豐滿水電站重建工程潛孔弧形閘門流激振動模型試驗

對水電站閘門的動態(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)果有可能與實際情況不相符合。而模態(tài)分析技術(shù)引入了自動控制中的傳遞函數(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，從而為解決實際工程問題提供了一個有力手段。通過對弧形閘門模型（２０∶１）用脈沖錘擊法做模態(tài)試驗，求得該閘門的前七階振型，其試驗分析結(jié)果與有限元理論計算結(jié)果相比，取得了較好的一致性。該試驗表明，利用模態(tài)試驗技術(shù)測取閘門的動態(tài)特性，是解決閘門振動問題的有效途徑。

對弧形閘門危害性的流激振動進(jìn)行振動控制,其中前提之一是對閘門模型做適當(dāng)?shù)暮喕＠萌S有限元方法計算的結(jié)構(gòu)動力特性與簡化結(jié)構(gòu)動力特性相等的原則修正弧形閘門簡化力學(xué)模型,并確定了等效的弧形閘門三維簡化結(jié)構(gòu)模型和系統(tǒng)參數(shù)。分析和計算表明,建立的簡化三維力學(xué)模型較好地反映了弧形閘門結(jié)構(gòu)的動力特性和隨機(jī)脈動壓力下的振動反應(yīng),可用于安裝阻尼器的弧形閘門的智能控制設(shè)計

隨著我國水利水電工程技術(shù)的發(fā)展,越來越多的大尺寸弧形閘門投入使用,對弧形閘門的原型觀測試驗技術(shù)手段提出了更高的要求。在現(xiàn)階段國內(nèi)外尚無水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備原型觀測專項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況下,本文針對弧形閘門的工作特點,提出了弧形閘門原型觀測試驗整體技術(shù)方案。并以蜀河水電站泄洪閘2^#弧形閘門原型觀測試驗為例,通過采用先進(jìn)的測量儀器和數(shù)據(jù)分析技術(shù),對弧形閘門的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移、動力特性、振動響應(yīng)、啟閉力等各項工作特性參數(shù)進(jìn)行了綜合評價和分析。發(fā)現(xiàn)了支臂側(cè)向作用面上承受較大彎矩、下泄水流的動水荷載與弧形閘門和閘墩的低頻區(qū)已形成不利組合、啟門瞬間液壓啟閉機(jī)的啟門力超出啟閉機(jī)容量等弧形閘門的運行安全隱患,對確保工程安全具有一定的參考價值。

隨著我國水利水電工程技術(shù)的發(fā)展,越來越多的大尺寸弧形閘門投入使用,對弧形閘門的原型觀測試驗技術(shù)手段提出了更高的要求。在現(xiàn)階段國內(nèi)外尚無水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備原型觀測專項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)狀況下,本文針對弧形閘門的工作特點,提出了弧形閘門原型觀測試驗整體技術(shù)方案。并以蜀河水電站泄洪閘2^#弧形閘門原型觀測試驗為例,通過采用先進(jìn)的測量儀器和數(shù)據(jù)分析技術(shù),對弧形閘門的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、位移、動力特性、振動響應(yīng)、啟閉力等各項工作特性參數(shù)進(jìn)行了綜合評價和分析。發(fā)現(xiàn)了支臂側(cè)向作用面上承受較大彎矩、下泄水流的動水荷載與弧形閘門和閘墩的低頻區(qū)已形成不利組合、啟門瞬間液壓啟閉機(jī)的啟門力超出啟閉機(jī)容量等弧形閘門的運行安全隱患,對確保工程安全具有一定的參考價值。

本文介紹了桐子林水電站溢流閘表孔弧形閘門的設(shè)計原則,并簡述了該弧形閘門的設(shè)計方法.

