论文部分内容阅读
摘要：
为了缓解船闸超负荷运行现象，提高船闸运输效率，从最根本上简化船舶过闸程序入手，针对水头差不大的河段设计了一种不停船快速过闸船闸。该船闸的设计是基于连通器原理和力矩平衡原理，将旋转门式闸门和特殊的输水系统相结合，来实现闸室水位自主调节和船舶快速不间断通行，其中闸门设计是将动静闸门相结合，利用上下游水位差辅助推动船闸运行，节约电能。多次模型过船试验表明：闸门在转动的过程中闸室的水位能够逐渐变化，船舶跟随闸门转动而向前行驶，实现了不停船而直接过闸的效果，同时还可以上下游同时通航。此种船闸设计极大提高了船闸运输效率，是一个新的尝试，但有待实际工程验证。
关 键 词：
船闸; 旋转式闸门; 过闸效率; 输水系统; 智慧船闸
中图法分类号： TV691
文献标志码： A
DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.07.021
1 研究背景
船闸是为了克服航道上下游集中水位落差而设置的一种通航建筑物，目前常用的船闸是通过向两端有闸门控制的闸室内充水、泄水来升降闸室内水位，从而保证船舶通过河道上集中水位差区域。船舶在通过船闸时要经过关闸、系锚、充水或泄水、闸门打开、松开锚绳、船舶通过等多个程序，且每个程序都要耗费较长时间，导致整个过闸时间较长。船舶通过一般的船闸需要将近1 h，通过多级船闸的时间更长[1]。而近年来各项数据显示，随着经济社会发展，中国对水运的需求快速增加，越来越多的船闸提前达到甚至超过设计通过能力而呈现超负荷运行状态，运行效率低下。三峡船闸已经超负荷运行8 a以上，京杭大运河上多个船闸如三堡船闸、万年闸船闸、芒稻船闸等也早已超过了设计通航能力，持续超负荷运行。单以三峡船闸为例，过长的待闸时间对中国造成的经济损失就已经高达每年30亿元左右[2-3]。从长远来看，水运需求量在未来很有可能还会继续加速增长，如何提高过闸效率已成为急需解决的问题。
目前为了解决过闸时间过长而采取的方法主要有以下3种：
（1） 如宝应船闸、秦淮河船闸等，通过增加一次过闸所能容纳的船舶数，减少船舶待闸时间，提高过闸效率。但这个解决方案存在一定的弊端：① 增大闸室容量确实会一定程度上提高通航效率，但效果有限，且对于先入闸室的船舶来说需要等到后面船舶全部驶入闸室后才能过闸，不能从根本上解决问题;② 不能无限量地增大闸室容量，增大容量的同时，船闸的工程量也相应地增加，而增加的过闸效率所产生的经济效益与增加的工程量所消耗的经济成本相比并不可观[4]。
（2） 如汉江兴隆船闸和三峡船闸，通过推行标准化船型增强对过闸船型的管理，从而提高闸室面积利用率，提高通航效率。但此方法只能在现有模式中进行优化，对于过闸效率的提升是很有限的，且标准化船型不是短期内可以实现的。同时标准化船型同样也可提高不停船快速船閘的闸室利用效率[5-7]，不可作为解决过闸问题唯一依靠的方法。
（3） 如京杭大运河中的邵伯船闸、三堡船闸等，通过建设二线三线船闸分流来缓解船闸的通航压力，虽然在一定程度上确实提高了通航效率，但没有从根本上解决问题，不能无休止地增加通航线路，仍会很快达到设计通航量。
为了从根本上解决船舶过闸时间长的问题[8-10]，本文从简化船闸的过闸程序入手，以酒店旋转门为设计灵感，结合连通器原理和力矩平衡原理，设计了一种不停船快速过闸船闸。
2 船闸结构
2.1 船闸总体设计
船闸是由上、下游引航道，闸室，输水系统等部分所组成，结构如图1所示。
整个模型的灵感来源于酒店门口的旋转门式结构，具有稳定、可控速、密封性好、可内外同行等诸多优点，同样这些优点也可能适用于船闸通航。另外，笔者还设计了一种没有阀门的输水系统与旋转门式结构相结合，使闸室水位随着闸门旋转而平稳自动升降，解决了船舶过闸时集中水位差的问题。
2.2 闸室与闸门
