豐滿(mǎn)水電站重建工程潛孔弧形閘門(mén)流激振動(dòng)模型試驗(yàn)

對(duì)水電站閘門(mén)的動(dòng)態(tài)特性分析，通常采用有限元的方法。但由于該方法采用了一系列的假設(shè)與邊界條件，使其結(jié)果有可能與實(shí)際情況不相符合。而模態(tài)分析技術(shù)引入了自動(dòng)控制中的傳遞函數(shù)概念，從輸入和輸出之間的函數(shù)關(guān)系入手，找出系統(tǒng)的固有特性，從而為解決實(shí)際工程問(wèn)題提供了一個(gè)有力手段。通過(guò)對(duì)弧形閘門(mén)模型（２０∶１）用脈沖錘擊法做模態(tài)試驗(yàn)，求得該閘門(mén)的前七階振型，其試驗(yàn)分析結(jié)果與有限元理論計(jì)算結(jié)果相比，取得了較好的一致性。該試驗(yàn)表明，利用模態(tài)試驗(yàn)技術(shù)測(cè)取閘門(mén)的動(dòng)態(tài)特性，是解決閘門(mén)振動(dòng)問(wèn)題的有效途徑。

對(duì)弧形閘門(mén)危害性的流激振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)控制,其中前提之一是對(duì)閘門(mén)模型做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。利用三維有限元方法計(jì)算的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性與簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性相等的原則修正弧形閘門(mén)簡(jiǎn)化力學(xué)模型,并確定了等效的弧形閘門(mén)三維簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)模型和系統(tǒng)參數(shù)。分析和計(jì)算表明,建立的簡(jiǎn)化三維力學(xué)模型較好地反映了弧形閘門(mén)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和隨機(jī)脈動(dòng)壓力下的振動(dòng)反應(yīng),可用于安裝阻尼器的弧形閘門(mén)的智能控制設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)水利水電工程技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的大尺寸弧形閘門(mén)投入使用,對(duì)弧形閘門(mén)的原型觀(guān)測(cè)試驗(yàn)技術(shù)手段提出了更高的要求。在現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外尚無(wú)水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備原型觀(guān)測(cè)專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況下,本文針對(duì)弧形閘門(mén)的工作特點(diǎn),提出了弧形閘門(mén)原型觀(guān)測(cè)試驗(yàn)整體技術(shù)方案。并以蜀河水電站泄洪閘2^#弧形閘門(mén)原型觀(guān)測(cè)試驗(yàn)為例,通過(guò)采用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器和數(shù)據(jù)分析技術(shù),對(duì)弧形閘門(mén)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移、動(dòng)力特性、振動(dòng)響應(yīng)、啟閉力等各項(xiàng)工作特性參數(shù)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)和分析。發(fā)現(xiàn)了支臂側(cè)向作用面上承受較大彎矩、下泄水流的動(dòng)水荷載與弧形閘門(mén)和閘墩的低頻區(qū)已形成不利組合、啟門(mén)瞬間液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的啟門(mén)力超出啟閉機(jī)容量等弧形閘門(mén)的運(yùn)行安全隱患,對(duì)確保工程安全具有一定的參考價(jià)值。

隨著我國(guó)水利水電工程技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的大尺寸弧形閘門(mén)投入使用,對(duì)弧形閘門(mén)的原型觀(guān)測(cè)試驗(yàn)技術(shù)手段提出了更高的要求。在現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外尚無(wú)水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備原型觀(guān)測(cè)專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況下,本文針對(duì)弧形閘門(mén)的工作特點(diǎn),提出了弧形閘門(mén)原型觀(guān)測(cè)試驗(yàn)整體技術(shù)方案。并以蜀河水電站泄洪閘2^#弧形閘門(mén)原型觀(guān)測(cè)試驗(yàn)為例,通過(guò)采用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器和數(shù)據(jù)分析技術(shù),對(duì)弧形閘門(mén)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移、動(dòng)力特性、振動(dòng)響應(yīng)、啟閉力等各項(xiàng)工作特性參數(shù)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)和分析。發(fā)現(xiàn)了支臂側(cè)向作用面上承受較大彎矩、下泄水流的動(dòng)水荷載與弧形閘門(mén)和閘墩的低頻區(qū)已形成不利組合、啟門(mén)瞬間液壓?jiǎn)㈤]機(jī)的啟門(mén)力超出啟閉機(jī)容量等弧形閘門(mén)的運(yùn)行安全隱患,對(duì)確保工程安全具有一定的參考價(jià)值。

