专利名称：中高水头碍航船闸改扩建工程新旧船闸输水廊道衔接方法
技术领域：
本发明涉及水利工程技术领域的船间输水系统衔接方法，具体的说是一种中高水头碍航船间改扩建工程新丨日船间输水廊道衔接方法。
背景技术：
随着我国经济的高速发展，水运的运输量也高速增长，如“十五”期间，我国水路运输货运量、货物周转量年均增长6.7%、6.6%。2005年，水路运输货运量和货物周转量占各种运输方式总运量的比重分别达到11. 8%和61. 9%。为了满足货物运量的增加，需要在提高原来通航设施通过能力的基础上，扩建新的通航建筑物。国外尤其是欧美国家，在建设通航枢纽时一般都规划有二线甚至三线通航设施的位置，或者先建设一个主船间和一个或两个规模小一些的辅助船闸(其闸室宽度与主船闸一致，而长度要短于主船闸)，等到货运量增长到一定程度后，再对辅助船间进行扩建改造(主要是延长其间室长度)，使其规模与原主船闸一致从而达到扩能的目的。在我国，限于当时的技术和经济水平，有相当一部分工程和枢纽没有留下建设二线通航设施的位置(有些甚至就是碍航间坝)，对于这一类工程和枢纽是不能通过采用建设二线通航设施来提高其通过能力的。目前的做法之一是将老船闸改造为新船间引航道的一部分，在老船间上游或下游衔接一个新船间。但由此而产生的难点问题是新船间建设受到老船间结构、尺度的限制，致使新老船间输水系统衔接处体型复杂， 特别对于中高水头船闸，容易产生空化问题。
研究表明，旧船闸改扩建工程输水廊道阀门空化问题主要存在于两个位置，一是阀门段本身，二是阀门前新旧船间输水廊道衔接段输水廊道。对于阀门段本身空化问题，自 20世纪80年代以来，我国针对不断兴建的高水头船间，结合国内外船间运行经验，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。但是对于新旧船间输水廊道衔接段，特别是中高水头船闸，其空化问题主要是由于新旧船闸输水廊道的衔接段的特殊体型造成，这对于船闸廊道防空化研究尚属新的课题，采用常规体型，先前防空化措施难以直接移用，对消除空化效果不明显。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，提出一种中高水头碍航船间改扩建工程新旧船间输水廊道衔接方法，能够适应间室内船舶停泊条件，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。
本发明解决以上技术问题的技术方案是中高水头碍航船闸改扩建工程新旧船闸输水廊道衔接方法，旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的衔接段在垂向采用垂向突扩方式，即旧船间下间首输水廊道末端底高程经衔接段直接突扩至新船间上间首工作阀门廊道底高程，新旧船间输水廊道衔接段在平向上采用平面渐扩方式，渐扩扩散角小于等于30°。
旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的连接段采用垂向突扩方式，将连接段高度由传统单倍廊道高度修改为连接段底部直接突扩至新间首工作阀门廊道底高程，形成“大衔接池”；为使新旧船间输水廊道衔接段水流平顺，避免产生螺旋流等恶劣流态，新旧船闸输水廊道衔接段在平面上采用“平面渐扩”，渐扩扩散角小于等于30°。
新旧船闸输水系统衔接段采用“平面渐扩” + “大衔接池”型式，即旧船闸下闸首与新船间上间首衔接段采用“大衔接池”衔接，代替常规船间廊道衔接方式，同时旧间室廊道与“大衔接池”顶面采用“平面渐扩”衔接方式。
“平面渐扩”与“大衔接池”均可降低衔接段廊道处的流速，提高空化数，从而实现抑制空化的目的；通过采用“大衔接池”，简化了新旧船闸输水廊道衔接段廊道结构，降低了阀门段廊道的施工难度，方便了廊道检修，从而可节约工程投资并降低运行成本；“大衔接池”型式增大了水流过水断面，有利于减小廊道内流速，增大廊道内压力，从而增大工作空化数；“平面渐扩”能够充分利用旧船闸下闸首有限的空间，渐扩段采用圆弧形设计能够改善廊道内流态，避免发生局部水流分离，抑制空化发生。