闸室由大闸室边墙和小闸室边墙所围成，闸室的中心位置是一个圆柱形的旋转内墙，旋转内墙包裹电机，旋转内墙上均匀布设有6个闸门，每个闸门由动闸门和静闸门组成，小闸室处的半径比大闸室的半径要短，半径之差恰好为动闸门的长度。船闸运行旋转过程中，电机带动旋转内墙旋转，动闸门在大闸室边墙一侧伸展，而在小闸室边墙一侧收缩。如此6个闸门由于上下游水位差而受到的水压力不同，从而形成力矩差，进一步推动闸门旋转，减少电机的电能消耗。
2.3 输水系统
该船闸的输水系统由过水孔群和输水调节池组成。过水孔群由闸室底板的若干小孔构成，小孔设计在上游门槛和下游门槛附近位置，过水孔群下方有一个水槽构成输水调节池，过水孔群和输水调节池构成连通器，在上、下游水位差的作用下实现船舶运行时闸室水位的自动升降。
输水系统很好地利用了连通器原理：两端开口底部相通的容器中只有一种均质液体时，两端液面总会趋于相平状态。通过在船闸底部修建输水调节池，使船闸运行旋转过程中船舶所在闸室隔间到达输水孔群区间时通过小孔和其下方的输水调节池和上（下）游相连，在压力差的作用下实现水位自动调节，使船舶到达上（下）游时，其所在隔间水位与上（下）游相平，从而使船舶能够平稳驶出闸室。充分利用连通器原理克服地形高度差，使水可以从高水头处运送至低水头处。
3 原型计算与分析
本文介绍的船闸是以应用在淮河上为背景设计的，主要适用于上、下游水位差较小，地势相对平坦开阔的流域地区。假设该船闸按照Ⅳ级航道标准设计，即满足500 t级船舶通航，在此标准下船闸设计参数为：闸室门槛设计水深4 m，闸室最大半径r为90 m，闸门总宽度60 m，其中静闸门宽B为52 m，动闸门宽b为8 m，旋转内墙的半径r为30 m，闸门采用钢架结构的铸铁材料，闸门高H为16 m，闸门等效实体厚度t为0.5 m，在静闸门和动闸门下均安装有若干个滚轮，在闸室底板上铺设钢轨，闸门滚轮在钢轨上运行。 下面推算当上、下游水位差为多少时，可以完全凭靠上下游水压力驱动船闸运行。
闸门铸铁材料的密度ρ铁取7 850 kg/m3。闸门转动所需推力（即滚轮滚动阻力）与滚轮荷载（即闸门有效重量）有关，车轮滚动所需推力与车轮荷载之比称为滚动阻力系数，它是一个概括了滚轮变形、道路变形及接触面的摩擦等因素的系数，汽车在碎石路面的滚动阻力系数一般为0.020～0.025，铸铁轮在钢轨上的滚动阻力系数为0.006～0.008[5]。考虑到上闸室内会存在一些细沙，该闸门滚轮在钢轨上的滚动阻力系数f会比0.008稍大一些，同时为保险起见，这里滚动阻力系数f取0.020。
不管闸门转到何处，在大、小闸室边墙两侧由于上下游存在水位差Δh，水体总是对闸门产生压差力，设下游水深为h，在大闸室边墙上游水体对闸门产生的水压力为0.5×ρ水g（h+Δh）2（B+b），
该船闸主要适用于上下游水位差比较小的情况，所以在船闸旋转运行过程中水流不会产生大的冲击。该船闸采用Ⅳ级船闸标准设计，闸室圆心角为60°，半径长90 m，可视作等边三角形，中间则长45 m，对于一般的船舶来说，闸室空间还有富余，船舶闸室内稍微发生移动也不会发生碰撞。在闸室的中心部位有一个电机，既可以在上下游水位差较小的时候推动闸门旋转，也可以在上下游水位差稍大的时候阻止闸门旋转，使船闸可以实现恒定低速运转，减少由于上下游水位差产生的波动对船舶的影响。
4 模型试验
以船舶下行为例（船舶上行原理相同），
船舶从上游引航道驶入闸室，此时船舶所在隔间的水位与上游水位齐平，如图2所示。
当船舶后方的闸门运動到大闸室边墙一侧后，船舶所在隔间的水体开始通过输水系统与下游水体相连通，此隔间的水位不断下降，如图3所示，直至与下游水位保持齐平。
到合适位置之后船舶驶出闸室进入下游引航道，如图4所示。
〖TPRH97
.TIF;S0;Z2;Y2，BP#〗〖TS（〗
图2 船舶驶入闸室
Fig.2 Ship entering the lock chamber
〖CS〗〖WTBZ〗〖HT2.〗〖TS）〗
通过模型试验测试船闸运行过程中闸室内水位变化情况，所得结果如图5所示。
由图5可见，在闸室水位自动变化区域（船舶下行时为90°～150°，船舶上行时为270°～330°），闸室水位随闸门旋转角度的变化是接近线性的，没有陡涨陡落，说明闸室水位变化平稳，有利于船舶的通行。
