特高压平板闸阀设计与密封性能分析

针对特高压井口平板闸阀设计指导空缺问题,参考API 6A和API 6D标准中的平板闸阀设计参数确定方法,给出175 MPa工作内压下阀体通径为78 mm的平板闸阀设计参数,补充并完善了国内外特高压井口平板闸阀设计方法,对所设计的平板闸阀采用有限元法分析其在螺栓预紧工况、额定工作内压工况和1.5倍静水压工况下的密封性能。所设计的平板闸阀可以满足密封准则,且能应对一定量的动载荷,可为特高压井口平板闸阀设计提供参考。

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。

LIFTING FORCE ACTING ON A GATE WITH HIGH HEAD

The hydrodynamic lifting force acting on a gate with high head is one of the key factors concerning the safety and reliability of gates. The lifting force is closely related to hydrodynamic pressure, and generally, is obtained through the model test. This work presents a method of numerical simulation based on the VOF method for the flow and FEM for the structure of a gate to investigate this kind of the lifting force. The physical model experiments were conducted about the hydrodynamic pressure and the lifting force to verify the numerical results. The comparisons of those two methods show that the maximum relative error is smaller than 11.40 % and the method presented in this paper is feasible and could be used in the designs of hydropower projects.

高水头闸门新型双水封形式的设计探索与试验研究

为解决运行频繁的高水头闸门止水结构复杂、造价高昂的问题,采用模型试验的方法提出了一种双水封的结构形式。经过实物模型验证,针对70~100 m高水头且需局部开启的闸门,该双水封结构形式既能满足封水效果要求,又可以降低工程造价,技术经济性良好。该方案属于创新设计,可为同类型闸门的水封设计提供借鉴。

基于有限元模拟的碾盘山水利枢纽泄水闸结构分析

随着越来越多的大尺寸、高水头水工建筑物陆续投入运行,其在适应特殊地形地质条件的同时,常规结构型式应力、位移过大等问题也日益突出。本文以碾盘山水利枢纽泄水闸为研究对象,利用ANSYS有限元软件,对泄水闸常规结构型式及优化后结构型式分别进行分析计算,计算结果表明,半框架结构能有效减小大尺寸、高水头泄水闸的应力和位移,可为类似泄水建筑物结构设计参照。

三峡升船机下闸首工作门止水性能优化

针对三峡升船机下闸首工作门充压止水破损漏气导致封水效果不佳的问题,采用有限元分析软件ABAQUS建立充压止水有限元模型,分析在增加充压止水翼头高度时不同止水橡胶材料对充压止水封头自由外伸量、背腔密闭性、封头水密性、封头偏移量、止水摩阻力的影响。结果表明,充压止水封头的接触应力、正应力和最大偏移量均随着橡胶材料的硬度降低而减小;挡水水头越低,材料硬度的敏感程度越高;接触应力和正压力均随着翼头高度的增加而增大。最后提出通过优化充压止水橡胶材料的方法来改善充压止水封水效果和服役寿命。

巨型闸门关键技术研究及在白鹤滩水电站的应用

文章介绍了白鹤滩水电站巨型闸门和启闭机等金属结构设备的多种技术创新,包括超宽横向三支臂弧形闸门创新设计、193 m超高水头平面闸门优化设计、高水头弧形闸门充压式止水方案研究、超大容量弧形轨道门机设计研究、百万机组进水口液压启闭机启闭容量设计等。上述关键技术的创新攻关,保障了白鹤滩水电站的泄洪安全、引水发电安全,助力了电站成功投产运行。

充压伸缩式水封特性探讨

通过某高水头泄水建筑物闸门止水型式试验 ,研究了充压伸缩止水水封的变形特性 ,背压与水封橡胶接触宽度关系 ,水封橡胶的压缩量与接触应力关系等主要特性 ,并探讨了水封断面不同部位采用不同橡胶组成的封水效果。成果表明 ,水封断面不同部位合理选择不同特性的橡胶材质 ,水封各主要参数特性更合理 ,在相同库压条件下要求的封水背压也较小。

高水头弧形闸门的框形伸缩式水封切片试验研究

本文介绍了某高水头弧形闸门拟采用的三种框形伸缩式水封的切片试验方法及成果。试验表明：三种水封在一定背压下均能封住间隙２０ｍｍ，水头１２０ｍ的漏水。其中Ｉ型水封封水背压最大，Ⅱ型次之，Ⅲ型最小。

高水头平面钢闸门水封接触性态研究

鉴于高水头闸门水封的接触状态直接影响闸门的正常运行,根据钢闸门水封接触分析理论,建立了某水电站主底孔高水头平面钢闸门、水封和闸墙支承整体三维有限元模型,基于constraint-function接触算法,采用有限元软件ADINA对该闸门关门挡水和启闭过程中水封接触问题进行了有限元计算分析,获得了不同闸门开度下水封的接触应力、接触状态等变化规律及高水头平面钢闸门水封封水性能,为实际工程设计提供了参考依据。

高水头大尺寸闸门流激振动原型观测研究

本文介绍天生桥一级电站放空洞工作闸门流激振动原型观测成果 ,首先应用实验模态分析技术对工作闸门的结构动力特性进行了仔细试验研究 ,获得了完整的结构模态信息。此外 ,考察了作用于闸门结构的脉动压力特征 ;研究了闸门结构在高速水流作用下的振动加速度、动位移及动应力等物理量的数字特征和谱特征。最后对闸门结构进行了动力可靠性分析。

