三峽工程齒輪齒條爬升式升船機設計

鈕新強，覃利明，于慶奎

（長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院，武漢 430010）

1 前言

升船機工程布置在樞紐左岸，是三峽工程的通航設施之一，與雙線五級船閘聯合運行，其主要作用是為客貨輪和特種船舶提供快速過壩通道。三峽升船機過船規模為3 000 t級，最大提升高度113 m，上游通航水位變幅30 m，下游通航水位變幅11.8 m，設計下游最大水位變率±0.50 m／h，具有提升重量大、提升高度大、上游通航水位變幅大和下游水位變率快的特點，是目前世界上技術難度和規模最大的垂直升船機。

三峽升船機工程由上游引航道、上閘首、船廂室段、下閘首和下游引航道幾部分組成，全線總長約6 000 m。

三峽升船機采用齒輪齒條爬升式，其方式比選經歷了漫長過程。自1958年開始，長江水利委員會會同國內有關科研機構、設計單位、大專院校對三峽升船機的形式進行了平衡重式、浮筒式、水壓式、液壓式、水力式及半水力式和帶中間渠道的兩級齒輪齒條爬升式等多方案的研究比較。在1993年5月國家審查通過的《三峽工程初步設計報告》中，升船機形式推薦采用“鋼絲繩卷揚全平衡垂直提升式”。

1995年之后，為進一步提高升船機的安全可靠性，充分借鑒和吸收國外在升船機建設方面的成功經驗，受三峽集團公司的委托，長江勘測規劃設計研究院對齒輪齒條爬升式升船機方案進行了專項設計研究，提出了《三峽齒輪齒條爬升式升船機主體部分設計研究》和《三峽垂直升船機主體部分方案比選》等報告。2003年3月，經三峽集團公司審查通過，三峽升船機方案由鋼絲繩卷揚提升式改為齒輪齒條爬升式，并上報國務院三建委，同年9月，三建委第十三次全體會議批準了對三峽升船機形式的修改。

2004年至2007年，三峽集團公司組織長江勘測規劃設計研究院聯合德國“拉麥爾－K＆K”設計聯營體（JV）對三峽工程齒輪齒條爬升式升船機進行了深化設計。2007年6月，依據深化設計成果長江勘測規劃設計研究院編制完成了“長江三峽水利樞紐升船機總體設計報告”。同年7月，三建委質量專家組通過了對該報告的審查，以此為標志，三峽工程升船機建設進入了設計和施工的重要階段。

2 升船機總體布置設計

升船機上、下游由閘首建筑物擋水，形成承船廂的全平衡運行條件，閘首上布置有滿足擋水和過船需要的閘門及其啟閉機等設備。位于上、下閘首之間的船廂室段，為升船機的主體段，由塔柱結構及其頂部機房、承船廂、平衡重系統，以及電力拖動、控制、檢測等建筑物和設備組成。

船廂外形總長132 m，標準斷面外形寬23 m，有效尺寸120 m×18 m×3.5 m（長×寬×水深），船廂結構及其設備，連同廂內水體總重約15 500 t，由相同重量的平衡重平衡，通過256根φ 74 mm的鋼絲繩懸吊，在兩側塔柱結構和上、下閘首圍成的船廂室內升降運行。

船廂兩側對稱布置四個側翼結構，其位置與4個塔柱筒體的凹槽相對應，在每個凹槽的墻壁上，分別鋪設一條驅動機構齒條和一條安全機構螺母柱。船廂驅動機構和安全機構，布置在4個側翼結構上，通過驅動機構小齒輪沿齒條的運轉，實現船廂的垂直升降。船廂升降時，在船廂上與驅動機構同步運行的安全機構短螺桿在螺母柱內空轉，當遇到平衡被破壞的事故時，可通過螺母柱將船廂鎖定在塔柱結構上。

