成都邦科水利机械有限公司
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水电站叠梁闸门振动研究
叠梁闸门广泛应用于现代水利工程中，扮演着重要的角色。地震发生时,结构和水体之间的相互作用;进水塔在地震作用的裂缝状态;高坝大库的进水塔群塔体之间的相互作用;作用于叠梁闸门的脉动压力;闸门的流激振动等都是值得关注的问题。本文对进水塔和水体的相互作用、进水塔在地震作用下裂缝的出现和发展方式、整体进水塔群塔段间的相互作用、叠梁闸门的脉动压力及闸门振动问题进行了系统的研究。研究成果对大型水电站进水塔结构X化设计和稳定运行具有重要的参考价值。
主要成果如下: 采用流固耦合理论研究塔体结构自振特性和地震作用下的动力响应,分析塔体与水体的相互耦合作用。对于水下高耸进水塔结构,水体与其流固耦合作用明显,采用强流固耦合方法比常规方法更能表现流体和固体的相互作用;并给出流固耦合作用下进水塔体表面的动水压力分布特征。
根据当前有限元的计算特点,提出混凝土结构的破坏判断方法;在此基础上对分层取水进水塔结构进行地震荷载作用下塔体裂缝开展方式和破坏模式的研究,得出进水塔在地震过程中的破坏规律。 对于大跨度的进水塔群而言,考虑地震的行波效应对结构响应存在一定的影响,尤其对于塔段之间的相互作用影响较大。根据计算结果,各塔段间发生较明显的挤压碰撞现象;塔段间的相互作用受地震波速影响较大。
采用Matlab自编S-变换程序对脉动压力信号进行时频转换分析,根据时域和频域的相互关系说明了水脉动压力的振幅和相位的分布特征;通过叠梁闸门自振特性和脉动压力的X势频率和能量分布特点,对闸门和脉动压力共同存在条件下出现共振的可能性做出了相应评价。 采用有限元方法进行数值仿真分析。根据水弹性模型试验结果,利用随机振动功率谱法进行闸门结构的流激振动分析,求解闸门在水脉动压强下的随机动力响应,评价叠梁闸门在流激荷载作用下的响应特征。
叠梁闸门水脉动压力特性研究
以叠梁闸门脉动水压力为研究对象,采用S变换方法对叠梁闸门泄水过程的脉动压力信号进行时频分析处理,研究脉动压力信号能量在时频内的分布规律,确定脉动水压力在不同泄水方案下的X势频率。通过脉动压力X势频率和叠梁闸门的固有频率分析比较,判定在泄水过程中叠梁闸门发生共振现象的可能。结果表明,脉动水压力为低频分布,不同时刻的频率明显不同;不同取水方案时频率成分有明显的变化,随着取水高程的增加,脉动能量分布越来越广泛,频率成分也越来越丰富。在泄水过程中脉动水压力频率较小,远小于叠梁闸门固有频率,闸门运行过程中不会出现共振现象。
水工闸门振动引起水工建筑物无法正常运行是水利工程中普遍存在的问题，闸门产生的剧烈振动有可能引起金属构件的疲劳，导致门叶发生变形，严重的闸门振动还有可能导致水工建筑物失事。为了防止和消除这些危害，许多学者通过模型试验等手段进行了广泛研究，认为其根本原因在于水动力荷载和结构动力特性的不利组合，所以有必要充分认识闸门正常工作时水动力荷载性和闸门结构特性。采用模型试验方式研究闸门振动问题时，试验数据处理方法的选择至关重要，深入发掘实验数据中所隐藏的X信息对认识水动力荷载有重要影响。
叠梁闸门在高摩赞大坝的应用
高摩赞大坝枢纽工程位于巴基斯坦西北边境省境内的印度河支流高摩河上(Gomal Zam)，工程以灌溉为主，兼顾防洪和发电。工程主要由133m高RCC拱形重力坝、引水发电厂房、开关站、分水堰及6.6万公顷灌区组成。
项目采用导流洞进行分流。导流洞进口位于河床X低处，底坎高程EL.638，出口高程EL.634.9，全长392m，纵坡8‰。进口采用圆弧导墙引流，过门槽后经6.8m方变圆后进入φ6.8m洞身段。为适应当地道路条件和节省造价，设计放弃了配重平板闸门配合启闭机或大型吊车安装的传统封堵方式，而采用平底坎，5节叠梁闸门封堵。
工程X初开工于2003年7月，在2004年10月9日发生塔利班绑架中国工程师的人质事件后项目终止。2007年与业主WAPDA协商，项目采用EPC(设计―施工―采购)合同模式，并于6月19日开工，项目工期40个月，项目资金主要来源于巴基斯坦总统基金。
2、叠梁闸门的下闸概况
项目原计划于2010年5月初择机下闸蓄水，并与4月19日将X一节叠梁闸门放至底坎，并将陆续下放完成5节叠梁闸门(外形7.62×1.37×1.425m，重达6.5t)的安装。但由于巴基斯坦在08年开始的席卷X的金融危机中一度面临X破产的危机中，项目资金来源几乎完全中断，项目部不得不推迟下闸。在2010年8月巴基斯坦发生80年一遇大洪水，近1/3的国土面积过水，高摩赞项目也遭遇了50年一遇的洪水。坝前水位达EL.685，导流洞水头达47m，流量近700m3/s。由于资金匮乏项目在停工2个月后于2011年3月复工，X要任务就是下闸蓄水。
叠梁闸门在内蒙古镫口扬水站的应用
叠梁闸门在内蒙古镫口扬水站的应用有着广泛的应用，下面是内蒙古镫口水站根据自身情况，采用叠梁闸门的例子。
内蒙镫口扬水灌区为引黄灌区，灌区节水规划面积0.40万k㎡，总提水能力为69m³/s。该灌区为位于包头和呼和浩特市中间，主要承担包头市九原区、土右旗和呼和浩特市土左旗共15个乡镇、7.73万k㎡土地的农田灌溉任务，是内蒙古自治区重要的粮食、经济作物产区。
镫口扬灌区的泥沙淤积问题比较严重，总干渠1999年节水改造后，1+200断面设计渠底高程997.77m，2003年实测渠道高程998.73m,淤积0.96m，2008年实测渠底高程999.51米，又淤积了1.74米。因此总干渠整体淤积高度均在1米以上。产生淤泥的原因主要有两个方面，一是黄河系多泥沙河流，引水必引沙。镫口灌区取水黄河河段多年平均含沙量为5.56-8.85kg/m³。
为了从源头上解决灌区渠道淤积的问题，通过取水泵站进水口设置叠梁闸门以拦截推移质泥沙，减少泥沙的入渠量。对不同高度的叠梁闸门的过水能力进行计算，并采用数值模拟的方法对堰后水流流态进行数值模拟，分析流态。
