国内某高水头船闸人字门运行近20年后腐蚀状况评价及原因分析

在国内某高水头船闸停航检修期间,对其人字门的腐蚀状况进行全面检测。按涂层所处闸门位置不同,划分为大气区、水位变动区和水下区,分别进行腐蚀评估、涂层起泡破坏及门体腐蚀的原因分析。结果表明:随着接近涂层设计使用年限,船闸人字门普遍存在大面积涂层起泡问题,起泡层下门体腐蚀问题逐渐凸显,涂层损伤总面积占门体面积的6.5%~12.7%。总体上,人字门防护涂层损伤失效过程分为有机涂层起泡、热喷铝层腐蚀发展、热喷铝层作为牺牲阳极抑制钢基体局部腐蚀3个阶段。此外,指出零星涂层修复难以达到长效防腐的效果,针对人字门防腐蚀提出整体维修涂层和施加阴极保护的延寿建议。

SV波斜入射时不同水体模拟方法下超高水头船闸地震反应分析

基于黏弹性人工边界的地震动斜入射方法模拟平面SV波不同角度入射情况,分别采用声固耦合法和附加质量法模拟闸室内水体,研究超高水头船闸闸室位移、应力和塑性损伤等地震反应,对比两种水体模拟方法计算结果的异同。结果表明:(1)整体上,两种方法计算得出的左、右闸墙地震反应结果随入射角度变化的规律基本一致;左闸墙受拉损伤的最大值均出现在入射角15°时,右闸墙受拉损伤的最大值均出现在入射角35°时;地震波入射角度对超高水头船闸动力响应影响较大,设计时应考虑地震波斜入射的影响。(2)当入射角较大时,采用声固耦合法计算的闸墙相对位移极值、主应力极值和受拉损伤结果偏保守的概率更大,对超高水头船闸结构设计来说更为安全。(3)建议两种计算方法相互参考和校核,推荐采用偏安全的结果进行超高水头船闸结构设计。

地震波斜入射时不同水深超高水头船闸地震反应分析

基于黏弹性边界的地震动斜入射方法模拟平面SV波和P波不同角度入射情况,采用声固耦合法模拟闸室内动水压力,研究超高水头船闸闸室在不同水深下闸顶位移、加速度和塑性损伤等地震反应。研究表明:地震波斜入射时,超高水头船闸的地震反应随水深变化的规律较垂直入射时明显不同,地震反应的程度一般较垂直入射时更大;相同水深条件下,闸顶水平相对位移峰值、水平加速度峰值多数情况下随入射角增大而增大。超高水头船闸闸室结构地震反应结果受水深变幅影响显著。一般闸墙相对高度为0.2附近的区域更易出现严重受拉损伤,相对水深为0.97时,闸墙临水侧达到严重破坏程度的受拉损伤范围最大。对综合考虑斜入射地震波和闸室内不同水深共同作用有一定的影响。

高水头船闸大型船舶导航墙停泊条件研究

高水头船闸导航墙水流条件复杂,大型船舶在导航墙待闸存在船舶靠泊和系缆设施安全等问题。以葛洲坝二号船闸导航墙停泊条件研究为例,通过模型试验、系缆力测试等技术方法,分析不同工作水头下船闸充泄水、船闸人字门启闭过程中上、下游导航墙不同停泊位置的船舶停泊条件及其变化规律,提出船舶系缆力超过设计值的对策措施。研究表明:上游导航墙停泊条件良好,船舶系缆力较低;下游导航墙受船闸泄水影响大,且与船闸工作水头密切相关,停泊条件较差,采取优化船闸阀门运行及泄水工艺、避开船闸泄水影响范围、增加船舶系缆数量等措施,可起到降低单个系船柱船舶系缆力的作用,下游导航墙系缆设施及船舶停泊条件预期满足要求。

