用户名:   密码:
站内搜索:        

 

 

央视《经济半小时》:三峡大坝上的“船舶电梯”


发布时间:2016-10-27
 
(来源:央视网2016年10月26日 23:25 )
 

    又一中国奇迹震惊全球!50年磨一剑,"超级电梯"横空出世
  
  央视财经(《经济半小时》)在世界上迄今为止,最大的水利枢纽工程,长江三峡大坝。9月18日,一个举世瞩目的工程在这里揭开了神秘的面纱,它就是三峡升船机。

  作为工程的收官之作,三峡升船机是三峡水利枢纽的永久通航设施之一,布置在枢纽工程左岸。三峡升船机过船规模3000吨级,最大提升高度113m,承船厢及其设备加水后总重量约15500吨。只需约40分钟,就可以完成近40层楼房高度的垂直升降。有人将它形象地比喻为“船舶电梯”。

  
  这也是目前世界上规模和技术难度最大的“船舶电梯”。
  
  9月18日开始,三峡升船机进入了为期一年的试运行阶段。工作人员一方面要通过试运行熟悉各个环节的操作流程,一方面要在现场进行相关调试,确保三峡升船机在正式通航后运行得更为平稳、安全。对于他们来说,每一次船只的通过都意味着一场考验。
  
  10月9日对于升船机来说是一个特殊的日子,这一天,升船机将第一次同时通过三艘船舶。
  
  下午4时,三条船缓缓驶入船厢。
  
  在现场工作人员的协助下,船只依次驶入船厢,封闭门升起,船厢与下闸首门间隙中的水被排除。船厢开始平缓上升。约9分钟后,三艘船舶从84米高程提升到173米高程,驶入上游。
  
  随后,三艘船只又从上游返回。
  
  从上游引航道驶入船厢,可以清楚地看到整个三峡工程的全貌。升船机位于整个三峡枢纽工程的左岸,引航道与水面形成一个巨型大门,仿佛在夹道欢迎往来的船只。
  
  进入船厢,上下游水位之间的落差清晰可见。升船机的作用就是要让通航船只顺利跨越这最高可达113米的水位落差。
  
  在傍晚的天光中,伴随着路灯昏黄的灯光,船厢开始缓缓下降。如果不是依据两边滚动的钢绳和前方的参照物,站在船厢里几乎感受不到船厢的运行。晚上6点半左右,船厢顺利到达下游水面位置,试航也顺利结束。
  
  在常人看来,眼前的这个庞然大物似乎只是电梯的升级版,但是为了研发制造出这一目前全世界技术难度最高的升船机,几代人都为之付出了自己的青春年华。
  
  震惊全球的中国奇迹:50年磨一剑 “超级电梯”横空出世
  
  
  
  田泳源,国内著名通航建筑物专家。1962年大学毕业后,田泳源便加入了当时的长江水利委员会,那时的中国就已经开始研究如何在长江上建设大坝,并能顺利通航。而田泳源接到的第一个任务便是研究三峡升船机,从此,一干就是五十多年。
  
  在升船机技术比较成熟的德国、比利时等国家,升船机主要是应用在运河上,水流平缓,水文条件相对简单。而要在三峡大坝上建造升船机,却必须面对极为复杂的水文条件。
  
  三峡枢纽工程质量检查专家组成员 田泳源:它的上游水位变幅是从145米到175米有30米,你要在这个30米的高度上,任何一个高度,都要使这个升船机的沉船箱准确停靠,下游的水位变幅呢,也进行12米,他的变率也比较快,就是到发电,泄洪,以及船闸泄水的影响,这个下游啊,航道里的水位变幅比较快,一个小时可能会达到一米,他要适应这个水位变的快,这样一个特点,这两个特点,在国外已经建的升船机当中,都是没有的。
  
  没有国外技术借鉴,只能自己想办法。田泳源和他的同事开始潜心研究升船机技术。1968年,他们终于将自己的研究成果第一次付诸实践,在湖北汉江与支流丹江汇合的地方,建设了丹江口升船机。
  
  然而丹江口升船机建设后,技术研发便陷于停滞。1979年,三峡工程建设终于再次被提上了议事日程。1983年,田泳源参加了国家升船机联合考察组,赴德国、比利时和法国实地考察。最终专家们选择了两种方案,分别是钢丝绳卷扬式和齿轮齿条爬升式。
  
