母柱螺杆安全机构。”胥福尧说，这种形式升船机最大特点就是安全可靠性高，在船厢水漏空、沉船和地震等任何事故工况下，都能确保不发生承船厢坠落等重大设备和人身事故。

 

    胥福尧进一步解释，齿轮齿条爬升式升船机以大螺杆螺母作为安全装置，当升船机平衡条件破坏时，安全机构将自主锁定船厢，保证其纹丝不动。

 

    专家称，这也是我国第一座齿轮齿条爬升螺母螺杆式的大型升船机，比常见的钢丝绳卷扬式提升方案更安全。

 

    除此之外，升船机还实现了驱动系统故障运行的冗余控制。三峡升船机的四个驱动单元采用行程同步控制，每个驱动单元的两台电机采用出力均衡控制，当8台电机中的一台、两台甚至三台出现故障时，安定装置根据设定的规则无扰动地实现控制模式切换和故障单元退出，系统连续运行不受影响。通俗地说，系统的设备装置都有“备胎”，一用一备，一旦一台机器出了问题，“备胎”就能立即顶上。加之传感器对设备实时监测，如发生故障，传动装置有制动器应对。

 

    此外，三峡升船机还有迅速疏散旅客的设施，并与应急疏散口连接，旅客可以通过活动走道，经承重结构疏散、离开升船机。

 

    四人抬轿子，一元硬币直立不倒

 

    平衡一旦打破，就十分危险，因此保证船厢的水平状态，是最为关键的技术之一。

 

    三峡升船机采用4吊点8台315千瓦电机的驱动方式，带动小齿轮转动，实现承船厢的上、下行运行。4个驱动点之间必须在任一时刻保证高程同步，控制采用“电气行程同步+机械同步”的模式，同时以“电气出力均衡+机械同步”模式作为备用控制方案。

 

    在升船机启动、加速、运行、停机各个阶段严格按照平滑的速度曲线运行。有人测试，将一枚一块钱硬币立在承船厢上，待升船机升到上游时，硬币依然直立不倒，甚至未见轻微的晃动。

 

    “四点驱动，就像4个轿夫抬轿子，必须始终保持步调一致、快慢一致、高度一致，如果有一点不平衡，就会倾翻。但是，如果给4个人发命令，因为‘听’到命令还有时间误差，按照原有的国外设计做不到完全同步。”胥福尧说，技术人员通过自己设计研发，终于克服了这个瓶颈。

 

    由于采用了高精度的位置控制，升船机在整个行程中能够准确停在设定的任意位置，而且四个驱动单元任意时刻保证高程同步，同步运行行程偏差小于2毫米。研究人员还专门设计了升船机驱动机构位置同步测试系统，测试结果表明驱动点位置偏差大都在1毫米以内。

 

    科技人员还成功解决了船厢及其设备与塔柱变形协调，关键设备的制造等一系列世界级技术难题。

 

    “我们大胆创新设计理念、制造技术、施工工艺和管理方法，掌握了齿轮齿条爬升式升船机船厢设计制造和安装、船厢液压和机械系统安装、单机调试等多方面核心技术。三峡升船机的成功建造和试运行，体现了我国装备制造业已从仿制、跟跑到并跑、领跑的巨大进步。”胡问鸣表示。