专利名称：适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够减免高水头船闸阀门空化并同时适应闸室船舶停泊条件的结构，具体的说是一种适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构。
背景技术：
随着航运事业的发展和阀门研究水平的提高，船闸建设逐步向高水头发展。我国目前已建、在建的水头超过20m的船闸已超过五十多座，其中大化船闸的水头为四.Om, 乐滩船闸的水头为29. lm，银盘船闸的水头达35. 12m，而三峡船闸的最大级水头更是高达 45. 2m。就船闸而言，输水阀门被喻为它的咽喉，其阀门段输水廊道空化一直是船闸单项技术设计的焦点。当船闸水头超过20m时，更是会带来一系列的高速水流问题，给工程带来极大的危害，尤以阀门及其廊道段的空化空蚀问题最为突出，直接关系到船闸的安全正常运行。对于阀门后较简单的平顶或顶扩廊道体型，空化有两类一是阀门底缘空化，二是门楣缝隙空化。对于较复杂的门后突扩廊道体型，除底缘空化和门楣空化外，还可能发生跌坎空化、升坎空化。此外位于阀门上下游的检修门井的门槽也可能出现空化。自20世纪80年代以来，我国针对不断兴建的高水头船闸，结合国内外船闸运行经验，采取了多种措施抑制阀门空化，取得了显著的效果。其主要措施包括两方面，一是主动防护措施，从提高阀门底缘空化数的角度出发，主动避免空化发生，如快速开启阀门、增大阀门处廊道淹没水深、优化阀门段廊道体型(突扩体型)等；另一方面是被动防护措施，即在有空化发生的情况下，采用通气方式(门楣通气、廊道顶通气、跌坎通气、升坎通气等)减弱空化溃灭冲击压力，达到保护阀门段廊道边界免遭空蚀破坏的目的。通常情况下，工程中常采用较复杂的阀门段廊道体型并适当加大阀门段埋设深度，同时结合各种通气措施来解决高水头船闸阀门空化问题。但复杂的阀门段廊道体型及加大阀门段埋设深度势必大大增加工程量和施工难度，同时随着船间水头的增大，阀门段输水廊道内的压力也随之逐步降低，从而为解决阀门空化问题所采用的各种通气措施带来的通气量将随之增大，大量的空气将随着水流一同进入船闸闸室，并将在闸室内输水廊道顺水流方向第一个顶部出水孔处(对于采用侧向出水孔的输水廊道，气体则聚集在间室内输水廊道顶部不易逸出)集中逸出，使得间室内的水流条件变得十分复杂，对停泊在间室内的船舶的安全将带来较大的隐患。已建成的乐滩船闸在原型调试阶段就发现了由于通气量较大而带来的间室充水初期大量掺气水流集中出现在间室中部(间室内输水廊道顺水流方向第一个顶部出水孔上方)的问题，虽然经试验确定对船舶停泊影响较小，但从感官上仍使船上人员产生了一定的不安全感。因而，如何在确保闸室内停泊船舶安全的前提下，通过较为简单且经济的措施解决高水头船闸的阀门空化难题，已成为建设、设计和科研人员非常关注的一个问题，而国内外在此方面鲜有成功案例可供借鉴。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对以上现有技术存在缺点，提出一种既能够适应闸室内船舶停泊条件，同时又可降低阀门段廊道施工难度，方便阀门段廊道检修，节约工程投资，降低运行成本的减免高水头船闸阀门空化的结构。本发明解决以上技术问题的技术方案是提供一种适应闸室船舶停泊条件的高水头船间组合通气结构，包括输水阀门、输水廊道和间室内输水廊道，在所述间室内输水廊道中设有多个相互平行的消能盖板，所述输水阀门门楣处设有通向间顶的通气组件，在所述通气组件下游还设有通向间顶廊道顶通气管；所述输水阀门下游的输水廊道底部为平底， 顶部呈逐渐提升的上坡；在所述间室内输水廊道沿水流方向第一个顶部出水孔上方还设置有一块带有小孔的消能盖板。本发明采用较为简单的顶部渐扩平底型式阀门段廊道体型和较浅的阀门段廊道埋设深度，保证船间高水头运行时廊道顶有一定负压，以门楣自然通气作为基本措施，将廊道顶自然通气作为门楣自然通气措施的补充手段，利用门楣及廊道顶联合通气充分抑制空化，当水位组合发生变化水头降低，廊道顶负压消失而不能自然通气时，则通过门楣自然通气解决阀门底缘空化问题；采用远距离的检修门井布置，避免空气从检修门井进入输水廊道而影响到间室内的船舶停泊条件；在间室内输水廊道顺水流方向第一个顶部出水孔顶部设置排气式消能盖板，使掺气水流能够较为分散地、平稳地进入到间室，以减少掺气水流对闸室内停泊船舶的影响。