本發(fā)明涉及一種提高船閘通過能力的方法及裝置，屬于水運(yùn)交通技術(shù)。

背景技術(shù)：

船閘的通過能力取決于每閘次的時(shí)間周期及每批過閘船只的數(shù)量，縮短每閘次的耗時(shí)，使每天通航閘數(shù)增加，增加每批過閘的船只數(shù)，都可提高船閘的通過能力。

船閘通航每一閘次經(jīng)歷的工序?yàn)?以多級(jí)船閘下行時(shí)為例)：1)開啟第一閘首人字閘門，2)第一批船只依次由引航道駛?cè)氲谝婚l室排列并系纜，3)關(guān)閉第一閘首閘門。4)第一閘室向二閘室泄水，使二者水位持平。5)開啟第二閘首閘門。6)船只依次從第一閘室駛?cè)氲诙l室。7)關(guān)閉第二閘首閘門，此批船只繼續(xù)按上述方式向下游行進(jìn)。8)第二閘首關(guān)閉后，往第一閘室充水至與上游水位持平。經(jīng)過這些步驟，一個(gè)閘次的工序完成。然后，便可打開第一閘首閘門，讓下一批船只進(jìn)閘。可見，上述過程中，兩批船只過閘的時(shí)間間隔，即為船閘每個(gè)閘次的時(shí)間周期。此周期各工序的耗時(shí)可歸納為四部分來分析；1)各個(gè)人字閘門開啟、關(guān)閉耗時(shí)之和T1；2)各閘室充水、泄水的耗時(shí)之和T2；3)船只進(jìn)入第一閘室的耗時(shí)T3；4)船只移泊到第二閘室的耗時(shí)T4。對(duì)于大閘室船閘，T1、T2占每閘次時(shí)間周期的比重較小，且較為恒定，T3、T4則占每閘次時(shí)間周期的比重較大，而且依運(yùn)行方式不同，存在較大范圍的波動(dòng)。

目前的過閘方式，是由各艘單船或小單元船隊(duì)依次先后進(jìn)出船閘，在移動(dòng)時(shí)，為保持一定的安全距離，后船的啟航，須與前船有一段時(shí)間滯后?？梢姡块l次過閘的船只越多，累積的時(shí)間滯后就越長?？偟倪M(jìn)程就越慢。當(dāng)前面的船只進(jìn)入閘室就位后，閘室余下的空間越來越小，為避免發(fā)生碰撞、以及停泊在不浪費(fèi)空間的位置，后面船只的移動(dòng)必然緩慢，有時(shí)還要反復(fù)對(duì)推進(jìn)器進(jìn)行停車、倒車的操作來實(shí)現(xiàn)就位。對(duì)于閘室面積較大，每批船數(shù)較多的船閘(例如長江三峽樞紐船閘)T3與T4之和達(dá)數(shù)十分鐘之久，其耗時(shí)占每閘次時(shí)間周期的比重很大，以三峽五級(jí)船閘目前的實(shí)際運(yùn)行為例：每閘次的周期約90分鐘，其中人字門的啟、閉耗時(shí)T1約18分鐘，閘室的充、泄水耗時(shí)T2約24分鐘，而船只進(jìn)入一閘室及移泊至二閘室的耗時(shí)T3加T4則需48分鐘之久，這是造成每閘次時(shí)間周期過長的主要原因。再之，如欲將各種尺寸船只的數(shù)量與位置作最佳編排，以提高閘室容積的利用率，增加每次過閘船只數(shù)量。則因需耗費(fèi)更長的時(shí)間，抵消了提高容積率的效果。由拖輪拉拽或頂推一批船只集體過閘的方式，雖消除了各船只依次啟航、到達(dá)的時(shí)間滯后，耗時(shí)有所減少，但此方式至少存在以下缺陷：1)拖輪本身需要擠占閘室的一部分有效面積，這無疑減少了可容納船只的數(shù)量，降低了閘室面積的利用率；2)船只在閘室內(nèi)的減速及制動(dòng)過程須依靠水的阻力作用或推進(jìn)器倒車來實(shí)現(xiàn)，減速時(shí)機(jī)難以把握，就位操作復(fù)雜且耗時(shí)過長。

