基于多特征融合的水工闸门剩余寿命预测

剩余寿命预测对保证复杂结构运行安全具有重大意义,为了提高水工闸门剩余寿命预测精度,提出了一种多特征信息融合的闸门剩余寿命预测方法。首先,采用Gamma过程模拟闸门锈蚀演化过程,通过数值仿真获得闸门因锈蚀引起的应力、自振频率、干湿模态振型等特征参数的退化过程。其次,综合考虑单调性和离散性对特征参数进行筛选,并基于主成分分析法进行特征融合构建健康因子;进一步采用非线性维纳过程对闸门退化过程进行建模,利用粒子滤波方法预测其剩余寿命。最后,结合工程实例及有限元仿真验证了所提方法的可靠性和有效性。结果表明,融合多信息的方法能更加充分地反映闸门的退化状态,预测精度评价指标均方根RMSE为1.3955,平均绝对误差MAE为1.2628,方差绝对误差VAE为0.3528,说明预测达到了较高精度,可为闸门的健康管理和安全评估提供依据。

基于模型试验闸门开度对溢流坝水力特性影响

结合安哥拉凯巴萨水电站多闸孔溢流坝,基于水工模型试验研究闸门开度对掺气空腔长度、时均压力、流速等水力学特性的影响。结果表明:当闸门相对开度e/H<0.57,闸前水流水力条件较优;溢流坝面最大流速随闸门开度增大而增大,不同闸门开度下溢流坝面和中墩的时均压强分布趋势一致;不同闸门开度下水流经过溢流坝面的掺气坎后,均可形成稳定自由空腔,掺气空腔长度随闸门开度增大而减小。研究结果对水电站闸门运行调度提供有价值的参考。

基于VMD-SSA-LSTM的闸门振动信号趋势预测

闸门振动信号分析和预测是检测闸门运行状态的重要方式,由于闸门信号的复杂性和非平稳性,准确判断闸门状态成为难题。本文提出一种基于VMD多模态分解和SSA-LSTM网络结构,对输入的闸门信号进行分解和预测。首先采用VMD分解了闸门信号并取得信号特征,通过SSA优化LSTM网络超参数,提高对闸门信号预测的准确性和效率。实验结果表明:相比LSTM和VMD-LSTM,本文的算法效果最佳,采用SSA算法后,RMSE下降68.1%,为闸门振动信号检测和预测提供基础。

不同运营开度下江都西闸上、下游河道流场特征研究

为研究江都西闸不同运营开度工况下上、下游河道渗流场变化,基于三维流体域及渗流场的模拟计算,对上、下游河道流速、涡量分布开展了对比研究。研究表明,运营开度增大,上、下游河道流速分别为递增、递减变化,但均在开度3 m时流速的增长、降低放缓。水深愈大,流速水平愈高,但上游河道流速与开度关系受水深影响显著,而下游河道受之影响较小。开度增大,上、下游河道涡量分布区均扩大,但下游涡量主要在于横向河道扩散。闸室底板峰值流速与开度为正相关变化,每开度1 m变化,流速可提高3.3%,开度对过闸流速影响不及上、下游河道。开度增大,闸室涡量分布区愈多,但涡量值降低。论文可为河道水闸运营设计及渗流场分析提供参考。

水电站进水口闸门未正常闭门分析及处理

针对水电站进水口事故闸门动水落门时未在要求时间内正常闭门的问题,通过对比分析不同工况下落门过程曲线,结合现场观察,推断是在电站出现故障引起闸门动水落门过程中,由于闸门、油缸启闭机振动相对较大,液压启闭机有杆腔高压球阀自由转动而关闭所导致。为此加设了液压启闭机有杆腔高压球阀锁定装置,确保球阀不会自由转动;并建议高压球阀应选择全开位置带有锁定装置的型号;优化油管的空间结构和管道支撑结构布置,减小管道振动;对大尺寸的混流式水轮发电机组应进行过渡过程工况的动水落门试验。

