龙滩第二级升船机船舶出厢过程水力特性综合研究*

龙滩水电站通航建筑物为两级带中间渠道的垂直升船机,设计船型为1 000吨级机动驳。通过物理模型试验的方法,进行船舶出龙滩第二级升船机船厢的试验,研究船舶出厢过程中船厢内水面波动、船舶下沉量、对接锁定机构荷载等水力特性。研究结果表明：从升船机对接安全和船舶航行安全角度出发,为满足最大吃水为2.4 m的1 000吨级船舶过机,船厢设计水深3.5 m,船舶出厢航速应≤0.7 m/s。     

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。     

向家坝升船机船舶吃水控制标准原型观测分析及应用实践*

向家坝升船机投入试通航后,由于金沙江下游河段实际航行的1 000吨级船舶与升船机设计过机船舶主尺度匹配性差,船舶过机装载率较低。为进一步提高升船机通过能力及船舶运输经济效益,开展船舶过机吃水原型观测分析,逐步放开船舶过机吃水控制标准非常必要。通过大量过机船舶不同吃水、航速的进出厢试验原型观测,对影响过机船舶吃水控制标准的航道水位变幅、船厢水深变化,进出船厢航速、下沉量等因素进行系统的分析研究。结果表明,向家坝升船机过机船舶吃水提升至2.4 m,依然有30 cm以上的防触底安全富余量,满足船舶安全过机要求。     

乌江思林和沙沱升船机船舶超吃水可行性研究

针对乌江思林、沙沱两座升船机船舶1.6 m吃水控制标准导致载货量偏低的实际问题,开展超吃水船舶进出升船机船厢系统性的实船试验,论证船舶吃水标准提升的可行性。结果表明,船舶出厢为控制性工况,2.0 m吃水船舶正常出厢实测最大下沉量16.46 cm,富余水深大于30 cm;基于实船试验数据改进的下沉量预测公式,将船舶实际下沉量预测精度提高1倍以上;按目前2座升船机运行水位协调机制,上下游水位变化在10 cm以内,船舶最大吃水提升至2.0 m是可行的。建议在运行中按照1.8~2.0 m吃水逐步放宽控制标准。     

三峡升船机145 m水位上游对接厢内水面波动特性实船试验研究*

与其他升船机相比,三峡升船机具有上游通航水位变幅大的特点,同时还受三峡五级双线船闸充水影响。通过4条不同船型、尺度、排水量的船舶13个航次的实船试验,获取了三峡升船机上游145 m水位下,上游水位变化对船厢对接过程的影响,主要内容为船厢水面波动及变化特性,为三峡升船机过机船舶技术要求的制定提供了重要依据。研究发现,当上游水位在145～150 m时,受双线船闸充水影响,升船机上游引航道水位变化对船厢上游对接影响明显加剧,且易导致船厢水深不足,影响升船机及船舶安全。     

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。     

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。     

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。     

下游引航道船行波对景洪升船机运行特性的影响

通过快艇在下游引航道快速航行主动制造船行波,研究船行波对景洪水力式升船机运行特性的影响。结果表明:下游引航道船行波对船厢池水面波动无明显影响;船厢与下游引航道对接待机时,船行波对船厢内水面波动有不利影响,并威胁到试验船舶在船厢内的停泊安全。景洪升船机船厢与下游引航道对接且厢内有系缆船舶时,为确保船厢内船舶停泊安全,须严格控制下游引航道船舶的航行速度。     

构皮滩通航建筑物中间渠道船舶航行特性试验研究

中间渠道船舶航行特性与通航建筑物通航效率和船舶航行安全息息相关。利用牵引船模缩尺试验，研究构皮滩水电站通航建筑物中间渠道内船舶上下行过程中的航行特性，分析了不同航速下船舶的升沉特性，基于试验结果拟合了船舶在中间渠道内最大下沉量与航速、渠道水下面积、船舶舯断面水面以下部分面积以及初始水深的关系，建立了可准确预测船舶最大下沉量的无量纲公式。研究结果表明：1)相同航速下，船舶出船厢下沉量远大于进厢，船舶出厢过程是船舶下沉量的控制工况；2)中间渠道断面系数小于3.0时，断面系数变化对船舶下沉量影响较为明显，且断面系数越小对船舶下沉量影响越显著；中间渠道断面系数大于4.0后，断面系数增大对船舶下沉量的影响迅速减小。     