橋鞏水電站泄水閘工作閘門為超大型露頂式平面滾輪鋼閘門,閘門尺寸15m×24.9m,由固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)啟閉,閘門常在局部開啟條件下運行,閘門下游強(qiáng)紊動水流與閘門之間復(fù)雜的耦合作用可能引起閘門較大振動,甚至影響其安全運行,為保證閘門安全運行,采用1/25全水彈性相似模型對閘門進(jìn)行了流激振動試驗研究和三維有限元計算,揭示了閘門的流激振動特性,論證了閘門振動的安全性,建議避免閘門長期在0.1以下開度運行。

介紹了普定水電站溢流壩弧形閘門支鉸在運行中出現(xiàn)的故障及對弧形閘門支鉸和液壓啟閉機(jī)改造的過程。

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，萬年一遇洪水校核。千年一遇人庫流 泄洪建筑物布置和閘門設(shè)計帶來許多新課題，亦迫使在設(shè)計中采用一些新技術(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 度為369m．而河床寬度只有330m不夠布置電站廠房、溢流壩和船閘三大建筑物，要靠開挖 兩岸山頭來滿足布置的需要。因此如毖縮短溢流前緣剮對減少工程量和降低投資十分有利， 每減少寬度lom，相應(yīng)減少開挖3o萬m。，且毖改善樞紐總布置。經(jīng)幾年的試驗研究，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可能出現(xiàn)的閘門流激振動問題,通過制作幾何比尺為1/35的完全水彈性模型進(jìn)行流激振動試驗,研究該閘門在有止水和無止水2種工況下的靜動力特性及不同開度的動力響應(yīng),提出了該閘門安全運行的合理化建議.檢測采用電測法,共進(jìn)行靜力試驗2組,動力試驗16組.靜力試驗結(jié)果表明該閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求.動力試驗結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的自振頻率范圍避開了水流脈動壓力的高能區(qū),正常運行情況下(止水良好)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動的可能性不大,結(jié)構(gòu)加速度最大值為0.228g,動應(yīng)力最大值為0.92mpa,各測點動力系數(shù)小于1.08,動力響應(yīng)滿足閘門抗振設(shè)計要求.閘門振動不利開度為0.6h和0.7h左右(h為水頭).在漏水工況下運行時閘門振動加劇.

偏心鉸式弧形閘門在啟閉過程中其受力狀態(tài)與常規(guī)閘門有所不同,受力條件較為復(fù)雜,準(zhǔn)確計算閘門啟閉力難度較大。設(shè)計人員在確定該類閘門的啟閉機(jī)容量時尚無統(tǒng)一的規(guī)范可循。以水布埡放空洞工作閘門為研究實例,通過水工模型全程模擬了偏心鉸閘門啟閉的運行狀況,利用脈動壓力和拉壓傳感器測量無摩擦情況下的閘門啟閉力,在此基礎(chǔ)上,分析計算了原型閘門運行時所受止水摩擦力后的閘門啟閉力,重點研究了偏心鉸閘門運行時啟閉力的變化特征,并將試驗和計算成果繪制成啟閉力曲線,為設(shè)計人員選取啟閉機(jī)容量提供了依據(jù)。原型閘門在投入運行后經(jīng)過了超高設(shè)計水頭的考驗,各項指標(biāo)均滿足要求,閘門運行正常。

從東風(fēng)水電站中孔弧形閘門主止水裝置的結(jié)構(gòu)特點、工作原理、材料特性以及安裝施工等方面,對其破壞原因進(jìn)行了討論;并介紹了對設(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雙缸液壓啟閉機(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)計及實現(xiàn)表孔弧形門常規(guī)操作、雙缸調(diào)節(jié)以及油泵輪換交替運行的新方法。

烏江構(gòu)皮灘水電站泄洪中孔弧門設(shè)計水頭80.50m,屬高水頭范疇,常規(guī)止水已不能滿足止水要求。經(jīng)試驗研究,中孔弧門主止水采用新型充壓伸縮式水封。從近10a國內(nèi)弧形閘門水封的研究和實際運用情況來看,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,對充壓式水封進(jìn)行了試驗研究,獲得較全面的試驗參數(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)與其周圍流場存在著復(fù)雜的相互作用,單純數(shù)值方法還不能正確預(yù)報這種水彈性振動,因此,水彈性模型試驗已成為預(yù)報流場中結(jié)構(gòu)原型行為的唯一方法。在對水彈性振動模型相似準(zhǔn)則和研制的閘門水彈性振動模型材料性質(zhì)簡要介紹的基礎(chǔ)上,對三峽大壩導(dǎo)流底孔弧形閘門全水彈性模型振動試驗成果和其原型振動觀測成果作了多方面對比分析。結(jié)果表明:全水彈性模型試驗預(yù)報的原型閘門的動力特性、振動加速度、結(jié)構(gòu)動靜應(yīng)力與原型閘門在相近條件下的實測成果頗為一致,從而驗證了閘門全水彈性模型對原型閘門流激振動行為預(yù)報的可靠性。