5 船闸经济型分析
（1） 船闸通过动静闸门的设计，充分利用了上下游水位差所产生的势能辅助推动船闸运行，减少电机运行损耗的电能。在上文的推算中可知：理论上当以淮河为背景，Ⅳ级船闸标准设计时上下游水位差为5.2 m 时水位差便能够完全提供船闸运行所需的动能，可见对于电能的节约很可观。
（2） 船闸可借助自动扶梯的原理，安置红外线检测等装置，在长时间没有船舶通过时进入低速低耗能的“睡眠”运行状态，当检测到有船舶经过时再缓慢提升到正常速度，节约能源的同时同样也给船舶一个安全的变速时间。
（3） 不停船快速船闸预计相比于现有船闸节省80%以上的过闸时间，且允许船舶上下行同时过闸，极大提高了通航效率。
6 实际建造预计问题及解决方案
6.1 预计问题
（1） 不停船快速船闸相比于现有船闸占地面积更大，宽度大约是现有船闸的2～3倍。
（2） 电机房大部分没于水中，需要严格密封，否则容易进水生锈从而减少寿命，电机在水中也不易修理。需要安置电机及水下输水池，以及保证动静闸门之间的良好连接，工程难度和施工量都相对更大。
（3） 船闸运行过程中若出现突发故障导致船只停止运行，会卡住正在过闸的船只，可能会产生安全问题。
6.2 解决方案
（1） 不停船快速船闸主要针对于淮河等地势较平坦开阔、水头较小的河流，有足够的面积可供使用。且船闸建设在引航道，可根据船闸需要拓宽引航道，不影响河道的其他工作。
（2） 淮河流域有天然的低洼段，方便输水调节池的建造。虽然施工量增加，但一个不停船快速船闸的建造可以在大幅提高通航效率的同时，允许船舶上行下行同时过闸，且目前的施工技术完全满足所需工程要求。
（3） 船闸配有备用制动和电力系统，保证在系统出现故障时及时启动制动系统，推动船闸继续运作，保证船舶安全通过。电机外设有电机室，是一个密闭空间，当出现故障或检修时，打开电机室顶面通风保证工作人员进出安全，可运用现有的船闸检修方案，如排水泵、起重船等设备对船闸进行检修。
7 结 语
不停船快速船闸打破了传统船闸的运行模式，过闸时间短、同行效率高、运行管理十分的方便。同时，该船闸可以同现有的人工智能、自动化控制、定位导航等现代科技相结合，实现与无人驾驶船舶协同作业，真正符合智慧船闸的发展方向。该船闸的特色主要体现在以下3个方面。
（1） 从外观上可以看出，船闸采用旋转门式结构，相比于传统船闸来说，不需要等待一艘或一批船舶全部经过繁琐过闸程序通过后才能让后续船舶通行，随到随过，极大缩短了待闸时间;另一方面船闸可以实现船舶上行和下行的同时通行。
（2） 该船闸采用动闸门和静闸门相结合的方式，最大化地利用了上下游水位差产生的推力，将上下游原本的水的压载变成动力辅助推动船闸运行，减少了能量的消耗。
（3） 该船闸采用无阀门的输水系统和旋转闸门相结合，使船闸在旋转过程中实现闸室水位的自动升降，没有繁琐过闸程序的同时解放了人力，船舶能够自主过闸，只需要人力监控和特殊情况下的调试，运行管理非常方便，符合智慧水利、智慧船闸的要求。 參考文献：
[1] 吴玲莉，张玮，廖鹏，等.船闸待闸时间特性分析[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2006，30（1）：99-102.
[2] 陈沿伊，徐梦清，陈希，等.长江三峡枢纽船舶待闸停时经济损失估算[J].物流技术，2017，36（7）：60-65.
[3] 陈斐，刘良金.三峡船闸的现状与解决措施综述[J].农业开发与装备，2019（7）：79-79.
[4] 丁益，程细得，冯小检，等.提高三峡船闸运行效率的船舶过闸方式研究[J].人民长江，2015，46（4）：63-66，77.
[5] 张玮，廖鹏，梁应辰，等.船闸通过能力计算中的若干问题研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2005（5）：681-684.
[6] 胡克斌，朱乔航，叶铮.提高兴隆船闸和汉江综合通过能力的对策分析[J].水利技术监督，2019（1）：57-59，250.
