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2020-09-21

福尔柯克水轮

 

一个独一无二的工程成就

 

苏格兰的福尔柯克水轮是世界上首个也是唯一的一个船舶升降转轮。福尔柯克水轮于2002年开始启用,该水轮对于恢宏的斥资8450万英锈的千礼廊道项目至关重要,它通过重新连接福斯&克莱德运河和联盟运河之间历史上的航路来恢复苏格兰的适航性。14

 

该项目的一个主要挑战在于福斯&克莱德运河地处低于联盟运河35米的地方。历史上,两条运河通过11个水闸在福尔柯克小镇附近交汇,这些水闸以1.5公里的间距逐步向下,它们是运河上的封闭部分,在这一区域水位可以被升高或降低。该设施于1933年被拆除,由此也切断了运河之间的联系。当该项目在1994年启动时,英国航道管理部门希望建立一座引人注目的21世纪里程碑式建筑,这座建筑将不仅仅是对千禧廊道的一个恰当纪念,同时还将是本地区经济复兴的一个持久象征。

 

人们围绕这一项目提出了无数的想法,包括从滚动设备到倾斜槽,从巨型晓板到高架单轨。最终胜出的是一份关于建造巨大的旋转钢制船舶升降装置的计划,由此出现了之后的福尔柯克水轮。据称这一装置独一无二的形状是受到了各种材料的启发而成,人工的和纯天然的都有,尤其是凯尔特双头斧、巨大的船只转动螺旋浆,以及鲸鱼的胸腔或鱼类的脊柱。15

 

福尔柯克水轮的各个部分都是在距离福尔柯克400公里的德比郡巴特利工程炼钢厂制造并组装,它类似于一组巨型的玩具建筑组合。16那里的团队仔仔细细地装配好1200吨钢铁部件,并煞费苦心地以10毫米的精确度将零件组装在一起,以确保最终的完美装配。在2001年夏天,整个设备被拆分并通过35辆货车被运往福尔柯克,然后所有部件在地面上用螺栓再次连接起来,最后通过起重机将5个大的部分起吊就位。水轮转动时将需要承受巨大且不断变化的压力,因此为了使装置更加牢固,钢铁部件是通过螺栓连接而不是被焊接起来的。45000多个螺栓孔与它们对应的螺栓相匹配,且每个螺栓都是由人工手动拧紧。17

 

水轮由两组反向的斧形悬臂组成,两组悬臂相距约25米,连接在一条固定的中心脊柱上。有两个完全相反的装满水的“贡多拉”,每个都有360000公升的容量,它们被固定在悬臂的末端。无论是否装载船只,这些贡多拉的重量总是一样的。18这是因为,根据阿基米德的位移原理,漂浮的物体会在水中排出自身的重量。所以,当船只进入了贡多拉时,从贡多拉中排出的水与船只的重量完全一致。这使水轮得以保持平衡,因此虽然重量巨大,但是它在五分半钟的时间里旋转180度仅消耗很少的能量。仅仅需要1.5千瓦时(5.4兆焦耳)的能量就能旋转水轮——大约相当于烧开8小壶家用水壶的水所需要消耗的能量。

 

需要被吊起的船只在福斯&克莱德运河的水位高度进入运河港池,然后进入水位较低的贡多拉。两个液压钢制闸门升起来,从而将贡多拉封于运河港池之中。20然后,两个闸门之间的水被泵出去。用于防止贡多拉停靠时水轮的悬臂发生移位的液压夹板会被移走,从而使水轮得以旋转。21然后,在中心机房,十个液压发动机开始旋转中心轮轴。22中心轮轴与水轮的外部悬臂相连接,外部悬臂开始以每分钟1/8转的速度旋转。随着水轮转动,贡多拉被一个简单的传动装置保持在垂直位置两个8米宽的齿轮围绕着一个宽度相同的固定内部齿轮旋转,它们与两个以相反方向转向外部齿轮的较小齿轮相连接——从而可以确保贡多拉一直保持水平状态。23当贡多拉到达顶部时,船只就可以直接穿过位于运河港池24米高处的渡槽。24

 

到达联盟运河的剩余11米起吊距离是通过一对船闸来实现的。26人们无法在落差35米的两条运河之间建起水轮以升起船只,这正是由于具有重要历史意义的安东尼墙的存在,该墙由罗马人在公元二世纪建造而成。船只通过一条隧道在安东尼墙下行驶,然后经过水闸,最终到达联盟运河。19  25

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