葛洲坝3号船闸反弧门止水装置改进方案的研究

介绍了3号船闸反弧门止水装置的改进及实施办法。     

考虑门杆耦合效应的反弧门自振特性分析*

针对高水头船闸大型反弧门结构动力设计安全问题,进行阀门、门杆系统自振特性三维有限元计算,探讨门杆耦合特性及主要结构尺寸的敏感性。研究表明,门杆耦合系统模态更加丰富,自振特性由吊杆起决定性作用,系统基频11.59 Hz,为吊杆单独弯曲振动,吊杆-门体耦合自振频率略低于门体,吊杆长度对系统自振特性影响较大,支臂外包面板厚度基本没有影响。     

船闸反向弧形阀门顶止水装置改造

船闸反向弧形门日常故障主要是顶止水损坏,主要是反向弧形门开启之初顶止水与门楣脱离形成窄缝,止水受力恶劣,易造成止水损坏。从提高止水固定可靠性和改善受力两方面对顶止水装置进行改造研究。通过分析止水现有固定方式存在的问题,采用穿孔螺栓并安装两个螺母防松的方式进行固定,提高可靠性,并在试验装置上对止水压板增加挡水板后止水的受力情况进行测试。结果表明,止水空化减弱,水动力时均压力荷载减小,并能抑制顶止水的自激振动,止水受力状况得到改善。在2022年葛洲坝3^#船闸大修中对反向弧形门顶止水装置进行改造,运行效果良好。     

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。     

高水头船闸阀门顶止水安装变形试验与数值模拟

针对高水头船闸反弧门顶止水安装变形的问题,采用止水切片试验和数值模拟相结合的方法,研究半圆头型止水在不同安装荷载作用下的变形轮廓、位移变形、头部凸起和接触宽度等安装变形规律及等效应力分布规律.结果表明,基于力学试验获得原型材料参数和接触力学计算理论,止水变形数值模拟结果与1∶1切片试验结果吻合较好;随着安装扭矩增大,止水半圆形头部凸起高度近似线性增大,胸墙处止水接触宽度呈非线性变化趋势;止水头部与压板、座板接触边界位置应力梯度最大,是止水最易发生损坏的部位.     

船闸反弧门设计要点

反弧门设计边界条件复杂、计算参数难以选定,目前缺乏相关设计指导文献,设计难度大。通过大藤峡船闸反弧门相关的模型试验研究,并总结葛洲坝、三峡和大藤峡船闸反弧门设计经验,得出可有效抑制空化现象的廊道体形;依据闭门速度快慢选取动水荷载系数;采用全包板门体结构和流线型底缘可减小水流扰动,改善流态,减小气蚀破坏;启闭力计算时需要考虑水柱力和水阻力等设计要点和合理化建议。     

三峡船闸输水廊道反弧门涂层失效及腐蚀原因分析

为保障三峡船闸输水廊道反弧门的运行安全,在2021和2022年三峡船闸计划性停航检修期间,对南北两线船闸反弧门的腐蚀状况进行检测和评估,分析其防腐蚀涂层起泡破坏及门体腐蚀的原因。结果表明,反弧门涂层存在大面积起泡、剥落,门体及构件的局部腐蚀问题凸显,涂层损伤及锈蚀面积约占反弧门检测面积的20%。反弧门原有涂装材料和热喷锌层仍能发挥防腐蚀作用,尚不需要进行大面积维修,但对于局部腐蚀和涂层破坏明显的区域,应及时修复,并加强检测、维护,避免发生腐蚀失效威胁门体安全。同时,针对反弧门遭受的高速水流冲蚀、空蚀以及电偶腐蚀耦合破坏问题,提出进行反弧门表面高弹、抗冲耐磨防护材料修复以及施加牺牲阳极阴极保护防护试验研究的建议。     

大型船闸反弧门运行状态检测方案

目前船闸反弧门启闭位置控制主要依赖于开度检测装置和位移传感器,由于船闸反弧门在高水头下动水启闭频繁,当吊杆连接轴及轴套磨损后,会造成反弧门启闭位置误差逐渐增大,使得反弧门存在超关现象,进而对反弧门门体、止水、底坎埋件造成破坏。针对此问题,从提高启闭控制系统的精度方面对船闸反弧门运行状态检测方案进行研究。分析了反弧门位置控制系统存在的问题,采用在反弧门门体内部安装倾角传感器的方式对启闭位置角度信息进行检测,提高了启闭位置控制精度。2021年在葛洲坝三号船闸右充反弧门实施了运行状态检测装置的安装施工与测试,验证了反弧门运行状态在线检测系统的技术可行性以及检测水平的先进性。     