綜上所述，目前由各船依次、或由拖輪攜帶進(jìn)閘及移泊的過閘方式，無論是每閘次的時(shí)間周期，以及閘室空間的利用率，都決定了船閘的通過能力處于較低的狀態(tài)。

發(fā)明目的

針對(duì)上述的缺陷，本發(fā)明提出一種能使同批次船只同步進(jìn)閘及移泊的方法及裝置，以達(dá)到縮短每閘次時(shí)間周期、增加閘室面積的利用率，從而提高船閘通過能力之目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：根據(jù)閘室面積的大小，將每批過閘的船只預(yù)先在引航道等候處進(jìn)行編排，組成一列或數(shù)列縱向頭尾連接的臨時(shí)船隊(duì)，然后由設(shè)置于相應(yīng)位置的牽引架的拖拽，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)船隊(duì)的同步過閘。牽引架在每個(gè)閘室的兩端各設(shè)一具，在上、下游引航道各設(shè)一具，為橫向設(shè)置，牽引架上裝置有收、放拖拽纜索的卷揚(yáng)機(jī)，同步過閘的操作，由位于船隊(duì)前、后兩個(gè)方向的各一具牽引架通過纜索拖拽共同完成，每列船隊(duì)首船的船頭栓接向前拖曳的牽引纜索，末船的船尾栓接向后拖曳的制動(dòng)纜索。當(dāng)前方牽引架上的卷揚(yáng)機(jī)收聚纜索、后方牽引架上的卷揚(yáng)機(jī)放送纜索時(shí)，船隊(duì)受拖拽向前行駛，(為穩(wěn)定航向，向后纜索可對(duì)船隊(duì)施加適當(dāng)?shù)姆聪蚶?，當(dāng)接近指定位置時(shí)，前方纜索停拉，后方纜索增加制動(dòng)，船隊(duì)即可在短距離內(nèi)減速至停止于系泊位置。在船隊(duì)移動(dòng)的過程中，船只的推進(jìn)器處于停車狀態(tài)、或只作短時(shí)、低功率的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于可通過選用大拉力卷揚(yáng)機(jī)來縮短船隊(duì)行進(jìn)中加速階段和減速制動(dòng)階段的耗時(shí)，過程中大部分時(shí)間為勻速前行，這樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可在最高速度受限的條件下，獲得較高的平均速度，節(jié)約了時(shí)間。

位于引航道、及各閘室位于靠近上游方向一端的牽引架，各配套裝設(shè)可供用于牽引架升降的升降橫架，牽引架懸掛于橫架的升降鋼索，升降橫架可吊升牽引架的高度，不小于船只通過所需的垂直凈空。當(dāng)牽引架在施行拖拽牽引時(shí)，升降橫架將其下降到閘室左右兩側(cè)邊墻的垂直凹槽中，牽引架拖拽時(shí)受到的反作用力傳遞于此凹槽。當(dāng)牽引架下方有船只穿越時(shí)，升降橫架將其升高，騰出凈空。各閘室位于靠近下游方向一端的牽引架，則直接橫跨固定在閘室左右兩側(cè)的邊墻上，此類牽引架不需配套設(shè)升降橫架。若上游引航道會(huì)因季節(jié)更替而使水位發(fā)生較大的起落，則臨近上游第一閘室的兩具牽引架，均需配設(shè)升降橫架。