[7] 陈斐，刘良金.三峡船闸的现状与解决措施综述[J].农业开发与装备，2019（7）：79，91.
[8] 程升鹏，阮荣斌，王锐锋.提高三峡船闸过闸效率的通航组织模式[J].水运工程，2020（2）：57-61.
[9] 丁跃，张友利，唐云清，等.秦淮河船闸扩容改造工程围堰设计方案优化[J].水利水运工程学报，2014（3）：92-97.
[10] 姜红权.大幅提高三堡船闸过闸能力的探讨[J].水运工程，2011（6）：122-125.
（编辑：胡旭东）
引用本文：
肖柏青，鞠汶倩.一种不停船快速过闸船闸的设计与研究
[J].人民长江，2021，52（7）：124-128.
Design and research of one kind of fast ship lock without stopping
XIAO Baiqing，JU Wenqian
（School of Earth and Environment，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China）
Abstract：
In order to alleviate the overload operation of ship locks and improve the transport efficiency，starting from fundamentally simplifying the lock passing program，one kind of fast ship lock without stopping was designed for the river reach with similar upstream and downstream water heads.The design scheme was based on the principle of connector principle and torque balance principle.The rotating gate and the special water conveyance system were combined to realize the self-regulation of the water level in the lock chamber and the rapid and uninterrupted passage of the ship.Combining the moving gate with the static gate，the upstream and downstream water level difference was used to assist the ship lock operation and save energy.Several indoor model tests showed that the water level of the lock chamber can gradually change during the rotation of the gate，and the ship moves forward during gate rotation，which realized directly passing the ship lock without stopping and the upstream downstream simultaneous navigation.The ship lock design greatly improves the efficiency of ship lock transportation，which is a new attempt，but needs to be verified by practical engineering.
