葛洲坝船闸水力学问题综合分析

对葛洲坝3座船闸在接近设计水头27 m条件下运行中出现的水力学现象和原、模型观测资料进行综合分析.内容包括:船闸充泄水时上、下游引航道中的流速、流态、涌浪传播,闸室充、泄水水力特性,阀门段水流空化及声振现象,阀门启闭力及阀门振动特性等.对船闸运行和检修中发现的问题及处理改善措施亦作了介绍.葛洲坝3座船闸运行20 a来的经验证明船闸按静水通航动水冲沙的原则指导设计是正确的.船闸输水系统布置型式是成功的.     

葛洲坝船闸水力学原、模型试验比较

本文根据葛洲坝三座船闸原、模型试验资料,对船闸输水系统的水力特性、船只系缆力、阀门后廊道压力、水流空化噪声、阀门启闭力、阀门振动等问题作了综合分析比较。结果表明,原型充泄水时间比模型短,阀门后廊道顶板压力比模型低。文中所得到的结果对科研设计有参考意义。     

兴隆船闸关键水力学问题研究

兴隆船闸采用短廊道输水系统,属集中输水系统布置中的中高水头船闸.船闸规模及一次充泄水水体大,输水时间短,水力指标要求高.对于输水系统出口设置在闸首的船闸,其充、泄水系统出口布置型式以及输水阀门的运行方式直接影响过闸船舶安全.通过1∶30兴隆船闸整体模型,对过闸船舶停泊条件等关键水力学问题进行了专题研究.通过研究提出了能够满足充泄水时间和停泊条件要求的输水阀门运行方式及输水系统布置型式,为兴隆船闸设计提供了科学依据,并可作为其他短廊道输水系统船闸设计参考.     

低水头船闸充泄水时间水力研究

针对低水头船闸非恒定充泄水过程,结合物理模型试验着重探讨输水阀门开启时间对闸室充泄水过程水力学影响,并追踪输水系统进出口水流流速随阀门开度变化规律。为低水头船闸运行提供最合理阀门开启时间,节省闸室充泄水时间,提高船闸通航效率。     

大藤峡水利枢纽船闸输水系统研究

大藤峡水利枢纽船闸闸室有效尺度为280 m×34 m×5.8 m,设计最大水头40.25 m,一次充泄水量42万m3,为目前国内外已建单级船闸之最。船闸充泄水阀门段廊道、第一分流口及第二分流口等输水系统关键部位水力学问题突出。通过深入研究发现并解决了自分流方案第二分流口腔体水流脉动较大的问题;解决了第一分流口T形管处脉动问题;完成了充泄水阀门段体型、第一分流口、第二分流口、泄水箱涵尺寸优化研究。优化后四区段八分支廊道盖板消能(自分流)方案输水系统水力特性、廊道压力特性、船舶停泊条件均满足规范要求,为设计提供技术支撑。     

多级船闸自动控制系统研究

三峡工程永久通航措施采用双线连续五级船闸方案。其运行方式是：一般情况采用单向过闸，即一线上行，另一线下行，异常情况则要求任一线均能迎向运行。运行自动化设计由后者控制：双线迎向过闸。本研究控制系统采用分布式二层控制系统──将多级船闸分成三部分，每部分相当于三个单级船闸。每部分由一台可编程序控制器对两对人字门和两对充泄水阀门进行集中联接。人字门和充泄水阀门的现地控制采用小型可编程序控制器。每部分的集中     

贵港枢纽船闸阀门检修及改进探讨

本文介绍了贵港枢纽船闸充、泄水阀门的基本形式和运行中出现的问题,对阀门及其辅助设施进行检修的主要工艺和改进方法等做了一些探讨。     

美国高水头船闸的水力学设计

本文主要介绍美国陆军工程师兵团在高水头船闸水力学设计方面的主要经验。该团自五十年代开始,在哥伦比亚—斯内克河上以及其他一些河流上已修建了十多座水头超过90英尺(27.4米)的高水头船闸。到七十年代中期才较好地解决了高水头船闸水力学设计中的两个主要问题:采用底部纵向廊道等惯性充泄水系统,使船闸闸室内的充泄水即快又安全;采用负压通气,成功地解决了充泄水阀门后廊道段的气蚀问题。     

泰州引江河高港二线船闸输水系统布置及水力计算分析

结合高港二线船闸工程具体条件,按照《船闸输水系统设计规范》的要求,研究确定了船闸短廊道和三角门门缝联合输水的输水系统型式及具体布置方案,计算分析了充泄水阀门开启方式,通过建立船闸联合输水数学模型计算了闸室输水水力特性.结果表明,确定的船闸输水系统布置及阀门开启方式是合适的,相关水力指标满足规范及设计要求;设计的消能工布置适合高港二线船闸工程特点,可获得较好的闸室水流条件;同时根据水力特性计算结果提出了阀门启闭系统设计建议.     

