55461闸门水力模型试验规程 标准 SL 159-1995.pdf

中 华 人 民 共 和 国 行 业 标 准 水工 ( 专题)模型试验规程 t e s t r e g u la t i o n f o r s p e c ia l n y d r a u l ic m o d e l s l 1 5 6 一 1 6 5 - 9 5 主编单位:中国水利水电科学研究院 批准部门:中华人民共和国水利部 施行 日期:1 9 9 5 年 7 月 2 1日 s l 1 5 6 - -1 6 5 - 9 52 49 有足够数据 ; ( 3 )压力脉动和结构物振动均属随机过程，宜进行三次以上重复量测; ( 4 )试验前应对使用的仪器仪表进行标定 ，对模型工作状态进行检验 。 6 . 0 . 2 观测 内容: ( 1 )各种指定工况下点或面脉动压力的量测; ( 2 )结构物模态试验及相应参数的量测; ( 3 )各种指定工况下建筑物流激振动动力响应参数的量测 。 7资 料 整 理 与 分 析 7 . 0 . 1水流压力脉动和水工建筑物流激振动试 验数据， 宜采用 以随机过程理论为基础的随 机数据处理方法 ，应用相应软件 由计算机或专用仪器进行分析处理 7 . 0 . 2 压力脉动试验数据经分析处理后， 应以压力脉动均方根值 ( 脉动强度) 、 功率谱、 概 率密度和相关函数等特征来描述脉动特性，并绘制相应图表。 7 . 0 . 3结构物模态试验数据经分析处理后 ， 应 以各 阶振 型和频率来 描述其 自振 特性 ，并绘 成相应图表。 7 . 0 . 4 结构物流激振动试验数据经分析处理后， 应以振幅均方根值、动应力均方根值， 及 相应的功率谱来描述流激振动的特性，并绘成相应图表。 7 . 0 . 5 其他 水位、流量等成果的整理分析 ，按 水工( 常规)模型试验规程 执行 8报告编写 8 . 0 . 1 阐述本试验模型设计和制作的特点。 8 . 0 . 2 阐述流激振动试验制模材料的选定及其相似性。 8 . 0 . 3 阐述试验数据采集和分析处理的方法。 8 . 0 . 4 论述各部位压力脉动特性及对工程的影响。 8 . 0 . 5 论述水工建筑物模态特性。 8 . 0 . 6 论述水工建筑物流激振动特性及其对工程安全的影响，并提出改善措施。 8 . 0 . 7有关报告编写的其他要求 ，应遵循 水工( 常规 )模 型试验 规程的规定 。 p i 门水力模型试验规程 ( s l 1 5 9 -9 5 ) 总则 1 . 0 . 1 为统一闸门水力模型试验研究方法与技术要求， 提高试验研究成果的科学性、 准确 性和可靠性 ，特编制本试验规程 。 1 . 02 本规程适用于水工建筑物各类闸门和阀的水力模型试验研究。 1 . 0 . 3 有关进水口、闸室段和门槽等的空化试验，应遵循 水流空化模型试验规程 s l1 5 6 - 9 5规 定 2 5 0水 利 川 电 卷 试 验 1 . 0 . 4闸门流激振动试验 ，应遵循 水工建筑物水流压力脉 动和流激振 动模型试验规程 笼 s 1 . 1 5 8 -9 5规定。 1 . 0 . 5闸门水力模型试验 ，应根据试验任务要 求，编写试验研究大纲 ，包括 :工程 ( 课题 发展)概况、 试验研究 目的和要求、工程设计方案和必要资料、 模型设计和试验研究方法、 试验设备和量测仪器 、试验研究进度计 划、预期 成果、试验研究负责人和参加人员等。 1 . 0 . 6本规程应遵 循 水工( 常规)模型试验规程 s l1 5 5 -9 5和有关标准 2相似准则 2 . 0 . 1闸门水 力模 型， 应 满足 几何 相似、 水流运动相似 和动力相 似， 遵循佛劳德相似准则 。 3 试验 设备和f测仪器 3 . 0 . 1 闸门水力模型试验一般利用专用水箱进行。