本发明进一步限定的技术方案是前述的中高水头碍航船间改扩建工程新旧船间输水廊道衔接方法，将旧船间间室作为新船闸引航道的一部分，旧船闸廊道下游出水口段改建为新船闸廊道进水口段。
前述的中高水头碍航船间改扩建工程新旧船间输水廊道衔接方法，衔接段在垂向和水平向采用圆弧曲面连接，衔接段垂向顶部圆弧半径不小于1倍廊道高，衔接段垂向底部连接一矩形箱体。即“大衔接池”与“平面渐扩”采用圆弧曲面连接，“大衔接池”顶部圆弧半径不小于1倍廊道高，“大衔接池”底部为一矩形箱体。
本发明的优点是⑴通过采用“大衔接池”，简化了新旧船闸输水廊道衔接段廊道结构，降低了阀门段廊道的施工难度，方便了廊道检修，从而可节约工程投资并降低运行成本；⑵“大衔接池”型式增大了水流过水断面面积，有利于减小廊道内流速，增大廊道内压力，从而增大工作空化数；⑶“平面渐扩”能够充分利用旧船闸下闸首有限的空间，渐扩段采用圆弧形设计能够改善廊道内流态，避免发生局部水流分离，抑制空化发生。本发明采用的旧船间改扩建工程新旧船间输水廊道衔接段廊道体型，具有占地面积小，结构简单、施工方便，能有效抑制空化的特点，可显著节约工程投资，并提高了工程安全性，具有很好的应用前景。本发明可以较好地解决旧船间改扩建工程新旧船间输水廊道衔接段空化难题，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。
图1是本发明船闸廊道布置方式示意图。
图2是现有技术中旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的衔接段立面透视图。
图3是本发明旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的衔接段立面透视图。
图4是现有技术中旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的衔接段平面图。
图5是现有技术中旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的衔接段立面图。
图6是本发明旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的衔接段平面图。
图7是本发明旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的衔接段立面图。
图8是现有技术中船闸廊道布置方式输水廊道衔接段附近空化噪声图。
图9是本发明船闸廊道布置方式输水廊道衔接段附近空化噪声图。
具体实施方式
实施例1本实施例是一种中高水头碍航船间改扩建工程新旧船间输水廊道衔接方法，廊道布置如图1所示，旧船闸下闸首1与新船闸上闸首2廊道的衔接段3在垂向采用垂向突扩方式， 旧船间下间首输水廊道末端底高程经衔接段直接突扩至新船间上间首工作阀门廊道底高程，新旧船闸输水廊道衔接段3在平向上采用平面渐扩方式，渐扩扩散角α小于等于30°。 输水廊道上设有检修阀门5。旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的连接段采用垂向突扩方式，将连接段高度由传统单倍廊道高度修改为连接段底部直接突扩至新间首工作阀门廊道底高程，形成“大衔接池”；为使新旧船间输水廊道衔接段水流平顺，避免产生螺旋流等恶劣流态，新旧船闸输水廊道衔接段在平面上采用“平面渐扩”，渐扩扩散角α小于等于30°。
旧船闸下闸首1与新船闸上闸首2衔接段，即新旧船闸输水廊道衔接段3采用“大衔接池”型式，旧间室廊道与“大衔接池”顶面采用“平面渐扩体型”衔接；将旧船间间室作为新船闸引航道的一部分，旧船闸廊道下游出水口段改建为新船闸廊道进水口段；“平面渐扩”型式以“大衔接池”容积最大、水流平顺为准。“大衔接池”与“平面渐扩”采用圆弧曲面连接，“大衔接池”顶部圆弧半径不小于1倍廊道高，“大衔接池”底部为一矩形箱体。
新旧船闸输水系统衔接段采用“平面渐扩” + “大衔接池”型式，即旧船闸下闸首与新船间上间首衔接段采用一 “大衔接池，，衔接，代替常规船间廊道衔接方式，同时旧间室廊道与“大衔接池”顶面采用“平面渐扩”衔接方式。