船廂與閘首對接時，由鎖定機構鎖定，4套鎖定機構設在安全機構的上方，在船廂升降過程中與安全機構同步轉動，船廂停位后作為豎向支承將船廂鎖定在螺母柱上；與閘首對接時，船廂與閘首之間的間隙，由布置在廂頭的間隙密封機構密封；船廂的升降運行通過兩套縱向導向機構和4套橫向導向機構導向，縱向導向機構布置在船廂中部兩側，橫向導向機構分別布置在四套驅動機構的下方；船廂兩端由下沉式弧形閘門擋水，閘門內側設有防撞裝置，其活動桁架兼作船廂兩側聯系的人行橋；在驅動機構下方和船廂中部及兩端設有電氣室與機房，內設不同功用的電氣、液壓等設備。

船廂室段的建筑物平面尺寸為121.0 m×58.4 m，建基面高程 47.0 m，船廂室底板高程50.0 m，塔柱頂高程196.0 m，機房頂高程217.0 m。承重塔柱結構對稱布置在船廂兩側，由墻體、筒體、聯系梁等結構構成，其布置總長119 m、寬16 m，兩塔柱之間距離25.8 m。墻與筒體之間，通過設在不同高程的縱向聯系梁實現縱向連接。兩側塔柱凹槽的尺寸，順水流向19.1 m，垂直水流向7.0 m。

平衡重分成16組對稱布置在塔柱結構的16個平衡重井內，沿鋪設在混凝土墻壁上的軌道升降，每組平衡重底部懸掛一條平衡鏈，用于平衡滑輪兩側鋼絲繩長度變化的自重載荷。

兩側塔柱結構在高程196.0 m以上，分別布置了一個長119 m、寬21.7 m、高21 m的機房，機房內布置有平衡滑輪組和供檢修用起吊設備。在兩個機房之間，布置有升船機中控室和觀光平臺。升船機計算機監控系統等電氣設備布置在中控室內。升船機總體布置見圖1，外觀效果見圖2。

圖1 升船機總體布置縱剖面圖Fig.1 Longitudinal profile of general layout of ship－lift

圖2 升船機外觀效果圖（下游視）Fig.2 Appearance of ship－lift（from the lower reach）

3 塔柱結構設計

3.1 結構布置

每側塔柱由兩個筒體和三個承重墻組成，筒體與墻相間布置，每個筒體長40.3 m，寬16.0 m，壁厚1.0 m。筒體在平面上呈凹槽形，螺母柱和齒條裝設在凹槽的側壁上，在凹槽外圍布置有樓梯間、電梯井和電纜豎井。在高程84.5 m設平衡重在下游的安裝平臺，同時兼作升船機塔柱與下游間的交通通道；高程185.0 m平臺為升船機與壩頂間的交通通道；高程175.0 m、高程189.0 m平臺為平衡重在上游的安裝檢修平臺。

兩側塔柱在頂部高程196.0 m，通過7根橫梁和兩個平臺實現橫向連接，中控室平臺和觀光平臺分別布置在上、下游塔柱筒體凹槽的上方。

在塔柱與承重墻之間的開敞式區域和筒體內，布置有平衡重井道，兩側共16組。塔柱筒體在高程84.0 m、98.0 m、112.0 m、126.0 m、140.0 m、154.0 m、168.0 m、175.0 m、189.0 m 和 192.5 m 分別設有平臺，用于滿足平衡重安裝、檢修以及結構局部穩定的構造需要。開敞區域的縱向聯梁與筒體內的平臺高程相對應。

塔柱筒體內還設有電纜豎井、電梯井、樓梯間及防煙豎井等結構。塔柱結構外觀見圖3。

3.2 結構計算

塔柱結構的載荷種類與作用工況十分復雜，結構設計計算中主要考慮的荷載包括永久荷載、活荷載、偶然荷載和運行荷載等。其中，永久荷載包括結構自重、船廂與平衡重重力、塔柱基礎底板揚壓力等；活荷載主要包括各樓層活荷載、風荷載和溫度荷載等；偶然載荷主要為地震載荷；運行荷載主要包括螺母柱載荷、齒條載荷、船廂縱導軌載荷、船廂橫導軌載荷以及平衡導軌載荷等。

