一种具有过渡结构的闸门槽

1.本发明涉及水利工程技术领域，具体为一种水利工程用的具有过渡结构的闸门槽。


背景技术：

2.现如今的水利工程多采用大坝进行放水与止水，在对水流进行防水时需要用到闸门与闸门槽，长期的放水与止水会使闸门对闸门槽的内部造成一定的损伤，常见的矩形闸门槽在过水时易在闸门槽内形成漩涡，对闸门槽造成破坏，减少闸门槽的使用寿命且当前的闸门槽形式无法有效减小水流对闸门槽造成的冲击力，会导致闸门槽长期被水流冲刷的情况下，发生漏水的问题。
3.因此合理的分析并设计一种闸门槽，改善闸门槽流态，保护门槽，方便管理，就显得十分重要。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、具有过渡结构的闸门槽。
5.本发明的技术方案如下：一种具有过渡结构的闸门槽，其特征是，该闸门槽从高度方向由上而下分为过渡段门槽、矩形门槽，单侧的过渡段门槽其横截面由两端的斜线段、中间的直线段顺滑连接而成，两斜线段对称布置，且两斜线段之间的距离由外向内逐渐增大，形成梯形过渡段。
6.进一步的，所述直线段顺水流方向水平布置。
7.进一步的，所述过渡段门槽高度为0.25h，h为整个闸门槽高度。
8.进一步的，所述斜线段的斜率为0.4。
9.进一步的，所述过渡段门槽、矩形门槽的深度相等。
10.本发明形成的梯形过渡段门槽，具有以下优点：1、斜率为0.4的过渡段、0.25h梯形过渡段闸门槽内不存在低速区，其他区域也正常过流。
11.2、梯形过渡段门槽内流速与闸室中间部分的流速相差不大，很大程度上减小了水流阻力，增大流量。
12.3、由于低速区的减少，漩涡基本消失，减少闸门震动，大大提高了门槽的寿命，减少了闸门槽破损。
13.4、梯形过渡段闸门槽相比于其他过渡门槽（如基于wes剖面闸门槽），更加便于施工，也便于检修。
14.本发明公开了一种梯形过渡段门槽，所述闸门槽的过渡段为斜线型，本发明提高了闸门槽的寿命，减少闸门槽破损；减小水流阻力，增大流量；减小水力损失；极大地方便了水闸运行管理，带来一定经济效益。
附图说明
15.图1为具体实施方式中矩形闸门槽立体图；图2为具体实施方式中式0.15h梯形过渡门槽，其斜线过渡段的斜率为1的立体图；图3为具体实施方式中0.15h梯形过渡门槽，其斜线过渡段的斜率为0.75的立体图；图4为具体实施方式中0.15h梯形过渡门槽，其斜线过渡段的斜率为0.6的立体图；图5为具体实施方式中0.15h梯形过渡门槽，其斜线过渡段的斜率为0.5的立体图；图6为具体实施方式中0.15h梯形过渡门槽，其斜线过渡段的斜率为0.4的立体图；图7为具体实施方式中0.25h梯形过渡门槽，其斜线过渡段的斜率为0.5的立体图；图8为具体实施方式中0.25h梯形过渡门槽，其斜线过渡段的斜率为0.4的立体图；图9为具体实施方式中0.15h基于wes剖面门槽立体图；图10为具体实施方式中基于wes剖面闸门槽放大图；图11为具体实施方式中矩形闸门槽数值模拟纵断面图；图12为具体实施方式中矩形闸门槽数值模拟最优横断面图；图13为具体实施方式中0.15h梯形门槽、斜率为1的斜线过渡段的纵断面图；图14为具体实施方式中斜率为1的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽流态最差横断面；图15为具体实施方式中0.15h梯形门槽、斜率为0.75的斜线过渡段的纵断面图；图16为具体实施方式中斜率为0.75的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽流态最差横断面；图17为具体实施方式中0.15h梯形门槽、斜率为0.6的斜线过渡段的纵断面图；图18为具体实施方式中斜率为0.6的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽流态最差横断面；图19为具体实施方式中0.15h梯形门槽、斜率为0.5的斜线过渡段的纵断面图；图20为具体实施方式中斜率为0.5的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽流态最差横断面；图21为具体实施方式中0.15h梯形门槽、斜率为0.4的斜线过渡段的纵断面图；图22为具体实施方式中斜率为0.4的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽流态最差横断面；图23为具体实施方式中0.25h梯形门槽、斜率为0.5的斜线过渡段的纵断面图；图24为具体实施方式中斜率为0.5的