超高扬程齿轮齿条升船机动力特性分析*

运用ANSYS有限元软件建立了包含塔柱、承船厢、提升系统和地基的超高扬程齿轮齿条爬升式升船机整体模型,并对其进行动力特性分析。计算结果表明：1）提升系统及升船机整体结构的主要低阶特征振型包括横向摆动、竖向扭转、纵向摆动,厢内有船工况下的自振频率要小于厢内无船工况。2）对比塔柱-地基系统模型、有船工况下修正HOUSNER简化船舶模型、流固耦合实体船舶模型,发现考虑提升系统后的升船机整体结构模型的主要振型频率均减小;同时发现采用修正HOUSNER简化船舶模型与流固耦合实体船舶模型具有相似的固有频率值,简化船舶模型的结构系统自振频率均小于实体船舶模型。     

高扬程升船机多子结构耦合系统动力特性

采用有限元软件ABAQUS构建了高扬程升船机整体有限元模型,包括地基、塔柱、承船厢、厢内水体、钢丝绳、滑轮组、平衡重和纵横导向机构。通过数值模拟,对升船机整体系统进行了动力特性分析,探讨了地基刚度及承船厢竖向位置对升船机整体结构耦合振动特性的影响。计算结果表明:不考虑地基情况下,结构的振型更为密集,低阶模态中出现了频率为零的振型,运行系统可能发生动力失稳;升船机系统出现的以承船厢为主体的绕轴翻转振型和竖向升降振型将对安全机构的强度和系统的稳定性造成不利影响;承船厢竖向位置由低到高变化时,升船机结构各阶主振型对应频率值呈递减趋势。     

考虑船舶影响的超高扬程升船机地震响应研究

采用ANSYS有限元软件,建立了200 m扬程的升船机整体有限元模型,包含了卷筒、钢丝绳、平衡重、塔柱、承船厢、顶部联系梁、纵横导向机构、挡土墙以及地基。利用Housner模型和修正Housner模型简化了厢-水、厢-水-船动力耦合模型。通过有限元计算,对比分析了8度地震作用下,厢内有船和无船两种工况时,升船机塔柱以及承船厢的位移和加速度响应以及特征部位的应力响应。结果表明:升船机塔柱顶部的最大横向位移为36.61 cm,满足规范限值要求;地震作用下底板和塔柱筒体的交界面发生应力集中现象,需加强配筋;厢内船舶对升船机整体系统的动力响应影响不大,但是对承船厢有较为明显的影响,在研究地震作用下承船厢动力响应时,厢内船舶不能被忽略。     

升船机船厢卧倒门启闭方式对厢内船舶系缆力的影响*

结合思林、岩滩等升船机承船厢卧倒门不同启闭方式下船舶系缆力模型试验资料,通过概化模型对升船机承船厢卧倒门启闭过程船舶受力影响因素进行分析,提出了承船厢启闭过程船舶纵向系缆力计算方法。利用建立的系缆力计算方法,对保障升船机船厢内船舶系缆安全的卧倒门启闭速度及对接水位差标准进行探讨,提出相关建议。     

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。     

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。     

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。     

船舶进出三峡升船机速度研究

文中根据船舶进、出三峡升船机模型试验资料,结合现有过三峡船闸具体类型船舶尺度数据,分析船舶进、出三峡升船机承船厢的水力学特性,对船舶进、出三峡升船机承船厢速度合理性进行研究和探讨,提出了船舶进、出升船机速度的控制条件。研究表明,船舶出厢速度不能选取同一限制标准,应按不同断面系数、不同船舶类别予以不同限制。     

向家坝升船机承船厢设计水深标准*

通过1:16的物理模型研究了船舶进出升船机承船厢时的最大下沉量与船厢水深、船舶航速及船厢断面系数间的变化规律。提出船舶出厢过程是船厢设计水深的控制条件,建立了船舶下沉量的无量纲计算公式。通过综合比较不同船厢水深船舶下沉量及船底安全富余水深,提出了向家坝升船机合理的船厢设计水深标准。     

水力式升船机平衡重系统单竖井模型振动试验研究*

水力式升船机是我国提出的具有自主知识产权、利用水能作为提升动力和安全保障措施的新型垂直升船机形式。针对该型升船机研究现状,设计制作平衡重系统单竖井简化模型,对其进行不同频率不同振幅正弦振动试验。结果表明：低频产生的振动响应比高频明显,且振幅越大振动响应越激烈;当试验频率接近模型结构自振频时,竖井与浮筒间隙水体晃荡剧烈,浮筒上下运动明显,承船厢也随之上下晃动,这对升船机的平衡安全运行具有不容忽视的影响,需要进一步深入研究。     

水力式升船机竖井内水体的振动分析

地震荷载下升船机系统内水体与浮筒间的耦合作用是影响升船机安全运行的一个难题。通过流体动力学模拟(CFD)方法,讨论在不同频率的正弦激励下升船机竖井内水体的振荡。结果表明:竖井的水体存在一个自振频率,此频率比相同径度、相同水深的矩形池的值大约10%,自振周期约为0.42s;竖井水体的自振频率基本不随高度变化。     

船用曳引式升降机动力学建模及仿真分析

对船用升降机动态特性的研究一直以来都是升降机研究领域的一个薄弱环节。针对船用升降机的特殊性,根据曳引式升降机的物理模型建立升降机垂直方向上的动力学模型,并结合模态分析法研究该模型,得出升降机位置对其固有频率的影响。以船体振动中螺旋桨和主机振动频率为激励频率,将理想电气速度曲线引入系统中,运用Matlab软件模拟系统响应的全过程,得出船用升降机的一些基本运行特性。     

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°。     

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。     

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。     

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。     

三峡升船机锁定机构单点保压失效时小齿轮受力变化

通过对三峡升船机船厢水深与锁定机构设定特定的研究条件,分析锁定机构单个驱动点保压失效状态下小齿轮受力变化和船厢水深对锁定机构受力的影响,通过研究不同条件下小齿轮的受力特点、动作规律,使用数学方程核算船厢倾斜状态对锁定机构受力的影响,从理论上得出此研究条件下小齿轮受力的定性和定量变化规律。结果表明,锁定机构的保压性能失效会引起船厢驱动机构的受力变化;船厢倾斜对锁定机构动作的允许偏载水深是有影响的,但此影响较小。     

景洪水力式升船机事故工况及应对措施

水力式升船机包括水力输水系统、机械系统、上(下)闸首设备及电气系统等。分析升船机各系统可能出现的故障,以及这些故障对升船机运行可能造成的影响,结合升船机运行流程,对几种典型事故工况进行分析,提出水力式升船机运行事故工况分类及应对措施。研究成果可对类似升船机的设计提供参考。