水箱应符合以下要求: ( 1 ) 水箱容积和水面面积应较大，满足来流稳定和顺畅; ( 2 ) 应有可垂直升降调节的平水栅或溢流设施; ( 3 )应有 可调节的进 水阀门; ( 4 )以上三条的综合调控， 应能保证闸门在动态启闭过程中， 模型库水位维持恒定， 允 许有效水头偏差士1 %. 3 . 0 . 2 试验使用的量测仪器仪表， 凡属市场购置， 应有国家或行业技术监督部门颁发的合 格 证，且 其技术指标符合试验测试要求 。 3 . 0 . 3自行研制 的仪器仪表 ，应经 相应 的技 术监督部门鉴定合格，方可使用。 3 . 0 . 4 试验用的主要量测仪器有: ( 1 )闸门启闭力仪; ( 2 )风速仪 ; ( 3 )动态水位仪; ( 4 )压力传感器 3 . 0 . 5 其他通用仪器与 水工 ( 常规)模型试验规程的规定相同。 4模型设计 4 . 0 . 1闸门水 力模型试验 ，应按本规程第 2 . 0 . 1条相似准则设 计模 型。 4 . 0 . 2 闸门水力模型一般应包括闸室前后的有关建筑物，保证闸门的水力条件相似。 4 . 0 . 3 应根据试验要求、闸门尺寸、总水压力、流量和试验设备情况等条件， 选择合适的 模型比尺，但模型闸门最小尺寸一般不宜小于2 0 c m 4 . 0 . 4 当需要详细研究闸门缝隙射流特性时， 可根据试验要求、 缝隙尺寸及水头等综合考 虑 ，采用整体缝隙模型或局部缝隙模型 。采 用局部缝 隙模型时，应论证其相似性。 5 模 型 制 造与 安 装 5 . 0 . 1 应绘制模型总体布置图、结构物模型详图、测点布置图，并提出模型加工及安装 要求。 s l 1 5 6 - 1 6 5 - 9 52 5 1 5 . 0 . 2根据试验要求 ，应在进水 口顶 曲线 、侧曲线、闸门槽、闸门门体和缝隙边壁上布置 必要的测压孔。测压孔应与测压面垂直和齐平。 5 . 0 . 3在需要观测水流流态的部位 ，应选用透 明材料制作模型 。 5 . 0 . 4 在高压箱进行缝隙射流水力试验，应验算制模材料的强度 5 . 0 . 5 模型制作安装完成后，应进行检查与校核，并有完整记录。 5 . 0 . 6 其他有关模型制作、安装及量测设备安装等要求，按 水工 ( 常规)模型试验规 程 执行 。 6 试 验 内 容 与 方 法 6 . 0 . 1试验方法 : ( 1 )试验前应对量测仪器、仪表进行标定，对模型工作状态进行检验; ( 2 )测量模型门体自重; ( 3 )测量和监视闸门启闭过程库水位保持恒定 的误差 。 6 . 0 . 2 观测 内容 : ( 1 )测量各特征水位下 ，闸门启闭过程中的门体荷载变化过程 ; ( 2 ) 测量闸门启闭过程中门后缝隙及凹壁等处的压力变化过程; ( 3 ) 测量闸门启闭过程门井水位变化过程; ( 4 ) 测量通气孔风速，计算通气孔进气量; ( 5 ) 测量和记录闸门启闭过程中流态转换及其特征; ( 6 )缝隙射流试验应测量射流高度 、射流量、缝隙压力分布 ( 必要 时包括 脉动压力 )及 详细记 录水 流流态。 6 . 0 . 3其他有关常规水位 、 流量 、 压 力的测量方法 ， 按 水工 ( 常规)模型试 验规程执行 7资 料 整 理 与 分 析 7 . 0 . 1 绘制试验段及有关细部的压力分布曲线。 7 . 0 . 2绘制闸门不同开度的门体压力分布 ，计算 出门体 的水力荷载 。 7 . 0 . 3 绘制闸门启闭过程中门井水位变化过程线。 7 . 0 . 4分析与计算考虑原型摩擦力在 内的闸 门启闭力 。 7 . 0 . 5 绘制 闸门不同开度与启闭力关系曲线 7 . 0 . 6 绘制闸门不同开度与通气孔进气量关系曲线。 7 . 0，绘制不 同库水位与缝隙射流高度及流量的关系曲线 。 7 . 0 . 8 绘制缝隙内边壁压力分布。 7 . 0 . ， 其他有关常规水位、流量、流量系数、压力分布等资料的整理与分析，按 水工 ( 常规)模型试验规 程执 行。 