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽流态最差横断面；图25为具体实施方式中0.25h梯形门槽、斜率为0.4的斜线过渡段的纵断面图；图26为具体实施方式中斜率为0.4的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽流态最差横断面；图27为具体实施方式中0.25h基于wes剖面闸门槽纵断面图；图28为具体实施方式中0.25h基于wes剖面闸门槽最差横断面图；图29为具体实施方式中矩形闸门槽压力图；图30为具体实施方式中斜率为0.4的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽压力图；
其中，1—上游段，2—闸室段，3—下游段，4—矩形闸门槽，5—矩形闸门槽垂直过渡段，6—0.15h梯形闸门槽（h为闸门高度），7—斜率为1的斜线过渡段，8—斜率为0.75的斜线过渡段，9—斜率为0.6的斜线过渡段，10—斜率为0.5的斜线过渡段，11—斜率为0.4的斜线过渡段，12—0.25h梯形闸门槽（h为闸门高度），13—0.15h基于wes剖面的闸门槽（h为闸门高度），14—基于wes剖面过渡段，15—0.25h基于wes剖面的闸门槽（h为闸门高度）,16—wes剖面圆弧段，17—wes剖面直线段，18—wes段。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明的比选方式和结果进一步说明。
17.本发明提供三种闸门槽型式进行对比，分别是矩形闸门槽、梯形闸门槽、基于wes剖面流线型闸门槽，与此同时，对梯形闸门槽斜线过渡段的最优斜率也进行对比，最终确定斜率为0.4的过渡段0.25h梯形闸门槽更优更符合要求。
18.所述梯形闸门槽，该闸门槽从高度方向由上而下分为过渡段门槽、矩形门槽，单侧的过渡段门槽其横截面由两端的斜线段、中间的直线段顺滑连接而成，两斜线段对称布置，且两斜线段之间的距离由外向内逐渐增大，形成梯形过渡段。
19.所述梯形闸门槽对比对象包括：0.15h梯形闸门槽,斜率为1、0.75、0.6、0.5和0.4的斜线过渡段；0.25h梯形闸门槽，斜率为0.5和0.4的斜线过渡段。
20.所述基于wes剖面的闸门槽（h为闸门高度），该门槽由两段基于wes剖面过渡段和水平段组成。
21.所述基于wes剖面过渡段14由圆弧段16、直线段17和wes段18组成。
22.所述圆弧段16、直线段17和wes段18 从槽内至槽外依次连接，并且在连接点出相切，力求水流平顺。
23.所述圆弧段16的深度等于闸门槽深度的1/6，直线段17的深度等于闸门槽深度的1/2，wes段深度等于闸门槽深度的1/3。
24.所述圆弧段16与门槽水平段相切，圆弧段18与上下游水平段相切。
25.本发明所涉及到的对象有：上游段1，闸室段2，下游段3，矩形门槽4，矩形门槽垂直过渡段5；0.15h梯形闸门槽（h为闸门高度）6，梯形闸门槽由水平段和两段斜线过渡段组成；斜率为1的斜线过渡段7，斜率为1的斜线过渡段7深度与矩形闸门槽4深度相等，斜线型过渡段的斜率为过渡段的深度和长度的比值；斜率为0.75的斜线过渡段8，斜率为0.75的斜线过渡段8深度与矩形闸门槽4深度相等，斜线型过渡段的斜率为过渡段的深度和长度的比值；斜率为0.6的斜线过渡段9，斜率为0.6的斜线过渡段9深度与矩形闸门槽4深度相等，斜线型过渡段的斜率为过渡段的深度和长度的比值；斜率为0.5的斜线过渡段10，斜率为0.5的斜线过渡段10深度与矩形闸门槽4深度相等，斜线型过渡段的斜率为过渡段的深度和长度的比值；斜率为0.4的斜线过渡段11，斜率为0.4的斜线过渡段11深度与矩形闸门槽4深度相等，斜线型过渡段的斜率为过渡段的深度和长度的比值；0.25h梯形闸门槽（h为闸门高度）12；0.15h基于wes剖面的闸门槽13（h为闸门高度），该门槽由两段基于wes剖面过渡段和水平段组成；所述基于wes剖面过渡段14由圆弧段16、直线段17和wes段18组成，圆弧段16、直线段17和wes段18 从槽内至槽外依次连接，并且在连接点出相切，力求水流平顺，圆弧段16的深度等于闸门槽深度的1/6，直线段17的深度等于闸门槽深度的1/2，wes段18深度等于闸
门槽深度的1/3。所述圆弧段16与门槽水平段相切，wes段 18与上下游水平段相切。
26.进一步地，本发明对比分析区域取与上游段相连接的闸门槽。
27.如图1所示，为常规的矩形闸门槽4，矩形闸门槽的过渡段为垂直过度段5，结合数值模拟图11和12可见，矩形闸门槽在门槽内容易形成低速区，形成漩涡，会对门槽的边缘造成侵蚀和破坏，且该门槽形式对水流的阻力较大，相对的会减小流量。