本文介紹了桐子林水電站溢流閘表孔弧形閘門(mén)的設(shè)計(jì)原則,并簡(jiǎn)述了該弧形閘門(mén)的設(shè)計(jì)方法.

橋鞏水電站泄水閘工作閘門(mén)為超大型露頂式平面滾輪鋼閘門(mén),閘門(mén)尺寸15m×24.9m,由固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)啟閉,閘門(mén)常在局部開(kāi)啟條件下運(yùn)行,閘門(mén)下游強(qiáng)紊動(dòng)水流與閘門(mén)之間復(fù)雜的耦合作用可能引起閘門(mén)較大振動(dòng),甚至影響其安全運(yùn)行,為保證閘門(mén)安全運(yùn)行,采用1/25全水彈性相似模型對(duì)閘門(mén)進(jìn)行了流激振動(dòng)試驗(yàn)研究和三維有限元計(jì)算,揭示了閘門(mén)的流激振動(dòng)特性,論證了閘門(mén)振動(dòng)的安全性,建議避免閘門(mén)長(zhǎng)期在0.1以下開(kāi)度運(yùn)行。

介紹了普定水電站溢流壩弧形閘門(mén)支鉸在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障及對(duì)弧形閘門(mén)支鉸和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)改造的過(guò)程。

寰三，、中南堂陳黯76．=2岳{t3 武漢水利電力太學(xué)■ ． 祖志＼u 裊-毒j州水刺水電科學(xué)研完院謝省宗林勤華 1概況l升i 五強(qiáng)溪水電站樞紐泄洪標(biāo)準(zhǔn)為千年一遇洪水設(shè)計(jì)，萬(wàn)年一遇洪水校核。千年一遇人庫(kù)流 泄洪建筑物布置和閘門(mén)設(shè)計(jì)帶來(lái)許多新課題，亦迫使在設(shè)計(jì)中采用一些新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)在以 五強(qiáng)溪水電站韌步設(shè)計(jì)選定泄洪方案為lo孔溢流表孔和l孔泄洪中孔，溢流前緣總長(zhǎng) 度為369m．而河床寬度只有330m不夠布置電站廠(chǎng)房、溢流壩和船閘三大建筑物，要靠開(kāi)挖 兩岸山頭來(lái)滿(mǎn)足布置的需要。因此如毖縮短溢流前緣剮對(duì)減少工程量和降低投資十分有利， 每減少寬度lom，相應(yīng)減少開(kāi)挖3o萬(wàn)m。，且毖改善樞紐總布置。經(jīng)幾年的試驗(yàn)研究，鼉后提 出“寬尾墩一底孔排流一消力池的新泄洪消能方案。該方案泄洪閘門(mén)為9孔表孔和1孔中 孔，再在表孔閘墩內(nèi)增設(shè)