8 报告编写 8 . 0 . 1 阐明闸门水力模型设计和制作的特点。 8 . 02论述和分析进 口及 闸门闸室段体 型设计 的合理 性，提出较优的布置与选型方案 。 2 5 2水 利 月 电 巷。试 验 8 . 0 . 3论述 闸门在不同库 水位、不同开度下 ，门体压力分布及水力荷载 8 . 0 . 4论述 闸门在 不同库 水位、不同开度下 ，模型闸门启闭力变化的特征。 8 . 0 . 5论述计及原 型摩擦 力后闸门启闭力变化特征，提出选择启闭机容量的建议。 8 . 0 . 6论述不 同库 水位、闸门不同开度 与通气量的变化关系。 80 . 7 论述不同库水位缝隙射流情况，分析其危害性及改善措施。 8 . 0 . 8有关报告编 写的其 他要求，应遵循 水工( 常规)模型试验规程的规定。 冷却水工程水力、热力模型试验规程 ( s l 1 6 0 -9 5 ) 总则 1 . 0 . 1为 统 一 伶 却 水 工 程 水 力 、热 力 模 型 试 验 研 咒 的 万 法 与 技 术 安 求 ，提 高 试 验 研 究 成 果 的科学性 、准确性 和可靠性，特编制本试验规程。 1 . 0 . 2 本试验规程适用于工业冷却水利用天然或人工修建的水体进行冷却的工程水力、 热 力模型试验。有关利用冷却塔、喷水池作循环冷却的试验，按 工业冷却塔测试技术规 定)nd g j 8 9 -8 9执行。 1 . 0 . 3冷却水工程水力、热力模型试验应根据试验任务要求编写试验研究大纲 ，包括:工 程( 或课题发展 )概况 、试验研究 目的和要求、工程设计方案和基础资料、模 型设计和试 验研究方法 、试验设备 和量测仪器 、试 验研究进 度计划、预期成果 目标及试 验研究负责人 和参加人员等。 1 . 0 . 4本规程 应遵循 水工( 常规)模型试验规程s l1 5 5 -9 5和有关标准。 2 相似准则 2 . 0 . 1 模型应满足几何相似、水流运动相似、动力相似和热力相似。 2 . 0 . 2 冷却水模 型的相似准数为 ( eu ) ,= ( fr ) ,= ( fzl) ,= ( re ) ,= ( fo ) ， 一 ( pe ) ，二( 2 . 0 . 2 - 1 ) k 门 ， 一2 w l i (从 q0 -1) ， ( 2 . 0 . 2 - 2 ) 式 中eu 欧拉数 ; f r 佛劳德数; f 4 密度佛劳德数; re 雷诺数 ; f o 傅里叶数 ; 尸e 贝克莱数 ; k水面散热系数; l水平长度 ，m; tm自然水温 ， ; 中 华 人 民 共 和 国 行 业 标 准 水工 ( 专题)模型试验规程 s l 1 5 6 - 1 6 5 - 9 5 条文说明 2 8 8 , j, 年 ， 卜电 卷试 验 6 . 0 . 2应根 据试 验研 究任 务 ，确定试 验量 测 内容 。在 安排试 验组 次时 ，应注 意试验 资 料 的完 整性 和系 统性 。压力 脉动 和流激振 动均 为随 机过程 ，数据 采集 一般可 取 :采 样 间隔时 间 t =0 . 0 0 5 -0 . 0 2 s，样本 容量 1 0 2 4，每 个测点 宜多 于 1 0段 样本 ，以确保 每个 测 点有 足够 的数 据。 每组试 验资料 宜重 复量测 三次 以上 。在每组 次试验 中，应保 持水 位 和流 量的 恒定 ，在 观测 过程和 终了 ，宜进行 水位 流量 的检测 和仪器 的调零 校正 ，以 确保 资料 的可靠 性 ;同时 在试验 过程应 注意水 流流 态的观 测 。各 试验组 次 的条件 、资 料等 记录均 应 书写清晰 。 7 试验 资料整理与分析 7 . 0 . 1本条规定 了压力脉动 和流激 振动试验数据处理 的方 法，即 目前广泛采用 的应 用计 算机软件或专用数据处理机进行分析处理。 7 . 0 . 2 , 7 . 0 . 3 , 7 . 0 . 