天生桥一级水电站放空洞高水头弧形闸门的设计研究

在研究国内外众多潜孔弧形闸门资料的基础上，通过对总水压力、最大承压水头、闸门孔口尺寸、水封形式和门槽水力学等关键性的技术指标和参数的对比分析，进行了天生桥一级水电站放空洞弧形工作闸门的选型设计。在１２０ｍ承压水头下采用液压伸缩式水封，刷新了潜孔弧形闸门使用该种水封的国内记录。通过天生桥一级水电站放空洞弧形工作闸门及液压伸缩式水封的选型设计的实践，为我国高水头潜孔弧门的选型设计积累了经验。

高水头平面钢闸门启闭力数值模拟研究

针对平面闸门在正常启闭过程中启门力和闭门力计算的复杂性和不确定性,以某水电站主底孔高水头平面钢闸门为例,综合考虑了摩擦力、门顶水压力、底缘顶托力、下吸力对启闭力的影响,闸门与闸墙间的水封接触采用constraint-function算法,利用有限元软件ADINA对不同闸门开度下的启闭门进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行比较。结果表明,数值计算结果与物理模型试验结果虽存在一定的误差,但最大启闭力结果相近,可为闸门启闭机的选型设计提供参考。

泵头体自增强超高压密封技术研究

泵头体自增强通过引入残余应力来提高其结构强度和疲劳寿命。针对泵头体受自增强压力、内腔结构和加工工艺限制,难以实现超高压密封的问题,通过泵头体自增强密封技术特点分析,提出了软硬密封相结合的自紧密封方案。对锥面硬密封进行接触弹塑性有限元计算与分析,得到了最佳半锥角和圆角半径值。并提出泵头体超高压锥面密封的半锥角选择原则:低压确保建立稳定密封,超高压时应具有高结构强度。最后采用缩比模型实验验证了泵头体超高压密封结构合理、密封可靠性、结构强度足够,为泵头体自增强技术提供了超高压密封理论与实验依据。

小湾水电站放空底孔事故链轮闸门动水闭门试验

高水头动水闭门试验由于水力学复杂、不定因素较多、甚至可能引起次生灾害,一直行业内较忌惮的工作。小湾水电站放空底孔事故链轮闸门经过模型试验研究及参建各方的努力,成功完成了设计水头下的动水闭门试验,对该闸门的模型试验、原型试验情况进行了详细介绍及分析,并就两者进行了对比,为今后同类型高水头闸门的设计提供借鉴。

高水头阀门顶止水抗冲磨与变形特性试验

针对高水头阀门顶止水破坏的主要影响因素,提出三种止水材料配方,设计具有相同条件的试验方法,采用水下棱石法开展止水材料抗冲磨试验;研发阀门顶止水1∶1切片试验装置,制作不同型式阀门顶止水试件,进行止水安装变形特性、不同水头压力变形特性试验。研究表明:止水表面冲磨破坏呈现波纹状特征,随材料硬度增大,止水表面冲磨趋于光滑、抗冲磨性能降低,相对而言,配方2抗冲磨性能略优;随着安装荷载或水头差的增大,止水变形近似线性增大,"半圆头型"止水相对较优;在高水头作用下止水变形较大,在止水现场安装时可考虑适当预留间距,以降低压缩变形及应力。

高水头闸室平板闸门小开度流量系数试验研究

高水头闸室闸门小开度情况下,根据闸前的水流流态可分为闸前有长有压段、短有压段两类,根据闸后水流流态可分为自由出流和淹没出流两类。平板闸门的流量系数公式形式应随着闸前闸后的水流条件的不同而不同,对于不同的类别应采取相应的流量系数公式进行计算。通过试验推导出高水头闸室平板闸门小开度闸前为长有压段闸后为自由出流的闸孔处流量系数,为工程设计和运行提供了试验依据。

拉西瓦水电站高水头闸门伸缩式水封研究及运用

拉西瓦水电站导流洞封堵闸门挡水水头高达165m,采用上游止水。由于实际埋件安装存在较大偏差,常规水封已不能满足闸门封水要求,导致无法下闸蓄水。为解决此工程难题,应用有限元对伸缩式水封进行非线性模拟计算,同时进行模型试验,研究确定了闸门采用伸缩式水封的改造方案。实际运用表明,伸缩式水封能够较好地适应门槽的安装偏差,保证了顺利下闸及可靠封水。

无载波探地雷达高速取样头的研究

本文根据我们研究所开发的探地雷达系统要求,从理论上分析了取样噪声的来源、降低取样噪声的方法及途径,并设计了发射天线所需要的高速脉冲源(脉宽为纳秒数量级、幅度从十几代到300V的双极性对称高速脉冲)和从接收天线获取地下目标反射的毫伏数量级微弱信号的高速取样头以及收发双工开关。实验证明我们研制的取样头性能良好,它可以用在无载波探地雷达系统中作为信号采集器。

高压闸门压紧式止水试验研究

对我国近年来研制的高压闸门压紧式系列止水装置进行试验研究，通过实验，对不同压紧式止水断面及所选用材料进行对比分析，探讨了压紧式止水的止水性能，为工程设计提供参考依据。