三峡永久船闸建筑物变形特性分析

通过对三峡永久船闸建筑物及其基础的变形监测和遥测数据分析，揭示了其变形特性，即闸首和闸室墙变形主要受开挖形成的边坡岩体时间效应和岩体年周期变化的影响。船闸运行过程中闸室充、泄水的影响不大。闸首和闸室墙年变化幅度为3．59mm～4．23mm，全衬砌式结构的闸墙变形明显小于半衬砌式混合式结构的闸墙。在抽水方式有水调试时，闸墙受充、泄水的影响变化幅度小于1mm；在运行初期，闸墙受充、泄水的影响变化幅度小于0．5mm；闸墙在充、泄水后最大不可逆变形小于0．06mm。各项变形实测数据均小于设计容许值，说明船闸建筑物及其基础的运行态势良好。     

大藤峡水利枢纽单级船闸输水系统初步分析

大藤峡水利枢纽通航建筑物拟采用单级船闸方案,其设计水头及闸室规模均处于世界单级船闸前列,输水系统水力学问题尤为突出,成为制约其单级船闸方案是否可行的关键因素.通过引入的相关输水能量指标参数,将大藤峡船闸单级方案与国内外典型高水头船闸进行了水力学综合比较,并对其引航道水流条件进行了初步分析.结果表明:国内外现有的船闸输水系统布置及取、泄水方案能够解决大藤峡船闸的相关水力学技术难题,采用单级布置方案是可行的,但需开展详尽深入的专题研究.     

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。     

王甫洲船闸输水系统设计

以王甫洲船闸输水系统设计为例，介绍了集中界水倒口消能不设镇静段布置型式的设计思路及设计方法，该种布置缩短了闸室长度，结构较简单，在相同水头情况下与常规集中输水系统相比较，双边廊道充水时闸室流态较好，第一波浪力显著减小，特别是单边输水时闸室流态及船舶缆力有较大程度改善，扩大了集中输水系统的适应范围，对中低水头船闸输水系统设计有着较大参考价值。     

双线互输水船闸剩余水头优化研究

为定量分析双线互输水船闸剩余水头与船闸输水时间的关系,基于船闸输水系统非恒定总流能量方程和连续性方程,建立了一元船闸充、泄水数学模型。以广西长洲枢纽三、四线船闸为例,用原型观测数据验证了数学模型的可靠性。重点研究双线互输水船闸的输水系统水力学,揭示剩余水头与输水时间和省水率的关系。研究表明,随着剩余水头减小,船闸输水时间不断增加,同时因联通阀门关闭时间较长,在阀门关闭末期,充水闸室水位高于泄水闸室水位,从而出现倒流现象,船闸省水率增至0.5后又降低。故从省水角度出发,剩余水头取4 m为最优。综合考虑省水率与输水时间的矛盾,从而提出省水率与输水时间在剩余水头选取上的权重问题,为优化双线互输水船闸剩余水头提供参考。     

三峡船闸输水系统分流口型式研究

 采用局部模型试验研究方法，对三峡船闸闸室第一及第二分流口的布置型式进行了不同方案比较；对分流口流态、分流比及压力等因素进行综合分析后，提出了较为合理的分流口布置型式，为修改设计提供了依据，并可作为其它高水头船闸设计参考。     

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.     

贵港二线船闸输水系统水力特性原型观测

贵港二线船闸是西江航运干线中的重要通航枢纽,采用简单的闸墙廊道侧支孔出水及双明沟消能的分散输水系统布置型式。为验证输水系统布置及闸阀门运行方式是否合理,对船闸输水系统进行了水力特性原型观测试验。观测结果表明：闸室水力特性及船舶停泊条件基本满足规范及设计要求,船闸进出水口及闸室内流态较好;在当前船闸水头及推荐的阀门运行方式下,输水末期闸室内的超高、降超出了规范要求,改善闸阀门运行方式后,有效降低了惯性水头;船闸原型与模型间流量系数存在偏差,偏差值不超过6%;双线船闸在不同工作时序下运行,相互影响不大。     

中间渠道次生波发育长度数值模拟研究

分散梯级船闸充、泄水会引起船闸中间渠道内水体振荡波动,严重时会增加船舶操控难度,甚至引发安全事故。国内外专家学者针对中间渠道非恒定波流特性的研究主要集中于长波的波动特性,对次生波的关注甚少。针对三峡水运新通道分散梯级船闸布置方案,建立了基于船闸输水基本方程和Boussinesq方程的船闸-中间渠道耦合数学模型,研究船闸充、泄水条件下中间渠道次生波发育长度的分布特性及其对相关水力参数的响应规律。结果表明:上级船闸泄水条件下,次生波发育长度与单宽峰值流量有关;而下级船闸充水时,次生波的发育长度取决于单宽峰值流量和船闸运行水头。基于数值计算结果,给出了船闸不同运行方式下次生波发育长度的预测方法,可为分散梯级船闸的设计和运行调度提供理论指导和技术支撑。     

西江航运干线桂平二线船闸设计关键技术

桂平二线船闸是西江航运干线上首座3 000 t级船闸,建设规模大,技术复杂,其成功建设将为促进西江航运干线扩建为Ⅰ级航道,提升通过能力起到积极推动作用.建成投入营运以来,船舶进出闸顺畅,输水系统消能效果好,一次过闸船舶数基本为一线船闸的2.5倍,过闸效率显著提高.对桂平二线船闸总体布置、改建公路选线、引航道布置、改善口门区水流条件的措施、输水系统、闸室墙结构、降低反向水头对一线船闸影响、保证基坑干地施工等设计关键技术进行了总结,成果可为其他船闸工程建设提供借鉴.