三峡工程泄洪坝段弧形工作闸门动力检测

本文系统地介绍了三峡水利枢纽导流底孔、泄洪深孔弧形工作闸门的动力特性检测情况及导流底孔泄流时对闸门产生的流激振动检测成果。检测结果表明,在动水开门和关门全过程中,在底孔闸门小开度时熏闸门底缘的脉动压力幅值较大;闸门门叶和支臂上的静应力在允许值之内,动应力很小;闸门的振动加速度较小,没有发生危害性振动。     

长输水隧洞中段有压平面闸门启闭力及稳定性试验

针对某输配水工程长输水隧洞中段有压平面闸门的动水启闭过程,根据重力相似准则建立水力学模型以研究闸门动态启闭力和静态持住力的变化特征及闸门底缘的水动力特性。结果表明:闸门的动水启闭力在小开度范围内变化剧烈且最大启闭力发生在相对开度0.05附近,持住力与启闭力随闸门开度变化规律基本一致;与底主梁不开孔方案比较,当底主梁开孔率27%时闸门最大动水启门力和闭门力分别减小5.7%和7.8%,降低幅度较小;该工程设计底缘形式的闸门振动是稳定的,闸门整体结构与水流发生共振的可能性很小,能够保障闸门稳定运行。     

南水北调中线某节制闸弧形门小开度振动观测与安全评价

南水北调中线工程冬季闸门小开度运行,闸后淹没水跃紊动剧烈,为验证小开度下闸门运行的安全性,选取蒲阳河典型节制闸开展闸门振动原型观测。通过测量不同开度下的闸门振动特性,分别采用动应力、振动位移(振幅)和频率作为标准进行振动安全评价,结果表明:闸门最大动应力为1.33 MPa,远小于材料允许应力的20%(约32MPa);最大振动位移15.97μm,小于闸门振动危害程度可忽略不计的上限位移50.8μm;所有测试工况的安全临界振幅A与频率f满足lgA(3.14-1.16lgf)。上述三种评价准则的判定结果一致,因此,中线闸门小开度淹没出流条件下,闸后水跃紊动引起的闸门振动危害可忽略,闸门结构安全稳定。     

大型弧形钢闸门流激振动数值计算

为研究大型弧形钢闸门在脉动压力作用下的动力特性及安全问题,采用附加质量法计算闸门的自振特性,对试验测得的脉动压力进行频谱分析得到其优势频率;采用随机振动的方法,将脉动压力转化为节点荷载施加在闸门数值模型上,得到闸门的动力响应。以贵州平寨水利枢纽为例进行计算,研究结果表明,在水体的作用下闸门的自振频率减小,随着开度的增加,闸门的自振频率呈增大的趋势。闸门1阶振型频率在1.1 Hz左右,脉动水流的优势频率最大0.15 Hz,二者相差较大。闸门最大动位移3.61 mm,发生在正常蓄水位543.00 m开度50%工况下,而在20%和50%开度下闸门动应力较大,最大动应力为43.56 MPa,发生在543.00 m开度50%工况。因此,闸门发生共振的可能性不大,闸门在动水作用下较为安全,但需注意闸门在20%和50%开度下的振动情况,避免在此开度下长时间停留。     

大型弧形钢闸门流激振动数值计算

为研究大型弧形钢闸门在脉动压力作用下的动力特性及安全问题,采用附加质量法计算闸门的自振特性,对试验测得的脉动压力进行频谱分析得到其优势频率;采用随机振动的方法,将脉动压力转化为节点荷载施加在闸门数值模型上,得到闸门的动力响应。以贵州平寨水利枢纽为例进行计算,研究结果表明,在水体的作用下闸门的自振频率减小,随着开度的增加,闸门的自振频率呈增大的趋势。闸门1阶振型频率在1.1 Hz左右,脉动水流的优势频率最大0.15 Hz,二者相差较大。闸门最大动位移3.61 mm,发生在正常蓄水位543.00 m开度50%工况下,而在20%和50%开度下闸门动应力较大,最大动应力为43.56 MPa,发生在543.00 m开度50%工况。因此,闸门发生共振的可能性不大,闸门在动水作用下较为安全,但需注意闸门在20%和50%开度下的振动情况,避免在此开度下长时间停留。     