五強(qiáng)溪水電站的表孔弧形閘門是亞洲最大的。其外型尺寸超大,門內(nèi)橫梁、縱梁繁多,整體尺寸要求高,不可能分節(jié)單獨拼裝。為保證面板的弧度,須專門設(shè)計制造1個專用胎模。制作中把弧門拼成整體,焊完驗收后再解體,以便保證整體尺寸及現(xiàn)場拼裝時各節(jié)之間的良好配合。

五強(qiáng)溪水電站的表孔弧形閘門是亞洲最大的，其外型尺寸超大，門內(nèi)橫梁、縱梁繁多，整體尺寸要求高，不可能分節(jié)單獨拼裝。為保證面板的弧度，須專門設(shè)計制造１個專用胎模。制作中把弧門拼成整體，焊完驗收后再解體，以便保證整體尺寸及現(xiàn)場拼裝時各節(jié)之間的良好配合。

，， 漫灣水電站溢洪道表孔弧形閘門安裝 l{ "tv鄉(xiāng)7／ 現(xiàn)代化的水電站規(guī)模越來越大，水工 弧形閘門門型及尺寸越來越大，結(jié)構(gòu)越來越 復(fù)雜。受起重條件和土建施工的限制，水 工弧形用門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安裝 主要施工措施。 一 、工程簡介 寢灣水電站位于云南省云縣漫灣鎮(zhèn)， 共裝單機(jī)容量為25萬千瓦的水力發(fā)電機(jī)組 五臺，是斕滄江上梯級開發(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盹的露頂式鋼阿門五 扇，在設(shè)計洪水位v994米時可泄流量達(dá) i1981m8，占總泄量舳65是漫灣電站 防洪渡汛的主要設(shè)瘩?；￠T由置于壩頂v 996米高程的2

針對大型平面鋼閘門的流激振動問題,制作了大型平面鋼閘門的水工模型,通過水力學(xué)試驗研究了閘門脈動壓力特性;并制作彈性相似模型,采用試驗?zāi)B(tài)分析法研究閘門的結(jié)構(gòu)動特性、運用三維有限元數(shù)值模擬手段計算閘門的自振特性。對比發(fā)現(xiàn),閘門自振頻率的計算值與試驗值非常接近,振型完全一致,通過數(shù)值計算可考察流固耦合效應(yīng)對閘門動特性的影響?；谒W(xué)試驗采用動力時程方法計算了閘門流激振動響應(yīng),評價了閘門的抗振安全,可為閘門結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

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

江西省柘林水電站第一溢洪道設(shè)有３扇弧形工作閘門。１９８４年發(fā)現(xiàn)左、右孔弧形閘門支鉸心軸已被膠木軸套“抱死”，并由于啟閉閘門而造成上軸板固定螺栓被剪斷，致使固定不動的。軸變成轉(zhuǎn)軸。造成上述情況的原因為：未按規(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，投運后情況良好。在其它弧形閘門也發(fā)生過類似事故。為防止抱軸現(xiàn)象造成閘門損壞，應(yīng)加強(qiáng)閘門經(jīng)常性維護(hù)，特別是汛前的檢查。

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

根據(jù)南水北調(diào)中線工程總干渠對精確計算過閘流量的需要,對現(xiàn)行的幾種計算過閘流量的公式針對南水北調(diào)中線工程總干渠渠道尺寸進(jìn)行模擬比較,并分析了各個公式的來源、應(yīng)用條件的差異。提出了在計算過閘流量時需要注意的問題,需要進(jìn)一步研究的方向等。認(rèn)為準(zhǔn)確計量工程中的過閘流量需要根據(jù)實際工程的閘門大小,渠道類型,渠道是否與閘門等寬,過渡段形式,是否有底檻等方面對經(jīng)驗過閘流量公式進(jìn)行校準(zhǔn)。