水力式升船机下游对接方式探讨

水力式升船机因其下游对接过程中存在多重流固耦合,如船厢与船厢池、船厢内水体与船厢、竖井水体与平衡重等,对接过程升船机受力较传统钢丝卷扬下水式升船机更为复杂。为保证水力式升船机下游安全高效对接运行,对水力式升船机制动器工作状态和下游对接位选取进行深入研究。依托景洪水力式升船机原型观测下游对接过程试验,探讨下游制动器工作方式、船厢对接位对升船机运行的影响,推导有对接水位差制动器不上闸时开启船厢门船厢位移公式,得出制动器工作方式与船厢对接位选取的适用条件。     

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。     

基于云模型的水力式升船机输水系统运行风险分析

水力式升船机以水力代替电力的新型驱动方式,在高坝通航领域具有里程碑意义。为保障水力式升船机安全运行,针对其驱动核心输水系统运行安全进行风险分析。构建水力式升船机输水系统运行风险评估方法的理论体系,剖析输水系统运行原理,阐明输水系统竖井水位差风险特征;基于云模型理论,建立输水系统竖井水位差风险预警指标;依托景洪水力式升船机,预测100米级水力式升船机输水系统竖井水位差风险指标阈值。结果表明,本方法可有效控制由竖井水位差引起的水力式升船机运行风险,将其应用于水力式升船机领域风险预警,能够为水力式升船机的运行风险防控提供决策。     

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。     

水力式升船机长廊道输水系统出流特性对相关因子的响应规律及敏感性分析

提高水力式升船机输水系统各支孔出流的同步性有利于减小船厢倾斜量,是水力式升船机安全运行的基础。通过理论推导,确定水力式升船机长廊道输水系统支孔流量差异的主要影响因子;利用二维数学模型模拟水力式升船机运行过程中输水系统出流过程,定义最不利时刻各支孔流量标准差为特征指标衡量支孔流量不均匀度,获得支孔出流特性对相关因素的响应规律,并对各影响因素进行敏感性分析。     

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。     

中国大型升船机研究进展*

回顾了近年来中国在升船机领域所取得的研究进展。首先介绍了具有自主知识产权的新型水力式升船机在基础理论及输水阀门防空化、船厢抗倾覆等方面的最新研究成果,该形式升船机的收敛稳定性通过原型观测得到充分验证。其次介绍了中国特有的船厢下水式升船机水动力学及运行安全关键技术、传统升船机安保措施上的创新技术。此外对大型升船机水动力学基础研究、升船机三维数值模拟技术等方面的成果做了总结。     

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。     

水力式升船机制动器上闸与松闸条件

水力式升船机制动器采用常闭式制动,在升船机正常对接过程中,船厢调平以及事故工况下制动器上闸起到了固定船厢位置、阻止平衡侧和船厢侧钢丝绳力的传递和保护同步轴的作用。由于水力式升船机在上闸后平衡重侧和船厢侧的荷载实时平衡体系被打破,在松闸前需要满足相应的松闸条件,否则会对升船机安全运行产生极大危害。依托景洪水力式升船机对制动器上闸应用条件及松闸条件判断进行了系统分析,得到水力式升船机需要上闸工况和松闸条件的判断依据。     

景洪水力式升船机首次大修实践

针对水力式升船机的特点和运行中存在的主要问题，制定科学的工作方案和严格的质量控制措施，完成了景洪水力式升船机首次大修。在开展金属结构、机电、电气等专业常规项目检修的同时，重点检修了水力式升船机特有水力驱动系统。研究提出一种更加安全、科学的船厢锁定和解锁方式，并掌握了同步轴扭矩超标处理方法，解决了扭矩超标停机问题。通过首次大修，设备设施整体技术状态得到大幅改善，并积累了丰富经验，为水力式升船机检修规程编制奠定了基础。     

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。     

景洪水力式升船机承船厢充放水运行流程设计

水力式升船机是高坝通航建筑物,其电气控制系统的正确和快速反应极为重要。以景洪水力式升船机的驱动系统和承船厢系统为例,采用充、泄水阀门和承船厢的上、下游卧倒门的自动化控制流程,通过升降承船厢实现厢内自动快速充放水,此方法已在景洪升船机取得成功应用。     

景洪水力式升船机水力驱动系统设计

水力驱动系统是水力式升船机的核心,其设计的优劣直接影响升船机的提升效率与运行安全。依托景洪水力式升船机工程,通过水力驱动系统充泄水过程非恒定流数值仿真分析,提出水力驱动系统合理的布置与结构设计、阀门变速开启方式;通过物理模型试验对输水管路进行水力优化,提出增加顺直段长度和连通廊道以提高竖井水位的同步性;在此基础上,综合考虑多方面因素,给出景洪升船机水力驱动系统的进出水口、输水管路、竖井等详细设计,可为该类型升船机的水力驱动系统设计提供借鉴。     

