三峡升船机——全球最大的“超级电梯”
三峡升船机是三峡工程重要通航设施之一,主要为客船、货船和特种船舶提供快速过坝通道,过船规模为3000吨级,提升总重量约15500吨,最大提升高度为113米,是目前世界上规模最大、技术难度最高的垂直升船机,如图。
与电梯相似,升船机主要由塔柱、承船厢、滑轮组和平衡重组等构成,承船厢是3.5米标准水深、总重为15500吨的水厢。其工作原理是:船只由航道进入承船厢,关闭闸门后,由带动力的滑轮组和平衡重组将承船厢提升或下降,到达位置后开闸,船只离开承重厢驶出,如图所示。
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(1)
一艘总重量为3000吨(船重+货重)的货轮驶入承船厢,根据阿基米德定律,承船厢会的水,关闭承船厢的闸门后,货轮和承船厢的总重是吨。因此,为了减少升船机的耗能,提升升船机的机械效率,三峡升船机的平衡重组设置重量应为吨;
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(2)
升船机将一艘总重量为3000吨的货轮,从下航道闸口以0.2m/s 的速度匀速提升100米到上航道闸口。在提升过程中,为克服误载水深荷载、系统机械摩擦阻力和风阻力等,滑轮组驱动机构给予了承船厢 400 吨的驱动力,则在这次提升中滑轮组的驱动功率是W,滑轮组和平衡重组所做的总功为J,滑轮组和平衡重组提升承船厢的机械效率是%。(g取10N/kg)
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