景洪水力式升船机下游对接过程实船试验

在下游对接过程中,对接水位差和船舶进出厢引起水面波动是影响船舶停泊条件及升船机安全运行的主要因素。为了研究该因素对景洪升船机的影响,进行了重载和空载船舶在不同速度进出船厢、不同对接水位差启闭卧倒门的实船试验,得到相应工况下船厢水面波动、同步轴扭矩、船舶系缆力等变化特性,建立同步轴扭矩与影响因素间的相互关系,提出满足景洪水力式升船机安全运行的船舶进出厢航速与升船机对接水位差的安全控制指标。     

船舶进出船厢对三峡升船机对接锁定机构受力的影响分析

三峡升船机是三峡枢纽两大通航建筑物之一,主要为客货轮和特种船舶提供快速过坝通道。船舶进出三峡升船机船厢过程中,船厢侧水体质量变化和水面波动产生的纵向倾斜力矩均由船厢对接锁定机构承担,如果船厢侧的荷载变化超过对接锁定装置的允许值,将影响船厢对接安全。建立了比尺为1∶12的三峡升船机船厢及下游引航道局部物理模型,针对3 500 t散货船开展船舶进出船厢的水力学模型试验,分析船舶吃水、船舶进出船厢的速度、水面波动与锁定机构受力间的关系。从保障三峡升船机船厢对接锁定机构安全角度,建议通过三峡升船机的3 500 t散货船进出船厢航速0.5 m/s时,船舶吃水不大于2.70 m。     

龙滩第二级升船机船舶出厢过程水力特性综合研究*

龙滩水电站通航建筑物为两级带中间渠道的垂直升船机，设计船型为1 000吨级机动驳。通过物理模型试验的方法，进行船舶出龙滩第二级升船机船厢的试验，研究船舶出厢过程中船厢内水面波动、船舶下沉量、对接锁定机构荷载等水力特性。研究结果表明：从升船机对接安全和船舶航行安全角度出发，为满足最大吃水为2.4 m的1 000吨级船舶过机，船厢设计水深3.5 m，船舶出厢航速应≤0.7 m/s。     

下游引航道船行波对景洪升船机运行特性的影响

通过快艇在下游引航道快速航行主动制造船行波,研究船行波对景洪水力式升船机运行特性的影响。结果表明:下游引航道船行波对船厢池水面波动无明显影响;船厢与下游引航道对接待机时,船行波对船厢内水面波动有不利影响,并威胁到试验船舶在船厢内的停泊安全。景洪升船机船厢与下游引航道对接且厢内有系缆船舶时,为确保船厢内船舶停泊安全,须严格控制下游引航道船舶的航行速度。     

三峡升船机145 m水位上游对接厢内水面波动特性实船试验研究*

与其他升船机相比，三峡升船机具有上游通航水位变幅大的特点，同时还受三峡五级双线船闸充水影响。通过4条不同船型、尺度、排水量的船舶13个航次的实船试验，获取了三峡升船机上游145 m水位下，上游水位变化对船厢对接过程的影响，主要内容为船厢水面波动及变化特性，为三峡升船机过机船舶技术要求的制定提供了重要依据。研究发现，当上游水位在145～150 m时，受双线船闸充水影响，升船机上游引航道水位变化对船厢上游对接影响明显加剧，且易导致船厢水深不足，影响升船机及船舶安全。     

向家坝升船机船舶吃水控制标准原型观测分析及应用实践*

向家坝升船机投入试通航后,由于金沙江下游河段实际航行的1 000吨级船舶与升船机设计过机船舶主尺度匹配性差,船舶过机装载率较低。为进一步提高升船机通过能力及船舶运输经济效益,开展船舶过机吃水原型观测分析,逐步放开船舶过机吃水控制标准非常必要。通过大量过机船舶不同吃水、航速的进出厢试验原型观测,对影响过机船舶吃水控制标准的航道水位变幅、船厢水深变化,进出船厢航速、下沉量等因素进行系统的分析研究。结果表明,向家坝升船机过机船舶吃水提升至2.4 m,依然有30 cm以上的防触底安全富余量,满足船舶安全过机要求。     

船舶进出船厢下沉量预测

由于升船机承船厢断面系数较小，船舶进出船厢是一个复杂的三维水流与船舶运行耦合的问题，水力学问题十分复杂。需要根据船舶航行下沉量制定合理的船舶吃水控制标准和船舶航行方式，防止船舶发生触底以保障船舶航行及船厢对接安全。首先介绍了船舶进出船厢过程中船舶航行特性，分析船舶下沉量的主要影响因素，概述前人进行的理论分析和公式推导，总结相关经验公式。其次，针对船舶进出船厢这一过程，对比分析了各经验公式的计算结果。最后提出未来船舶进出升船机船厢下沉量研究工作的方向与内容。     

水位变动对三峡升船机船厢下游对接运行操作的影响

三峡升船机下游引航道具有水位波动大、变化快的特点。为减少水位变动对三峡升船机船厢下游对接运行操作的影响，采用最小二乘拟合的方法，建立船厢下游对接时船厢水深、船厢与下游偏差拟合数学表达式，得出结论：船厢下游对接时船厢水深、船厢与下游偏差是线性对应的。根据三峡升船机现阶段运行操作现状，结合船厢水深、船厢与下游偏差变化，提出船厢下游对接不同时段的运行操作应对策略，为三峡升船机运行操作提供经验。     

