船闸廊道输水阀门振动研究进展

本文根据国内外船闸廊道输水阀门运行中发现的振动情况及８０年代以来我国高水头船闸设计与研究中取得的成就，讨论了船闸廊道输水阀门振动研究方面的进展。文中分析了阀门和用力的性质，量级及其影响因素，阐明了研究阀门结构动特性的重要性，介绍了结构特性及其优化阀门设计的最新技术，结合实际工程论述了应用这些新技术所取得的显著效果，这些成果可为今后高水头船闸阀门设计与科研提供参考。     

大藤峡水利枢纽船闸水力学关键技术研究与实践

大藤峡船闸是目前国内外水头最高的大型单级船闸，其闸室输水功率、阀门水力条件、闸门结构尺寸等多项指标均居世界之最，代表了当今世界船闸建设的最高水平。围绕大藤峡大型船闸安全高效输水、高水头输水阀门空化振动、巨型人字门安全运行等水力学关键技术难题，历经10多年研究和实践，在大型船闸输水系统布置、高水头阀门防空化技术、巨型人字门设计、现场调试技术等方面取得了大量创新成果，成功解决了40 m单级船闸设计、建设和运行难题，在基础理论和核心技术上实现新的突破。总结梳理了大藤峡船闸水力学关键技术研究成果，以期为类似高水头船闸设计研究提供参考。     

红水河桥巩水电站船闸设计

红水河桥巩水电站船闸设计水头为24.6 m,属高水头船闸,船闸输水廊道工作阀门采用平板门,突破了平面阀门在船闸的应用范围。重点介绍了桥巩船闸的主要技术特征、船闸建筑物总体布置、输水系统等方面的设计,并对船闸输水系统的主要技术特点进行了概括和总结,为高水头船闸的设计提供参考。     

三峡永久船闸输水系统水力学问题研究

三峡工程永久船闸的安全运行是确保长江航运畅通的关键所在，经多年研究，在解决了一系列的水力学关键技术问题（如高水头阀门空化、阀门及启闭系统优化、阀门段廊道动水荷载特性及廊道衬砌形式的确定、船闸末级闸首旁侧泄水超长廊道特殊水力学问题及闸室惯性等）后，设计建造了一个既能满足船只快速过闸，又能确保建筑物安全的永久船闸输水系统。通过试运行和初期运行的检验，该输水系统总体满足设计要求，说明该项研究是成功的。     

三峡永久船闸输水反向弧形阀门流激振动问题研究

本文采用原型观测、模拟试验和理论分析等手段,对三峡永久船闸高水头输水反向弧形阀门的流激振动问题进行深入研究。研究内容包括:(1)以五强溪船闸反向弧形阀的原型观测为基础,对三峡船闸反向弧形阀及输水廊道紊流场进行精细的数值模拟和试验研究,通过综合分析,对三峡反向弧形阀门可能出现的小开度强振区的振源进行预报。(2)研究符合金属结构水弹性相似的高容重、低弹模的特殊材料系列,并用该材料制成了1∶20三峡反向弧形阀的"完全水弹性相似"的流激振动模型;用该模型进行了实验(干)模态分析,并与有限元的理论模态分析相比较,二者符合较好,说明它的动力性能良好,可用于反向弧形阀门的各项水弹性振动问题研究;在大型减压箱中对三峡永久船闸反向弧形阀在输水过程中的紊流流激振动进行模拟,预报阀门结构的动力特性及动力响应。最后对减振、抗振措施提出相应建议。     

高水头船闸阀门流激振动问题研究

通过试验模态分析技术，研究了船闸输水过程中廊道阀门的流激振动问题。应用ＣＡＤＡ技术，提出了动态优化方案，并进行了动态响应预估。采用最小二乘格型算法，进行了非稳定流压力脉动及振动的谱估计，并定性地探讨了高阻尼材料的抑振效果及横染对阀门振动的影响。     

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。     

美国下葛兰奈特船闸的原型观测

下葛兰奈特船闸是陆军工程师团沃拉沃拉工区设计的,并取得了水工模型试验的验证.该闸闸室宽86英尺,长675英尺,设计水头105英尺。该闸的输水廊道布置,首次采用底部纵向输水廊道系统。此种输水系统是唯一能够满足高水头船闸快速和安全充水要求的。它的基本原理是:运用一侧或二侧输水廊道阀门,均可使水流平稳、均匀地进入闸室。1975年船闸工程竣工并投入了运转。现场原型试验表明,除充泄水时间较快和掺气较多外,其充水特性与模型试验的非常接近。阀门操作稳定、平静,没有发生过去修建的高水头船闸发生过的巨大爆破声响。     

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.     

