构皮滩钢丝绳卷扬下水式升船机受力特性观测分析

构皮滩第1、3级升船机是目前世界上建成的最大的钢丝绳卷扬下水式垂直升船机。通过原型观测分析升船机出入水运行受力特性,验证升船机各项创新设计。结果表明,船厢按设计速度出入水运行平稳收敛,溢流孔风速、附加水动力荷载、船厢应力与变形、卷筒扭矩与应力等参数均在预期和安全范围内稳定变化,船厢排气孔布置、底铺板楔形体等设计取得良好效果;在设计运行速度内,船厢出入水速度对升船机受力特性影响不大,出入水速度尚有一定优化空间。

下水式钢丝绳卷扬垂直提升升船机水力特性研究综述

下水式升船机可适应较大的水位变幅及较快的水位变率.我国中西部地区河流具有水量及水位随季节变化大、河势狭窄等特点,因此下水式升船机有较广阔的应用前景.主要针对岩滩、构皮滩升船机的研究成果,首先总结了下水式钢丝绳卷扬垂直提升升船机的特点、运行方式、船厢出入水过程中所涉及到的水动力特性;其次,概述了船厢出入水过程中船厢内以及船池内水体的波动特性,以及前人所进行的理论分析及公式推导;最后,综述了船厢出入水时,前人关于船厢附加水动力荷载产生机理的探讨以及为降低附加水动力荷载而采取的工程措施及其效果,总结了相关的经验公式.此外,提出了下一阶段需要研究的重点问题,如船厢出入水过程升船机水动力特性规律性的研究;数值模拟计算研究;结合物理模型,深入探讨船厢受力、船厢运行平稳性以及提升系统荷载的变化特性等.

下水式升船机船厢底缘形式研究

通过比尺为1∶20的船厢出入水过程概化物理模型,对下水式升船机船厢主体底缘形式进行系统研究,探讨不同底缘形式的船厢对出入水过程船厢池水面波动、吸附力、拍击力及附加水动力荷载的影响。研究表明:船厢底缘角度的增大可有效降低船厢出水吸附力与入水拍击力,同时考虑到船厢底缘角度的增大会引起船厢质量的增加,提出船厢底缘较优角度为4°。

下水式升船机船厢入水过程三维数值模拟技术

船厢出入水过程产生的附加水动力荷载是下水式升船机发展需要解决的一个突出问题。采用VOF模型和κ-ε湍流模型,结合动网格技术建立三维数学模型,对下水式升船机船厢入水过程的水动力学特性进行模拟。研究表明:该模型具有较好的精确性和稳定性,可以用于模拟船厢入水后船池内部产生的复杂水流运动。应用该模型分析构皮滩第三级垂直升船机船厢不同入水速度下船池内部水流波动特性以及流场分布特征,计算结果与物理模型试验结果吻合较好。

下水式升船机船厢入水过程船池形式

通过比尺为1∶20的船厢出入水物理模型,系统研究船池面积和船厢入水速度对下水式升船机船厢出入水水动力特性的影响。结果表明:船池与船厢面积之差与船厢面积比β的增大可有效降低船厢入水过程船池内水面壅高、船池、引航道内水面最大坡降,改善船池内船厢停泊条件,同时考虑β的增大将引起工程投资的增加,建议船池与船厢间隙面积与船厢面积的最佳比值β为1.24。

构皮滩水电站第一级下水式垂直升船机船厢室结构分析

针对构皮滩水电站第一级下水式垂直升船机船厢室结构各部位复杂的受力特点,运用多种方法对各种受力进行了计算和分析。计算结果表明:船厢室结构的筒壁、底板及主梁等部位均出现较大的水平拉应力,结构水平向受力是其强度设计的关键;构皮滩第一级垂直升船机船厢室设计能够满足各项安全指标要求;对于承受多种荷载的复杂三维框架结构,应有针对性地运用多种计算手段进行分析,才能得到比较准确、合理的结果。