4 这三条规定了压力脉动或流激振动试验必须给出的特征值和特性 图 ，并应分析与相应水力参数之间的关系 7 . 0 . 5其他试聆资料可按 水工( 常规 )模 型试验规程 有 关规 定进行 分析整理 。 8报告编写 8 . 0 . 1 -8 . 0 . 2 要求在报告中阐述试验主要任务、模型设计和制作的特点、制模材料的选 择 及其相似性。 8 . 0 . 3 要求在报告中阐述量测仪器的主要性能、数据采集和处理方法。 8 . 0 . 4 8 . 0 . 6 分别为脉动压力模型试验报告和振动模型试验报告应重点阐述的内容，应 就其对工 程的影响作出明确的结论和提出相应的建议。 8 . 0， 有关报告编写的其他要求，应遵循 水工 ( 常规)模型试验规程的规定。 闸门水力模型试验规程 ( s l 1 5 9 -9 5 ) 总则 1 . 0 . 1 本条主要说明编制本试验规程的必要性和目的。必要性是作为统一本行业闸门水 力模型试验研究 的方法 和技术要求 。 目的在于提高试验研究成果的质量和水平。 1 . 0 . 2本规程适用于水工建筑物各类闸 门和 阀门的水力模型试验研究 。 1 . 0 . 3 对于进水口和闸室段门槽等的水流空化试验的有关试验技术与要求， 按 水流空化 模型试验规程s l 1 5 6 -9 5 规定。 1 . 0 . 4 闸门流激振动模型试验的有关试验技术与要求按 水工建筑物水流压力脉动和流激 振动模型试验规程s l 1 5 5 -9 5 规定。 1 . 0 . 5 本条主要是要求编写试验研究大纲，以使试验研究程序规范化。 1 . 0 . 6本条 卞要说明本规程与 水工( 常规)模型试验规程s l1 5 5 -9 5的关系。 s l 1 5 6 - 1 6 5 - 9 5 2 89 2 相似准则 2 . 0 . 1 闸门水力模型试验， 应满足水力条件相似，即满足几何相似、 水流运动相似和动力 相似， 遵循佛劳德模型定律( 重力相似准则) ， 其主要参数的比尺与模型几何比尺l ， 关系为: 流速比尺: v , = 刀/2 ; 流量比尺:q. =l; s , 时间比尺: t , = l ; / e 力的比尺:( f ) , = l , , 压强比尺:尸=l , ; 功 的比尺:w, =l 0 ; 功率 比尺 :n, =l ; s e 由于模型模拟技术关系，闸门启闭力和通气量试验观测资料，还不能按重力相似准则 直接换算为原型值，需采用试验与计算相结合来解决，参见本规程第 7 . 0 . 5 , 7 . 0 . 6 条的 说明 。 3试验设备 与f测仪器 3 . 0 . 1 闸门水力模型试验， 一般水头较高， 且需动态调控流量和水位， 故通常利用专用高 水箱进行试验。对高水箱提出的四条要求 ，就是为 了保证试验过程 中能按试验要求调控流 量和水位。 3 . 0 . 2 , 3 . 0 . 3 , 3 . 0 . 4 这三条都是对试验量测仪表提出的要求， 即试验所使用仪器仪表均 应有国家或行业技术监督部门颁发的合格证，且适合试验应用;自行研制的仪表也均应经 过相应技术监督 部门鉴定认 可后，方 可使用。这个 规定是必要的，是使试验的量测仪表规 范化、科学 化和保证试 验成果准确性、可靠性 。对量测 一次仪器仪表的率定 ( 校验) 、二次 仪器仪表及采集系统的检定 ( 校验) ，其周期一般为 1 -2年。 4 模型设计 4 . 0 . 1 , 4 . 0 . 2 闸门水力模型试验，按佛劳德模型定律 ( 重力相似准则)设计模型。为了 满足闸门的水力条件相似 ，应保证来流流态相似 ，为此 ，在截取模型范 围时 ，应包括 闸室 前后 的有关 建筑物，以满足来流边界条件相似。 4 . 0 . 3 本条主要是模型比尺选择问题。 应根据试验任务要求和试验室具体条件综合比较确 定模型比尺，但模型闸门宽不宜小于2 0 c m，以免模型过小而影响试验资料的准确性。 4 . 0 . 