构皮滩通航设施第一级中间渠道水力学观测与实船试验

依托乌江构皮滩通航工程，开展了含长距离通航隧洞中间渠道的水力学观测与实船试验，揭示了中间渠道波动传播时空变化规律及船舶航行特性。观测表明：中间渠道波动传播速度约5.0～6.8 m/s,波幅与水面宽度呈反比，中间渠道两端的水面波动最大，通航隧洞内次之，大型渡槽交汇区波动最小；在中间渠道船厢卧倒门启闭产生的波幅在2 cm内，船舶正常航行产生的最大波幅约10 cm以内，主要波动周期为120～160 s,水面波动对船舶航行富余水深影响不大；船舶在中间渠道正常航行速度达到了设计指标，最大下沉量发生于船舶出厢连续加速阶段，实测上行和下行最大下沉量分别约25和13 cm,船舶在中间渠道内航行下沉量约10 cm以内，富余水深较大，通航隧洞断面设计总体合理。     

垂直升船机船厢门控制过程实现

在垂直升船机运行过程中，承船厢船厢门是保证船厢水深、连通船厢水域和上下游水域的重要机构。通过简要介绍承船厢船厢门的结构及布置、控制系统的组成、运行过程实现，探讨采用可编程控制器实现对船厢门启闭控制，使船厢门安全可靠运行的方法。     

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。     

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。     

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。     

船舶进出三峡升船机时下沉量模型试验研究

船舶在狭浅水域航行时,由于水体流动及波浪的复合影响,会造成船舶航行下沉量较大而存在触底的风险,危及船舶结构和通航设施的安全,如何有效地评估船舶航行下沉量对航运安全有重要意义。该文以船舶通行三峡升船机为例,通过牵引船模试验方法测得不同船型在进出三峡升船机航行时的下沉量,拟合出不同船型下沉量计算公式。研究表明：航速是影响船舶航行下沉量的重要因素,船舶出升船机过程应作为最大下沉量的控制工况。研究结论可为航运管理部门制定通航管理规定和船舶设计单位设计相关船型提供技术支撑。     

向家坝升船机船厢防撞装置介绍及其桁架改造分析

船厢防撞装置是升船机的重要安全设备,能有效防止船舶进出船厢时失速撞击船厢门事故的发生。本文对向家坝升船机船厢防撞装置的机械结构以及动作流程进行了详细介绍。同时,根据现场需要,对防撞装置桁架进行了带人行通道的改造设计,通过有限元技术分析了改造部分桁架在带钢丝绳刚提升和人员通行两种状态下的受力和变形情况,结果表明,其强度和刚度均满足使用要求。新桁架经现场实际使用,功能正常,证明了该改造设计方法的可行性。     

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。     

缩短三峡升船机船舶进厢时间的措施

为进一步提高三峡枢纽通过能力,根据对现阶段三峡升船机船舶过厢现状的分析,发现三峡升船机设备运行时间相对稳定,船舶进厢时间是影响船舶过厢时间的主要因素,结合三峡升船机船舶调度指挥运行实际提出缩短船舶进厢时间的应对措施。船舶进厢时间明显缩短对提升三峡升船机通航效率具有重要意义。     

限制性航道船周回流速度与船体下沉研究

通过船舶在限制性航道(宽32 m,水深2.5 m)的航行试验,研究了500 t和300 t船队航行时的船周回流速度与船体下沉。试验表明,船周回流和船体下沉与航速、航行方式和断面系数等因素有关,其中交错航行时的船尾下沉量是渠道水深设计的控制条件。