船池形式对下水式升船机船厢出水过程水动力特性的影响

通过比尺为1∶20的船厢出入水物理模型,系统研究船池面积和船厢出水速度对下水式升船机船厢出水水动力特性的影响。结果表明:船池与船厢间隙面积与船厢面积比β的增大可有效降低船厢出水启动力、引航道内水面最大坡降,改善船池内船厢停泊条件;结合船厢入水过程水动力特性以及工程实际,建议船池与船厢间隙面积与船厢面积的最佳比值β为1.24。

全平衡卷扬式垂直升船机液压动态调平下的纵倾稳定特性研究

针对全平衡卷扬式垂直升船机在液压动态调平下的纵倾稳定性问题,对承船厢的纵倾稳定性、钢丝绳临界吊点中心距的计算、各子系统的稳定特性及响应快速性进行了研究,提出了一种承船厢耦合系统纵倾稳定特性的分析方法。建立了浅水晃动子系统、液压调平子系统、主提升机械子系统与承船厢结构子系统相互耦合的机-液-固-流耦合系统动力学模型,并运用变步长龙格库塔法对耦合系统进行了位移响应计算。研究结果表明:龙格库塔法计算的临界吊点中心距与李雅普诺夫运动稳定性判据得到的结果接近,误差小于4%;各子系统中最容易失稳的是浅水晃动子系统;响应调整至稳态的速度由快到慢依次为液压调平子系统、承船厢结构子系统、主提升机械子系统与浅水晃动子系统。

构皮滩水利枢纽垂直升船机设计中的关键问题研究

构皮滩水利枢纽通航设施采用三级500吨级升船机组合型式,其中第一级和第三级升船机为非全平衡式,即下水式升船机,是国内提升力最大的垂直升船机。在构皮滩通航设施布置及一、三级升船机机械布置的基础上,针对其设计中的部分难点,进行了深入的研究。介绍了构皮滩下水式升船机机械设计中的重要研究方案,讨论了下水式垂直升船机共同面临的主提升机减速器疲劳载荷和结构优化以及船厢水动力设计与试验问题。

构皮滩水电站通航建筑物第一级升船机形式与布置

根据工程总进度安排,构皮滩水电站在2008年汛后下闸蓄水,位于水库内的第一级升船机需在蓄水前完成水下部分施工。受地形地质条件、左岸缆机平台布置、施工进度要求等因素制约,第一级升船机布置和选型极其困难。本文通过对构皮滩水电站通航建筑物第一级升船机形式选择及布置方案进行研究,从技术条件、通过能力、施工工期、经济效益等方面,对采用常规全平衡式升船机形式与下水式升船机形式两种方案进行了全面比选,研究并提出了上游下水式垂直升船机创新布置方案,有效解决了升船机建设制约工程蓄水发电的核心矛盾。

基于下游大水位变率的下水式垂直升船机随动技术的设计与实现

下游航道水位变率大,快速适应水位变化的准确停位随动技术,对下水式升船机的传动控制很重要。本文介绍下水式垂直升船机随动控制技术。首先,对控制对象的特性进行分析,描述了系统的速度运行曲线,对位置控制功能进行了研究。然后,搭建试验平台对本控制方案的性能进行了测试,给出了测试的方法和试验结果。实验结果表明本控制系统具有定位精度高、响应速度快等优点,能够适应下游大水位变化率的下水式垂直升船机准确停位要求。

全平衡下水式升船机初探

本文提出一种全平衡下水式升船机设想方案，综合了全平衡升船机和垂直下水式升船机的特点，利用重力配重钢丝绳的油缸顶升装置实现承船箱直接入水，减少了不闸首土建和金属结构及机电设备的工程量，并可以提高运行的可靠性。

高扬程全平衡卷扬式垂直升船机系统稳定性分析

通过理论分析,推导了一种使全平衡卷扬式垂直升船机系统保持稳定的临界吊点中心距的理论计算公式,依据该公式研究了高扬程对系统稳定性的影响规律。根据第二类拉格朗日方程建立了一个七自由度的卷扬式垂直升船机系统的动力学模型,该模型考虑了承船厢、提升钢丝绳、重力平衡重、卷扬机、同步轴以及承船厢中的水体。基于笛卡儿法则推导了临界吊点中心距的理论计算公式,分析了升船机扬程对升船机系统稳定性的影响规律。运用四阶变步长Runge-Kutta法对全平衡卷扬式垂直升船机系统进行动力学仿真,模拟出不同临界吊点中心距下系统各自由度的位移响应,通过响应的收敛性来判定系统的临界吊点中心距。将推导出的理论计算公式的计算结果与系统动力学仿真的计算结果进行对比,得出误差为9.02%,从而验证了理论计算公式的准确性。该公式可以用来设计吊点中心距、提升钢丝绳刚度、卷扬机卷筒半径、同步轴刚度,判断高扬程全平衡卷扬式垂直升船机系统的稳定性。