“平面渐扩”与“大衔接池”均可降低衔接段廊道处的流速，提高空化数，从而实现抑制空化的目的；通过采用“大衔接池”，简化了新旧船闸输水廊道衔接段廊道结构，降低了阀门段廊道的施工难度，方便了廊道检修，从而可节约工程投资并降低运行成本；“大衔接池”型式增大了水流过水断面，有利于减小廊道内流速，增大廊道内压力，从而增大工作空化数；“平面渐扩”能够充分利用旧船闸下闸首有限的空间，渐扩段采用圆弧形设计能够改善廊道内流态，避免发生局部水流分离，抑制空化发生。
本发明与现有技术新旧船闸输水廊道衔接的对比如图2 图7所示。图2，图3 分别为传统衔接方式与本发明衔接方式正立面透视图，可以看到图3构建了一个“大衔接池”，水体可在“大衔接池”内得到增压；图4 图7分别为传统衔接方式与本发明衔接方式平面、立面图，可以看到图4 图5廊道水流需先经90°水平转弯，后90°垂直转弯，最后再90°水平转弯到达工作阀门；图6 图7廊道水流先90°垂直转弯(进入垂直段前先经过“水平扩散段”对流态进行调整)进入大“衔接池”，后90°水平转弯，最后再90°水平转弯达到工作阀门，期间水流经过了两次调整(“水平扩散段”调整及“大衔接池”调整)。
图8和图9是现有技术衔接方式与本发明船闸廊道布置方式输水廊道衔接段附近空化噪声图，由图8、图9可知，采用本发明新旧船闸输水系统衔接段体型后，水流空化消失，本发明所采用新旧船间输水系统衔接段体型能够很好的解决旧船间改扩建工程中新旧船闸输水廊道衔接段“空间小”、“流态恶劣”、“易空化”的技术难题，其廊道工作条件，阀门工作条件较好，能够满足船闸安全运行要求。
根据工程实际情况的不同，本发明还可以有其它实施方案。只要采用“平面渐扩” + “大衔接池”的方式，对其中的廊道尺寸、埋设深度进行局部修改，衔接段加设通气、排气管路，以及“平面渐扩”曲线形状、通气孔开孔方式及面积等进行适当修改的技术方案均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.中高水头碍航船间改扩建工程新旧船间输水廊道衔接方法，其特征在于旧船闸下闸首与新船闸上闸首廊道的衔接段在垂向采用垂向突扩方式，即旧船闸下闸首输水廊道末端底高程经衔接段直接突扩至新船间上间首工作阀门廊道底高程，新旧船间输水廊道衔接段在平向上采用平面渐扩方式，渐扩扩散角小于等于30°。
2.如权利要求1所述的中高水头碍航船间改扩建工程新旧船间输水廊道衔接方法，其特征在于将旧船闸闸室作为新船闸引航道的一部分，旧船闸廊道下游出水口段改建为新船闸廊道进水口段。
3.如权利要求1所述的中高水头碍航船间改扩建工程新旧船间输水廊道衔接方法，其特征在于衔接段在垂向和平向采用圆弧曲面连接，衔接段垂向顶部圆弧半径不小于1倍廊道高，衔接段垂向底部连接一矩形箱体。
全文摘要
本发明涉及水利工程技术领域的船闸输水系统衔接方法，是一种中高水头碍航船闸改扩建工程新旧船闸输水廊道衔接方法，新旧船闸输水系统衔接段采用“平面渐扩”加“大衔接池”型式，即旧船闸下闸首与新船闸上闸首衔接段采用一“大衔接池”衔接，代替原来的常规尺寸廊道衔接方式，同时旧船闸廊道与“大衔接池”顶面采用“平面渐扩”衔接方式。通过采用“大衔接池”，简化了新旧船闸输水廊道衔接段廊道结构，降低了阀门段廊道的施工难度，方便了廊道检修，从而可节约工程投资并降低运行成本；“大衔接池”型式增大了水流过水断面，有利于减小廊道内流速，增大廊道内压力，从而增大工作空化数；“平面渐扩”能够充分利用旧船闸下闸首有限的空间，渐扩段采用圆弧形设计能够改善廊道内流态，避免发生局部水流分离，抑制空化发生。
文档编号E02C1/06GK102561291SQ201210073179
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者张公略, 王晓刚, 胡亚安, 金国强 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, 浙江省交通规划设计研究院