泵站拍门断流的力学特性研究

论文摘要

泵站是水利工程的重要组成部分,在排洪、灌溉、调水以及城市供水、工业用水、航运、发电等许多方面发挥了极为重要的作用,有力的提高了各地防御自然灾害的能力,促进了国民经济的发展,并为国民经济的可持续发展提供了强有力的支撑。 拍门是泵站工程中重要的截流闭锁装置。因拍门简单、可靠,与虹吸真空破坏截流闭锁方式相比,可以缩短出水管(流道)长度,并利于泵系统起动,对于泵站工程兴建、改造节省投资及运行使用均有突出的优点,目前在泵站工程中时常采用。但是拍门设计不合理时存在两大缺陷:一是出口损失太大;二是停机时在水压力和拍门自重作用下产生较大的撞击力,对拍门本身和建筑物造成较大的危害。因此,对于自由起落式拍门,如何控制和计算停泵闭门时门座、门铰处的撞击力或冲击力成了拍门设计时需要主要考虑的问题之一。 本课题根据拍门的实际运用情况,结合前人的研究成果,进一步分析其破坏原因,建立各种工况下的拍门运动动力方程,首次提出运动方程理论解;考虑碰撞系数和冲击系数的影响,对各种形式的拍门断流装置,包括圆形、矩形拍门进行力学研究,建立其数学模型,提出了撞击力计算公式;对拍门铰位也进行了分析,提出了铰位撞击力计算式;最后运用弹性力学、理性力学的方法首次从微观角度探讨了拍门在各种情况下的小挠度弯曲,为泵站拍门的设计、运行提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 拍门断流力学特性研究的意义和前景
• 1.2 国内外研究概述
• 1.3 拍门的特点
• 第二章 特定条件下拍门的撞击力计算
• 2.1 定水头作用下拍门的撞击力计算
• 2.1.1 定水头作用下拍门的下落运动
• 2.1.2 无承压块时定水头作用下圆形拍门的撞击力计算
• 2.1.3 无承压块时定水头作用下方形拍门的撞击力计算
• 2.1.4 有承压块时定水头作用下方形拍门的撞击力计算
• 2.2 定水头作用下忽略水流运动阻力时的拍门撞击力
• 2.2.1 定水头作用下忽略水流运动阻力时拍门下落运动
• 2.2.2 无承压块时定水头作用下忽略水流运动阻力时圆形拍门的撞击力
• 2.2.3 无承压块时定水头作用下忽略水流运动阻力时方形拍门的撞击力
• 2.2.4 有承压块时定水头作用下忽略水流运动阻力时方形拍门的撞击力
• 2.3 拍门在静水中下落时的撞击力
• 2.3.1 拍门在静水中下落运动
• 2.3.2 无承压块时圆形拍门在静水中下落时的撞击力
• 2.3.3 无承压块时方形拍门在静水中下落时的撞击力
• 2.3.4 有承压块时方形拍门在静水中下落时的撞击力
• 2.4 无水空拍时拍门下落的撞击力
• 2.4.1 无水空拍时拍门的下落运动
• 2.4.2 无承压块时圆形拍门在无水空拍时的撞击力计算
• 2.4.3 无承压块时多次碰撞下圆形拍门的衰减规律
• 2.4.4 无承压块时方形拍门在无水空拍时的撞击力计算
• 2.4.5 无承压块时方形拍门多次碰撞的冲量衰减
• 2.4.6 有承压块时方形拍门在无水空拍时的撞击力计算
• 2.4.7 有承压块时方形拍门多次碰撞的冲量衰减
• 第三章 停泵拍门的撞击力计算
• 3.1 正转正流阶段拍门的撞击力计算
• 3.1.1 正转正流阶段拍门的下落运动
• 3.1.2 无承压块时正转正流阶段圆形拍门下落的撞击力计算
• 3.1.3 无承压块时正转正流阶段方形拍门下落的撞击力计算
• 3.1.4 有承压块时正转正流阶段方形拍门下落的撞击力计算
• 3.2 正转逆流阶段拍门的撞击力计算
• 3.2.1 正转逆流阶段拍门的下落运动
• 3.2.2 无承压块时逆流阶段圆形拍门的下落的撞击力计算
• 3.2.3 无承压块时逆流阶段方形拍门的下落的撞击力计算
• 3.2.4 有承压块时逆流阶段方形拍门的下落的撞击力计算
• 第四章 拍门的小挠度弯曲分析
• 4.1 小挠度弯曲的有关概念及计算假定
• 4.2 弹性曲面的微分方程
• 4.3 拍门横截面上的内力及应力
• 4.4 圆形薄板弯曲的一般方程
• 4.5 矩形薄板的李维求解
• 4.5.1 均布荷载作用下四面简支的矩形板
• 4.5.2 静水压力荷载作用下四面简支的矩形板
• 4.5.3 均布荷载作用下对边简支对边自由的矩形板
• 4.5.4 静水压力荷载作用下对边简支对边自由的矩形板
• 4.6 圆形薄板的弯曲分析
• 4.6.1 均布荷载作用下的简支圆板
• 4.6.2 静水压力荷载作用下的简支圆板
• 4.7 特定条件下拍门的小挠度弯曲
• 4.7.1 无承压块时定水头作用下圆形拍门的小挠度弯曲
• 4.7.2 无承压块时定水头作用下方形拍门的小挠度弯曲
• 4.7.3 有承压块时定水头作用下方形拍门的小挠度弯曲
• 4.7.4 无承压块定水头作用忽略水流运动阻力时圆形拍门的小挠度弯曲
• 4.7.5 无承压块定水头作用忽略水流运动阻力时方形拍门的小挠度弯曲
• 4.7.6 有承压块定水头作用忽略水流运动阻力时方形拍门的小挠度弯曲
• 4.7.7 无承压块时圆形拍门在静水中下落时的小挠度弯曲
• 4.7.8 无承压块时方形拍门在静水中下落时的小挠度弯曲
• 4.7.9 有承压块时方形拍门在静水中下落时的小挠度弯曲
• 4.7.10 无承压块时圆形拍门在无水空拍时的小挠度弯曲
• 4.7.11 无承压块时方形拍门在无水空拍时的小挠度弯曲
• 4.7.12 有承压块时方形拍门在无水空拍时的小挠度弯曲
• 4.8 停泵后拍门撞击时的小挠度弯曲
• 4.8.1 无承压块时正转正流阶段圆形拍门下落时的小挠度弯曲
• 4.8.2 无承压块时正转正流阶段方形拍门下落时的小挠度弯曲
• 4.8.3 有承压块时正转正流阶段方形拍门下落时的小挠度弯曲
• 4.8.4 无承压块逆流阶段圆形拍门下落时的小挠度弯曲
• 4.8.5 无承压块逆流阶段方形拍门下落时的小挠度弯曲
• 4.8.6 有承压块逆流阶段方形拍门下落时的小挠度弯曲
• 第五章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