卷扬式垂直升船机的总体设计

介绍大型船厂的卷扬式垂直升船机的总体设计方案,对升船机机型选择、升船机设备布置及设计作简要论述,重点说明设备选型及设计要点,为类似产品设计提供借鉴。

景洪水力式升船机设计研究

景洪水电站通航建筑物采用世界首创的水力驱动式垂直升船机,该种升船机能较好地适应景洪水电站下游水位变化快、变幅较大及承船厢下水的要求,提高了承船厢漏水等极端事故状态下升船机的安全性。为此,对该水力式升船机的基本原理、主要特点和系统组成,以及关键技术的研究情况进行介绍。景洪水力式升船机的建成,将促进我国乃至世界高坝通航技术的发展。

浮筒式垂直升船机

根据作者对浮筒式垂直升船机现场考察的情况,结合德国同行朋友迪·蓝克瑙先生的介绍并参考一些相关文献对其作一简单介绍。

构皮滩水电站升船机船厢下水和浮运技术研究

船厢安装是构皮滩第一级下水式升船机设备安装的难点。首先,阐述了船厢气囊下水技术方案,分析了船厢下水过程中的气囊和船厢受力情况,据此实施了增设移运托架和助浮气囊、卧倒门加固等措施;其次,阐述了船厢浮运技术方案,介绍了船厢下水过程中的质量控制及船厢下水浮运工艺流程,实施了浮运拖曳和入室定位技术。工程实践表明:该船厢下水和浮运方案安全可靠,可为类似船厢安装提供借鉴。

大型升船机船厢出入水受力特性原型观测

船厢出入水过程中复杂的流固耦合作用是下水式升船机关键技术问题。针对目前世界上最大的船厢下水式升船机——景洪水力式升船机船厢出入水过程中的力学问题,首次通过系统的原型观测,研究揭示船厢出入水过程中厢体的受力变形特性、船厢的倾斜量及同步轴扭矩的变化规律、船厢的振动响应与噪声及附加水动力荷载特性,并探讨了船厢出入水运行速度的影响。观测结果表明,船厢入水过程中由于船厢侧荷载发生显著变化,船厢发生最大弯曲变形约2.7cm,船厢纵倾增大不足20mm,最大扭矩变化162kN·m,船厢振动、噪声、吸附力均不大;不同速度出入水,各项参数变化规律一致,但随速度增大,各参数呈增大趋势;船厢出水后能够完全恢复到入水前状态,出入水过程稳定收敛,船厢出水启动瞬间和船厢底铺板脱离水面时刻是出入水过程的关键节点,各项参数变化迅速。观测结果不仅为景洪升船机安全运行提供依据,也为其他下水式升船机设计提供参考。

景洪水力式升船机承船厢充放水运行流程设计

水力式升船机是高坝通航建筑物,其电气控制系统的正确和快速反应极为重要。以景洪水力式升船机的驱动系统和承船厢系统为例,采用充、泄水阀门和承船厢的上、下游卧倒门的自动化控制流程,通过升降承船厢实现厢内自动快速充放水,此方法已在景洪升船机取得成功应用。

钢丝绳卷扬垂直升船机设备布置设计与研究

钢丝绳卷扬垂直升船机分为全平衡垂直升船机和下水式垂直升船机两种型式。两种型式的特点各不相同,应根据水利枢纽的条件,进行技术经济比较,确定升船机型式。对两种升船机型式的设备选择、总体技术参数的确定、平衡重重量的分配与选取、主体设备布置原则与基本方案等升船机总体设计的若干关键问题进行了研究探讨。