Key words：
ship lock;rotating lock gate;ship lock operation efficiency;water conveyance system;intelligent ship lock
为了缓解船闸超负荷运行现象，提高船闸运输效率，从最根本上简化船舶过闸程序入手，针对水头差不大的河段设计了一种不停船快速过闸船闸。该船闸的设计是基于连通器原理和力矩平衡原理，将旋转门式闸门和特殊的输水系统相结合，来实现闸室水位自主调节和船舶快速不间断通行，其中闸门设计是将动静闸门相结合，利用上下游水位差辅助推动船闸运行，节约电能。多次模型过船试验表明：闸门在转动的过程中闸室的水位能够逐渐变化，船舶跟随闸门转动而向前行驶，实现了不停船而直接过闸的效果，同时还可以上下游同时通航。此种船闸设计极大提高了船闸运输效率，是一个新的尝试，但有待实际工程验证。
关 键 词：
船闸; 旋转式闸门; 过闸效率; 输水系统; 智慧船闸
中图法分类号： TV691
文献标志码： A
DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.07.021
1 研究背景
船闸是为了克服航道上下游集中水位落差而设置的一种通航建筑物，目前常用的船闸是通过向两端有闸门控制的闸室内充水、泄水来升降闸室内水位，从而保证船舶通过河道上集中水位差区域。船舶在通过船闸时要经过关闸、系锚、充水或泄水、闸门打开、松开锚绳、船舶通过等多个程序，且每个程序都要耗费较长时间，导致整个过闸时间较长。船舶通过一般的船闸需要将近1 h，通过多级船闸的时间更长[1]。而近年来各项数据显示，随着经济社会发展，中国对水运的需求快速增加，越来越多的船闸提前达到甚至超过设计通过能力而呈现超负荷运行状态，运行效率低下。三峡船闸已经超负荷运行8 a以上，京杭大运河上多个船闸如三堡船闸、万年闸船闸、芒稻船闸等也早已超过了设计通航能力，持续超负荷运行。单以三峡船闸为例，过长的待闸时间对中国造成的经济损失就已经高达每年30亿元左右[2-3]。从长远来看，水运需求量在未来很有可能还会继续加速增长，如何提高过闸效率已成为急需解决的问题。
目前为了解决过闸时间过长而采取的方法主要有以下3种：
（1） 如宝应船闸、秦淮河船闸等，通过增加一次过闸所能容纳的船舶数，减少船舶待闸时间，提高过闸效率。但这个解决方案存在一定的弊端：① 增大闸室容量确实会一定程度上提高通航效率，但效果有限，且对于先入闸室的船舶来说需要等到后面船舶全部驶入闸室后才能过闸，不能从根本上解决问题;② 不能无限量地增大闸室容量，增大容量的同时，船闸的工程量也相应地增加，而增加的过闸效率所产生的经济效益与增加的工程量所消耗的经济成本相比并不可观[4]。
（2） 如汉江兴隆船闸和三峡船闸，通过推行标准化船型增强对过闸船型的管理，从而提高闸室面积利用率，提高通航效率。但此方法只能在现有模式中进行优化，对于过闸效率的提升是很有限的，且标准化船型不是短期内可以实现的。同时标准化船型同样也可提高不停船快速船閘的闸室利用效率[5-7]，不可作为解决过闸问题唯一依靠的方法。
（3） 如京杭大运河中的邵伯船闸、三堡船闸等，通过建设二线三线船闸分流来缓解船闸的通航压力，虽然在一定程度上确实提高了通航效率，但没有从根本上解决问题，不能无休止地增加通航线路，仍会很快达到设计通航量。
为了从根本上解决船舶过闸时间长的问题[8-10]，本文从简化船闸的过闸程序入手，以酒店旋转门为设计灵感，结合连通器原理和力矩平衡原理，设计了一种不停船快速过闸船闸。
2 船闸结构
2.1 船闸总体设计
船闸是由上、下游引航道，闸室，输水系统等部分所组成，结构如图1所示。
整个模型的灵感来源于酒店门口的旋转门式结构，具有稳定、可控速、密封性好、可内外同行等诸多优点，同样这些优点也可能适用于船闸通航。另外，笔者还设计了一种没有阀门的输水系统与旋转门式结构相结合，使闸室水位随着闸门旋转而平稳自动升降，解决了船舶过闸时集中水位差的问题。
2.2 闸室与闸门
