船闸水力学研究的新成就

本文主要介绍近１０年来我院在船闸水力学研究方面的新成就，包括船闸输水系统布置、闸阀门水力学和引航道水力学等。并结合葛洲坝、三峡、五强溪等大型通过航水利枢纽工程，重点介绍在船闸输水水力计算、闸阀门非恒定流水力学、输水阀门段廓道体型以及门楣通气减蚀措施等方面的研究成果。     

船闸水力学研究的新成就

本文主要介绍近１０年来我院在船闸水力学研究方面的新成就。包括船闸输水系统布置、闸阀门水力学和引航道水力学等。并结合葛洲坝、三峡、五强溪等大型通航水利枢纽工程，重点介绍在船闸输水水力计算、闸阀门非恒定流水力学、输水阀门段廊道体型以及门楣通气减蚀措施等方面的研究成果。     

高水头船闸输水阀门的空穴问题研究及其改善措施

本文指出了高水头船闸反弧形输水阀门和平面输水阀门中,都存在空穴问题和研究这一问题的重要性。分析了影响阀门空穴的主要因素有:阀门及其底缘型式、阀门开启方式、阀门段廊道体型、阀门门楣缝隙体型、平面阀门门槽和通气情况等。提出了改善阀门空穴的一些措施。最后建议,根据具体工程条件,采用合理的措施才能达到较佳的效果。     

桥巩船闸工作阀门抑制空化措施与原型试验

桥巩水电站船闸等级为Ⅳ级,输水系统型式为闸底长廊道侧支孔出水,明沟消能。输水系统工作阀门采用平板门,其工作水头超过国内已建船闸,阀门空化问题非常复杂。通过原型试验,对阀门廊道体型和布置进行了优化,采用小门槽型式,解决门槽空化问题;缩小阀门下游面板与门楣的间隙,实现门楣自然通气;结合“阀门后底突扩＋顶突扩”的新型廊道体型,改善了阀门底缘水流流态,有效地抑制了阀门底缘的空化。首次提出了可以实现自然通气的台阶状跌坎布置型式。跌坎通气后形成的掺气水流,不仅覆盖了跌坎空化溃灭区域,抑制了跌坎空化;而且还延伸至升坎区域,对突扩廊道底板及升坎亦能起到一定的保护作用。     

高水头船闸阀门段廊道防空化设计

高水头船闸水力学的关键技术问题之一是阀门及阀门段廊道的空化。解决此问题的关键技术,包括合理确定阀门段廊道布置高程和廊道体型、输水阀门选型和开启方式等。对这些问题进行了较详细的分析和论述,并结合工程实例重点介绍了输水阀门和阀门段廊道防空化气蚀措施的最新设计研究成果,即根据不同的阀门段廊道体型,配合门楣通气,同时辅以其他通气方式,能有效地抑制阀门底缘空化,提高阀门段廊道整体抗空化能力,还减少了阀门段廊道的埋置深度,节省土建工程量。     

三峡工程永久船闸水力学研究

三峡工程永久船闸总水头为１１３ｍ，为双线连续五级，中间级最大水头达４５．２ｍ，超过了国内外已建大型船闸的水平，其水力学问题十分复杂，通过多年来大量的试验研究，选用双侧主廊道四区段领先八支管动力平衡输水系统，输水阀门向弧形门，门后廊氏部吾突扩体型，门楣处减蚀措施，采用快速开启阀门和提前关闭阀门，以消除闸室水面惯性超高的不利影响，进水口旁侧取水方式等，不仅满足各项设计要求，并能保证船闸的安全运行。     

