三峡升船机承船厢及其设备示意图
规模巨大的三峡升船机主要由哪些结构组成？
上、下闸首是船舶进出承船厢的通道，为整体式U 型结构。上、下闸首工作门具有承挡上、下游航道水位和与船厢对接的功能。上、下闸首工作门均布置有旋转式开闭的大跨度卧倒小门，上闸首工作门宽27.0米，自重超过480吨，下闸首工作门宽28.1米，自重超过670吨。
上、下闸首之间是升船机工作运行的核心部位船厢室段，主要由塔柱、船厢及船厢设备、平衡重系统等构成。三峡升船机船厢段塔柱总长119米，总宽57.8米，为超高层混凝土薄壁对称结构，需承载承船厢及配重等3万多吨载荷。因船厢与塔柱结构变形协调性要求高，对混凝土施工精度有较高的要求。塔柱承载结构顶部通过2个平台和7根横梁将左右两侧塔柱连接成一个整体，该横向联系结构在140米的高空中完成整体浇筑，满足了塔柱结构整体性和刚度的设计要求。
船厢为盛水钢结构，用于承载船只翻越高坝。船厢上安装了升船机的主要设备，包括驱动系统、安全机构、对接锁定机构、船厢纵向导向与顶紧装置、船厢横向导向装置、船厢门及其启闭机、防撞装置、间隙密封机构以及间隙水充泄水等。
平衡重示意图
三峡升船机要将15500 吨的承船厢提升100 多米，是不是耗能巨大？
与电梯相似，三峡升船机也采用平衡重系统来平衡承船厢的重量。3.5 米标准运行水深的承船厢总重是15500 吨，根据阿基米德定律，船只驶入承船厢，会排出同等重量的水，承船厢总重依旧保持15500 吨。因此，三峡升船机设置了与承船厢满载总重15500 吨相等的平衡重组。
三峡升船机的平衡重组分为16 组，均匀分布在两侧塔柱内，每组平衡重由16 根钢丝绳绕过塔柱顶端的滑轮组，与承船厢相连。这就确保了承船厢在任意高程，都是与平衡重保持平衡的，因此，驱动机构提升或者降下承船厢时，不需要负担15500 吨的承船厢重量，只需给予承船厢400 吨左右的力量（仅相当于承船厢总重的2.5% 左右），使其克服误载水深荷载、系统机械摩擦阻力、惯性力和风阻力等。因此，三峡升船机并不会为了承担15500 重量而耗费大量电能。
' 长螺母- 短螺杆”安全装置示意图
三峡升船机若是出现意外，安全机构能防止承船厢跌落吗？
升船机都会配备安全系统，三峡升船机也不例外，而且配备的是经过反复比较的，被专家们一致认定为最安全的“长螺母- 短螺杆”锁定装置。
这是一套科学而复杂的系统，简单说来，就是在承船厢两侧的塔柱上各安装两组柱状螺母（即螺母柱），从塔顶一直到底部。然后在承船厢两侧对应位置各安装两组短螺杆，短螺杆螺牙与螺母柱螺牙单边保持60 毫米间隙。承船厢正常升降运行时，短螺杆在螺母柱里空转。
而出现紧急情况时，安全系统一旦检测到承船厢不平衡或重量发生异常，驱动系统将自动停止运行。当不平衡载荷持续增加超过驱动装置液气弹簧的预紧值时，液气弹簧动作，短螺杆与螺母柱之间的间隙逐渐消失，短螺杆螺牙与螺母柱螺牙贴合，靠机械自锁将承船厢锁定在螺母柱上。
三峡升船机调试过程中，进行了船厢水漏空及模拟沉船等极端事故工况试验，证明此系统安全高效，保险系数极高。所以，大家无须担心一旦升船机遇到异常情况时，承船厢会坠底或者冲顶。
齿轮齿条爬升装置示意图
三峡升船机是像许多电梯一样，用电机和钢丝绳提升上下的吗？
由于三峡升船机承船厢体量巨大、提升高度高，现有工程技术难以保证多组卷扬机在承受巨大重量的条件下保持同步平衡。因此，三峡升船机改用了齿轮齿条爬升方式。
简单来说，齿轮齿条爬升方式就是在承船厢两侧的塔柱上各安装两组齿条，这四组齿条一直从承船厢运行的最低高程延伸到最高高程。然后在承船厢两边对应的位置各安装两组驱动装置。四套驱动装置带动四组小齿轮同步旋转，在四组齿条上爬升或下降，从而带动承船厢沿着齿条这条“天梯”上升和下降。
乘坐三峡升船机过坝的流程是什么样的呢？
三峡升船机为上、下双向通行，其上、下行工作流程一致。以上行为例，船厢运行至下游停靠位置，下游端间隙密封机构伸出与下闸首工作门对接，船厢门与下闸首工作门之间间隙充水，下游端船厢门与下闸首卧倒门打开，航道连通，船只进入承船厢，船厢门和下闸首卧倒门关闭，间隙水泄水，下游间隙密封机构退回，船厢对接锁定的上、下锁定螺杆复位，与螺母柱脱开。
驱动机构启动，船厢以每秒0.2米的速度匀速上升，驱动机构同时驱动安全、锁定机构的螺杆沿螺母柱空转，同步运行；当船厢运行至上游航道水位时，船厢停车，船厢对接锁定机构动作，上、下锁定螺杆与螺母柱接触，上游间隙密封机构伸出与上闸首工作门对接，间隙充水至于上游水位齐平，闸门开启，船厢水域与上游引航道水域连通，船只驶离船厢，单程通过时间为37分钟。（本文作者 / 杨林江 谢泽 绘图 / Hleeow）
选自2017年01期《中国三峡》专题策划
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