【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于阀门试验设备，具体涉及一种用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置及试验方法。
技术介绍
1、省水船闸是在闸室的一侧或两侧建有贮水池暂时贮存闸室泄水时泄出的部分水量，待闸室灌水时再将贮存的水灌回闸室，以节省过闸耗水量的船闸。省水船闸是未来船闸的发展趋势，在大型水利枢纽中应用较多。相比常规船闸，省水船闸因输水环节较多，致使输水时间延长，进而影响船舶过闸效率和船闸通行能力。为满足船舶快速过闸的需求，省水船闸的阀门启闭速度较常规船闸更快。目前普通船闸阀门正常启闭速度一般为2~3m/min，而根据设计指标和输水系统型式的不同，省水船闸阀门启门速度和闭门速度分别可达8m/min、16m/min。阀快速启闭将明显扰动阀门周围水流，并可能导致阀门流激振动，影响启闭机的正常运行，其至使输水廊道内水工建筑物结构颤动和破坏。
2、现有的闸门研究多集中于水工闸门的振动特性，试验通常只测量单一物理场参数，缺乏对多物理场相互作用的同步测量，导致结构-水流间的动态耦合机制揭示存在困难。阀门流激振动是船闸水力学研究中的重要问题，但目前振动诱发机理尚不清楚，相关问题研究非常迫切。现有的关于流激振动研究的主要为闸门的模型试验，其主要针对一侧挡水并泄水的情况。其它一些关于流激振动研究的例如cn111537190b公开的一种有压高弦厚比空箱钝体绕流流激振动试验装置，cn113091887a公开的基于重力式水洞的水下航行体流激噪声的测试装置及方法，等等技术中采用的试验装置均是单侧供水模拟水流运动方式的试验原理。
3、而省水船闸下的平面阀
4、针对上述情况，本专利技术所要解决的技术问题是：如何设计一种能够模拟省水船闸输水廊道阀门的工作特点船闸阀门流激振动的试验装置系统，实现多物理场相互作用的同步测量，为揭示结构-水流间的动态耦合机制提供试验条件。
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种能够模拟省水船闸输水廊道阀门的工作特点，实现多物理场相互作用的同步测量，用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置及试验方法，使其能够分析水流的复杂流态对阀门结构的作用力，评估阀门结构的稳定性，以便为实际工程应用提供理论依据和优化建议。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、一种用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，包括水循环系统、流激振动试验装置和同步测量系统，所述水循环系统包括位于左右两侧的试验水箱，试验水箱底部相对一侧连通设置有透明材质制得的输水廊道，输水廊道中部设置所述流激振动试验装置，输水廊道上还设置有输水开关阀，试验水箱底面中部设置有向上的进水口并各通过一根进水管道连接到一个储水箱内，一侧的试验水箱连接的进水管道上设置有水泵并形成高水位侧试验水箱，所述流激振动试验装置包括位于输水廊道中间位置的阀门模拟件，阀门模拟件上端和安装在输水廊道中部上方的启闭机相连，启闭机用于控制阀门模拟件的升降实现启闭，阀门模拟件上分布设置有加速度传感器；所述同步测量系统包括和加速度传感器相连的振动分析仪，所述振动分析仪和控制电脑相连。
4、这样，试验装置使用时，先靠水泵为高水位侧试验水箱供水，然后经输水廊道到达另一侧的低水位侧试验水箱，待低水位侧试验水箱水位达到要求后关闭输水开关阀，持续为高水位侧试验水箱供水使其达到要求，使其形成试验所需的水位差。然后打开输水开关阀使得输水廊道保持畅通状态，然后可以进行控制阀门模拟件的开启，模拟船闸阀门在两侧存在水位压差情况下的开启工作过程。释放的水体受重力作用，水箱内的水体会经由输水廊道流动并发生水力交换，水流随后冲击阀门模拟件，从而模拟实际中的流激振动现象。整个系统的设计使得水流在阀门处形成特定的激振效应，阀门受到的冲击力会引发一定的振动响应。然后靠加速度传感器采集阀门上所受的振动数据并传至分析仪，分析仪与传感器连接，能够实时记录振动幅度和频率，并将数据传输至控制电脑终端进行分析，获得阀门模拟件受两侧水位压差情况下的工作过程中的流激振动数据。能够分析判断或者通过多次重复试验得出阀门的易损位置以反馈加强，以评估阀门结构的稳定性，并为实际工程应用提供理论依据和优化建议。
