水力浮动式升船机非恒定流作用下船厢运行波动机理研究

水力浮动式升船机采用了一种具有我国自主知识产权的新型快速过坝技术，在国内外尚无工程实践。与传统升船机依靠电机拖动原理不同，它利用竖井水位的变化驱动竖井中的平衡重升降从而控制升船机的运行，具有安全性高、造价低、运行管理简便等优点。本项目围绕该型升船机提升系统的关键部件（平衡重、竖井及输水系统）在非恒定水流作用下，因竖井水位－平衡重-船厢-船厢水面相互间的流固耦合作用而产生的升船机运行速度不稳定性这一核心问题，通过理论分析及物理模型试验,寻找影响竖井水位波动的关键因素；并通过三维流固耦合数学模型计算，以水力学为主配合结构设计优化降低船厢波动，最终提出该型升船机提升系统的设计理论，解决非恒定流水流作用下船厢运行平稳性这一技术难题，使水力浮动式升船机的设计更加科学规范，运行更为可靠，从而加速该类型升船机的实用化进程，其研究成果将具有重要的基础理论价值和广阔的应用前景。

本项目通过建立水力浮动式升船机竖井水位－平衡重－船厢流固耦合数学模型，结合单体竖井物理模型试验，对水力浮动式升船机非恒定流作用下船厢运行产生波动的机理、影响因素及流固耦合特性进行研究，首次提出了竖井~平衡重间隙比这一影响船厢运行稳定的关键参数的合理取值范围，并推荐了较优的平衡重体型和钢丝绳弹模选取范围。针对水力式升船机多竖井水位同步技术难题，通过数学模型和物理模型试验，提出了非等惯性输水系统布置型式解决多竖井水位同步的全新方法，论证了新型水力提升系统的优越性，与传统等惯性输水系统布置相比，非等惯性输水系统竖井水流比能降低40%左右，竖井水力特性得到显著改善；研究了水力浮动式升船机新型水力提升系统支孔总面积与廊道面积比、流量系数、支孔间距、支孔高度、阀门开启时间等因素对支孔出流不均匀程度的影响；建立了比尺为1：20的新型水力提升系统物理模型，试验表明，新型水力提升系统可显著降低平衡重间的水位差，减小水面波动，有利于提高水力浮动式升船机的运行安全性；建立了1:20的船厢出入水过程概化物理模型，对船厢出入水过程水动力特性的主要因素：船厢出水速度、船厢型式、船池尺度、引航道水深等进行了研究。.通过本项目研究，深刻认识了水力式升船机非恒定流作用下的承船厢运行速度波动机理，相关成果对水力式升船机的设计提供了参考依据，具有很好的应用前景。