每具牽引架所裝設(shè)卷揚(yáng)機(jī)的數(shù)量與船閘所能容納船隊(duì)的列數(shù)相適應(yīng)，采取單根纜索栓接于船頭縱軸線的，每列船隊(duì)配一臺(tái)，采取用雙根纜索分別栓接于左右船舷的，每列船隊(duì)配兩臺(tái)。卷揚(yáng)機(jī)可受控沿閘室橫向左右移動(dòng)，以對(duì)準(zhǔn)船隊(duì)的縱軸線、也可由此來調(diào)節(jié)纜索拉力方向的角度，從而調(diào)節(jié)船隊(duì)的航向。根據(jù)水位的高低的不同，卷揚(yáng)機(jī)還可隨牽引架上下移動(dòng)。每具牽引架均可根據(jù)船閘處于上行或下行的不同狀態(tài)，施行向前或向后拖拽的功能。配套有升降橫架的牽引架，其卷揚(yáng)機(jī)也可裝設(shè)在升降橫架上，牽引架則裝設(shè)相應(yīng)的滑輪，卷揚(yáng)機(jī)收放的拖拽纜索經(jīng)此滑輪引出，滑輪軸承座可受控在牽引架上沿閘室橫向左右移動(dòng)。

每具牽引架均配備用于遞送拖拽纜索的小型摩托艇，其數(shù)量與船隊(duì)列數(shù)相同，作業(yè)時(shí)，摩托艇吊放下水面，由此艇將纜索遞送到與船隊(duì)的栓接處。具體方式如下：1)向后拖拽的纜索經(jīng)摩托艇短距離的遞送，與船隊(duì)尾部栓接后，摩托艇由船隊(duì)拖帶一同行進(jìn)，(摩托艇員離艇登上大船稍息)，待船隊(duì)移動(dòng)到位，解脫后拽纜索，摩托艇將此纜索在閘門關(guān)閉前迅速帶離，然后由卷揚(yáng)機(jī)一同拖回原處。2)船隊(duì)處于上行狀態(tài)時(shí)，向前拖拽的纜索由摩托艇先攜帶到即將開啟的閘門附近等候，開閘后即遞送到船隊(duì)的船頭栓接，然后摩托艇返回原處，吊離水面。3)船隊(duì)處于下行狀態(tài)時(shí)，先將一段適當(dāng)長度的向前拖拽纜索蓄備于摩托艇上，由一從閘室另一端引來的繩索將拖拽纜索拉往閘門附近，摩托艇同步隨行至等候處，因有此繩索承受了拖拽纜索的張力，故纜索懸空于水面之上，待閘門開啟，摩托艇將纜索遞送到位栓接后，此繩索與拖拽纜索脫離。4)由引航道往閘室方向遞送拖拽纜索的操作，宜選用噸位稍大，能承受拖拽纜索張力的船艇執(zhí)行。

船只在進(jìn)出閘室時(shí)，會(huì)發(fā)生“船”與“水”的位置互換，將前方的水?dāng)D往身后的空間，當(dāng)閘室門檻水位較淺時(shí)，被擠出的水流速較高，這會(huì)對(duì)船只行駛的穩(wěn)定性造成影響，由于同步過閘采取的是船隊(duì)齊頭并進(jìn)的進(jìn)出方式，這種影響更為顯著，對(duì)此，可采取以下應(yīng)對(duì)措施；1)采用較低的進(jìn)出航速，這不但可減少單位時(shí)間內(nèi)擠出的水量，也有利于減少磕碰的可能及程度，鑒于同步過閘方式節(jié)約時(shí)間的潛力，有條件采用較低的航速；2)可利用輸水系統(tǒng)作為被擠出水流的輔助通道，在船隊(duì)移動(dòng)的過程，酌情將輸水閥門開啟，以供分流之用。

本發(fā)明的實(shí)施，可至少產(chǎn)生如下的有益結(jié)果；1)由于同步過閘不存在前、后船依次啟航的時(shí)間滯后，各船均同開同到，且臨時(shí)船隊(duì)既受向前拖拽的牽引纜索、也受向后拖拽的制動(dòng)纜索實(shí)施操控，能實(shí)現(xiàn)迅速的加速及制動(dòng)，船只在閘室內(nèi)的就位操作快速而簡(jiǎn)便。因此，可比背景技術(shù)減少船只進(jìn)閘及移泊的耗時(shí)T3、T4，從而縮短每閘次的時(shí)間周期，提高船閘的通過能力；2)由于同批過閘各船只有較長的時(shí)間在引航道等候處進(jìn)行最佳的位序編排，且在同步移動(dòng)中維持位序不變，因此，可盡量安排更多的船只一批過閘，提高閘室的容積率，這也提高了船閘的通過能力。3)由于每批船只通過全部閘室的總耗時(shí)是過各級(jí)閘室耗時(shí)之累積，T3及T4的減少，無疑可使船只以更短的時(shí)間通過整座船閘，船閘的級(jí)數(shù)越多，此效果越顯著。