闸室由大闸室边墙和小闸室边墙所围成，闸室的中心位置是一个圆柱形的旋转内墙，旋转内墙包裹电机，旋转内墙上均匀布设有6个闸门，每个闸门由动闸门和静闸门组成，小闸室处的半径比大闸室的半径要短，半径之差恰好为动闸门的长度。船闸运行旋转过程中，电机带动旋转内墙旋转，动闸门在大闸室边墙一侧伸展，而在小闸室边墙一侧收缩。如此6个闸门由于上下游水位差而受到的水压力不同，从而形成力矩差，进一步推动闸门旋转，减少电机的电能消耗。
2.3 输水系统
该船闸的输水系统由过水孔群和输水调节池组成。过水孔群由闸室底板的若干小孔构成，小孔设计在上游门槛和下游门槛附近位置，过水孔群下方有一个水槽构成输水调节池，过水孔群和输水调节池构成连通器，在上、下游水位差的作用下实现船舶运行时闸室水位的自动升降。
输水系统很好地利用了连通器原理：两端开口底部相通的容器中只有一种均质液体时，两端液面总会趋于相平状态。通过在船闸底部修建输水调节池，使船闸运行旋转过程中船舶所在闸室隔间到达输水孔群区间时通过小孔和其下方的输水调节池和上（下）游相连，在压力差的作用下实现水位自动调节，使船舶到达上（下）游时，其所在隔间水位与上（下）游相平，从而使船舶能够平稳驶出闸室。充分利用连通器原理克服地形高度差，使水可以从高水头处运送至低水头处。
3 原型计算与分析
本文介绍的船闸是以应用在淮河上为背景设计的，主要适用于上、下游水位差较小，地势相对平坦开阔的流域地区。假设该船闸按照Ⅳ级航道标准设计，即满足500 t级船舶通航，在此标准下船闸设计参数为：闸室门槛设计水深4 m，闸室最大半径r为90 m，闸门总宽度60 m，其中静闸门宽B为52 m，动闸门宽b为8 m，旋转内墙的半径r为30 m，闸门采用钢架结构的铸铁材料，闸门高H为16 m，闸门等效实体厚度t为0.5 m，在静闸门和动闸门下均安装有若干个滚轮，在闸室底板上铺设钢轨，闸门滚轮在钢轨上运行。 下面推算当上、下游水位差为多少时，可以完全凭靠上下游水压力驱动船闸运行。
闸门铸铁材料的密度ρ铁取7 850 kg/m3。闸门转动所需推力（即滚轮滚动阻力）与滚轮荷载（即闸门有效重量）有关，车轮滚动所需推力与车轮荷载之比称为滚动阻力系数，它是一个概括了滚轮变形、道路变形及接触面的摩擦等因素的系数，汽车在碎石路面的滚动阻力系数一般为0.020～0.025，铸铁轮在钢轨上的滚动阻力系数为0.006～0.008[5]。考虑到上闸室内会存在一些细沙，该闸门滚轮在钢轨上的滚动阻力系数f会比0.008稍大一些，同时为保险起见，这里滚动阻力系数f取0.020。
不管闸门转到何处，在大、小闸室边墙两侧由于上下游存在水位差Δh，水体总是对闸门产生压差力，设下游水深为h，在大闸室边墙上游水体对闸门产生的水压力为0.5×ρ水g（h+Δh）2（B+b），
该船闸主要适用于上下游水位差比较小的情况，所以在船闸旋转运行过程中水流不会产生大的冲击。该船闸采用Ⅳ级船闸标准设计，闸室圆心角为60°，半径长90 m，可视作等边三角形，中间则长45 m，对于一般的船舶来说，闸室空间还有富余，船舶闸室内稍微发生移动也不会发生碰撞。在闸室的中心部位有一个电机，既可以在上下游水位差较小的时候推动闸门旋转，也可以在上下游水位差稍大的时候阻止闸门旋转，使船闸可以实现恒定低速运转，减少由于上下游水位差产生的波动对船舶的影响。
4 模型试验
以船舶下行为例（船舶上行原理相同），
船舶从上游引航道驶入闸室，此时船舶所在隔间的水位与上游水位齐平，如图2所示。
当船舶后方的闸门运動到大闸室边墙一侧后，船舶所在隔间的水体开始通过输水系统与下游水体相连通，此隔间的水位不断下降，如图3所示，直至与下游水位保持齐平。
到合适位置之后船舶驶出闸室进入下游引航道，如图4所示。
〖TPRH97
.TIF;S0;Z2;Y2，BP#〗〖TS（〗
图2 船舶驶入闸室
Fig.2 Ship entering the lock chamber
〖CS〗〖WTBZ〗〖HT2.〗〖TS）〗
通过模型试验测试船闸运行过程中闸室内水位变化情况，所得结果如图5所示。
由图5可见，在闸室水位自动变化区域（船舶下行时为90°～150°，船舶上行时为270°～330°），闸室水位随闸门旋转角度的变化是接近线性的，没有陡涨陡落，说明闸室水位变化平稳，有利于船舶的通行。