為研究烏江思林水電站溢流壩弧形工作閘門(mén)可能出現(xiàn)的閘門(mén)流激振動(dòng)問(wèn)題,通過(guò)制作幾何比尺為1/35的完全水彈性模型進(jìn)行流激振動(dòng)試驗(yàn),研究該閘門(mén)在有止水和無(wú)止水2種工況下的靜動(dòng)力特性及不同開(kāi)度的動(dòng)力響應(yīng),提出了該閘門(mén)安全運(yùn)行的合理化建議.檢測(cè)采用電測(cè)法,共進(jìn)行靜力試驗(yàn)2組,動(dòng)力試驗(yàn)16組.靜力試驗(yàn)結(jié)果表明該閘門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求.動(dòng)力試驗(yàn)結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的自振頻率范圍避開(kāi)了水流脈動(dòng)壓力的高能區(qū),正常運(yùn)行情況下(止水良好)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)的可能性不大,結(jié)構(gòu)加速度最大值為0.228g,動(dòng)應(yīng)力最大值為0.92mpa,各測(cè)點(diǎn)動(dòng)力系數(shù)小于1.08,動(dòng)力響應(yīng)滿(mǎn)足閘門(mén)抗振設(shè)計(jì)要求.閘門(mén)振動(dòng)不利開(kāi)度為0.6h和0.7h左右(h為水頭).在漏水工況下運(yùn)行時(shí)閘門(mén)振動(dòng)加劇.

偏心鉸式弧形閘門(mén)在啟閉過(guò)程中其受力狀態(tài)與常規(guī)閘門(mén)有所不同,受力條件較為復(fù)雜,準(zhǔn)確計(jì)算閘門(mén)啟閉力難度較大。設(shè)計(jì)人員在確定該類(lèi)閘門(mén)的啟閉機(jī)容量時(shí)尚無(wú)統(tǒng)一的規(guī)范可循。以水布埡放空洞工作閘門(mén)為研究實(shí)例,通過(guò)水工模型全程模擬了偏心鉸閘門(mén)啟閉的運(yùn)行狀況,利用脈動(dòng)壓力和拉壓傳感器測(cè)量無(wú)摩擦情況下的閘門(mén)啟閉力,在此基礎(chǔ)上,分析計(jì)算了原型閘門(mén)運(yùn)行時(shí)所受止水摩擦力后的閘門(mén)啟閉力,重點(diǎn)研究了偏心鉸閘門(mén)運(yùn)行時(shí)啟閉力的變化特征,并將試驗(yàn)和計(jì)算成果繪制成啟閉力曲線(xiàn),為設(shè)計(jì)人員選取啟閉機(jī)容量提供了依據(jù)。原型閘門(mén)在投入運(yùn)行后經(jīng)過(guò)了超高設(shè)計(jì)水頭的考驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足要求,閘門(mén)運(yùn)行正常。

從東風(fēng)水電站中孔弧形閘門(mén)主止水裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、材料特性以及安裝施工等方面,對(duì)其破壞原因進(jìn)行了討論;并介紹了對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造及消除止水裝置存在缺陷的情況。

介紹了孫家灘水利樞紐概況及泄水弧門(mén)雙缸液壓?jiǎn)㈤]機(jī)液壓系統(tǒng),著重闡述了應(yīng)用可編程邏輯控制器(plc)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)表孔弧形門(mén)常規(guī)操作、雙缸調(diào)節(jié)以及油泵輪換交替運(yùn)行的新方法。

烏江構(gòu)皮灘水電站泄洪中孔弧門(mén)設(shè)計(jì)水頭80.50m,屬高水頭范疇,常規(guī)止水已不能滿(mǎn)足止水要求。經(jīng)試驗(yàn)研究,中孔弧門(mén)主止水采用新型充壓伸縮式水封。從近10a國(guó)內(nèi)弧形閘門(mén)水封的研究和實(shí)際運(yùn)用情況來(lái)看,充壓伸縮式水封具有較好的止水效果,故決定在構(gòu)皮灘水電站泄洪閘中采用充壓伸縮式水封作為主止水。為了進(jìn)行止水設(shè)計(jì),對(duì)充壓式水封進(jìn)行了試驗(yàn)研究,獲得較全面的試驗(yàn)參數(shù),構(gòu)皮灘水電站采用新型充壓伸縮式水封獲得了良好的效果。

