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。     

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.     

反弧门顶止水窄缝射流水动力特性试验研究*

高水头船闸反弧门顶止水频繁损坏已成为影响船闸运行可靠度的主要问题,开展顶止水工作状态下水动力特性研究十分必要。采用顶止水1:1切片试验装置,开展反弧门小开度运行时顶止水窄缝射流水动力学试验研究,揭示顶止水窄缝射流空化发生发展过程、止水表面动水时均压力分布规律和脉动压力能量分布特征。结果表明,窄缝射流空化在顶止水下表面产生20~80 Hz的高频压力脉动,易引起柔性止水大变形失稳,是阀门开启初期发生冲击性振动的原因。     

葛洲坝船闸人字闸门底止水装置改造

葛洲坝船闸多次因人字闸门底止水装置损坏造成船闸停航抢修,停航时间长,给长江航运带来巨大损失。分析底止水损坏原因,提出将止水装置活动段改成固定段,并增加人字闸门全关时底止水与门槛的间隙,将底枢段止水固定螺栓由沉孔螺栓改为通孔螺栓,并提高所有止水固定螺栓强度,安装2个螺母防松,改善底止水装置使用工况,提高其可靠性。通过计算给出人字闸门全关时底止水与门槛的间隙值,保证人字闸门合拢时底止水刚好与门槛接触。结果表明,葛洲坝3座船闸下游人字闸门底止水经过改造,运行效果良好。     

中高水头船闸平面阀门空化与启闭解决方案

平面阀门是船闸常用的输水门型,在中高水头作用下,阀门门楣、底缘和门槽容易产生气蚀空化现象,阀门启闭机吊杆也容易受压失稳。基于输水模型试验,采用自然通气法,解决了门楣、底缘和轨道气蚀问题。门体背板错位开孔并保留"∧"形力流通道,满足自然通气,同时提升了门体强度与刚度、避免形成浮箱,保证了主滚轮及侧止水的安装。利用顶止水后设置尼龙块,延长了顶止水脱离门楣的时间,防止顶部水流过早出现与底部水流干涉,减小压力脉动降低声振。通过底止水上游面设置,降低闭门时的上托力,在不设置配重的情况下,确保启闭机吊杆始终受拉;避免了吊杆受压失稳,以较小启闭力实现阀门的正常运行。     

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。     

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。     

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。     

葛洲坝船闸人字门顶枢拉杆拆除方案*

拉杆及其前后楔块是人字门顶枢的重要组成部分。原有的人字门顶枢拉杆拆除过程中,拉杆前后楔块松动施工存在安全风险高、拆除效率低等问题。为此,提出一种安全有效的人字门顶枢拉杆楔块拆除设计方案：1）通过研究人字门顶枢拉杆拆除工艺,设计一种人字门顶枢拉杆楔块快速松动工装和工艺流程。2）对楔块松动工装进行校核计算和有限元分析,验证设计的可靠性。3）对楔块松动工装进行厂内和现场测试,并根据工程应用情况验证设计的可行性和实用性。该方案能有效降低施工安全风险、提高人字门顶枢拉杆拆除效率。     

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。     

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。     

信江界牌枢纽船闸改建方案

界牌船闸位于信江航道上,为满足信江通航条件变化,船闸改建或扩建是必须的。针对闸位平面布置方案的选定问题,分析比较不同方案,包括征地、施工断航影响、对已有建筑物的影响、施工难度、投资、水流条件等方面。经过分析比较,最终确定改建船闸方案,改建船闸中心线较原船闸轴线向河侧偏移22. 7 m。针对引航道口门区水流条件进行数值模拟及物理模型试验研究,对不利的水流条件进行调整,并根据水流试验条件提出挂板的布置要求。此研究方法对改建船闸工程闸位方案选择确定具有借鉴意义。     

犍为船闸阀门防空化措施研究

阀门空化问题是高水头船闸设计中最为关键的技术难题。门楣和底缘空化特别严重时,会引发“声振”,“声振”会导致阀门面板及廊道混凝土剥蚀,严重影响工程安全。依托实际工程研究阀门防空化措施,取得了满意的成果。所采用的研究方法及措施具有普适性,可供相关工程参考借鉴。     

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。     

贵港二线船闸泄水阀门体型研究*

贵港船闸是西江航运干线的咽喉,航运地位十分重要。通过建立比尺为1:15的泄水阀门非恒定流常压模型,对6种动水关门事故工况条件下贵港船闸泄水阀门3种体型的动水启闭力特性进行了系列研究,获得阀门底缘形式、阀门下游侧面板是否封闭对动水启闭力的影响规律：阀门下游侧面板不封闭将使下游河道水位的波动直接传播到阀门门井中,导致阀门启闭力反复波动;当阀门底缘朝下时,底缘斜面压力小,底缘受力主要表现为下吸力,因此对应开门过程启门力大、闭门过程闭门力小;阀门底缘朝上,底缘斜面压力大,底缘受力主要表现为上托力,因此对应开门过程启门力小、闭门过程闭门力大,采用底缘朝上型阀门时,应考虑阀门配重。     

高水头省水船闸闸室顶拉预应力钢索效果分析

穿黄工程隧洞方案的高水头省水船闸,可在深基坑两侧边坡上交错布置分散式省水池,闸室墙后回填土低、临空高度大。针对高水期闸室底板负弯矩过大的问题,提出一种带顶拉高强钢索的整体式结构。利用ABAQUS软件建立平面有限元模型,分析钢索在完建期、高水位期、低水位期和检修期4种工况下的作用,研究钢索直径影响和预应力的效果,基于单位索力效用指标提出一种预拉力估算方法。结果表明,钢索主要在高水位期发挥作用,直径越大效果越明显;通过施加预应力可进一步提升钢索效果;提出的预拉力估算公式是合理可行的。