船闸输水系统多孔相向紊动射流研究综述*

多孔相向紊动射流是船闸输水过程中一种重要的流动现象,基于国内外大量研究资料,从多孔紊动射流流动特性、多孔紊动射流消能机理、船闸输水系统多孔相向紊动射流等研究方面对多孔相向紊动射流的研究进行了系统的论述和评析,并对船闸输水系统多孔相向紊动射流需进一步研究的课题进行探讨。     

犍为船闸输水廊道体形比选试验研究*

阀门空化问题是高水头船闸设计中最为关键的技术难题。结合国内外船闸研究及运行经验,在阀门埋深相同的前提下,阀门段廊道体形是影响阀门段空化特性的主要因素,亟需进行不同廊道体形的非恒定流特性研究。依托实际工程,开展模型试验进行 “底扩顶扩廊道体形+反弧门”与“平底顶渐扩廊道体形+反弧门”的对比研究,通过阀门廊道段动水载荷特性及阀门启闭力特性等各项指标的综合对比得出,前者更适合于高水头船闸,但该廊道形式工程量较大,体形复杂,施工要求较高,后期检修维护较困难。综合各种因素,犍为船闸选用“平底顶渐扩廊道体形+反弧门”方案。     

高水头船闸平底廊道反弧形阀门净动水启门力恒定流试验*

通过恒定流试验对平底廊道反弧形阀门净动水启门力进行了研究,结果表明：1）底缘压力下降是反弧形阀门产生净动水启门力的最主要原因;2）各开度下反弧形阀门净动水启门力与孔口水流弗劳德数的平方成线性关系;3）阀门厚度变化对反弧形阀门最大净动水启门力影响较小。     

高水头船闸平底廊道反弧形阀门净动水启门力非恒定流试验

通过非恒定流试验对平底廊道反弧形阀门净动水启门力进行研究,研究表明:1)阀门净动水启门力可以分解为两个部分,一部分由廊道水流作用产生,另一部分由门井水流作用产生;2)各开度下由廊道水流运动引起的阀门净动水启门力与孔口水流弗劳德数的平方成线性变化关系;3)各开度下由门井水流运动引起的阀门净动水启门力与门井水流弗劳德数成线性变化关系;4)首次提出了高水头船闸平底廊道反弧形阀门净动水启门力计算公式,公式计算结果与原型观测结果吻合好,计算精度高。     

悬链式单浮箱防波堤水动力特性试验研究

为研究悬链式单浮箱防波堤水动力特性的影响因素,采用二维物理模型试验方法,讨论规则波下相对吃水S/d、相对宽度B/L、锚链刚度k、锚链系泊倾角α等因素改变时浮堤模型的透射系数K_t和锚链上最大拉力F的变化规律。试验分析采用平均波高计算透射系数K_t,以前1/10最大拉力平均值作为最大拉力F。结果表明:相对宽度B/L0. 3时,相对宽度B/L是影响浮箱模型消浪性能的主要因素;相对吃水S/d0. 14时,相对吃水S/d是影响锚链上最大拉力F的主要因素。所得结果可以为悬链式单浮箱防波堤的设计和进一步研究提供参考。     

沪通长江大桥桥墩布设水动力特性试验研究

沪通长江大桥横跨长江河口段的南通水道和天生港水道,该河段收径流和潮流共同作用,水流条件复杂。采用物理模型研究了工程河段水流特性,并重点分析了桥位断面流速、流向及单宽流量等。研究表明:桥位断面最大流速出现在南主墩所在的主槽附近,上游流量越大、下游潮汐越强,桥位断面处流速愈大;平常水文条件如98大洪水下条件下的水流不会对桥梁产生大的不利影响。但如果出现100a、300 a一遇极端水文条件,南主墩附近最大落潮、涨潮流速在3.7 m/s和1.3 m/s以上,在这种较强的双向水流作用,南主墩处会出现较大局部冲刷,同时施工时巨型钢围堰受到的水流作用远较桥墩要大,这对桥墩布设及其防护、施工围堰的设计和围堰安全提出了很高的要求。     

喷流舵水动力试验研究

本文介绍了喷流舵模型及试验装置的设计,给出了试验数据处理及表达方法.文中三种喷口位置对比试验结果表明,尾侧喷口具有更高的升力系数,在Cμ=0.20时,为常规舵的1.693～4.490倍,可望满足减纵摇高升系数的技术要求.