由于彈性結(jié)構(gòu)與其周?chē)鲌?chǎng)存在著復(fù)雜的相互作用,單純數(shù)值方法還不能正確預(yù)報(bào)這種水彈性振動(dòng),因此,水彈性模型試驗(yàn)已成為預(yù)報(bào)流場(chǎng)中結(jié)構(gòu)原型行為的唯一方法。在對(duì)水彈性振動(dòng)模型相似準(zhǔn)則和研制的閘門(mén)水彈性振動(dòng)模型材料性質(zhì)簡(jiǎn)要介紹的基礎(chǔ)上,對(duì)三峽大壩導(dǎo)流底孔弧形閘門(mén)全水彈性模型振動(dòng)試驗(yàn)成果和其原型振動(dòng)觀(guān)測(cè)成果作了多方面對(duì)比分析。結(jié)果表明:全水彈性模型試驗(yàn)預(yù)報(bào)的原型閘門(mén)的動(dòng)力特性、振動(dòng)加速度、結(jié)構(gòu)動(dòng)靜應(yīng)力與原型閘門(mén)在相近條件下的實(shí)測(cè)成果頗為一致,從而驗(yàn)證了閘門(mén)全水彈性模型對(duì)原型閘門(mén)流激振動(dòng)行為預(yù)報(bào)的可靠性。

五強(qiáng)溪水電站的表孔弧形閘門(mén)是亞洲最大的。其外型尺寸超大,門(mén)內(nèi)橫梁、縱梁繁多,整體尺寸要求高,不可能分節(jié)單獨(dú)拼裝。為保證面板的弧度,須專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造1個(gè)專(zhuān)用胎模。制作中把弧門(mén)拼成整體,焊完驗(yàn)收后再解體,以便保證整體尺寸及現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)各節(jié)之間的良好配合。

五強(qiáng)溪水電站的表孔弧形閘門(mén)是亞洲最大的，其外型尺寸超大，門(mén)內(nèi)橫梁、縱梁繁多，整體尺寸要求高，不可能分節(jié)單獨(dú)拼裝。為保證面板的弧度，須專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造１個(gè)專(zhuān)用胎模。制作中把弧門(mén)拼成整體，焊完驗(yàn)收后再解體，以便保證整體尺寸及現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)各節(jié)之間的良好配合。

，， 漫灣水電站溢洪道表孔弧形閘門(mén)安裝 l{ "tv鄉(xiāng)7／ 現(xiàn)代化的水電站規(guī)模越來(lái)越大，水工 弧形閘門(mén)門(mén)型及尺寸越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)越來(lái)越 復(fù)雜。受起重條件和土建施工的限制，水 工弧形用門(mén)的安裝方法備有千馱。本文著 重介紹漫簿水電站溢洪道表孔弧形閘門(mén)安裝 主要施工措施。 一 、工程簡(jiǎn)介 寢灣水電站位于云南省云縣漫灣鎮(zhèn)， 共裝單機(jī)容量為25萬(wàn)千瓦的水力發(fā)電機(jī)組 五臺(tái)，是斕滄江上梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第一座大型水 電站。 漫灣水電站泄洪系統(tǒng)山表l溢拱道、左 岸泄洪洞、泄洪雙底孔三部分組成其巾溢 拱道9～14壩段甲塊設(shè)置有13×21 - 204米重量~2z,3．5盹的露頂式鋼阿門(mén)五 扇，在設(shè)計(jì)洪水位v994米時(shí)可泄流量達(dá) i1981m8，占總泄量舳65是漫灣電站 防洪渡汛的主要設(shè)瘩?；￠T(mén)由置于壩頂v 996米高程的2

針對(duì)大型平面鋼閘門(mén)的流激振動(dòng)問(wèn)題,制作了大型平面鋼閘門(mén)的水工模型,通過(guò)水力學(xué)試驗(yàn)研究了閘門(mén)脈動(dòng)壓力特性;并制作彈性相似模型,采用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析法研究閘門(mén)的結(jié)構(gòu)動(dòng)特性、運(yùn)用三維有限元數(shù)值模擬手段計(jì)算閘門(mén)的自振特性。對(duì)比發(fā)現(xiàn),閘門(mén)自振頻率的計(jì)算值與試驗(yàn)值非常接近,振型完全一致,通過(guò)數(shù)值計(jì)算可考察流固耦合效應(yīng)對(duì)閘門(mén)動(dòng)特性的影響。基于水力學(xué)試驗(yàn)采用動(dòng)力時(shí)程方法計(jì)算了閘門(mén)流激振動(dòng)響應(yīng),評(píng)價(jià)了閘門(mén)的抗振安全,可為閘門(mén)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