圖3 塔柱結構外觀效果圖Fig.3 Appearance of tower structure

采用的荷載組合包括基本組合和特殊組合。其中，基本組合包括永久荷載組合、永久荷載+樓層活荷載+風荷載、永久荷載+樓層活荷載+風荷載+0.5×溫度荷載；特殊組合包括船廂事故鎖定工況和地震組合工況，即永久荷載+活荷載+風荷載+事故荷載、永久荷載+活荷載+0.2×風荷載+地震作用。

塔柱結構需滿足承載力極限狀態和正常使用極限狀態的驗算。采用三維有限元塊體單元對塔柱結構進行了線彈性計算，其中，應力計算結果為：在永久荷載作用下，底板建基面上的豎向正應力均為壓應力，墻體部位的壓應力值為1.5～3.5 MPa，底板表面在墻體部位的水平向應力為拉應力，拉應力值小于2 MPa；墻體在靜力荷載作用下的豎向正應力均為壓應力，最大值約6 MPa。

塔柱結構的變形對齒輪齒條爬升式升船機設備的設計和運行有很大影響，特別是螺母柱、齒條和導軌等部位的變形對船廂驅動機構、安全機構和導向機構等設備有著直接的影響。計算分析表明，塔柱左、右側結構的最大變形發生在頂部，左、右側結構的相對變形發生在中部。

根據三峽工程的地震危害性分析，對塔柱地震下的變形進行了動力計算，動力計算采用振型分解反應譜法和振型分解時程分析法，其中設計地震加速度代表值采用0.067 g。計算結果表明，地震荷載作用下塔柱的變形基本上是協同的，沒有相對變形。

靜力與動力計算結果表明，在各種載荷及其不同組合作用下，塔柱水平橫向最大變形不超過80 mm，最大相對變形不超過30 mm。船廂機構必須能適應上述最大變形的要求，考慮設備制造、安裝誤差和不可預見因素后，確定船廂機構適應縱、橫向相對變位的能力為±120 mm。

4 船廂及其機械設備設計

4.1 設備布置

船廂采用盛水結構與承載結構合為一體的自承式結構。船廂上布置了驅動機構、安全機構、縱導向及頂緊機構、橫導向機構、船廂對接鎖定機構、船廂門及啟閉機、防撞機構、間隙密封機構、充泄水系統、液壓泵站等機械設備，以及變壓器、控制柜、現地控制等電氣設備。

船廂兩端設下沉式弧形閘門，每扇閘門由兩臺液壓啟閉機啟閉，閘門開啟后臥于船廂底鋪板以下的門龕內。在船廂門的內側設有帶液壓緩沖的鋼絲繩防撞裝置，工作時鋼絲繩橫攔在閘門前，過船時鋼絲繩由桁架提起。船廂兩端分別布置一套間隙密封機構，在船廂與閘首對接時，U形密封板從U形槽推出，形成密封區域。

船廂上設有4個驅動室，對稱布置在船廂兩側的4個側翼上。每個驅動室內分別布置有船廂驅動機構、事故安全機構、對接鎖定機構以及相應的電氣和液壓設備。4套驅動機構通過機械軸聯結，形成機械同步系統，驅動船廂豎直升降。安全機構的旋轉螺桿通過機械傳動軸與相鄰的驅動結構聯結，二者同步升降。船廂對接鎖定機構布置在安全機構上方，通過機械軸與安全機構旋轉螺桿連接，與安全機構共用螺母柱承載。驅動系統的齒條和安全機構的螺母柱安裝在混凝土塔柱上。船廂驅動機構、安全機構和對接鎖定機構設備布置見圖4。

在每套驅動機構的下方各布置有一套橫導向裝置。橫導向裝置除用于船廂的橫向導向外，還用于承受橫向地震耦合力。船廂縱導向及頂緊裝置布置在船廂橫向中心線處，除用于船廂的縱向導向外，還用于對接期間的頂緊以及承受船廂的縱向地震耦合力。

圖4 船廂驅動機構、安全機構、對接鎖定機構設備布置Fig.4 Layout of driving mechanism，safety mechanism and docking－locking device of ship chamber

