[發明專利]一種船閘水力學原型觀測方法

在審

• 申請號: 202010657551.0
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111896220A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 齊俊麟;江耀祖;張勇;李樂新;曾輝;劉火箭;劉振嘉;劉志雄;王靖;陳學文;王智娟
• 申請（專利權）人: 長江三峽通航管理局;長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

1.一種船閘水力學原型觀測方法，其特征在于：在船閘充、泄水過程中，對輸水系統水力學、閥門水動力學、閘室船舶停泊系纜力指標進行原型觀測，以獲得船閘運行過程中各參數的變化特性，以便對船閘運行進行有效評估和優化；

包括輸水系統水力學參數觀測、閥門運行水動力學特性參數觀測和閘室停泊系纜力觀測。

2.根據權利要求1所述一種船閘水力學原型觀測方法，其特征在于：所述輸水系統水力學參數觀測包括閘室水流流態觀測、閘室水位觀測、輸水廊道段閥門井水位觀測和輸水時間觀測，并根據實測結果繪制閘室充、泄水水位及流量過程線，閘室水面上升、下降速度過程線，閥門井水位過程線。

3.根據權利要求2所述一種船閘水力學原型觀測方法，其特征在于：所述閘室水流流態觀測是利用攝像機對閘室水流流態進行觀測；所述攝像機數量和拍攝部位根據船閘輸水系統型式確定，具體為：當船閘采用頭部輸水系統時，攝像機布置在閘首附近水流流態較亂的水域；當船閘采用分散式輸水系統時，攝像機布置在閘首和閘室中部水域；

攝像機數量根據每臺攝像機的攝像面積、觀測水域面積和觀測次數綜合確定，以能夠全面反映閘室水流流態情況為準。

4.根據權利要求2所述一種船閘水力學原型觀測方法，其特征在于：所述閘室水位觀測是在閘墻表面或應急爬梯處沿程布置水位計進行水位觀測，水位計設置高度為觀測期間閘室最低水位以下1.0m處；水位計布置數量按照閘室水位觀測重點確定，主要參考因素為船閘輸水系統型式，具體為：當船閘采用頭部輸水系統時，重點觀測輸水過程中閘室水位的縱向比降及變化，水位計沿閘室等間距布置；當船閘采用分散式輸水系統時，重點觀測閘室不同位置的水位變化，水位計布置在上閘首、閘室中部和下閘首區域。

5.根據權利要求2所述一種船閘水力學原型觀測方法，其特征在于：所述輸水廊道段閥門井水位觀測是通過輸水廊道工作閥門井及其上、下游檢修門井內布置的水位計進行水位觀測；工作閥門井水位計設置在閥門全開時閥門頂部以上1m處，檢修門井水位計設置在該部位輸水廊道頂部以上1m處。

6.根據權利要求1所述一種船閘水力學原型觀測方法，其特征在于：所述閥門運行水動力學特性參數觀測包括：輸水閥門振動特性觀測、閥門段空化特性及啟閉力觀測和通氣特性觀測。

7.根據權利要求6所述一種船閘水力學原型觀測方法，其特征在于：所述閥門運行水動力學特性參數觀測是利用固定在工作閥門面板、支臂及吊桿的振動傳感器，進行輸水閥門振動特性觀測；利用布置在檢修閥門井及工作閥門井，且與水位計布置高程一致的水聽器進行閥門段空化特性觀測；利用固定在工作閥門油壓系統無桿腔及有桿腔結構專用接口的油壓傳感器，進行閥門啟閉力觀測；利用布置在工作閥門段通氣孔出口的風速儀進行通氣特性觀測；

在閥門振動傳感器設置高程一致的閥門井水工結構砼內金屬結構預埋件表面設置振動傳感器，同步進行砼結構振動觀測；

振動傳感器及油壓傳感器安裝工序及要求包括：金屬結構物表面打磨以去除鐵銹及表面附著物，在金屬結構物表面焊接固定傳感器的鋼質基座，利用螺栓將傳感器固定在鋼質基座上，將傳感器電纜沿金屬結構表面布設并引至臨時觀測站。

8.根據權利要求1所述一種船閘水力學原型觀測方法，其特征在于：所述閘室停泊條件參數觀測包括船舶系纜力測量，觀測方法為通過布置在船舶與系船柱纜繩之間的測力計，觀測船閘充、泄水過程中船舶系纜力的大小。

9.根據權利要求8所述一種船閘水力學原型觀測方法，其特征在于：所述船舶系纜力觀測需在船舶的船艏及船艉分別布置系纜力測試系統，系纜力測試系統布置步驟及要求包括：在船舶艏部及船艉附近的系船柱上設置一根環狀纜繩，測計力一端固定在系船柱的纜繩上，另一端固定在船舶艏部及艉部纜繩上，通過收放船舶纜繩將纜繩拉直且測力計讀數為零時即為船舶系纜力測試初始狀態。

10.權利要求1-9任意一項所述船閘水力學原型觀測方法的實施工藝，其特征在于它包括以下步驟：

S1，觀測方案制訂：根據船閘有效尺度、輸水系統型式、運行水頭以及水力學觀測目的因素，制訂水力學原型觀測方案；

S2，測試儀器安裝準備：主要包括：水位計、水聽器、振動傳感器、油壓傳感器和風速儀安裝及固定，系纜力測試船舶進入閘室及測力計安裝，攝像機架設；

S3，原型觀測準備：根據原型觀測方案，建立臨時觀測站，測試線纜全部引至臨時觀測站，測試儀器準備及現場調試，觀測人員、船閘運行及指揮人員全部到位并配備必要的通信工具；

S4，原型觀測初始狀態準備：關閉上游和下游人字門，關閉輸水和泄水閥門，原型觀測準備工作全部完成即進入原型觀測初始狀態；

S5，船閘充水水力學觀測：打開充水閥門，充水閥門開始運行t=0開始，至充水閥門全開、上游人字門開啟至開終、充水閥門關閉至關終整個過程的輸水系統水力學參數觀測，閥門運行水動力學特性參數觀測和閘室停泊條件參數觀測數據采集，待上游人字門至開終狀態時，停止觀測數據的采集；

S6，船閘泄水水力學觀測：打開泄水閥門，泄水閥門開始運行t=0開始，至泄水閥門全開、下游人字門開啟至開終、泄水閥門關閉至關終整個過程的輸水系統水力學參數觀測，閥門運行水動力學特性參數觀測和閘室停泊條件參數觀測數據采集，待下游人字門至開終狀態時，停止觀測數據的采集；

S7，觀測數據分析：根據觀測數據繪制閘室水位變化過程線、閘室充、泄水流量過程線、閘室水面上升、下降速度過程線、門井水位過程線、閥門振動過程線及啟閉力過程線、空化噪音過程線及通氣量過程線，結合閥門及人字門運行情況進行觀測數據分析，適時改變船閘閥門運行開度以進行工藝優化調整，并按照步驟S4~S6重復進行水力學觀測，當相關參數滿足設計及運行要求時，結束水力學觀測。