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。     

人字门启闭力影响分析及Z值选取

目前设计规范未对人字门启闭力计算公式中的闸门前后水压差Z值选取做出明确规定,在计算人字门启闭力时通常会取大值,从而导致工程浪费。对大藤峡船闸人字门水动力与启闭特性进行数值模拟和物理模型试验研究,定量分析启闭力影响因素的效果,以便更科学合理地选取Z值。结果表明,适当增大门底间隙、门龛深度和采用变速启闭运行方式有利于闸门前后水体流动顺畅,在闸门启闭过程中形成的Z值则较小,相应的人字门启闭力也变小。综合考虑人字门启闭运行水动力特性的影响因素,合理选取Z值,可得到比较准确的计算结果,优化启闭机容量。     

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。     

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。     

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。     

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。     

三峡船闸紧急关阀工况输水阀门工作条件原型观测*

输水阀门是船闸输水系统的关键部位,运行过程中受水动力荷载显著,极易诱发空化、振动,威胁阀门的安全运行。阀门在开启过程中遇紧急情况需动水关闭时,廊道水流呈现负水击波特性,门前压力迅速上升,而门后压力陡降,阀门工作条件恶化。通过现场原型观测,监测了三峡船闸北4闸首输水阀门在紧急关闭时的工作特性,包括流量和门井水位变化,阀门空化、流激振动及启闭力特性,分析了阀门在动水关阀时所承受的最大作用水头响应规律。结果表明：三峡船闸输水阀门在紧急关闭工况下,工作条件安全可靠。     

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。     

船闸开通闸运行与门缝输水研究进展*

船闸三角闸门可双向挡水和动水启闭,具有开通闸运行和门缝输水的突出优势,能够显著提高船闸的运行效率。针对内河水运高质量发展要求和多座新建船闸开通闸运行技术需求,系统总结了三角闸门船闸开通闸和门缝输水实际应用及相关研究进展,阐述了影响其应用的主要影响因素。在分析目前存在主要问题的基础上,提出应将运行经验与相关技术指标观测研究相结合,构建开通闸和门缝输水运行的基础理论与规范标准,为其广泛应用提供科学依据。