船闸电轴同步启闭系统应用技术探讨

在无机械轴连接的情况下,实现双侧卷扬机构同步运转,进而保证双吊点闸门平稳启闭,除了采用先进的变频调速技术,电机同步旋转(电轴同步)技术也是一个很好的选择。文章从电轴同步原理、主线路的组成及安装调试的方法与步骤等方面,探讨了电轴同步系统在船闸闸门启闭中的应用方法,值得同行交流互鉴。

邵仙套闸智能运行管理系统应用研究与实践

以邵仙套闸智能运管系统为例,介绍通过系统建设推进工程运行管理数字化转型情况,分析其应用成效与特色。该系统开发应用提高了船舶通行效率,是江都水利枢纽数据赋能管理服务工作的成功案例,也是履行行业职责提升便民服务水平的生动实践,支撑“不上岸、不见面”新运行模式,科技助力打造更加顺畅、安全、便捷的“水上高速路”。

基于LES的水工钢闸门流激振动数值模拟研究

针对钢闸门流激振动机制的复杂性以及钢闸门流激振动在工程实际中的多发性,以二维平板钢闸门为例,基于ADINA有限元分析软件,建立了不同开度的流场有限元模型和固体有限元模型,探究了不同开度时水工钢闸门动力响应规律,阐明了单、双向流固耦合作用下钢闸门动力响应差异,揭示了水工钢闸门流激振动机制。结果表明:1)随着开度的增大,流场不同位置处脉动压力逐渐减小,钢闸门附近旋涡脱落的频率逐渐降低;2)对于水工钢闸门而言,可以采用单向流固耦合代替双向流固耦合进行计算;3)水工钢闸门流激振动产生的机制主要是钢闸门周围旋涡脱落频率与钢闸门结构第一阶自振频率一致或相近,导致钢闸门发生了共振。

底流消能诱发泄洪闸闸墩振动问题分析和减振措施研究

底流式泄洪闸在大流量泄洪时常伴随着闸墩剧烈振动。针对泄洪闸闸墩振动问题,以某水电站为例,基于水弹性物理模型试验和原型观测,提出改善闸墩结构和优化水库调度方案的两种减振措施。物理模型试验为研究闸墩振动提供了数据支撑,而原型观测结果验证了模型试验的可靠性。结果表明:当泄流量为5400 m^(3)/s时,通过优化水库调度,采用“低孔+表孔”联合泄洪的方式,表孔的泄流量从单独泄洪时的5400 m^(3)/s转变为联合泄洪时的低孔泄流量3481 m^(3)/s+表孔泄流量1919 m^(3)/s,表孔闸墩的振动位移标准差可从182.3μm减小到51.7μm,振动削减效果为71.6%;当表孔泄流量为10030 m^(3)/s时,通过对闸墩进行加固,闸墩的振动位移标准差可由288.8μm减小到129.6μm,振动削减效果为55.1%。

基于多传感器信息融合的水工闸门故障诊断

针对水工闸门安全检修困难、检修效率低的问题,提出了一种基于支持向量机(Support vector machine,SVM)和改进D-S证据理论的信息融合水工闸门故障诊断方法。该方法通过提取不同传感器诊断信号小波包信息熵特征构建特征子空间,然后在每个特征子空间构建诊断子网络,最后使用改进证据理论对每个诊断子网络的输入进行决策层融合,从而水工闸门的多信息融合诊断结果。闸门故障诊断实验结果显示,信息融合的闸门故障诊断方法可有效识别弧形闸门故障种类,其故障诊断准确率达到了98.33%,同时诊断可靠度高,各类故障的诊断不确定度均小于1%。实验结果验证了智能故障诊断方法用于水工闸门领域的可行性,对于改进水工闸门故障检修方式,推动水利工程智能化的发展具有重大意义。