工作弧門(mén)在高水頭運(yùn)行條件下的流激振動(dòng)問(wèn)題及運(yùn)行安全一直是設(shè)計(jì)、科研及運(yùn)行單位關(guān)注的焦點(diǎn),對(duì)大尺寸三支臂型式的工作弧門(mén)研究較少。以白鶴灘水電站泄洪洞工作弧門(mén)為研究對(duì)象,按水彈性相似準(zhǔn)則研制了比尺為1:28工作弧門(mén)的水彈性相似模型。通過(guò)模型試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算分析研究工作弧門(mén)的模態(tài)特性和流激振動(dòng)響應(yīng)特性。研究結(jié)果表明:研制的工作弧門(mén)水彈性模型具有良好的動(dòng)力相似特性,試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合較好,利用該工作弧門(mén)水彈性相似模型能夠更直接的測(cè)量分析弧門(mén)的流激振動(dòng)響應(yīng)特性,為三支臂弧門(mén)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供技術(shù)支持。該研究成果可為類(lèi)似工程工作弧門(mén)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)行提供參考。

江西省柘林水電站第一溢洪道設(shè)有３扇弧形工作閘門(mén)。１９８４年發(fā)現(xiàn)左、右孔弧形閘門(mén)支鉸心軸已被膠木軸套“抱死”，并由于啟閉閘門(mén)而造成上軸板固定螺栓被剪斷，致使固定不動(dòng)的。軸變成轉(zhuǎn)軸。造成上述情況的原因?yàn)椋何窗匆?guī)定先行壓入軸套再行內(nèi)圓加工；未按規(guī)范選用軸套與心軸的公差配合值；此外管理單位亦缺乏嚴(yán)格的維修管理制度。處理措施采取將膠木軸套改為鋁青銅軸套；更換新軸，并在軸上增加兩個(gè)注油孔；按規(guī)定選用軸及軸套的公差配合。處理工作于１９８７年汛前結(jié)束，投運(yùn)后情況良好。在其它弧形閘門(mén)也發(fā)生過(guò)類(lèi)似事故。為防止抱軸現(xiàn)象造成閘門(mén)損壞，應(yīng)加強(qiáng)閘門(mén)經(jīng)常性維護(hù)，特別是汛前的檢查。

我國(guó)的水利水電快速發(fā)展，由于弧形閘門(mén)具有啟閉省力，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，泄流條件好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在大型水利工程中。但是弧門(mén)制造難度大，技術(shù)要求高，在制造弧門(mén)的過(guò)程中，如何有效地防止構(gòu)件變形，保證門(mén)葉和支臂加工精度，減少誤差是控制閘門(mén)半徑尺寸的關(guān)鍵問(wèn)題。

根據(jù)南水北調(diào)中線(xiàn)工程總干渠對(duì)精確計(jì)算過(guò)閘流量的需要,對(duì)現(xiàn)行的幾種計(jì)算過(guò)閘流量的公式針對(duì)南水北調(diào)中線(xiàn)工程總干渠渠道尺寸進(jìn)行模擬比較,并分析了各個(gè)公式的來(lái)源、應(yīng)用條件的差異。提出了在計(jì)算過(guò)閘流量時(shí)需要注意的問(wèn)題,需要進(jìn)一步研究的方向等。認(rèn)為準(zhǔn)確計(jì)量工程中的過(guò)閘流量需要根據(jù)實(shí)際工程的閘門(mén)大小,渠道類(lèi)型,渠道是否與閘門(mén)等寬,過(guò)渡段形式,是否有底檻等方面對(duì)經(jīng)驗(yàn)過(guò)閘流量公式進(jìn)行校準(zhǔn)。