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。