数字孪生驱动的水工闸门损伤在线识别与监测方法

针对水工闸门损伤识别过程中存在的识别流程复杂、实时性较差、可视化程度低的问题,提出一种数字孪生驱动的水工闸门损伤在线识别与监测方法。首先阐述闸门孪生数据的获取方法,并采用融合注意力模块的卷积神经网络对其进行特征提取,构建实时数据驱动的闸门损伤识别模型;然后利用数字孪生技术搭建水工闸门虚拟现实场景,并将损伤识别结果映射至闸门虚拟几何模型,实现闸门损伤的实时可视化监测;最后将该方法应用于水工闸门试验平台,并借助Unity3D平台实现闸门数字孪生损伤识别系统的开发。结果表明,构建的水工闸门损伤识别模型对损伤状态的识别准确率达到了95%以上,系统运行每帧平均用时为136.68 ms,具有较高的准确性和较快的分析速度,验证了该方法在水工闸门损伤识别中的可行性.

基于有限元法的山型水封封头形状研究

山形自封闭水封广泛应用于高水头、超高水头闸门止水装置中,其止水性能受封头形状影响较大,为了探究封头形状对山形自封闭水封止水性能的影响,基于非线性有限元方法对山形自封闭水封止水装置进行仿真分析。根据水封材料试验数据采用最小二乘法得到水封材料Mooney-Rivlin模型本构参数。通过建立山形自封闭水封止水装置有限元模型并将水封有限元仿真结果与模型试验结果进行对比,验证水封有限元仿真方法可靠性。再对不同工况下不同封头半径、封头偏心距的山形自封闭水封止水装置施加相应荷载及约束并进行有限元仿真计算,得到山型自封闭水封在不同工况下的接触应力、接触宽度、变形情况等。在山型自封闭水封设计中,应根据实际情况选取中等偏大的封头半径和合适的封头偏心距。

尹家沟闸钢闸门安装施工方案探析

尹家沟闸位于淮南市潘集区高皇镇闸口村境内,为泥黑河入淮控制闸,共两孔,每孔净宽5 m。只有在该钢闸门安装施工过程中制定科学、合理的施工方案,才能保证其安装质量。基于此,本文以尹家沟闸钢闸门安装工程为实例,从闸顶门机安装、启闭机安装、闸顶门机试验、安装检修和工作闸门、检修和工作闸门试验、检查与验收等环节出发,研究了各个环节的施工方案,以保证该钢闸门的安装质量,为工程施工建设提供了理论参考依据。

钢闸门橡胶水封失效问题探讨

橡胶水封是钢闸门止水装置中的重要部件之一,本文阐述了闸门橡胶水封失效的危害,分析了顶止水、侧止水和底止水橡胶水封失效的原因,从设计、制造、安装、运行、维护等环节提出了防止橡胶水封失效的建议,具有一定的工程实践意义。

五强溪水电厂底孔密封性能仿真模拟研究

针对水电站闸门水封存在密封性能在运行过程中裂化、密封性能预测困难、水封更换时螺栓预紧量的确定缺乏理论依据等问题,提出基于多元线性回归的螺栓预紧量补偿模型。结合工程实例,通过Ogden公式建立方头P型水封橡胶超弹性本构模型,建立复杂工况下水封密封结构非线性有限元计算模型。基于Ansys计算了4种影响因素下的水封接触应力,分析了多种影响因素与水封密封性能之间的独立影响和综合影响规律,在有限元分析的基础上,基于多元线性回归建立了接触应力计算公式,构建了螺栓预紧量补偿模型,实现了水封密封性能反演和螺栓预紧量补偿计算。结果表明,基于螺栓预紧量补偿模型得到的接触应力与预期值的平均相对误差为7.6%,最大相对误差为16.9%,模型能够实现在水封安装工况改变时对螺栓预紧量进行修正,从而得到预期水封密封性能,为实际工程中水封结构的设计、安装提供了可靠依据。