大宽高比弧形钢闸门流激振动数值分析

针对大宽高比弧形钢闸门在水流脉动作用下的动力特性问题,以某节制闸弧形钢闸门为例,建立闸门有限元模型,分析流固耦合、支臂厚度对闸门振动特性的影响。基于随机振动法得到闸门在脉动水流作用下的流激振动位移与应力响应,并利用动力系数法对闸门动力响应做出评价。结果表明:闸门基阶振动受水体影响较小,低阶振动受支臂影响较大;闸门典型工况下的流激振动位移响应最大值为4. 029mm,动应力最大值为61. 247MPa,动力系数均低于1. 20,总体动应力水平较低,在动水作用下可安全运行。     

向家坝导流底孔平面封堵闸门流激振动问题研究

 向家坝水电站导流底孔平面封堵闸门拟采用液压张紧钢绞索设备进行启闭。这是水电系统首次采用该设备,由于该设备启闭闸门速度慢,且门体大、水头高,故闸门的流激振动安全问题备受关注。采用 1∶30 的水弹性模型试验和有限元计算相结合的方法,获得了试验与计算相互验证的闸门动力特性参数和闸门结构的静、动应力以及闸门上的脉动压力特性、振动特性等研究成果。表明：闸门在启闭过程中不会发生水力共振,闸门的振动比较小,是安全的。研究发现,门后负压对闸门安全运行有较大负面影响,门后增设通气孔改善了闸门的受力条件并减小了启闭力,据此建议门后增设通气孔。由于闸门摩擦力大,建议给闸门添加配重,以便顺利关闭。     

基于三维有限元的弧形闸门安全稳定性分析

弧形闸门具有启闭力小、过流流态好等优点,但在高淹没度条件下启闭时,水流脉动压力会对门体的安全运行造成极不利的影响。结合某水利枢纽工程实例,利用有限元软件对闸门结构静动力、自振特性、脉动压力频谱等进行了分析。结果显示,各工况条件下的闸门应力均在材料强度的允许范围内,且闸门各方向的位移均较小,表明闸门结构的强度和刚度均可满足设计要求。     

原型观测试验在泄洪闸门振动特性分析中的应用

水库表孔泄洪闸是水库大坝安全运行的重要保障。实践证明,水库泄洪闸门在动水启闭过程存在不同程度失稳现象。因此,闸门动态受力研究引起越来越多的关注。以某水库泄洪弧形闸门为工程背景,采用原型观测试验手段,对泄洪闸门振动特性进行研究,得到泄洪闸门体结构强度、固有振动特性及不同开度下的振动规律,对闸门结构运行可靠性进行评估。试验结果表明:泄洪闸门体结构静态受力安全,但在小开度及大开度均存在明显振动,中间开度运行趋于平稳。该研究成果对泄洪闸安全稳定运行具有指导意义。     

大型液压启闭下卧式弧形闸门流激振动及抗振优化研究

大型液压启闭弧形下卧门系特种门型，其水力结构特征有其特殊性。因泄水闸泄流的弗氏数普遍较低，下泄水流流态和对门体的作用力复杂，且闸门面板采用全包结构，存在较大的浮动力，容易引起结构的动力失稳。针对下卧门结构构造及运行特点，通过水动力荷载模型，研究测试不同运行工况下作用于闸门结构各部位的水流脉动压力荷载，获得脉动压力的数字特征及谱特征；通过水弹性振动模型，揭示了闸门发生强烈振动的原因；通过三维有限元空间数值模型，研究闸门结构的静动力特性，取得闸门结构的应力位移分布及闸门结构的流固耦合振动特性，为结构的共振分析提供科学判据。通过对闸门结构水力结构特征成果的综合分析，提出解决闸门强烈振动的抗振优化布置方案，确保工程运行安全。     

大跨度上翻式拱形钢闸门振动特性及抗振优化

针对大跨度上翻式拱形钢闸门的水力结构特点,研制了闸门水弹性振动模型,通过水动力荷载特性、结构动力特性和流激振动特性等系统试验研究,反演了闸门结构的共振现象,取得不同工况下作用于门体的水流脉动压力荷载和闸门振动加速度、动位移及动应力等动力响应参数的数字特征和谱特征。针对存在问题,对闸门结构的底缘体型进行了修改,取得了良好的抗振优化效果。     

闸门流激振动全水弹性模型试验的原型验证

由于弹性结构与其周围流场存在着复杂的相互作用,单纯数值方法还不能正确预报这种水弹性振动,因此,水弹性模型试验已成为预报流场中结构原型行为的唯一方法.在对水弹性振动模型相似准则和研制的闸门水弹性振动模型材料性质简要介绍的基础上,对三峡大坝导流底孔弧形闸门全水弹性模型振动试验成果和其原型振动观测成果作了多方面对比分析.结果表明:全水弹性模型试验预报的原型闸门的动力特性、振动加速度、结构动静应力与原型闸门在相近条件下的实测成果颇为一致,从而验证了闸门全水弹性模型对原型闸门流激振动行为预报的可靠性.     