龙溪口航电枢纽工程船闸输水系统设计

龙溪口航电枢纽工程的主要开发任务为畅通岷江航运通道，船闸作为该枢纽的唯一航运设施，是岷江通道畅通中的重要一环，故输水系统作为该船闸核心的组成部分，其重要性不言而喻。针对该船闸输水规模较大、水力指标要求较高的问题，对船闸进行水力学计算分析以及单体物理模型试验研究。结果表明，龙溪口航电枢纽船闸输水系统设计采用闸墙长廊道侧支孔输水形式是合理的，满足设计规范要求；闸室灌泄水时水流条件及阀门开启方式满足船舶安全通行需要。     

小清河水牛韩省水船闸输水系统布置及水力计算

水牛韩船闸是小清河复航工程的上游梯级,由于沿线水资源比较匮乏,水牛韩船闸须具备省水功能。根据闸址地形条件并考虑未来船闸续建的需求,提出单级省水池的水牛韩省水船闸总体布置。按照《船闸输水系统设计规范》要求和工程特点,确定水牛韩船闸采用闸首短廊道集中输水系统,省水池与上、下闸首分别用一根输水廊道连接的输水系统,提出具体的输水系统布置,确定各输水阀门运行方式,并采用船闸输水过程数学模型计算了船闸非省水运行和省水运行时的输水水力特性。结果表明,提出的输水系统布置和确定的输水阀门运行方式合理可行,各输水水力特性值满足设计和规范要求。     

灵璧船闸输水系统布置及水力计算

灵璧船闸是新汴河复航工程中的重要节点,其规模较大、水力指标较高。根据新汴河复航工程的特点及船闸总体布置,按照《船闸输水系统设计规范》要求,研究确定了灵璧船闸采用短廊道集中输水系统形式,计算了输水阀门处廊道断面的面积,提出了具体的输水系统布置,确定输水阀门开启方式,并采用船闸输水过程数学模型计算闸室输水水力特性。研究成果表明：提出的输水系统布置和确定的输水阀门开启方式合理可行,各输水水力特性值满足设计和规范要求,能够达到预期的设计目标。     

蜀山泵站枢纽船闸输水系统水力学模型试验

蜀山泵站枢纽船闸对引江济淮工程航运至关重要,是连通长江与淮河,确保引江济淮航运干线畅通的控制性工程,其闸室规模大、工作水头高、输水能量高,输水过程水力学问题是船闸设计的关键环节。结合工程地质和结构设计,船闸拟采用形式最为简单的闸墙长廊道侧支孔输水系统,输水过程船舶与船闸自身安全能否满足相关要求需要开展细致研究。通过比尺为1∶25的物理模型试验,对其输水过程船舶停泊条件、水力特性及引航道水流条件开展研究。结果表明:在推荐的输水系统布置和阀门开启方式下,各项水力指标均能满足规范和设计要求。     

赣江万安二线船闸输水系统水力学模型试验研究

万安二线船闸工作水头和一次输水过程能量均居世界单级船闸前列,输水系统设计直接关系到工程设计成败。根据《船闸输水系统设计规范》和类似工程经验,结合水力计算,设计优化了适合万安二线船闸的闸墙主廊道、闸室中部垂直立体分流、闸底四纵支廊道两区段出水、明沟消能的输水系统形式。通过比尺为1∶30的整体物理模型试验,研究了所设计输水系统的水力特性。成果表明:万安二线船闸所采用的输水系统整体设计是合理可行的,输水时间、船舶停泊条件、进出水口及引航道水流条件等各项水力指标均满足设计和规范要求。     

中水头巨型船闸闸墙长廊道侧支孔输水系统水动力学研究*

闸墙长廊道侧支孔输水系统,因其相对于集中输水系统更优的水流条件以及相对其他分散输水系统更简单的结构和更低的建设维护成本,而广泛应用于中水头大型船闸中。近年来,湘江航运干线设计和建设了４座中水头巨型船闸,该输水系统能否满足巨型船闸高输水能量下的船闸自身与过闸船舶安全要求需要加以研究论证。本文以大源渡二线船闸为例,通过1:30物理模型试验,对其闸室船舶停泊条件、输水水力特性及引航道水流条件进行研究。结果表明：在推荐的消能布置和阀门开启方式下,各项指标均能满足规范和设计要求。