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°。     

下水式升船机船厢入水过程三维数值模拟技术*

船厢出入水过程产生的附加水动力荷载是下水式升船机发展需要解决的一个突出问题。采用VOF模型和κ-ε湍流模型,结合动网格技术建立三维数学模型,对下水式升船机船厢入水过程的水动力学特性进行模拟。研究表明：该模型具有较好的精确性和稳定性,可以用于模拟船厢入水后船池内部产生的复杂水流运动。应用该模型分析构皮滩第三级垂直升船机船厢不同入水速度下船池内部水流波动特性以及流场分布特征,计算结果与物理模型试验结果吻合较好。     

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。     

三峡升船机船厢对接停位及运行分析

三峡升船机通航水位变化大、变动快一直是运行管理的焦点问题,设计时为保证安全,严格控制船厢准确停位条件,但也导致频发停位不准的故障而重新对位,严重影响效率。针对准确停位效率低的问题,研究对接停位机理,基于船厢跟随水位校准目标位的自动控制方式,采取优化船厢位置与航道水位的偏差控制值和补充人工干预的措施,改善准确停位控制条件,提高对接效率。分析对接停位中航道水位变动及船厢位移、驱动电机转速变化规律,得出下游与上游对接停位运行的差异,提出降低下行停位的速度控制曲线斜率,提高运行的平滑性,为升船机运行安全及提升效率提供参考。     

CATIA在亭子口升船机船厢结构设计上的应用

采用CATIA V5三维工程设计软件对亭子口升船机船厢结构进行设计。设计过程中采用全参数驱动,对船厢结构及部分机构进行了全尺寸的三维建模,利用CATIA的工程图模块成功的生成了满足规范要求的二维工程图纸,并利用实体模型对船厢在不同工况下的复杂受力情况进行分析,对船厢结构的强度及变形进行校核。此方法极大的提高了效率,减少了出错率,优化了板件梁系及备的布置。为今后的大尺寸复杂的升船机船厢结构件设计提供了一种新方法。     

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。     

景洪升船机500吨级船舶实船试验船厢水面波动特性研究

升船机承船厢对接过程是升船机运行全过程中重要的一环,对接过程中船厢内的水面波动直接影响厢内船舶的安全停靠和水力式升船机同步轴工作条件。针对这一过程中厢内水面波动变化特性对升船机安全运行的影响,进行了在不同对接水位差启闭卧倒门和在不同航速进出船厢的500吨级船舶实船试验。重点探讨了对接水位差、船舶进出船厢航速对厢内水面波动特征值的影响,给出了船厢内波动振幅与水深和水位差的经验公式,分析其对船厢和船舶航行安全的影响。实船试验成果验证了景洪升船机500吨级船舶通航安全性。     

船池形式对下水式升船机船厢出水过程水动力特性的影响

通过比尺为1∶20的船厢出入水物理模型,系统研究船池面积和船厢出水速度对下水式升船机船厢出水水动力特性的影响。结果表明:船池与船厢间隙面积与船厢面积比β的增大可有效降低船厢出水启动力、引航道内水面最大坡降,改善船池内船厢停泊条件;结合船厢入水过程水动力特性以及工程实际,建议船池与船厢间隙面积与船厢面积的最佳比值β为1.24。     

三峡升船机船厢门侧止水应力特性数值模拟及结构优化

为查明三峡升船机船厢门侧止水聚四氟乙烯减摩层敷面磨损原因,根据船厢门实际运行工况,建立船厢门侧止水非线性有限元计算模型,通过模拟船厢门挡水与启闭工况,分析计算了不同橡胶材料和预压缩量对船厢门侧止水P头的最大接触应力、正压力及最大偏移量的影响。结果表明,船厢门侧止水P头的接触应力、正压力和最大偏移量均随着橡胶材料的硬度降低而减小,挡水水头越低,材料硬度的敏感程度越高;接触应力和正压力均随预压缩量的增加而增大,特别是预压缩阶段,正压力随着预压缩量的增加而显著增大。最后提出,通过优化侧止水橡胶材料、减小预压缩量等方法可减缓船厢门侧止水聚四氟乙烯减摩层敷面的磨损。     

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。     

200米级齿爬式升船机安装过程中承船厢结构及驱动系统变形仿真

齿爬式升船机承船厢驱动系统需要在承船厢加载条件下进行精确定位、安装,并在空厢工况下承船厢结构变形量满足施工规范要求。考虑主纵梁、安全横梁、驱动横梁、卧倒门、小齿轮托架机构、同步轴系统等,建立200米级齿爬式升船机承船厢及驱动系统的有限元模型,分析安装过程中承船厢底部支承、承船厢悬吊(4. 7 m水深)以及承船厢悬吊(空厢) 3种工况下的承船厢结构与驱动系统安装位置的变形,并提出优化建议。结果表明:安装过程中承船厢主体结构的挠度变化值均在允许范围内,内外侧主减速器底座存在高度差,同步轴Ⅲ两端变形差异较大,同步轴Ⅳ末端靠近承船厢中心的部分变形较大。建议将内侧主减速器底座抬高5. 16 mm,同步轴Ⅲ靠近承船厢中心的锥齿轮箱安装底座抬高10. 49 mm,离同步轴Ⅳ末端最近的固定自调心轴承底座和锥齿轮箱底座抬高24. 32 mm。     

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。     

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。     

升船机卧倒门启闭船舶停泊条件三维数值模拟

升船机卧倒门启闭过程中,船厢内船舶停泊条件研究是升船机水力学的关键问题之一,通过结合RNG k-ε紊流模型、自由液面VOF模拟方法以及模拟物体自由运动的GMO模型技术,对卧倒门启闭过程中船舶停泊条件进行了数值模拟研究,并对船厢内的流场和船舶系缆力进行分析,计算结果与模型试验结果吻合良好。     

船舶进出承船厢水力特性试验

采用遥控自航船模和牵引船模相结合的方法,对船队进出船厢的水力特性进行了试验。成果表明:船队进出厢的航行阻力和下沉量取决于船厢断面系数和进出厢的速度。断面系数减小,航速增加,阻力和下沉量增大;出厢的阻力和艉沉均大于进厢;结合国内的部分研究成果以及国内外的工程实践,初步提出了承船厢尺度的确定原则。