在船廂兩端的底部及主縱梁內各設有一套水深調節與間隙充／泄水系統，呈反對稱布置，二者能同時運行并互為備用。在船廂兩端的機艙內和4個船廂驅動室內分別布置有一套液壓泵站，其中兩端機艙內的液壓泵站，用于操作布置在船廂兩端的間隙密封機構、防撞裝置、船廂門啟閉機及其鎖錠以及船廂橫導向裝置的液壓油缸；布置在驅動室內的液壓泵站，用于驅動機構的液氣彈簧、對接鎖定裝置以及船廂縱導向與頂緊裝置的操作。

船廂上設有10個電氣設備室，其中8個布置在驅動室的底層，2個布置在船廂端部的機艙內，用于布置變壓器、控制柜、開關站等電氣設備。船廂設備布置見圖5。

圖5 船廂及其設備布置三維效果圖Fig.5 3D effect of ship chamber and its equipment arrangement

4.2 船廂結構

船廂為槽形薄壁鋼質焊接結構，由主縱梁、次縱梁、主橫梁、普通橫梁、底鋪板結構、廂頭結構及側翼結構等構成船廂的主承載結構；由兩側箱形主縱梁的內腹板、底鋪板及兩廂頭門構成船廂的盛水結構。兩側主縱梁外腹板外側伸出兩對側翼平臺，用于布置船廂驅動機構與事故安全機構及相關電氣設備。船廂外形長132 m，標準斷面寬23 m、高10 m，側翼平臺處寬39.2 m，安全機構橫梁處高11.5 m。廂內兩側壁各裝有三道厚200 mm的護弦，兩主梁之間凈寬18.4 m。

箱形主縱梁外形尺寸132 m×2.3 m×10 m（長×寬×高），2根主縱梁之間由2根安全機構橫梁、2根驅動機構橫梁及26根普通橫梁連接。

船廂結構總重約4 270 t，主承載結構采用Q345D，擬分成53個分段制造，在船廂室現場拼焊成整體。

對船廂結構進行了有限元計算分析，計算成果表明，主要構件的強度均基本滿足強度要求，船廂在齒輪、螺母柱、鎖定、縱導向、橫導向、廂頭閘門支鉸處及間隙密封機構等主要部位的變形值，能夠滿足機構運行協調條件，主縱梁、螺母柱橫梁及齒輪處橫梁等結構的屈曲計算分析結果均能滿足要求。

4.3 船廂驅動系統

4套驅動機構對稱布置在船廂兩側，由小齒輪托架機構、可伸縮萬向聯軸器、機械傳動單元、同步軸系統以及向安全驅動機構傳遞動力的錐齒輪箱和傳動軸等組成。每套驅動機構的小齒輪由兩組機械傳動單元驅動。每組傳動單元包括一臺交流變頻電機、一臺平行軸減速器、一套工作制動器、一套安全制動器及相關的聯軸器等設備。4套驅動機構由布置在船廂底部的同步軸系統聯為一體，用于在某驅動單元的電機失效時傳遞動力。按照兩臺驅動電機發生故障時其余電機能驅動船廂繼續完成本次運行的原則，確定每臺電機的額定功率為315 kW。船廂驅動系統簡圖如圖6所示。

圖6 船廂驅動機構設備布置三維效果圖Fig.6 3D effect of ship chamber driving mechanism

小齒輪托架機構由小齒輪、旋轉導向架、擺桿、軸承和液氣彈簧等組成，具有傳力、適應塔柱和船廂之間的相對變位和限制齒輪載荷等功能。其中液氣彈簧是控制驅動機構運行的關鍵。液氣彈簧的初始預緊力可根據需要，通過改變液氣彈簧蓄能器的油壓來進行調整。當齒輪載荷小于由蓄能器油壓確定的彈簧變形設定載荷時，液氣彈簧保持初始位置。當齒輪負荷超過彈簧變形初始載荷時，油壓迫使活塞產生位移，進而呈現彈簧的特性。當齒輪的嚙合力恢復至設定載荷后，彈性位移消失，油缸復位。使小齒輪可適應塔柱相對于船廂的橫向相對變位和齒條的各種位置誤差。

