[01657135]湘江长沙综合枢纽工程船闸输水系统和阀门水力学原型调试及观测研究

本项目“湘江长沙综合枢纽工程船闸输水系统和阀门水力学原型调试及观测研究”应用于水运工程领域,为湘江长沙综合枢纽科研服务项目（立项编号：CSSN-服务-38-08）,研究起止时间为2012年2月-2015年12月。 长沙综合枢纽船闸有效尺度达到280.0m×34.0m×4.5m（长×宽×门槛水深）,采用单级双线并列布置,最大设计水头9.3m,设计输水时间8min,通航1＋2×2000t级船队和1＋4×1000t级船队。鉴于长沙综合枢纽船闸特点,根据其他船闸实际经验,开展原型调试就显得十分必要。项目基于现场观测数据,通过原型调试解决调试中的技术问题,调整和优化船闸运行方式,确定船闸正常运行参数,直接为制定该船闸的运行管理规程提供依据,从而保证该船闸的正常安全运行。项目主要技术说明如下： （1）船闸输水系统与传统水工模型相比,由于输水过程流量急剧变化,模型并不满足雷诺相似准则,因此,开展船闸输水系统观测研究丰富了水力学相关理论。本项目中注重对输水阀门行程方向、面板方向和水流方向的振动加速度的监测,获取了第一手现场资料和数据,弥补现有研究中输水阀门动力特性实测数据缺乏的不足。 （2）根据设计图对阀门结构进行简化及数值建模,采用附加质量法,获得输水过程中阀门不同开度下的固有频率,与水流脉动频率进行比较,提出了是否存在阀门流激振动的判断方法;首次将湘江长沙综合枢纽现场振动数据施加至数值模型中,获得阀门在流激振动状态下的薄弱部位,给后续运行阶段提供维护依据。 （3）将阀门动力特性基本理论与湘江长沙综合枢纽工程船闸输水阀门动力观测相结合,揭示了输水阀门在输水过程中的振动规律,获取了输水阀门振动加速度,为优化阀门运行方案提供了科学依据。 （4）项目对阀门结构特性开展了深入研究,对有限元模型开展了瞬态分析,基于有限元模型开发了APDL语言程序,可将原型观测振动数据施加于阀门有限元模型中,模拟分析了启闭运转下,振动剧烈时刻阀门的应力、变形情况,揭示了当流激振动以侧向振动为主时,吊耳与顶横梁交接处容易产生集中应力从而导致金属疲劳破坏的现象。 （5）通过在阀门下游检修门井内布置空气噪声传感器,利用接收空化噪声信号,针对阀门井在灌泄水时的不同空气声级,结合空化数的计算方法,提出了长沙综合枢纽工程船闸输水廊道空化判别指标。 项目不仅可以直接为制定长沙综合枢纽双线船闸的运行管理规程提供科学依据,而且为该类船闸设计及科研积累宝贵的原型资料,同时也是对现有科研成果的有益补充和完善,具有良好的社会效益。