某水电站闸门振动响应检测及评价

利用标准振源对振动加速度信号在频域进行滤波并积分后求得振动位移的方法进行验证,确认了方法的可行性与可靠性。对某闸门进行了振动加速度、位移和动应力等振动响应测试,测试部位振动加速度均小于3 m/s 2,振动位移小于0.25 mm,动态应力小于153.2 MPa,闸门起升初始阶段振动位移最大值超过相关要求。结合加速度、位移和动应力给出闸门的振动评价。     

水工弧形空腔闸门动力特性数值分析

大尺寸弧形钢闸门振动剧烈时可能会引起动力失稳破坏。为了解新型翻转式弧形空腔闸门的动力特性,通过Fortran语言自编用户子程序,利用商业有限元软件ABAQUS二次开发功能将模型试验测定离散的水流脉动压力数据转化为作用在闸门上的水动力荷载,基于随机振动分析方法对该空腔闸门进行结构动力数值仿真:①对不同工况下的闸门自振特性进行计算,得到闸门的自振频率和振型;②根据频谱分析理论,对水流脉动压力时域曲线进行了频谱分析;③计算了不同工况下闸门的随机振动响应;④编写了位移、应力最值处理程序。计算结果表明:闸门结构局部应力较大,超出结构容许应力,需对闸门结构进行修改优化,否则结构局部强度不满足要求。     

防射水式门楣对潜孔事故闸门闭门特性影响研究

为降低大型水电站泄洪中孔（或底孔）事故闸门闭门过程中的门体振动,减小门槽及门槽附近区域的脉动压力强度,改善中孔流道流态,以乌东德水电站5号泄洪中孔作为研究对象,建立1〖DK(〗∶〖DK)〗25水工试验模型,研究了事故闸门动水关闭过程中中孔内水流流态、沿程压力及闸门压力等特性,分析了设置通气管、设置防射水式门楣以及常规门楣加高3种方案对闸门闭门动力特性的影响。结果表明：增设防射水式门楣结构可以有效阻断高速水流冲击门体,降低闸门振动,改善中孔流道及闸门受力条件,确保闸门安全、可靠完成动水闭门。相关经验可供类似工程借鉴。     

琼中抽水蓄能电站地下厂房结构振动特性分析

结合琼中抽水蓄能电站地下厂房实际情况建立了三维有限元模型,提取结构的模态分析了厂房结构的自振特性,基于谐响应法分析了地下厂房结构在各种工况机组动荷载作用和脉动压力作用下的动力响应,并根据国内相关文献及国外的相关标准提出了适用于琼中抽水蓄能电站地下厂房的振动控制标准。研究结果表明,合理选择围岩与厂房的连接形式,能够有效地优化结构整体动力特性;在机组振动荷载作用下机墩和楼板结构的振动响应较大,但机墩和楼板结构的振幅、振动速度和振动加速度等均在允许范围内;在额定出力条件下运行时,无翼区和转轮出口管附近区域的脉动压力,即优势频率为56.25 Hz对应的脉动压力是影响地下厂房楼板、立柱、风罩等结构振动的主要部分。     

河湖底轴驱动翻板生态闸门静动力特性分析

底轴驱动翻板闸门作为一种新兴河道景观闸门,由于其良好的生态效益在河道水利工程中有着广泛的应用。但是该类型闸门应用时间较短,其结构设计理论尚未成熟,对相关的有限元计算方法的研究也不足。为此,以底轴驱动翻板闸门为研究对象,总结了该类型闸门数值模拟静、动力特性的分析计算方法。以某工程为例,采用CFD-CSD耦合数值计算方法探究了底轴驱动翻板闸门结构运行时在水压力作用下的静、动力特性。首先对各个开度运行工况下闸门的水压力进行数值模拟计算,进一步采用单向流固耦合方法将计算得到的水荷载施加在闸门结构上,分析得出闸门各构件应力及位移随开度的变化趋势。再对闸门结构的干、湿模态进行分析,研究闸前水体对闸门自振模态与频率的影响。研究结果表明：各构件应力和变形在闸门全关闭工况时达到最大值,闸门整体最大应力值为200.79 MPa、最大位移值为47.703 mm,应力和位移随闸门开度的增大而逐渐减小;闸门的自振特性受闸前水体的影响显著,在研究该闸门动力特性时,需要考虑流固耦合效应。