附圖說明

圖1是一座二級(jí)船閘及一批上行過閘船只的平面示意圖；圖2是圖1的A-A向剖切的側(cè)視圖；圖3是圖1的B-B向放大的剖視圖；圖4是圖1的C-C向放大的剖視圖。

附圖中各標(biāo)記說明；

10-上游引航道，11-船閘的第一閘室，12-船閘的第二閘室，13-下游引航道，21-船閘的一閘首，22-船閘的二閘首，23-船閘的三閘首，31-第一閘首關(guān)閉狀態(tài)的人字閘門，32-二閘首開啟的人字閘門，33-三閘首關(guān)閉的人字閘門，41-上游引航道牽引架，410-(41)的升降橫架，42-第一閘室前端牽引架，420-(42)的升降橫架，421-拖拽卷揚(yáng)機(jī)，43-第一閘室后端牽引架，430-(43)的升降橫架，44-第二閘室前端牽引架，440-(44)的升降橫架，45-第二閘室后端牽引架，451-拖拽卷揚(yáng)機(jī)，46-下游引航道牽引架，460-(46)的升降橫架，60-過閘船只，51-向前拖拽牽引纜索，52-向后拖拽制動(dòng)纜索，70-操縱牽引架升降的升降機(jī)，71-升降機(jī)鋼絲索。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，以一座多級(jí)船閘(二級(jí))的船只上行過程為實(shí)施例，說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，(下行過程原理類似，不贅述)。為便于說明，以下結(jié)合附表加以敘述，表格中的時(shí)間數(shù)據(jù)，與如下參數(shù)有關(guān)：1)設(shè)船閘的平面有效尺寸為，長280米寬34米，(與長江三峽樞紐船閘相同)。2)設(shè)船隊(duì)過每閘室所需的移動(dòng)距離為，進(jìn)閘時(shí)340米，移泊時(shí)320米。3)設(shè)移動(dòng)時(shí)勻速段的速度為，進(jìn)閘時(shí)每秒0.6米，移泊時(shí)每秒0.5米。4)設(shè)啟航加速段用時(shí)為90秒，減速制動(dòng)段用時(shí)為30秒。5)設(shè)啟航前卷揚(yáng)機(jī)收緊松弛的纜索用時(shí)為60秒。6)設(shè)人字閘門每次開啟或關(guān)閉用時(shí)為4.5分鐘。7)設(shè)閘室每次充水或泄水用時(shí)為12分鐘。

附表

接上頁附表

上述對(duì)實(shí)施例的敘述及分析顯示：采用本發(fā)明提出的技術(shù)方案，船閘通航每閘次T3加T4的耗時(shí)為24分鐘，每閘次的時(shí)間周期為66分鐘，而閘室平面與本實(shí)施例所設(shè)尺寸相同的三峽樞紐船閘，其通航每閘次T3加T4的耗時(shí)則為48分鐘，每閘次的時(shí)間周期為90分鐘。由此可見，本實(shí)施例即使在降低了進(jìn)閘及移泊航速的條件下，其單位時(shí)間內(nèi)可通行的閘次數(shù)，仍比三峽時(shí)船閘的目前水平增加接近36％，很顯然，本發(fā)明提出的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)比背景技術(shù)提高船閘通過能力的發(fā)明目的。再之，因T3、T4的縮短，使通過每級(jí)閘室的耗時(shí)減少了約12分鐘，由此推算，如船閘級(jí)數(shù)為5級(jí)，(例如三峽樞紐船閘)，將可使每批船只通過整座船閘的耗時(shí)減少60分鐘。