  田泳源:我们做的时候就是两个方案都是可行,都是安全可靠的,那么钢丝卷扬的呢,它的造价比较低,齿轮齿条,爬升的增加比较高,在当时论证的期间,国内制造有一定难度,所以这个就上去了。
  
  1985年,全平衡钢丝绳卷扬一级垂直升船机作为推荐方案得到国家批准。但即便造价较低,考虑到当时的国力,这一项目何时能实现也还是一个未知数。
  
  1994年,三峡大坝正式动工。但是作为三峡大坝主体工程的一部分,三峡升船机却迟迟没有动静。
  
  
  
  中国工程院院士 陆佑楣:因为当时经济发展的情况,1000万的提高到1亿吨那已经足够了,是这个感觉是不是升船机就不要了?还有一种意见就是升船机的形式就是担心升船机能不能成功,所以这两个因素升船机就缓建。
  
  尽管升船机决定缓建,但是相关的研究工作却并未停止。事实上,老一辈专家们提出的三峡升船机关键设备、塔柱结构等重大科研课题均已纳入到了国家 “七五”、“八五”、乃至“九五”科技攻关。
  
  最初三峡升船机选用的方案是钢丝绳卷扬式。但是作为原中国长江三峡总公司总经理,2003年,70岁的陆佑楣考察了德国的尼德芬诺升船机,这座当时已经安全运行了70年的升船机采用的是齿轮爬升方式。
  
  2003年9月,国务院三峡工程建设委员会通过了“全平衡,齿轮齿条爬升、长螺母柱短螺杆安全系统一级垂直升船机”技术方案,并恢复三峡升船机建设。同之前的钢丝绳卷扬式方案相比,这一方案在提升可靠性的同时,也给国内装备制造业提出了新的挑战。
  
  钮新强,中国工程院院士,长江勘测规划设计研究院院长。三峡升船机总体设计由长江设计院负责,其中船厢室段塔柱及升船机主体设备的初步设计工作由德国一家公司和长江设计院共同承担。作为国内第一台千吨级以上的齿轮齿条爬升式升船机,这一方案不仅在国内绝无仅有,在世界范围内也是第一次建造。
  
  
  
  钮新强:三千吨的通航规模,提升高度达到了113米,确实这样的枢纽上面,也就是它通航的水位条件是非常复杂的,这样一种综合技术难度如此之大,规模如此之大,是世界上没有的。
  
  钮新强院士告诉央视财经《经济半小时》记者,从上世纪50年代算起,国内先后有一百多家单位、数千名人员投入到三峡升船机相关课题的攻关中。随着齿轮齿条爬升式方案的推出,又有多家国内装备制造企业投入研发,摆在这些人面前的一个首要问题就是——三峡升船机究竟能否建成。
  
  中国工程院院士解密:三峡“船舶电梯”幕后不为人知的故事
  
  早在1788年,英国就建造了世界上最早的机械化升船机,进入20世纪,现代化大型升船机开始出现。1934年,德尼德芬诺齿轮齿条爬升式升船机使升船机发展进入新的历史阶段。此后,升船机工程技术日益进步,目前仅我国就有60多座升船机。三峡升船机难在哪里,研发建设过程中的攻关。
  
  为了验证三峡升船机的原理,国内先后在湖北清江隔河岩和福建水口建设了两座升船机,作为三峡升船机的试验机。
  
  武汉船舶工业公司副总经理 张世平:我们有200人左右的团队,就是这个1+6团队,有200人的科研技术团队,进行30个左右课题的科技攻关。
  
  经过几年的准备,2010年,武船成为了三峡升船机主体工程的总包方。眼前的这个长方形的部件就是升船机的主体结构——船厢。三峡升船机船厢有效尺寸长120米,宽18米,水深3.5米,容积相当于4个奥运会标准泳池。这是中国企业第一次制造规模如此巨大的船厢。
  
  武汉武船重型装备工程有限责任公司总经理 黄星:船厢原来我们从70多米,现在做到132米,从最大的一千吨做到现在的三千吨,这一块在整体的尺度上面,在结构上面,这一块的处理包括上面,设备量和系统量是大大的多余我们国内传统的生产量。
  
