大型人字门水动力特性综合研究*

船闸大型人字门具有平面尺度大、挡水水头高、淹没水深大等特点，其性能及运行安全问题与水动力学特性密切相关。采用数学模型与物理模型相结合的方法，对大型人字门水动力特性开展综合研究。在分析门库边界条件对人字门动水阻力矩峰值影响特性的基础上，提出科学合理的大型人字门门库体型，确定门底间隙、门库深度以及门库与上下游边墙的连接方式。通过1:20的人字门物理模型，研究匀速和变速运行条件下的人字门启闭力和动水阻力矩特性，分析不同启闭方式下的人字门门位和角速度的变化规律，并提出大藤峡船闸人字门变速运行方式。试验结果表明，该变速运行方式可显著降低人字门最大启闭力、减小启闭机设计难度。通过研究船闸及枢纽不同运行工况下的惯性水头和反向涌浪特征指标，以及反向涌浪作用下的人字门漂移特性，提出应对大型人字门漂移的综合措施。     

船闸人字闸门水动力特性研究进展

对比分析国内外传统船闸门类型及其水动力特性,从物理模型、原型观测、数值模拟3方面总结国内外人字闸门水动力特性研究进展,指出研究过程中的关键技术难题——闸门动水阻力矩的变化规律,建议进一步关注闸门启闭过程中水流流态及流场变化、动水压力变化规律,整合并综合分析不同闸门阻力矩原型观测成果,改善闸门启闭数值模拟过程中边界条件处理方式及自由水面捕捉精度,尝试在定性分析的基础上对水阻力矩产生机理有定量的认识。     

淹没水深对船闸一字闸门运行动水阻力矩的影响*

与人字闸门相比,一字闸门可以较好地适应我国西部河流上的“窄高型”船闸,但关于大型一字闸门运行水动力特性的研究几乎为空白。为了探究大型一字闸门运行动水阻力矩变化规律,针对淹没水深这一主要因素开展了系列基础研究。通过比尺为1:20的一字闸门及启闭机联动物理模型试验,分析了闸门启闭过程动水阻力矩变化特性,得到了动水阻力矩峰值与淹没水深和角加速度的关系式。结果表明,淹没水深越大,动水阻力矩峰值对角加速度的变化越敏感,一字闸门在大淹没水深下宜采用无级变速运行方式,尽可能减小启闭初始及末了的角加速度值,从而降低动水阻力矩峰值,减小启闭机设计难度。     

高水头大型船闸人字门门库布置

船闸人字门门库布置关系到人字门启闭过程的局部水流结构及水体交换是否通畅,直接影响人字门启闭力及动水阻力矩的大小,对高水头大型船闸尤为重要。通过数学模型分析人字门启闭过程中的局部水流特征,论证门库各项边界条件对动水阻力矩的影响,进而提出高水头大型船闸人字门门库布置技术,给出科学合理的人字门门库体型及特征尺寸,可显著降低人字门启闭初期与末期的动水阻力矩峰值,从而解决高水头大型船闸人字门及启闭设备的设计难题,有利于人字门安全可靠运行。     

改善船闸底枢工况的措施分析

底枢是人字闸门运行最关键的支承受力构件.人字门工作时,底枢承受着门体自重和启闭力产生的转动力矩,同时底枢受力还要随着作用在门体上的风载、水位压力差和启闭力方位的变化而变化.     

三角闸门启闭力计算问题的分析

针对三角门船闸闸门启闭力计算的问题,介绍了启闭力的计算方法,阐述了水流速度与闸门启闭力的关系,并用实例进行了分析计算,从而搞清了水流速度对闸门启闭力的影响。     

犍为船闸输水反弧门廊道非恒定流水力特性研究*

船闸输水阀门段动水荷载是高水头船闸设计中关键的技术难题。以犍为船闸输水反弧门“平底＋顶部渐扩”的廊道非恒定流常压模型为依托,重点研究阀门段动水压力特性、启闭力特性,动水关闭工况下阀门段廊道水动力荷载、开启速率及作用水头对水动力荷载及启闭力特性的影响。综合分析阀门结构体系、门后动水荷载、启闭力特性、防空化效果等因素,犍为船闸阀门不会发生有害的流激振动。     

长洲三线船闸人字门原型调试研究

为保证长洲三线船闸的正常安全运行,同时更好地积累大型船闸人字门运行经验,对长洲三线船闸人字门启闭特性进行原型观测与调试。结果表明：平水调试阶段,人字门系统运行平稳,启门力远小于启闭机额定容量,说明启闭设备设计合理;运行调试初期,闸室存在较严重的超灌（泄）现象,人字门活塞杆受压较大,可能超过启闭机的额定油压,易使液压杆受损;采用集控自动程序运行后,超灌（泄）现象得到较大改善,人字门活塞杆受力在正常允许范围内。证明原型观测与调试是保证实际工程安全运行的有效手段。     

高水头船闸输水阀门启闭力特性研究

高水头船闸输水阀门在运行过程中受水动力荷载作用影响,工作条件非常复杂,直接影响阀门的启闭力。由于阀门启闭力是决定启闭机容量和阀门自重的关键设计参数,因此有必要开展专门研究。1)针对反弧门形式,分析了阀门启闭速率、阀后廊道体型、阀门作用水头对启闭力的影响。2)通过改变阀门门型、底缘形状、支臂包护方式等形状系数,研究阀门的形状阻力对阀门动水启闭力的影响,获得相关规律。3)采用三峡船闸阀门启闭力原型观测数据对模型试验值进行验证,两者结果吻合度较好,三峡船闸输水阀门启闭机容量和阀门自重可以满足动水开启和关闭的要求。     