本发明进一步限定的技术方案是前述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，所述通气组件由一排间距为6 10cm、直径1 3cm的通气支孔、通气横管和门楣通气管组成，所述通气支孔与布置在所述门楣下游间墙内的所述通气横管连接，在所述通气横管中部设置所述门楣通气管直至闸顶。前述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，所述廊道顶通气管与所述输水阀门的距离为0. 5 1倍的输水阀门处所述输水廊道的高度。前述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，所述输水廊道顶部的上坡坡度范围在1:10 1:20之间，水平长度应尽量接近阀门井与阀门后检修门井之间的距离，阀门井与检修门井之间的距离应为7 10倍的阀门处输水廊道的高度。进一步的，前述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，其特征在于所述消能盖板为U形或矩形的混凝土或钢制板，所述消能盖板上的小孔为圆形或矩形， 所述小孔总面积在所述闸室内输水廊道内出水孔面积的1 1. 5倍之间，消能盖板顶部的最小淹没水深应大于等于船闸的槛上水深。前述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，所述输水阀门处的阀门井与所述输水阀门下游的检修门井之间的距离应为7 10倍所述输水阀门处输水廊道的高度。本发明的优点是(1)通过采用顶部渐扩平底廊道体型，简化了阀门段廊道结构， 降低了阀门段廊道的施工难度，方便了阀门段廊道检修，从而可节约工程投资并降低运行成本，同时可使避免了门后输水廊道顶部有气体聚集；(2)通过采用较浅的阀门段埋设深度，降低了工程量，节约了工程投资；(3)根据门楣自然通气适应范围广及通气效果好的特点，将廊道顶自然通气作为门楣自然通气措施的补充手段，设计中在高水头作用下保证廊
4道顶有一定负压，利用门楣及廊道顶联合通气充分抑制空化；当水位组合变化水头降低，廊道顶负压消失而不能自然进气时，则单纯依靠门楣自然通气解决阀门底缘空化问题；(4) 采用远距离的检修门井布置，保证阀门开启过程中门后低压区无法延伸至检修门井，从而避免空气从检修门井进入输水廊道以至于影响到闸室内的船舶停泊条件；(5)在闸室内输水廊道顺水流方向第一个顶部出水孔顶部设置排气式消能盖板，使掺气水流能够较为分散地、平稳地进入到闸室，降低了水流的紊动强度，从而减少了掺气水流对闸室内停泊船舶的影响。阀门防空化设计一直是船闸设计中的一项难题，通气减蚀是解决阀门空化的一项有效措施，但如何保证通气后进入到间室内的掺气水流不对船舶的停泊安全产生影响，是科研与设计人员十分关注的焦点。本发明有效地解决了上述难题，而且结构简单、施工方便，显著节约了工程投资，并提高了工程安全性，具有很好的应用前景。
图1是本发明的整体平面布置示意图。图2为图1中阀门段廊道体型示意图。图3是本发明的门楣通气细部布置示意图。图4是本发明的排气式消能盖板布置示意图。
具体实施例方式实施例1
本实施例是一种适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，输水阀门后段的输水廊道采用“顶部渐扩平底廊道体型+小淹没水深+门楣自然通气+廊道顶自然通气+ 远距离检修门井布置”和间室内输水廊道顺水流方向第一个顶部出水孔采用“顶部设置排气式消能盖板”的方法，其结构如图1至图4所示，主要包括输水阀门1、输水廊道2和闸室内输水廊道3，在闸室内输水廊道中设有多个相互平行的消能盖板4，输水阀门门楣5处设有通向闸顶的通气组件，在通气组件下游还设有通向闸顶廊道顶通气管6 ；输水阀门下游的输水廊道2底部为平底，顶部呈逐渐提升的上坡，上坡坡度范围在1:10 1:20之间；在闸室内输水廊道3沿水流方向第一个顶部出水孔上方还设置有一块带有小孔的消能盖板 7，消能盖板为U形的钢制板，消能盖板上的小孔为圆形，所述小孔总面积在所述闸室内输水廊道内出水孔面积的1 1. 5倍之间，消能盖板顶部的最小淹没水深应大于等于船闸的槛上水深。阀门段廊道体型采用较为简单的底部为平底、顶部为渐扩的型式，采用5. Om这一较浅的阀门段廊道埋设深度，保证船间高水头运行时廊道顶有较大负压，以门楣自然通气作为基本措施，即在门楣处设有通气支孔8，通气支孔8与门楣下游闸墙内的通气横管9连接，通气横管中部设置门楣通气管10直至间顶，将廊道顶自然通气作为门楣通气措施的补充手段，利用门楣及廊道顶联合通气充分抑制空化；当水位组合变化水头降低，廊道顶负压消失而不能自然通气时，则通过门楣自然通气解决阀门底缘空化问题，输水阀门处的阀门井11与所述输水阀门下游的检修门井12之间的距离应为7 10倍输水阀门处输水廊道的高度。