船廂在±0.1 m誤載水深條件下升降運行時，驅動機構小齒輪的最大工作載荷約為4×1 050 kN，運行過程中遇到超載事故工況，電機停機、制動器上閘的載荷通過液氣彈簧預先設定，每個小齒輪的停機載荷為1 650 kN；驅動機構停機后，齒輪載荷將持續增加，直至安全機構螺紋副間隙消失，繼續增加的不平衡載荷由安全機構承擔，齒輪載荷達到最大，每個小齒輪的極限載荷約為2 200 kN。

4.4 事故安全機構

安全機構的主要作用是：運行時，當升船機的全平衡系統遭到破壞時，將船廂安全地鎖定在塔柱結構上，避免事故的進一步擴大；在船廂空廂檢修時，作為船廂的支撐鎖定。4套安全機構分別與4套驅動機構相對應，對稱布置在船廂兩側的側翼平臺上，與驅動機構之間通過機械軸系統連接，二者同步升降。安全機構主要由旋轉螺桿、撐桿、球面軸承、導向架、齒輪箱、傳動軸、螺母柱及其埋件等組成。安全機構布置如圖4所示。

在船廂升降過程中，旋轉螺桿隨驅動機構的小齒輪同步旋轉，螺牙與螺母柱螺紋面不接觸，在安裝時，二者之間在上下兩個方向均有60 mm的間隙。當驅動機構的小齒輪超載后，液氣彈簧發出停機信號，制動器上閘使齒輪停止轉動，隨著載荷的繼續增加，液氣彈簧產生位移，造成船廂與小齒輪之間的相對位置改變，從而造成安全機構螺紋副間隙改變，間隙完全消失后，螺母與螺桿的螺旋面相接觸，借助螺紋副的自鎖，將船廂的不平衡力傳至螺母柱，再經螺母柱傳到塔柱結構上，實現船廂的安全鎖定。

安全機構的設計主要考慮船廂水全部漏空、承船廂與閘首對接期間沉船、對接狀態水滿船廂、船廂室進水船廂受浮力，以及平衡重井進水平衡重受浮力等事故工況。其中，船廂室進水船廂受浮力和平衡重井進水平衡重受浮力為兩個方向事故載荷的控制工況。最大載荷分別為123 MN和33 MN。

撐桿的上、下端分別通過球面軸承與旋轉螺桿及軸承座連接，軸承座通過螺栓安裝在船廂主橫梁的上方。旋轉螺桿由導向小車沿螺母柱的4個導軌面進行導向，使其升降運行時相對于螺母柱對稱中心的位置保持不變。當船廂與塔柱之間有縱、橫向相對變位時，由導向小車帶動螺母柱內的旋轉螺桿一同變位，撐桿則以下端球頭為支點發生相應的偏轉，確保在任何情況下，安全機構能適應船廂和塔柱之間的水平相對變位。

安全機構螺紋副間隙是齒輪齒條爬升式升船機的一個十分重要的參數。間隙值的大小應適中，過大將造成安全機構和驅動機構設備規模的無謂加大，過小則將影響升船機的正常運行。由于傳動系統的制造誤差、塔柱及船廂的變位、設備的制造安裝誤差等因素的影響，螺紋副的間隙將在船廂升降過程中隨機變化，但在船廂113 m的全行程內，該間隙均應保持適當的余量，以確保在升船機正常運行工況下，螺紋副的上、下螺紋面均不接觸。設計確定的間隙值為±60 mm，通過對影響螺紋副間隙變化因素的分析計算，在確保設備制造、安裝和塔柱施工精度的條件下，該間隙可以滿足三峽升船機的實際運行需要。

4.5 對接鎖定機構

船廂對接鎖定機構的主要作用，是在船廂與閘首對接期間，承擔船廂豎直方向的附加荷載。對接鎖定機構共4套，布置在安全機構的正上方，與安全機構共用螺母柱，主要由旋轉鎖定螺桿、鉸接柱、上下導向架等組成。對接鎖定機構設備布置如圖4所示，構造如圖7所示。