水力式升船机下游对接方式探讨

水力式升船机因其下游对接过程中存在多重流固耦合,如船厢与船厢池、船厢内水体与船厢、竖井水体与平衡重等,对接过程升船机受力较传统钢丝卷扬下水式升船机更为复杂。为保证水力式升船机下游安全高效对接运行,对水力式升船机制动器工作状态和下游对接位选取进行深入研究。依托景洪水力式升船机原型观测下游对接过程试验,探讨下游制动器工作方式、船厢对接位对升船机运行的影响,推导有对接水位差制动器不上闸时开启船厢门船厢位移公式,得出制动器工作方式与船厢对接位选取的适用条件。     

向家坝升船机船舶吃水和航速检测系统建设

向家坝升船机的承船厢断面系数较小,船舶进出承船厢时的阻塞效应十分明显。相对于船闸,船舶进出升船机承船厢过程船厢内的水面波动更大,吃水、航速一旦超标极易发生船舶触底事故。因此,升船机运行过程中对船舶的吃水、航行速度控制比船闸更为严格。为了尽量降低船舶触底的风险,对通过船舶进行实时吃水和航速检测十分必要。在不影响船舶的正常通航的前提下,对超吃水、超速的船舶及时的预警和制止,有利于减少危险事故的发生,安装船舶吃水及航速检测系统是具有十分重大的现实意义。     

三峡升船机船厢补排水系统对接装置设计

针对三峡升船机船厢补排水系统在使用过程中存在操作繁琐、安全隐患多和效率低下问题，进行了船厢补排水系统结构特点及补排水工艺的研究。设计了补排水系统对接装置，分析装置的受力情况，为装置的设计校核提供理论指导。提出了两种对接装置的安装布置方案，并对比得出了两种方案的优缺点，同时优化了三峡升船机船厢补排水工艺。结果表明：设计的对接装置可提高船厢补排水效率和人员操作的安全性，实现升船机船厢补排水一体化操作，为三峡升船机安全运行提供保障。     

下水式升船机船厢底缘形式研究*

通过比尺为1:20的船厢出入水过程概化物理模型,对下水式升船机船厢主体底缘形式进行系统研究,探讨不同底缘形式的船厢对出入水过程船厢池水面波动、吸附力、拍击力及附加水动力荷载的影响。研究表明：船厢底缘角度的增大可有效降低船厢出水吸附力与入水拍击力,同时考虑到船厢底缘角度的增大会引起船厢质量的增加,提出船厢底缘较优角度为4°。     

水力式升船机的特点及关键技术

介绍水力式升船机的特点,对水力式升船机的关键设计技术进行论述。水力式升船机具有安全可靠、适应下游水位变幅大的特点。重点对水力式升船机的输水系统、机械系统、船厢出入水等关键技术进行探讨。认为输水系统重点要解决竖井水位同步和水流控制的问题,机械系统重点要解决无间隙传动和适应基础变形的问题,船厢出入水重点要解决出入过程中不平衡荷载的影响。     

景洪水力式升船机运行特性

分析水力式升船机与常规电力驱动式升船机运行速度的差异,总结水力式升船机非匀速运行的特点,依托景洪水力式升船机原型观测试验,系统介绍升船机在不同速度下的运行特性,并分析其对船厢水面波动、船厢倾斜量、同步轴扭矩等特征指标的影响。     

水力式升船机平衡重波动机理

水力式升船机是一种新型的通航建筑物,它完全利用水的浮力来驱动承船厢运行,与传统形式升船机相比具有十分明显的优越性。设计并建立了水力式升船机单竖井概化物理模型,初步探讨影响水力式升船机运行稳定性的主要因素,对比不同试验工况下竖井水力学特性及平衡重波动等特性。结果显示:竖井与平衡重间隙比为0.061时,在一定范围内增大流量对平衡重上升过程波动几乎没有影响,且平衡重上升过程相对稳定。     

构皮滩钢丝绳卷扬下水式升船机受力特性观测分析

构皮滩第1、3级升船机是目前世界上建成的最大的钢丝绳卷扬下水式垂直升船机。通过原型观测分析升船机出入水运行受力特性,验证升船机各项创新设计。结果表明,船厢按设计速度出入水运行平稳收敛,溢流孔风速、附加水动力荷载、船厢应力与变形、卷筒扭矩与应力等参数均在预期和安全范围内稳定变化,船厢排气孔布置、底铺板楔形体等设计取得良好效果;在设计运行速度内,船厢出入水速度对升船机受力特性影响不大,出入水速度尚有一定优化空间。     

水力式升船机制动器上闸与松闸条件

水力式升船机制动器采用常闭式制动,在升船机正常对接过程中,船厢调平以及事故工况下制动器上闸起到了固定船厢位置、阻止平衡侧和船厢侧钢丝绳力的传递和保护同步轴的作用。由于水力式升船机在上闸后平衡重侧和船厢侧的荷载实时平衡体系被打破,在松闸前需要满足相应的松闸条件,否则会对升船机安全运行产生极大危害。依托景洪水力式升船机对制动器上闸应用条件及松闸条件判断进行了系统分析,得到水力式升船机需要上闸工况和松闸条件的判断依据。     

考虑船舶影响的升船机结构动力特性

运用ANSYS有限元软件建立了包含塔柱、承船厢、水体、船舶、提升系统等构件的大型垂直升船机整体模型,计算分析了升船机结构的动力特性。计算结果表明:横荡、扭转、纵荡是承船厢结构低阶主要振型。厢内有船会降低承船厢系统的自振频率,其有船与无船工况下横荡自振频率分别为0. 130 9 Hz和0. 280 5 Hz;升船机整体结构低阶特征振型主要包括整体系统的横向摆动、绕竖向的扭转、纵向摆动。承船厢内有无船舶计算得到的同种振型下升船机整体结构的自振频率相差很小,表明船舶对升船机整体结构自振特性的影响不大;承船厢位置的升高会使得升船机整体结构的自振频率降低;承船厢位置的变化对升船机低阶振型影响较大,对高阶振型的影响较小。