5、进一步地，所述试验水箱悬空支撑安装在安装架上。这样方便下方输水廊道以及进水管道等结构的设置。
6、进一步地，阀门模拟件两侧的输水廊道内顶壁和内底板上均安装有输水廊道用压力传感器，输水廊道用压力传感器连接到振动分析仪再与控制电脑相连。
7、这样，还可以进一步检测阀门模拟件两侧的水压变化，进一步为试验分析提供数据支撑。实施时，阀门模拟件高水位一侧的压力传感器数量（上下各一个）低于低水位一侧（上下各两个）。工作时，所述的压力传感器是与加速度传感器完成同步测量，观察在水压力数据发生剧烈变化时，是否有同步的振动数据产生，如果有，证明确实有因为流体的运动变化导致了阀门的流激振动。而低水位一侧要多设置压力传感器，是因为阀门后方的水流变化会更加剧烈，所以要多设置一组，可以更好地提高检测可靠性。
8、进一步地，输水廊道内腔横截面呈矩形，阀门模拟件为匹配的矩形体结构。
9、这样，可以更好地实现对船闸水流情况以及船闸阀门的模拟，提高试验结果可靠性。
10、进一步地，所述启闭机包括一个向下和输水廊道密封贯通的矩形的启闭机外壳，启闭机外壳下端通过密封圈和螺栓和输送廊道密封固定连接，启闭机外壳内腔用于向上收纳所述阀门模拟件，启闭机外壳内腔上端设置有向下的伸缩缸和阀门模拟构件相连。
11、这样依靠伸缩缸控制阀门模拟件上下运动实现启闭控制，具有结构简单可靠的优点，且方便通过拆卸启闭机以更换阀门底缘件。实施时，伸缩缸可以为电缸、液压缸或者气缸。
12、进一步地，所述阀门模拟件包括位于内部的由多个竖板和横板纵横交错相连构成的梁格，还包括贴合固定在梁格外侧的矩形盒状的阀门外壳，所述加速度传感器位于梁格内并相贴固定设置在阀门外壳内壁上。
13、这样，梁格的结构设计优化了阀门内部空间布局，减少内部结构的复杂性，为阀门提供坚固的支撑，确保在振动和水流冲击下保持结构稳定；同时该结构方便了加速度传感器的安装并提高了其检测的可靠性。
14、进一步地，阀门模拟件两侧配合在竖向设置于输水廊道两侧中部位置的门槽内，阀门模拟件两侧安装有滚轮和门槽滚动配合。
15、这样，更加方便阀门模拟件的上下滑动实现启闭。
16、进一步地，阀门模拟件的底面中部沿底面长度方向贯通地开设有安装槽，安装槽内两侧侧壁上还设置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，包括水循环系统、流激振动试验装置和同步测量系统，所述水循环系统包括位于左右两侧的试验水箱，试验水箱底部相对一侧连通设置有透明材质制得的输水廊道，输水廊道中部设置所述流激振动试验装置，输水廊道上还设置有输水开关阀，试验水箱底面中部设置有向上的进水口并各通过一根进水管道连接到一个储水箱内，一侧的试验水箱连接的进水管道上设置有水泵并形成高水位侧试验水箱，所述流激振动试验装置包括位于输水廊道中间位置的阀门模拟件，阀门模拟件上端和安装在输水廊道中部上方的启闭机相连，启闭机用于控制阀门模拟件的升降实现启闭，阀门模拟件上分布设置有加速度传感器；所述同步测量系统包括和加速度传感器相连的振动分析仪，所述振动分析仪和控制电脑相连。
2.如权利要求1所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，所述试验水箱悬空支撑安装在安装架上。
3.如权利要求1所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，阀门模拟件两侧的输水廊道内顶壁和内底板上均安装有输水廊道用压力传感器，输水廊道用压力传感器连接到振动分析仪再与控制电
4.如权利要求1所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，输水廊道内腔横截面呈矩形，阀门模拟件为匹配的矩形体结构。
5.如权利要求4所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，所述启闭机包括一个向下和输水廊道密封贯通的矩形的启闭机外壳，启闭机外壳下端通过密封圈和螺栓和输送廊道密封固定连接，启闭机外壳内腔用于向上收纳所述阀门模拟件，启闭机外壳内腔上端设置有向下的伸缩缸和阀门模拟构件相连。