葛洲坝船闸输水阀门门楣补气方案与实施

阐述了葛洲坝１，２号船闸输水阀门门楣处加设负压板及补气系统的方案与实践，利用负压实现门楣自然补气，有效地减免了门楣等处的空化，声振及其造成的危害。     

高水头船闸输水系统布置及应用

根据国内外及长江科学院建院50多年来对高水头船闸输水系统水力学研究成果,对高水头船闸输水系统布置型式及关键部位体型应用进行了简单介绍,给出了适应不同闸室尺度及水头的等惯性输水系统基本型式和优化闸室内船舶停泊条件以及解决输水系统空化问题的关键部位优化体型,提出了通过阀门底缘掺气解决船闸输水反弧门底缘空化从而简化高水头船闸输水阀门段体型的新思路,以及有望应用于超高水头船闸的具有内外消能系统的新型分散输水系统型式,可提供给有关的科研设计工作者参考。     

消除高水头船闸输水阀门空化的新途径

高水头船闸输水阀门空化是一项普遍存在、急待解决的课题。本文在水口船闸输水阀门水工模型和减压模型试验的基础上,提出了阀门后输水廊道为有限突扩空间型式。对有限突扩空间形状、尺寸、阀门与出口的相对位置及抑制空化之间的关系等进行了试验研究。试验证明,阀门后有限突扩体型具有自身补水、升高压力和超空穴结构的作用,它可以消除反弧形阀门底缘及其门顶止水缝隙处的空化。提出了解决高坝通航船闸输水阀门空化问题的新途径。本文推荐的4号突扩体型已被设计部门采用,该体型的有关资料可供其他高水头船闸输水阀门水力设计参考。     

突扩廓道体型减免高水头船闸输水阀水空化研究

高水头船闸存在的主要关键技术问题是船闸输水阀的空化与空蚀问题。本文在综合研究国内外改善输水阀门空化的措施基础上，提出了突扩廓道体型以及减免输水阀门空化，通过物理模型试验和原型观测研究，充分论证了突扩廓道体型减免空化的效果，结合三峡工程连续五级船闸水力学试验研究，优化了突扩廓道体型，提出了结构简单，具有很强抗空化能力的底扩体型。     

乌江银盘船闸输水系统设计与试验研究

银盘船闸等级为Ⅳ级,采用单线单级船闸布置形式,最高运行水头35.12 m,建成后将是国内水头最高、世界水头第三的单级船闸.简要介绍了输水系统设计中重点研究解决的几个关键问题.通过对输水系统合理的布置,采用的阀门段廊道体型及淹没深度、通气等措施,较好地解决了阀门底缘及阀门段廊道防空化技术难题.     

船闸突扩廊道体型的水力特性

本文提出了船闸输水阀门后的几种突扩廊道体型,推导了考虑阀门前均速断面至阀门后收缩断面之间能量损失的廊道压力计算公式,以及阐明了突扩廊道体型对阀门后廊道压力的影响。还讨论了输水阀门后水流收缩断面处影响收缩系数的主要因素,并应用流动显示的新方法——萤光微丝法实测了收缩系数。用YCW-500-A微型传感器与HP5451C富里叶分析仪等组成的测试系统,实测和分析比较了突扩廊道体型和直段廊道体型的水流压力脉动。最后分析了突扩廊道体型的水流空化特性。     

三峡船闸系统联合调试期水力学原型观测

三峡船闸金属结构及机电设备无水、有水(抽水)系统联合调试条件下，各级输水系统的原型水力学监测工作于2002年6月至2003年5月间进行。安全监测的主要项目包括闸室输水特性、阀门区段输水特性、门楣通气、闸室空化特性、阀门段空化特性、阀门及人字门启闭特性、阀门与人字门门体动力特性，监测内容多达20项。抽水调试期中间级闸首工作水头分别达到了30m、40m、46m和设计工况的45．2m，初始淹没水深达到了26m的设计条件，并进行了双边输水和单边输水、现地控制和集中控制等操作运行条件的比较。本次监测成果系统性及完整性较好，不仅为各级闸阀启闭控制系统的调试提供了可参比数据，也为船闸的验收、鉴定、运行管理提供了科学依据，保证了三峡围堰期蓄水发电和五级船闸试通航目标的实现，对国内外开展高水头船闸的设计和运行亦有十分重要的参考价值。     