三峡船闸输水廊道阀门振动试验

介绍了两种输水廊道的正、反两种弧形阀门振动试验成果：在“平底式”廊道中,阀门在小开度很窄运行区间内产生了自激振动,而“底扩式”廊道则在大部份运行过程中产生了强迫振动。对模型设计的有关问题作了论述。     

闸阀失效诱发水库输水涵管振动探测与分析

为了对某水库输水涵管振动原因进行分析,首先采用振动监测仪对管道不同位置振动特性进行监测,分析管道不同位置振动变化规律,初步确定了振源位置;其次通过管道机器人对管道内部进行探测,结合已有理论基础初步分析了管道振动的内因;最后通过现场开挖,分析了管道振动的外因。结果表明：闸阀位置处质点振动峰值速度、主频、峰值加速度和峰值位移均明显大于其他测点,闸阀前后振动特性基本对称,推测闸阀为主要的振动源;闸阀处各方向质点振动峰值速度、峰值加速度和峰值位移均为垂向＞切向＞径向,推测闸阀的主要振动方向为垂向;输水涵管闸阀仅能开启至设计最大开度的1/3位置处,当闸阀在此种小开度开启时,产生的垂向流激振动是输水涵管振动的主要原因;闸阀附近土体松散,且未设置镇墩,无法较好地约束输水涵管变形,从而导致振动加剧。     

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。     

高水头船闸反弧形阀门门顶缝隙流特性及其应用

本文介绍了高水头船闸门顶缝隙流的１:１切片模型试验及其机理；阀门段廊道减压模型中的通气部位比较试验；门楣通气方式以及两座船闸门楣自然通气措施的实际应用情况。原型观测成果表明，门楣自然通气不仅可减免顶止水缝隙空化，而且可抑制阀门底缘空化，改善船闸运行条件。     

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。     

深圳抽水蓄能电厂球阀动水关闭试验研究

为验证深圳抽水蓄能电厂球阀具备动水关闭能力且不会产生有害振动进行了球阀动水关闭试验,获得不同负荷下球阀动水关闭实测各项动应力值及振动位移值.试验数据表明深蓄电厂球阀在不关闭导叶情况下能可靠关闭阻断上游来水,验证了在100％负荷动水关闭球阀最不利工况下,球阀混凝土支墩结构强度满足设计要求,球阀体系的振动位移是安全的,且对...     

引水管道闸门的动水荷载特征与破坏分析

针对引水管道内压力波动诱发强烈振动问题，研究了水电站或泵站蝶阀开启状态时所承受的水流时均和脉动荷载特性，计算了水力诱发阀门的振动响应，分析了阀门锁轴等构件的疲劳效应和阀门突然关闭对管道阀门门体的影响，研究成果可为工程设计和安全运行提供依据。     

三峡船闸输水阀门支铰荷载特性

 通过几何比尺17的阀门段水力学模型试验，测量了在阀门运行过程中三峡船闸输水阀门支铰荷载， 并分析了其脉动量的数值及频率特性。成果分析表明：支铰力量值主要由阀门前后压力差及有效受力面积决定；阀门全关时受起始水头作用引起的支铰力是阀门开启过程中支铰最大荷载点；阀门动水关闭可能引起的阀门前后实际作用水头超过起始水头会造成支铰承受更大的荷载，是设计应特别注意的工况。与支铰时均荷载相比，支铰力脉动量较小，其优势频率与门后压力脉动的优势频率较吻合，两者的功率谱密度均表现为具有低频优势分量的宽带噪声谱。     

三峡船闸末级泄水阀门振动水弹性模型研究

 三峡船闸末级泄水阀门下接1 350 m涵管,用全水弹性模型对其振动问题开展了试验研究,采用模态分析方法确定了阀门结构的自振频率和振型,在流激振动试验中模拟了阀门正常运行工况和多种事故关门工况,测量了阀门振动加速度、脉动压力、吊杆应力。研究结果表明：在2 min匀速开门或匀速关门正常工况,阀门振动加速度均方根值一般小于5.0cm/s2,仅在小于0.1开度时达到25.37cm/s2;双边4 min事故关门中阀门振动加速度均方根值达22.57 cm/s2;单边事故关门,阀门振动比双边事故关门时的值大1倍左右,关门速度越快,振动越大。由于设计的动水关门速度较慢和检修门井的调压作用,阀门在试验条件下事故关门未发生有害水击现象,与同类阀门比较,该阀门的振动不会危害其安全运行。     

渠江富流滩船闸输水系统水力学模型试验

富流滩船闸改扩建工程是渠江广安航运建设工程的重要组成部分,对促进川东地区经济社会发展具有重要意义.由于新建船闸等级及综合水力指标较高,因此,需对其进行水力学模型试验以优化输水系统设计.根据初步设计的富流滩船闸输水系统,通过1∶25的整体物理模型试验对其输水水力特性进行详细研究.试验结果表明:富流滩船闸采用闸底长廊道侧支孔明沟消能的输水系统布置是合理的,推荐的阀门开启方式下各输水水力特征均满足设计和规范要求.