旋轉鎖定螺桿采用開合式結構，由作為上下鎖定塊且帶有外螺紋的油缸缸體和作為油缸活塞桿的中心軸等部件組成。上下鎖定塊之間由8根螺桿連接，螺桿兩端與鎖定塊之間裝設有壓縮彈簧，在油缸油壓卸載后，張開的上下鎖定塊在彈簧的作用下自動閉合復位。鎖定塊外螺紋的螺距與安全機構相同，上下鎖定塊閉合后，其螺牙上、下表面成為連續的螺紋面。船廂升降過程中，開合式螺桿處于閉合狀態，并與安全機構螺桿同步在螺母柱內空轉；船廂與閘首對接期間，開合式螺桿在油壓作用下張開，使螺紋副間隙消失，從而將船廂沿鉛垂方向鎖定。對接鎖定機構的螺紋副間隙設計值為±74 mm，大于安全機構的螺紋副間隙值，因此，在船廂升降過程中遇漏水事故時，將由安全機構螺桿承受事故載荷；在對接期間船廂不平衡載荷超出對接鎖定機構設計載荷時，對接鎖定承載油缸將發生退讓，使超出的不平衡載荷作用于事故安全機構。

圖7 對接鎖定機構內部構造示意圖Fig.7 Internal structure of docking－locking device

在船廂退出對接狀態前，將通過船廂水深調節系統消除大部分鎖定載荷，為避免對接鎖定裝置的殘存載荷對驅動機構的齒輪、齒條造成沖擊，對接鎖定裝置的上下油腔需緩慢泄壓。對接鎖定裝置最大工作載荷為船廂±0.6 m水體重量，每套機構設計載荷為3 700 kN。

4.6 船廂橫導向機構

船廂上設4套橫導向機構，4套機構對稱布置在船廂兩側，位于驅動機構正下方，以齒條作導軌。每套機構由雙活塞桿導向油缸、導向架、補償油缸和液壓站等組成。設計通過將船廂一端兩導向油缸的兩油腔油路交叉互聯，使船廂的橫向載荷發生變化時，不致使船廂產生橫向位移。此種管路連接方式可使船廂能在塔柱任何變位條件和齒條制造、安裝誤差條件下，均處于左、右兩個齒條的正中位置。

船廂同一端兩只油缸的油路還與一套液壓補償系統聯接，補償系統由補償油缸和液氣彈簧組成，液氣彈簧則與液壓控制系統聯接。液壓補償系統的主要作用是吸收油缸內液壓油的熱膨脹，并補充油缸的泄漏。補償系統由兩個液壓缸串聯組成，其連接方式保證兩個導向缸的兩個油腔的體積有相同的變化量。

每個導向架上安裝了8組正、反向彈性導輪和4組正、反向彈性支承滑塊，均以齒條兩側底板的正、反面作為軌道踏面。彈性導輪通過一組予緊的碟簧支承，碟簧預緊力按導輪在船廂承受正常工況載荷時不發生退縮予以確定。船廂正常升降時，通過予緊的正、反向導輪導向并承受船廂上的橫向載荷，使滑塊與踏面之間保持2 mm的間隙；當船廂受到超過導輪彈簧預緊力的載荷后，導輪彈簧被壓縮，2 mm間隙消失后滑塊與軌面接觸，滑塊碟簧受壓縮，實現地震載荷通過油缸傳遞至導向架，最后經齒條傳遞至混凝土結構的目的。每套橫向導向裝置的地震載荷為3 400 kN，其彈簧系統總剛度65 MN／m。船廂橫導向機構設備布置示意見圖8。