中低水头船闸人字门浮箱及背拉杆抗扭能力研究

浮箱和背拉杆是中低水头船闸人字门提高抗扭能力的有效措施,但是考虑二者共同预应力的研究工作较少。基于江苏某在建船闸人字门,建立人字门空间薄壁结构有限元模型,对比设置不同浮箱的人字门抗扭能力,提出了较为合理的浮箱设置方案。在此基础上,研究不同背拉杆布置方式下人字门的抗扭能力,提出一种背拉杆预应力的改进优化模型,使施加预应力后闸门的整体抗扭能力得到更大提高。研究结果表明:采用U形浮箱及预应力背拉杆进行人字门组合抗扭的方案,可有效提高闸门的整体抗扭能力。研究方法和研究成果可为中低水头船闸人字门的设计提供参考。

高水头船闸下游出水口布置方案试验研究

某水电站船闸位于湄公河航运干线上,具有重要通航地位,其最大工作水头约为32.5m,同时其水位变幅接近或达到世界已建船闸的最高水平,下游出水口水流条件较为复杂,结合整体枢纽布置,较难满足规范要求。本文以该船闸及出水口布置为对象,根据下游出水口不同布置方案下的水流条件试验结果,调整和优化下游出水口布置,保证其能正常安全运行,满足规范要求,为其他类似水头船闸下游出水口布置提供借鉴。

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。

高水头船闸阀门顶缝空化切片试验研究

针对日益严峻的高水头单级船闸阀门顶缝空化问题,采用能够真实反映缝隙流特性的1∶1切片模型试验,研究阀门顶缝空化特性及门楣自然通气防空化机理。研究表明,随着空化的发展,缝隙段依次发生喉口跌坎空化、主流中心空化和阀门面板空化,缝隙段负压区不断延伸,直至整个缝隙段达到稳定的-10 m水柱负压,压力脉动很小;门楣自然通气通过增加缝隙段压力,消除主流中心空化和阀门面板空化,抑制喉口跌坎空化。当采用门楣自然通气措施后,缝隙段压力稳定在-2 m水柱左右,空化消失,缝隙段水流脉动压力增大;缝隙段压力与单宽通气量近似二次多项式关系,通气量极值对应的缝隙段压力约-2 m水柱,此时缝隙段压力与通气量达到平衡状态,当缝隙段压力逐渐升高时,门楣通气量逐渐降低,直至自然通气停止。

高水头船闸阀门段体型优化三维数值模拟

采用动网格技术和VOF方法对阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,分析阀门段水流急变分离的流态、流速、压力等水力特性参数的时空演化规律,分析出现空蚀危险的区域和时刻。针对阀门后突扩体顶板和升坎凸弧处出现的较低负压问题,提出8种体型方案,并分析体型参数对流速、流态、压强分布的影响,遴选出最佳体型。分析结果表明,方案3的顶板压强最大,方案8的升坎凸弧处压强最大。

高水头船闸闸室消能工消能效果实验研究

利用ADV等先进的量测仪器,通过物理模型实验对高水头船闸闸室明沟和盖板消能工的消能效果进行比较。在相同实验条件下,通过对流速分布、剩余比能和水面波动等参数的对比和消能特性的分析表明:明沟消能效果优于盖板消能。明沟消能工结构简单,在我国应用不多,建议对其加强进行研究及应用。

高水头船闸闸室明沟消能效果及机理分析

利用ADV等先进的量测仪器,通过船闸局部水工模型试验和三维数值模拟,对高水头船闸闸室明沟的消能效果和消能机理进行研究,分析流速分布、剩余比能、水面波动和紊动能耗散率等参数的结果表明:明沟消能工出流掺混强烈,97%的耗能位于明沟区,扩散均匀,水面波动较小,消能效果较优。明沟型式结构简洁,可在我国高水头船闸中推广应用。