三峡大坝深孔工作闸门流激振动特性研究

为深入探究三峡大坝深孔弧形工作闸门运行时的流激振动特性,对其进行了原型观测研究。结果表明:在闸门启闭动态运行时,其动位移极值和加速度极值都相对较小,振动较小;在启门、停门瞬间,闸门的动位移极值和加速度极值都明显增大,振动较大;当闸门开度在0.6~0.7时,闸门发生了强迫振动;1号、12号深孔弧形闸门在运行时都不同程度受到了流激振动的影响,但都属于微小或中等振动,处于安全范围内。相关成果可供大坝安全运行管理及闸门设计制造参考。

快速平面阀门静动水启门水力特性数值模拟研究

针对平板阀门的快速静水和动水启门过程,采用标准k-ε模型结合动网格技术,模拟阀门运动边界与动水流场交互耦合作用下的水动力与阀门负载特性,并将启门力结果与缩比模型试验进行对比分析,结果的趋势基本一致。在静水启门时,存在局部的压力梯度分布,但其对顺水流方向和垂直水流方向的水流力影响较小;在动水启门时,顺水流方向水流力初始值较大,之后随时间逐渐减小。

七一灌区新型测控一体闸门的设计与应用

测控一体闸门在灌区的应用对提高灌溉水利用效率和推进信息化建设至关重要。根据七一灌区不同的渠道类别,设计了各种规格的新型测控一体闸门。其中,闸体采用一体式双导轨结构,配备直流电机驱动闸门启闭以控制流量,旋转编码器记录闸门开度,雷达水位计采集闸门上下游水位,应用闸孔出流原理计算渠道流量;闸门测控终端显示电机运行状态和渠道水位流量信息,通过4GTD-LTE宽带无线通信专网远程传输至管理站和各级水务机构;采用风光互补的供电方式为测控一体闸门供能,能够满足至少10 d无风或阴雨天气用电需求。测控一体闸门的应用,改变了灌区以往水位流量曲线测流的方式,提高了测流精度,减少了灌溉用水的浪费。

基于Inventor软件的复杂结构闸门三维设计研究与应用

为提高复杂结构闸门工程设计过程中结构应力计算效率及准确性,以某复杂结构弧形闸门工程为研究对象,运用三维建模软件Inventor快速构建复杂结构闸门门体、支臂等主要部位的三维模型,利用ANSYS三维有限元分析软件对复杂结构闸门进行应力分析,获得门体及支臂的应力分布图。对比分析闸门整体结构最大应力数值与材料最大屈服强度,结果表明闸门整体结构强度满足工程设计要求。采用2种软件相结合的方法对复杂结构弧形闸门进行优化设计,不仅缩短复杂结构闸门工程的设计时间,而且有效提高工程的设计质量,为BIM技术在水闸工程及水利工程规划等设计中的推广应用提供借鉴经验和技术支撑。

河口闸闸门失效模式分析和支铰在线监测研究

水闸是水利基础设施的重要组成部分,在拦洪、排涝和通航等方面起着至关重要的作用。水闸一旦发生故障,将造成不可估量的后果,其关键部位的健康状态直接影响了水闸的安全运行,对水闸关键部位实现实时在线监测意义重大。以三汊河河口闸为研究对象,对水闸闸门进行失效模式分析,确定对关键部位支铰进行在线监测。为合理设计支铰的在线监测方案,首先对支铰进行有限元分析,通过对比支铰整体和部分的分析结果,验证该有限元分析的合理性,可以为在线监测提供一定的依据;其次,基于支铰的实际情况与有限元分析结果,确定支铰在线监测方案,包括监测位置和数据传输等,实现对支铰的在线应力监测。此外,通过数值仿真,说明支铰中各点与最大应力点之间的应力变化呈线性关系,利用线性关系和已知监测点应力信息,可对支铰最大应力点的应力值进行初步估算。提出的在线监测方案可更好地对支铰进行日常健康管理,保障水闸的平稳运行。