圖8 船廂橫導向機構設備布置示意圖Fig.8 Layout of horizontal guiding mechanism of ship chamber

4.7 船廂縱向導向與頂緊機構

船廂縱向導向與頂緊裝置用于在船廂升降過程中對船廂實施縱向導向，在對接期間承擔并傳遞作用于船廂的縱向水壓力，以及在地震工況下向塔柱結構傳遞船廂與塔柱之間的耦合力。

船廂縱向導向裝置位于船廂橫向中心線，由一根彎曲梁及2套“導向—頂緊裝置”組成。彎曲梁安裝在船廂底鋪板結構下方，2套“導向—頂緊裝置”分別裝設在彎曲梁的兩端。“導向—頂緊裝置”由彈性導輪、頂緊機構和箱體結構等組成。導輪及頂緊機構裝設在箱體內，箱體通過螺栓與彎曲梁的端部聯結。每套裝置內包括2套由予緊彈簧支承的導向輪和2套頂緊機構，頂緊機構由“頂緊板”、偏心軸和驅動油缸等構成。

彎曲梁采用箱形結構，梁高2 m、寬4 m、長約23 m，采用Q345鋼拼焊而成，水平方向具有合適的剛度，可滿足地震對縱向支承剛度的要求。彎曲梁的中部通過彈性支座支承在船廂底部結構上，水平支座將承受作用于彎曲梁的正常運行縱向載荷、對接頂緊載荷及地震載荷。船廂縱導向“導向—頂緊裝置”構造示意見圖9。

圖9 船廂縱導向“導向—頂緊裝置”構造示意圖Fig.9 Structure of vertical“guiding－pushing device”of ship chamber

5 電氣傳動、控制系統設計

船廂的主電氣傳動與控制系統主要承擔著驅動船廂作升降運行的作用，它包括4個驅動單元的電氣傳動系統及控制系統。

船廂驅動系統的4個驅動單元對稱布置在船廂的4個驅動室內，每個驅動單元由1個傳動齒輪和2臺交流變頻調速驅動電動機組成，2臺315 kW驅動電動機通過傳動齒輪上的一根短的剛性軸相互連接，一個驅動點內的2臺電動機平均負擔該點的負荷。4個驅動單元采用“工”形剛性機械同步軸連接，組成了多電動機“機械同步”傳動“齒輪—齒條”爬升系統。該同步軸是船廂作水平運動的后備保障，正常運行時幾乎不承擔扭矩負荷。

驅動電機的變頻器由整流／回饋單元、逆變單元兩部分組成，采用“交—直—交”變流結構。其中整流／回饋單元采用主動前端、自換向、脈沖式結構，它與逆變器的功率器件均為絕緣柵雙極型晶閘管（IGBT）。在制動狀態運行時，整流／回饋單元將能量回饋至電網。

三峽升船機在已有“機械同步”的基礎上，再增加了“電氣行程同步”控制。正常運行情況下，“電氣行程同步”控制使得船廂4個驅動點的行程差≤±2 mm。當某個驅動點的電氣傳動裝置失效時故障點所需的驅動力矩，由其他驅動點的電動機增加近似相同的輸出轉矩，通過同步軸傳遞。當任何一個驅動單元的2套“變頻器—電動機”都因故障退出工作時，4個驅動點的電氣同步控制功能失效，該點所需的驅動轉矩全部需要由其他3個驅動點承擔，并通過“工”形同步軸傳遞。

系統允許8套驅動電動機中的任何2套因故障退出，并可在剩余的6套電動機的驅動下完成本次升降運行后再停機檢修。

6 結語

目前，三峽升船機工程建設已全面展開，正在進行塔柱結構混凝土澆筑和主體設備的制造、采購。盡管在招標設計階段，中、德設計方對三峽齒輪齒條爬升式升船機進行了深入的設計研究，設計中的主要技術問題已基本落實解決，并且該形式的升船機在國外已有成功的建設經驗，但由于三峽升船機在提升高度、過船規模、技術復雜程度和通航水力學條件等方面，均遠超已建升船機，國內也沒有同類升船機的設計和建設經驗可借鑒，因此，在升船機施工和設備制造、安裝、調試過程中，將不可避免地面臨諸多預想之中或之外的技術難題，需要設計、管理、建設、制造等參建各方繼續聯合攻關，為將三峽升船機建設成為運行安全、技術先進、質量優良的工程而共同努力。