大型超高水头船闸输水系统型式研究与展望

高水头船闸输水水流携带巨大能量,可能对船闸输水系统运行安全及闸室内船舶停泊安全产生危害,选择合理的输水系统型式对保障工程安全至关重要。随着大型超高水头单级船闸——大藤峡船闸的开工建设,研究发现目前已成功运行的输水系统型式不能满足该工程需要,亟需消能效果更好的输水系统。结合大藤峡船闸工程相关研究,参考国内外已建高水头船闸输水系统布置的成功经验,总结了高水头船闸不同输水系统型式与船闸运行水头和闸室尺度规模的匹配关系,介绍了适应大藤峡船闸工程特点的自分流全闸室出水4区段等惯性输水系统型式,提出了消能效果更好的带内消能工的输水系统新体型,可供类似超高水头大型船闸的设计和研究借鉴。

高水头船闸输水系统研究综述

高水头船闸是内河船闸逐步发展方向.从输水系统布置、水力特征、消能工型式、关键技术等方面对高水头船闸输水系统进行了综述;并介绍了中国、美国、前苏联等航运发达国家的船闸输水系统建设经验和研究成果.

超高水头船闸输水系统消能试验研究

利用ADV流速测量仪,通过对超高水头船闸闸室内流速及流速分布的测定,详细比较了明沟消能与盖板消能的消能特性、消能效果和消能方式,可为高水头船闸输水系统消能工设计提供科学依据。

高水头船闸输水阀门启闭力特性研究

高水头船闸输水阀门在运行过程中受水动力荷载作用影响,工作条件非常复杂,直接影响阀门的启闭力。由于阀门启闭力是决定启闭机容量和阀门自重的关键设计参数,因此有必要开展专门研究。1)针对反弧门形式,分析了阀门启闭速率、阀后廊道体型、阀门作用水头对启闭力的影响。2)通过改变阀门门型、底缘形状、支臂包护方式等形状系数,研究阀门的形状阻力对阀门动水启闭力的影响,获得相关规律。3)采用三峡船闸阀门启闭力原型观测数据对模型试验值进行验证,两者结果吻合度较好,三峡船闸输水阀门启闭机容量和阀门自重可以满足动水开启和关闭的要求。

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。

高水头船闸阀门空化问题的研究

多年来,围绕高水头船闸输水过程中阀门的空化问题,进行了研究和探索,为提高门后压力,研究了各种开启方式;改变廊道体型等措施。观测空化方法由恒定流向非恒定流方向过渡,问题在逐步深化,这里对该问题作粗浅的论述。

高水头船闸阀后突扩体升坎形式优化

针对船闸输水阀门后突扩廊道的水力学问题,以银盘船闸为依托,建立比尺为1∶10的泄水阀门段物理模型,对突扩体升坎形式进行优化。通过非恒定流物理模型试验,对比研究了6种突扩廊道升坎形式的动水压力特性,探讨升坎形式对突扩廊道水动力荷载特性的影响,并提出了最优升坎形式。研究成果对高水头船闸阀门段廊道体形的优化设计具有一定的指导意义,可为其提供理论依据和技术支撑。

高水头大型船闸人字门门库布置

船闸人字门门库布置关系到人字门启闭过程的局部水流结构及水体交换是否通畅,直接影响人字门启闭力及动水阻力矩的大小,对高水头大型船闸尤为重要。通过数学模型分析人字门启闭过程中的局部水流特征,论证门库各项边界条件对动水阻力矩的影响,进而提出高水头大型船闸人字门门库布置技术,给出科学合理的人字门门库体型及特征尺寸,可显著降低人字门启闭初期与末期的动水阻力矩峰值,从而解决高水头大型船闸人字门及启闭设备的设计难题,有利于人字门安全可靠运行。

超高水头大型船闸输水系统研究

随着社会经济的发展和技术的提高,船闸不断向大型化和高水头化方向发展,以往常规的等惯性输水系统已不能适应40 m以上的超高水头大型单级船闸。结合某工程实例,通过类比分析、物理模型试验及数值计算的方法,提出了新型自分流的闸室分流口结构型式和输水系统布置型式,很好地解决了闸室高效输水和船舶停泊安全问题,显著拓展了常规等惯性输水系统的适应性,其成果可供超高水头大型船闸设计借鉴。