基于Ansys的大型船闸人字闸门背拉杆预应力设计

大型船闸的人字闸门结构的整体抗扭刚度较小,在自重、风压力以及水压力作用下,闸门在运行过程中容易发生过大的扭曲变形。为了提高人字闸门的抗扭刚度,减少人字闸门在运行过程中的变形,在设计中一般采用对人字闸门背拉杆施加预应力。结合汉江雅口航运枢纽工程船闸,利用Ansys有限元分析软件对人字门背拉杆施加预应力问题进行分析研究。分析结果可为背拉杆预应力的应用提供参考,同时为同类闸门背拉杆预应力的设计计算提供借鉴。     

基于同步冗余策略的龙溪口船闸启闭机设计

针对龙溪口34 m口门船闸人字门在启闭过程中要求运行平稳、快速、同步性好、关终位门体错位小等问题，深入分析船闸人字门启闭过程中运行阻力矩的变化特性，详细介绍船闸启闭机形式和布置方式。从设备和土建等方面对人字门全开位时启闭机活塞杆与门体垂直和倾斜连接两种布置方式进行对比，得出口门宽度小于等于16 m的船闸宜采用倾斜连接，口门宽度大于16 m的船闸宜采用垂直连接布置形式。梳理了龙溪口船闸启闭机及液压控制设计特点，并基于同步冗余策略开展龙溪口船闸启闭机设计，设置两套位移传感器互备互校，实现人字门高效安全同步。通过龙溪口船闸试运行验证启闭机设计布置、选型和同步冗余策略合理可行。     

三角闸门门缝输水运行工况研究

门缝输水是三角闸门的一种重要特性。基于三角闸门门缝输水,低水头船闸可以不设置阀门以降低工程建设成本,但具体适用工况尚难把握。依托未设置阀门的大柳巷船闸,采用理论计算与现场实测相结合的方法,分析了门缝输水时水力及启闭力。研究表明:口门越大三角闸门能承受门缝输水的水头越小;目前门缝输水有关计算公式尚需结合三角闸门的结构特点确定流量系数;三角闸门启闭力除按规范公式计算外还应考虑门体缝隙流和惯性阻力矩的影响。     

中低水头船闸人字门浮箱及背拉杆抗扭能力研究

浮箱和背拉杆是中低水头船闸人字门提高抗扭能力的有效措施,但是考虑二者共同预应力的研究工作较少。基于江苏某在建船闸人字门,建立人字门空间薄壁结构有限元模型,对比设置不同浮箱的人字门抗扭能力,提出了较为合理的浮箱设置方案。在此基础上,研究不同背拉杆布置方式下人字门的抗扭能力,提出一种背拉杆预应力的改进优化模型,使施加预应力后闸门的整体抗扭能力得到更大提高。研究结果表明：采用U形浮箱及预应力背拉杆进行人字门组合抗扭的方案,可有效提高闸门的整体抗扭能力。研究方法和研究成果可为中低水头船闸人字门的设计提供参考。     

大型三角闸门门缝输水运用条件试验研究

裕溪一线船闸扩容改造工程首次将三角闸门的应用口门宽度提高至34 m。为提高船闸的运行效率、充分发挥三角闸门动水启闭的优势,开展了大型三角闸门门缝输水运用条件试验研究。以三角闸门的水动力特性和船舶停泊安全为依据,研究提出裕溪新船闸大型三角闸门门缝输水的运用条件:1)三角闸门采用门缝输水应尽可能在1 m水头差以内开启;2)闸门开度应控制在1 m以内;3)随着水头差减小闸门开度可进一步增大。     

基于光纤布拉格光栅的船闸人字门健康状态远程监测系统

为解决船闸人字门长期工作过程中形成的结构损伤及积累损伤，提出了一种基于光纤布拉格光栅（fiber bragg grating，简称FBG）的船闸人字门健康状态远程实时监测技术方案。依据船闸人字门实际受力状况及特殊水域环境工作状态，布设FBG传感器网络对船闸状态进行远程监控，经信号解调、数据处理与分析、损伤识别与安全评定系统综合评定船闸人字门的整体健康状态，解决了定期停航进行人工检修方式存在的影响航道运输、无法实时监测及预警等弊端。对提高安全通航效率、保障设备设施运行安全具有重要意义。     

船闸人字门高位顶门固门工装优化

船闸人字门高位顶落门施工须安装固门工装,而传统的固门工装安装复杂、安全性较差。针对现有的固门情况及缺陷,设计研究了三峡、葛洲坝船闸人字门顶落门新型固门工装,并用于工程实践。优化后的固门工装安装简单、安全可靠,有效节约了施工时间和空间、降低了施工成本。根据应用情况提出今后进一步的优化思路。     

人字闸门背拉杆的结构特性分析

背拉杆是人字闸门必不可少的构件。对比了人字闸门非预应力背拉杆及预应力背拉杆的计算方法,给出了非预应力背拉杆的改进措施;通过有限元软件分析不同背拉杆结构形式的人字闸门抗扭刚度,指出了门体变形控制参数之间的相互关系,印证了预应力背拉杆对提高人字闸门抗扭刚度、降低门头下垂量等的巨大作用。     

浮箱结构船闸人字闸门预应力背拉杆设计

大型船闸人字闸门因门体较高、启闭时雍水阻力及风阻力较大,背拉杆大多采用预应力结构。为延长其顶底枢的使用寿命,常在最低通航水位以下设置浮箱。结合下坝复线船闸,先介绍预应力背拉杆及浮箱的布置形式,再着重引入美国陆军工程师兵团SHERMER C L提出的理论进行设计计算,最后对有浮箱结构的人字闸门背拉杆预应力施加方法进行探讨。