突扩廊道体型减免高水头船闸输水阀门空化研究

高水头船闸存在的主要关键技术问题是船闸输水阀门的空化与空蚀问题.本文在综合研究国内外改善输水阀门空化的措施基础上,提出了突扩廊道体型以及减免输水阀门空化,通过物理模型试验和原型观测研究,充分论证了突扩廊道体型减免空化的效果.结合三峡工程连续五级船闸水力学试验研究,优化了突扩廊道体型,提出了结构简单、具有很强抗空化能力的底扩体型.闽江沙溪口船闸水力学原型观测成果表明,突扩廊道体型减弱了阀门空化强度,起到了保护阀门和廊道边壁免遭空蚀破坏的作用,保证了该船闸的正常运转.     

葛洲坝1号船闸输水系统水力学模型试验研究

葛洲坝1号船闸输水系统共进行了4个方案的模型试验研究。最后确定,4区段8根纵支廊道顶孔出水盖板消能的方案作为设计方案。本文简要介绍输水系统方案的选择情况。对试验确定的设计方案,重点叙述输水系统进水口及泄水口的布置;阀门段廊道的高程及体型;闸室中间廊道(第1分流口)及支廊道进水口(第2分流口)的型式;支廊道出水孔的布置和消能盖板的型式。文中亦给出了灌、泄水的水力特性、阀门后最低压力变化及闸室停泊条件等资料。     

三峡永久船闸输水廊道工作阀门设计研究

针对三峡永久船闸级数多、工作水头大、水力学条件复杂等特点，在船闸输水廊道工作阀门的布置和选型上，作了大量的模型试验和比选研究。从已建工程积累的实践经验和布置方案的优化成果考虑，确定输水工作阀门采用反向弧形门型式。根据孔口尺寸和工作水头条件，采取首末闸首与中间闸首不同的规格，门体结构和布置型式为横梁全包式，并以各部位包护板形成闭合框架的型式。在门楣上设置一排通气孔，同时在底坎上亦采用了强迫通气设施。比选确定了支铰型式及其自润滑方式     

昭平水电站船闸槛下分散输水系统水力特性研究

叙述了我国第一座采用槛下闸底廊道二区段出水的分散输水系统船闸－广西昭平电站船闸（水头２０ｍ，闸室有效尺寸为６０ｍ×８ｍ×１．５ｍ）１：２０输水系统水工整体模型及１：１６阀门段减压模型试验成果，并对闸室输水水力特性及船舶停泊条件、空腹式输水阀门廊道段的水力特性，包括阀门的阻力系数、收缩系数、阀门后水流收缩断面的最低压力以及阀门的空化特性和减免空蚀措施等方面作了介绍。原型运转表明，该船闸水力条件令人满意。     

确定船闸输水阀门高程的方法

在模型试验、原体观测和理论分析的基础上,文本提出门后为非等断面逐渐扩散输水廊道体型时,阀门段阻力系数§_(vn)的经验计算公式以及在未知阀门布置高程的情况下,确定输水阀门后输水廊道压力高程曲线的计算公式。根据压力高程曲线可一次性地正确选择阀门布置高程,避免了以往各公式需先假定阀门底高程,再进行反复的计算。从而提高了精度,取得良好的技术经济效益。     

关于船闸输水系统型式选择标准的探讨

本文论证了可采用“船闸设计规范”中选定输水系统类型的判别式作为选择分散输水系统型式的公式。文中讨论了影响选型的诸多因素，如闸室平面尺寸、输水阀门工作条件、单级或多级船闸的影响等。     

三峡永久船闸输水廊道水动力学特性研究

该文对三峡永久船闸末级闸首阀门段输水廊道进行了数值模拟,对阀门段输水廊道的内部水流流动特征进行了分析,并研究了阀门后廊道顶部的压力特性,分析比较了以不同速率开启阀门及不同开度下紧急关闭对阀门段输水廊道内部流场的影响。将二维结果与三维结果及实验结果进行对比,变化趋势基本一致,验证了边界条件提法的合理性及数值方法的可行性。该研究对永久船闸阀门开启速率及紧急关闭时阀门开度选择具有一定的指导意义。