  对于黄星来说,升船机船厢本身并不陌生。国内第一个提升重量为千吨级的升船机便由这家企业制造,不仅如此,黄兴所在的集团参与了目前国内80%以上的升船机项目。但是这次作为三峡升船机船厢的总装厂,船厢不仅在规模上,也在技术上给黄兴带来了全新的挑战。此前,世界最大垂直升船机位于比利时中央运河,其过船规模为1350吨级,提升总重量为8800吨,最大提升高度为73米。而这一次三峡升船机过船规模为3000吨级,提升总重量为15500万吨,最大提升高度为113米。不仅如此,巨大的船厢还必须在大坝现场安装完成。
  
  
  
  黄星:我们当年把这个船箱端头的这个分段做出那个整分段,当时最难的是184吨,尺寸最大的是重量分段,它的重量120多吨但是它的尺寸达到了24米5,然后高度达到了10米,宽度是2米三。
  
  黄星说,整个船厢结构重量约为5000吨,需要分段进行制造、运输,最终在现场焊接拼装。这里的难点在于,如果分段多了,现场焊装拼接变形更大,精度难以控制;如果分段少了,运输和现场吊装就会困难重重。最终,黄星决定将船厢分成51段。而这对精度提出了更高的要求。
  
  只有几毫米的误差,难度巨大,即使是只考虑热胀冷缩也会超过这个标准。而为了保证现场的安装精度,黄星不仅在电脑上通过仿真进行模拟试验,还在出厂前组织技术员们在工厂内将51个部件进行了一次完整的拼装试验。
  
  让黄兴记忆最为深刻的还是船厢圆弧形封闭门的加工。过去国内升船机的封闭门全部采用长方形的卧倒门。而这一次德方设计采用了弧形门。在现场安装过程中,为保证同心度,需要进行二次加工,精度要求控制在1毫米以内。可是国内并没有相应的制造升船机弧形门的专用设备,如果花大价钱购买则面临成本的高企,黄星和他的团队只能自己想办法。
  
  黄星告诉央视财经《经济半小时》记者,自主研发的这套加工方案不仅比直接购买德国设备节约了90%的成本,精度误差最终也控制在了0.3毫米以内,并因此获得了专利。
  
  在这次三峡升船机主体设备的装备制造中,黄星所在的集团实现了多个第一次,从船厢结构到小齿轮托架,从超大模数硬齿面的齿轮轴,到超大规格的螺母柱安装,集团也因此收获了一个又一个的专利。
  
  张世平:我们经过六年多的运行,先后克服了29个核心攻关项目,应该说我们申请的专利也有二十几项,后面还有一些专利要申请。
  
  三峡升船机是国内第一个采用齿轮齿条爬升式的升船机,也是目前世界上最大的升船机。当中的一个关键部件——齿条的诞生却并非一帆风顺。
  
  三峡升船机是国内第一个采用齿轮齿条爬升式方案的大型升船机。在船厢四周的混凝土结构上,镶嵌着共计由104节齿条拼装成的四组大型齿条链,这是三峡升船机区别国内以往钢丝绳卷扬式升船机的一个关键部件。其中单个齿条长约4.7米,宽1.2米,高0.5米,重约为10吨,相当于10辆普通小汽车的重量。
  
  中国工程院院士长江勘测规划设计研究院院长 钮新强:我们国内的装备制作方面能不能达到要求,你像齿轮齿条它的机械上面就有个参数,就是模数,62.67,就是这样一个模数,这个在国内外没有,而且超过当时国内的制造能力,应该说还是比较多的。
  
  当时对于这个齿条究竟能否制造成功,没有人有十足的把握,国内也有一些专家表达了否定的看法。2008年,三峡集团在全国选择了五家装备制造企业制造齿条样件,最终这一课题落在了中国二重的肩上。由于三峡升船机的齿条是在露天环境使用,润滑状态较差,加上规格和载重都远远超过以往升船机的齿条,这给制造提出了严苛的条件。
  
  中国第二重型工业集团公司副总工程师 史苏存:它的要求是非常高的,因为要求高就带来后续制造的一系列的这个矛盾,比如说最突出的矛盾就是表淬,表淬开裂,是我们当时齿条硬件制造过程中遇到的最大的矛盾。
  
  表面淬火是齿条加工中的一种常用技术,目的在于获得高硬度,高耐磨性的表面,而心部仍然保持原有的良好韧性。在三峡升船机之前,全世界没有任何一个升船机使用过如此大型的齿条,作为公司三峡齿条项目的负责人,史苏存发现,摆在团队面前的是一道没有现成答案的难题。
  