5 船闸经济型分析
（1） 船闸通过动静闸门的设计，充分利用了上下游水位差所产生的势能辅助推动船闸运行，减少电机运行损耗的电能。在上文的推算中可知：理论上当以淮河为背景，Ⅳ级船闸标准设计时上下游水位差为5.2 m 时水位差便能够完全提供船闸运行所需的动能，可见对于电能的节约很可观。
（2） 船闸可借助自动扶梯的原理，安置红外线检测等装置，在长时间没有船舶通过时进入低速低耗能的“睡眠”运行状态，当检测到有船舶经过时再缓慢提升到正常速度，节约能源的同时同样也给船舶一个安全的变速时间。
（3） 不停船快速船闸预计相比于现有船闸节省80%以上的过闸时间，且允许船舶上下行同时过闸，极大提高了通航效率。
6 实际建造预计问题及解决方案
6.1 预计问题
（1） 不停船快速船闸相比于现有船闸占地面积更大，宽度大约是现有船闸的2～3倍。
（2） 电机房大部分没于水中，需要严格密封，否则容易进水生锈从而减少寿命，电机在水中也不易修理。需要安置电机及水下输水池，以及保证动静闸门之间的良好连接，工程难度和施工量都相对更大。
（3） 船闸运行过程中若出现突发故障导致船只停止运行，会卡住正在过闸的船只，可能会产生安全问题。
6.2 解决方案
（1） 不停船快速船闸主要针对于淮河等地势较平坦开阔、水头较小的河流，有足够的面积可供使用。且船闸建设在引航道，可根据船闸需要拓宽引航道，不影响河道的其他工作。
（2） 淮河流域有天然的低洼段，方便输水调节池的建造。虽然施工量增加，但一个不停船快速船闸的建造可以在大幅提高通航效率的同时，允许船舶上行下行同时过闸，且目前的施工技术完全满足所需工程要求。
（3） 船闸配有备用制动和电力系统，保证在系统出现故障时及时启动制动系统，推动船闸继续运作，保证船舶安全通过。电机外设有电机室，是一个密闭空间，当出现故障或检修时，打开电机室顶面通风保证工作人员进出安全，可运用现有的船闸检修方案，如排水泵、起重船等设备对船闸进行检修。
7 结 语
不停船快速船闸打破了传统船闸的运行模式，过闸时间短、同行效率高、运行管理十分的方便。同时，该船闸可以同现有的人工智能、自动化控制、定位导航等现代科技相结合，实现与无人驾驶船舶协同作业，真正符合智慧船闸的发展方向。该船闸的特色主要体现在以下3个方面。
（1） 从外观上可以看出，船闸采用旋转门式结构，相比于传统船闸来说，不需要等待一艘或一批船舶全部经过繁琐过闸程序通过后才能让后续船舶通行，随到随过，极大缩短了待闸时间;另一方面船闸可以实现船舶上行和下行的同时通行。
（2） 该船闸采用动闸门和静闸门相结合的方式，最大化地利用了上下游水位差产生的推力，将上下游原本的水的压载变成动力辅助推动船闸运行，减少了能量的消耗。
（3） 该船闸采用无阀门的输水系统和旋转闸门相结合，使船闸在旋转过程中实现闸室水位的自动升降，没有繁琐过闸程序的同时解放了人力，船舶能够自主过闸，只需要人力监控和特殊情况下的调试，运行管理非常方便，符合智慧水利、智慧船闸的要求。 參考文献：
[1] 吴玲莉，张玮，廖鹏，等.船闸待闸时间特性分析[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2006，30（1）：99-102.
[2] 陈沿伊，徐梦清，陈希，等.长江三峡枢纽船舶待闸停时经济损失估算[J].物流技术，2017，36（7）：60-65.
[3] 陈斐，刘良金.三峡船闸的现状与解决措施综述[J].农业开发与装备，2019（7）：79-79.
[4] 丁益，程细得，冯小检，等.提高三峡船闸运行效率的船舶过闸方式研究[J].人民长江，2015，46（4）：63-66，77.
[5] 张玮，廖鹏，梁应辰，等.船闸通过能力计算中的若干问题研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2005（5）：681-684.
[6] 胡克斌，朱乔航，叶铮.提高兴隆船闸和汉江综合通过能力的对策分析[J].水利技术监督，2019（1）：57-59，250.
[7] 陈斐，刘良金.三峡船闸的现状与解决措施综述[J].农业开发与装备，2019（7）：79，91.