6.如权利要求5所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，所述阀门模拟件包括位于内部的由多个竖板和横板纵横交错相连构成的梁格，还包括贴合固定在梁格外侧的矩形盒状的阀门外壳，所述加速度传感器位于梁格内并相贴固定设置在阀门外壳内壁上。
7.如权利要求5所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，阀门模拟件两侧配合在竖向设置于输水廊道两侧中部位置的门槽内，阀门模拟件两侧安装有滚轮和门槽滚动配合；
8.如权利要求1所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，所述试验水箱底面中部进水口处还设置有控流消能装置，所述控流消能装置包括一个整体呈圆环形的壳体，壳体具有同轴设置的内壳和外壳，内壳相接设置于进水口正上方，内壳和外壳之间形成有呈环形的汇水腔，外壳上均匀分布设置有若干消能出水孔，内壳上还开设有进口，内壳内部还贴合设置有一个可水平转动的调控堵头，调控堵头上端竖直向上固定设置有一根调控丝杠，调控丝杠中部螺纹配合旋接设置有一个水平设置的调控螺母，调控螺母上下方向被限位安装在壳体内，调控螺母外表面设置有外齿圈并和一个调控齿轮啮合传动连接，调控齿轮和一个进水电机传动连接；
9.如权利要求1所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，所述同步测量系统还包括设置在流激振动试验装置外侧的激光发射器和云台相机以及分布在试验水体中的示踪粒子，激光发射器和云台相机正对阀门模拟件两侧区域设置，激光发射器和云台相机各自和控制电脑相连；
10.一种阀门底缘型式定水头试验方法，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，包括水循环系统、流激振动试验装置和同步测量系统，所述水循环系统包括位于左右两侧的试验水箱，试验水箱底部相对一侧连通设置有透明材质制得的输水廊道，输水廊道中部设置所述流激振动试验装置，输水廊道上还设置有输水开关阀，试验水箱底面中部设置有向上的进水口并各通过一根进水管道连接到一个储水箱内，一侧的试验水箱连接的进水管道上设置有水泵并形成高水位侧试验水箱，所述流激振动试验装置包括位于输水廊道中间位置的阀门模拟件，阀门模拟件上端和安装在输水廊道中部上方的启闭机相连，启闭机用于控制阀门模拟件的升降实现启闭，阀门模拟件上分布设置有加速度传感器；所述同步测量系统包括和加速度传感器相连的振动分析仪，所述振动分析仪和控制电脑相连。
2.如权利要求1所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，所述试验水箱悬空支撑安装在安装架上。
3.如权利要求1所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，阀门模拟件两侧的输水廊道内顶壁和内底板上均安装有输水廊道用压力传感器，输水廊道用压力传感器连接到振动分析仪再与控制电脑相连。
4.如权利要求1所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，输水廊道内腔横截面呈矩形，阀门模拟件为匹配的矩形体结构。
5.如权利要求4所述的用于模拟船闸阀门流激振动的试验装置，其特征在于，所述启闭机包括一个向下和输水廊道密封贯通的矩形的启闭机外壳，启闭机外壳下端通过密封圈和螺栓和输送廊道密封固定连接，启闭机外壳内腔用于向上收纳所述阀门模拟件，启闭机外壳内腔上端设置有向...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟亮，吴禹衡，关鑫，刘锦阳，阎鑫铭，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：
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