  史苏存:这个是世界上第一个最大的模数的齿条采用表淬,世界上都没有经验,这个材料做到这个表淬这么深,硬度这么高,能不能做得到,当时我们心里头也是很担心,越往下做越担心。
  
  为了完成齿条加工的任务,当时史苏存从德国采购了最先进的设备。在订购时史苏存要求德方先加工出一个合格的齿条样件。当第一个样件铸造完毕,检测时发现没有裂纹。史苏存心里的一块石头终于落了地。就在大家以为问题解决了时,一个意外发生了。
  
  
  
  史苏存:他们就把样件一起给我们发过来,样件发回来以后,设备还没有到,设备还在路上,样件过来以后,我们把样件大概一看,肉眼已经看到样件上就是有很多裂纹在上头。这就是延迟了,里头硬状态比较大,它自己运输的过程中,它自己就裂掉了,后来我们把这个消息就是告诉德国,我说这个齿条又裂了,他们都不相信,他们也过来看,他们一看他们也傻眼了,他们也找不到一个更好的办法来解决这个问题。
  
  寻求世界最先进的德国技术却没有结果,摆在史苏存和他的团队面前的,只有一条路,自主研发。为了试验,团队先后制造了十几个齿条样件作为试验品,进行参数的调试和分析。
  
  史苏存:前期的从毛坯到我们表淬大概有十几个齿条是费掉的。
  
  记者:这十几个齿条对于您来说可能成本比较重要是吧?
  
  史苏存:从我们晋江共建来讲的话,一根齿条组建下来得要百八十万的成本。
  
  如今在工厂的车间里,依然可以看到当初试验留下来的样件。这些样件上的裂纹无法用肉眼看到,只能通过特殊的仪器来监测。而为了生产出一个合格的齿条,史苏存和团队花费了近2年的时间,做了近30组试验。
  
  当时距离交付日期只剩下不到两年的时间。2011年11月,新的一个齿条样件制造完毕,团队所有成员的目光都聚焦在这个样件的上面。
  
  这是三峡升船机第一节没有开裂的齿条。史苏存和团队的成员们终于看到了曙光。最终他们不仅成功完成了三峡升船机齿条项目,也收获了三项专利。2015年,为了检验三峡升船机齿条制造质量,国家科技部委托郑州机械研究所进行了齿条疲劳度试验,结果疲劳试验机已经坏掉,齿条依然完好。经过初步的试验测算,三峡升船机齿条的运行寿命可达七十年。如今,这些凝聚着国内制造企业智慧的齿条已经安装在三峡升船机上,接受试运行的检验。
  
  三峡升船机意义重大:承载几代中国人的梦想
  
  在三峡升船机通航之前,五级船闸是三峡枢纽工程的唯一通航设施。这也是世界上规模最大的内河船闸,全长6400米,其中船闸主体部分1600米,引航道4800米。截至2016年6月16日,三峡双线五级船闸已经安全高效运行13周年,货物累计通过量9.16亿吨。
  
  中国工程院院士 陆佑楣:五级船闸等于爬楼梯一样都要上升20几米,一共分五级抬上去或者下来,就等于是一个楼梯的概念。那么有一些船舶可能有紧急任务,需要快速的通过,那么有没有快速通道就是升船机,升船机是一个辅助的通航设施,有快速任务的,有个别的船,有时间要求的,运送的物资也好,客轮也好,都可以通过。
  
  陆佑楣院士告诉央视财经《经济半小时》记者,三峡升船机作为三峡枢纽的辅助通航设施,旨在为客货轮等需要快速通过或执行紧急任务的船舶提供专用通道。随着长江经济带的开发和一带一路战略的提出,长江作为黄金水道的作用日益突显。三峡升船机不仅可以给船只节约2小时左右的通航时间,正式通航后,预计每年将替五级船闸分流几百吨的运量。
  
  如今,距离田泳源参与三峡升船机项目的研发已经过去了半个多世纪。在田泳源看来,三峡升船机的制造不仅是完成了一项世界一流的工程,实现了几代人的梦想,更是为今后国内装备制造行业培养了一批一流的团队。

 

 

 

        

版权所有:国务院三峡工程建设委员会办公室 备案/许可证编号为:京ICP备15018137号
您是第13194072位访问者   最佳浏览模式:1024*768分辨率
网站保留所有权利,未经允许不得复制、镜像