[8] 程升鹏，阮荣斌，王锐锋.提高三峡船闸过闸效率的通航组织模式[J].水运工程，2020（2）：57-61.
[9] 丁跃，张友利，唐云清，等.秦淮河船闸扩容改造工程围堰设计方案优化[J].水利水运工程学报，2014（3）：92-97.
[10] 姜红权.大幅提高三堡船闸过闸能力的探讨[J].水运工程，2011（6）：122-125.
（编辑：胡旭东）
引用本文：
肖柏青，鞠汶倩.一种不停船快速过闸船闸的设计与研究
[J].人民长江，2021，52（7）：124-128.
Design and research of one kind of fast ship lock without stopping
XIAO Baiqing，JU Wenqian
（School of Earth and Environment，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China）
Abstract：
In order to alleviate the overload operation of ship locks and improve the transport efficiency，starting from fundamentally simplifying the lock passing program，one kind of fast ship lock without stopping was designed for the river reach with similar upstream and downstream water heads.The design scheme was based on the principle of connector principle and torque balance principle.The rotating gate and the special water conveyance system were combined to realize the self-regulation of the water level in the lock chamber and the rapid and uninterrupted passage of the ship.Combining the moving gate with the static gate，the upstream and downstream water level difference was used to assist the ship lock operation and save energy.Several indoor model tests showed that the water level of the lock chamber can gradually change during the rotation of the gate，and the ship moves forward during gate rotation，which realized directly passing the ship lock without stopping and the upstream downstream simultaneous navigation.The ship lock design greatly improves the efficiency of ship lock transportation，which is a new attempt，but needs to be verified by practical engineering.
Key words：
ship lock;rotating lock gate;ship lock operation efficiency;water conveyance system;intelligent ship lock