[发明专利]一种反弧门顶止水工作特性试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验方法，具体说是一种反弧门顶止水工作特性试验方法，属于船闸阀门水力学试验领域。

背景技术

输水阀门是船闸输水系统的咽喉，其安全、平稳、高效运行对船闸通航至关重要。船闸输水阀门通常包括两种结构型式，分别为平面阀门和反弧门，两种阀门有不同的适用范围，一般情况下，平面阀门用于20m以内的低水头船闸，对于20m以上的中高水头船闸采用反弧门。因此，反弧门广泛应用于高水头船闸，典型的如三峡五级船闸中间级反弧门工作水头达到45.2m，大藤峡单级船闸反弧门工作水头40.25m，反弧门的工作条件较为恶劣。在高水头船闸工程实践中发现，反弧门频繁动水启闭，其顶止水承受着复杂的非恒定流水动力荷载作用，尤其在反弧门开启之初的小开度时，顶止水与胸墙脱离形成窄缝，在上下游水头差作用下发生强空化，反弧门顶止水非常容易损坏，且随着反弧门工作水头的增大，顶止水损坏有加速的趋势，有的顶止水仅使用3个月即发生损坏，出现漏水，影响船闸的正常运行，必须停航检修更换。因此，尽管反弧门顶止水是其一个小的附属设施，但经常出现问题会严重影响船闸的通航效率。

为延长反弧门顶止水的使用寿命，在工程建设运行过程中，不断总结经验，反弧门顶止水结构型式得到了改进，如从原来的“P”型止水转变为“半圆头”型止水。尽管如此，随着船闸高水头、大型化发展，反弧门顶止水工作条件将进一步恶化，顶止水的工作状况可能将成为高水头船闸建设及发展的一个关键技术问题。因此，开展反弧门顶止水工作特性及性能优化研究十分必要。然而，到目前为止，关于反弧门顶止水的研究多通过工程应用实践进行总结，仅能够得到顶止水的使用寿命、破坏位置及形式，无法研究其工作特性及破坏机制，对于顶止水的结构及材料的深度优化等极为不利；另外，也有采用数值计算预测顶止水的受力变形，但数值计算存在的本身的计算方法、材料的本构特性、水动力荷载尤其空化水流激励的表征等一系列问题，很难获得满意的可靠结果；因为顶止水应用性很强，在试验室按比例缩尺的模型试验也无法真实反映其工作特性，未曾发现开展过相关研究。因此，针对目前反弧门顶止水工作特性研究手段的不足，有必要提出一种能够真实反映反弧门顶止水工作特性的试验方法，以研究揭示在反弧门各种工作状态下顶止水的变形、振动等工作特性，为顶止水结构、材料等优化提供手段。

发明内容

本发明针对目前反弧门顶止水工作特性研究方法的不足，提出一种能够真实反映反弧门顶止水工作特性的试验方法，以研究揭示在反弧门各种工作状态下顶止水的变形、振动等工作特性，为顶止水结构、材料等优化提供手段。

本发明达到上述目的的技术方案是：

一种反弧门顶止水工作特性试验方法，包括以下步骤：

(1)制作与原型反弧门顶止水结构尺寸、水流边界完全相同的1∶1断面试验装置，断面宽度为顶止水固定螺栓间距的两倍；

(2)将试验装置置于高速高压水流循环系统，该水流循环系统为达到反弧门顶止水前后水流压力、流速等提供条件；

(3)将反弧门顶止水试件安装于试验段，根据试验工况调节顶止水试件的安装位置，模拟顶止水密封挡水及小开度开启等不同状态，设置并固定相机，透过试验装置的有机玻璃观察窗进行拍照，观测顶止水的初始状态；

(4)进行动水加载，利用试验段前后的调节阀门调节反弧门顶止水前后的水流压力使达到顶止水的实际工作条件，利用固定的相机，透过试验装置的有机玻璃观察窗进行拍照及高速摄像，观测在水动力作用下反弧门顶止水的状态，通过图像处理，获得顶止水的变形、空化、振动等工作特性。

一种反弧门顶止水工作特性试验方法，所述的试验装置是本发明的核心，试验装置设计如下：

(1)试验装置由进水管路、稳压箱、试验段、出水管路四部分串联组成，进水管路和出水管路设置调节阀门，稳压箱和出水管路设置压力表，以调节试验段前后的水流压力；

(2)试验段模拟范围包括反弧门外面板、胸墙边界、顶止水整个工作区域，结构断面尺寸、水流边界与原型完全相同；

(3)试验段的断面宽度根据顶止水的固定螺栓的间距确定，断面宽度取固定螺栓间距的两倍，顶止水试件宽度与断面宽度相同，顶止水试件用两根固定螺栓固定，固定螺栓沿断面宽度方向对称布置，顶止水试件的止水橡皮、压板及固定螺栓与原型完全相同；

(4)为便于观察，在试验段两侧与顶止水对应的位置设置透明有机玻璃观察窗，在有机玻璃观察窗表面纵横两个方向设置标准尺寸的网格线，用于确定顶止水的轮廓边界、精确观测变形量及振动量；