4 本条主要是缝隙射流模型设计问题，由于缝隙小、 水头高， 选择模型比尺有一定难 度。根据已有的模型试验，模型比尺宜大。不论是采用整体或局部缝隙模型，均应模拟闸 门前来流流态 的相似 。 5 模 型 制 造 与 安 装 5 . 0 . 1 绘制模型总体布置图和结构图， 是模型制造和安装的依据。 为了避免制模和安装差 错 ，结构物线条和尺寸应清晰 ，提出的要求应具体 明确 ，图应有人校核 ，绘 图和校 核者均 2 90 7 卜 年 4 , 卜电 息.试 验 应签名 。 5 . 0 . 2 本条重点要求布置的测压孔应与测压面垂直和齐平，以保证测量压力值的准确性。 5 . 0 . 3 应 根据试验任务的要求 ，选择制模材料 ，对于需观察水流流态部位 ，应选用透明的 材料。 5 . 0 . 4 由于缝隙射流模型水头较高， 承压较大， 为确保模型和试验人员的安全， 对选用的 制模材料应进行强度验算 。 5 . 0 . 5 模型制造和安装完成后，应依据设计图及要求进行校核和验收，并有记录和必要 说明。 5 . 0 . 6 其他有关制模和量测仪器的安装， 应遵循 水工 ( 常规)模型试验规程的规定和 要求进行校核和验 收。 6 试 验 内 容 与 方 法 6 . 0 . 1 为试验前应完成的各项工作， 包括试验用的量测仪表仪器率定、 模型和模型工作状 态的检查。要保持闸门启闭过程中库水位保持不变，需要通过自计水位计的反馈，调节流 量和平水栅来完成。 6 . 0 . 2 为试验观测内容，指随着闸门的连续启闭，完成整个过程各水力要素的动态量测口 长管道需量测通气风速。通气管风速量测，可以是量测进水口通气管中心最大风速，如测 管中心最大风速则应乘以系数 。 . 8 4 -0 - 8 5 ， 作为通气管内平均风速。闸门起闭过程流态转 换的量测和记录 ，宜 以静态为主 ，静 、动结合 。缝 隙射流试验 各水 力要素 的量测 ，宜采用 固定闸门开度的静态量测 。 6 . 0 . 3 指一般常规量测，应遵循 水工 ( 常规)模型试验规程的规定。 7资 料 整 理 与 分 析 7 . 0 . 1 绘制试验段及细部压力分布， 便于分析了解建筑物及布置体型的合理性， 为优选布 置方案提供依据。 7 . 0 . 2 绘制闸门不同开度的门体压力分布，包括门体的上、下游面板、门顶和底缘压力， 以便得 出门体总水压力 的水平分量和垂直分量 ，供计算 闸门启 闭力 。 7 . 0 . 3 绘制门井水位变化过程线，一般可分为两种情况: 一为闸门全开情况，门井水位与 库水位关 系曲线;二为在一定库水位下 ，不 同闸门开度与 门井水位变化过程 口 7 . 0 . 4 , 7 . 0 . 5 闸门启闭力的模型试验，由于模型中的摩擦力很难做到与原型相似，模型 闸门不 同开度与启 闭力关系曲线 ，只供方案 比较用 。原型闸 门的启 闭力可采用试验与计算 相结合的方法求得。根据闸门启闭力计算公式 f,二 g+ w， 一 p, + t + i ( 7 . 0 . 4 - 1 ) f2= g+ w， 一 p， 一 t 一 i ( 7 . 0 . 4 - 2 ) 式中f 1 和f z 启门时和闭门时的启闭力，9 . 8 o k n ; g 闸门自重，9 . 8 0 k n; w 作用在闸门上的水柱重量，9 . 8 0 k n; 八上托力 和下拖力，9 . 8 o k n ; sl 1 5 6 - 1 6 5 - 9 52 9 1 t摩 擦力 ， 包括支 承和止水摩擦 力， 9 . 8 0 k n, ( t=f ap“ 了为摩擦系数 ) ; o p 总水 压力的水平分量 ，9 . 8 0 k n ; 一就力 ， 9 . 8 o k n , ( 一 m + a m ) m-闸门质量 ，9 . 8 0 k n “ s / m; a m水体 附加质量，9 . 8 0 k n s / m, 当闸门为等 速启 闭或启闭