根据试验和原型观测结果本发明所采用的门楣及廊道顶自然通气以及排气式消能盖板的工程措施较好地解决了高水头船闸的阀门空化及通气后所带来的闸室内停泊条件恶化的难题，原型各种水位组合下均未监测到阀门底缘空化噪声，阀门工作条件较好，闸室内水流流态较为平稳，船舶停泊条件满足要求。并且与三峡、葛洲坝、水头、五强溪等高水头船间相比，采用的顶部渐扩的廊道体型使得阀门段廊道结构简单，施工方便，且廊道埋设深度较浅，极大地减少了开挖量，大大地节约了工程投资。本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种适应间室船舶停泊条件的高水头船间组合通气结构，包括输水阀门、输水廊道和闸室内输水廊道，在所述间室内输水廊道中设有多个相互平行的消能盖板，其特征在于 所述输水阀门门楣处设有通向间顶的通气组件，在所述通气组件下游还设有通向间顶廊道顶通气管；所述输水阀门下游的输水廊道底部为平底，顶部呈逐渐提升的上坡；在所述闸室内输水廊道沿水流方向第一个顶部出水孔上方还设置有一块带有小孔的消能盖板。
2.根据权利要求1所述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，其特征在于所述通气组件由一排间距为6 10cm、直径1 3cm的通气支孔、通气横管和门楣通气管组成，所述通气支孔与布置在所述门楣下游间墙内的所述通气横管连接，在所述通气横管中部设置所述门楣通气管直至闸顶。
3.根据权利要求1所述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，其特征在于所述廊道顶通气管与所述输水阀门的距离为0. 5 1倍的输水阀门处所述输水廊道的高度。
4.根据权利要求1所述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，其特征在于所述输水廊道顶部的上坡坡度范围在1:10 1:20之间。
5.根据权利要求1所述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，其特征在于所述消能盖板为U形或矩形的混凝土或钢制板，所述消能盖板上的小孔为圆形或矩形，所述小孔总面积在所述闸室内输水廊道内出水孔面积的1 1. 5倍之间，消能盖板顶部的最小淹没水深应大于等于船闸的槛上水深。
6.根据权利要求1所述的适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，其特征在于所述输水阀门处的阀门井与所述输水阀门下游的检修门井之间的距离应为7 10倍所述输水阀门处输水廊道的高度。
全文摘要
本发明公开一种适应闸室船舶停泊条件的高水头船闸组合通气结构，包括输水阀门、输水廊道和闸室内输水廊道，在所述闸室内输水廊道中设有多个相互平行的消能盖板，所述输水阀门门楣处设有通向闸顶的通气组件，在所述通气组件下游还设有通向闸顶廊道顶通气管；所述输水阀门下游的输水廊道底部为平底，顶部呈逐渐提升的上坡；在所述闸室内输水廊道沿水流方向第一个顶部出水孔上方还设置有一块带有小孔的消能盖板。本发明可以较好地解决高水船闸阀门的空化及采用通气措施后带来的闸室内船舶停泊条件恶化的难题，可降低阀门段廊道施工难度，方便阀门段廊道检修，节约工程投资并降低运行成本。
文档编号E02C1/08GK102286966SQ20111021438
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者严秀俊, 凌国增, 宣国祥, 李中华, 李云, 李君 , 胡亚安, 薛淑 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院