28.如图2所示，为斜率为1的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽，h为闸门高度，梯形闸门槽的过渡段为斜线型，结合数值模拟纵断面图13可见，在对比区域内存在较大范围的低速区，且流速与闸室中间部分的流速相差较大，很大程度上增加了水流阻力，较小流量。结合数值模拟流态最差横断面图14可见，在对比区域由于低速区的较多，存在漩涡，大大降低了门槽的寿命，增加了闸门槽破损。与矩形闸门槽相比，只略微改善了部分流态，故该设计方案不合理。
29.如图3所示，为斜率为0.75的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽，h为闸门高度，梯形闸门槽的过渡段为斜线型，结合数值模拟纵断面图15可见，在对比区域内存在的低速区相比于斜率为1存在的低速区范围稍微降低了一些，且流速与闸室中间部分的流速相差较大。结合数值模拟流态最差横断面图16可见，在对比区域漩涡的范围相比于斜率为1的门槽形式改善较小，只略微改善了部分流态，故该设计方案不合理。
30.如图4所示，为斜率为0.6的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽，h为闸门高度，梯形闸门槽的过渡段为斜线型，结合数值模拟纵断面图17可见，在对比区域内存在的低速区相比于斜率为0.75存在的低速区范围，在梯形门槽最底部只存在很小部分的低速区，但梯形门槽底部以上仍然存在低速区。结合数值模拟流态最差横断面图18可见，在对比区域漩涡的范围相比于斜率为0.75的门槽形式改善较明显，涡的范围也明显减小，但仍存在低速区，故该设计方案不合理。
31.如图5所示，为斜率为0.5的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽，h为闸门高度，梯形闸门槽的过渡段为斜线型，结合数值模拟纵断面图19可见，在对比区域内存在的低速区相比于斜率为0.6存在的低速区范围，在梯形门槽最底部基本不存在低速区，但梯形门槽底部以上仍然存在低速区，不过低速区的范围在缩小。结合数值模拟流态最差横断面图20可见，在对比区域漩涡的范围相比于斜率为0.6的门槽形式改善较明显，涡的范围也明显减小，但仍存在低速区，故该设计方案不合理。
32.如图6所示，为斜率为0.4的斜线过渡段的0.15h梯形闸门槽，h为闸门高度，梯形闸门槽的过渡段为斜线型，结合数值模拟纵断面图21可见，在对比区域内存在的低速区相比于斜率为0.5存在的低速区范围，在梯形门槽低速区范围明显缩小很多，但梯形门槽底部以上仍然存在低速区。结合数值模拟流态最差横断面图22可见，在对比区域漩涡的范围相比于斜率为0.5的门槽形式改善较明显，涡的范围也明显减小，但仍存在低速区，故该设计方案不合理。
33.如果一直降低斜率，的确可以降低门槽内的低速区和涡区，但就增加了门槽长度，增加了门槽占据的空间，因此，下面将梯形门槽纵向深度变为0.25h，h为闸门高度，再次研究流态改善情况。从0.15h梯形闸门槽不同斜率的过渡段对比可见，斜率为1、0.75、0.6的过渡段明显不合理，故0.25h梯形闸门槽只研究斜率为0.5和0.4的情况。
34.如图7所示，为斜率为0.5的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽，h为闸门高度，梯形闸
门槽的过渡段为斜线型，结合数值模拟纵断面图23可见，在对比区域内存在的低速区，相比于0.15h梯形闸门槽改善最好的斜率为0.4的门槽形式，在梯形门槽低速区范围明显缩小很多，基本不存在低速区，只在门槽边缘存在较小范围的低速。结合数值模拟流态最差横断面图24可见，在对比区域漩涡的范围，相比于0.15h梯形闸门槽改善最好的斜率为0.4的门槽形式，涡的范围也显著减小，故该设计方案合理。
35.如图8所示，为斜率为0.4的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽，h为闸门高度，梯形闸门槽的过渡段为斜线型，结合数值模拟纵断面图25可见，在对比区域内存在的低速区，相比于0.15h梯形闸门槽改善最好的斜率为0.4的门槽形式，在梯形门槽低速区范围明显缩小很多，基本不存在低速区，只在门槽边缘存在较小范围的低速。结合数值模拟流态最差横断面图26可见，在对比区域漩涡的范围，相比于0.15h梯形闸门槽改善最好的斜率为0.4的门槽形式，涡的范围也显著减小，故该设计方案合理。
36.如图9所示，为0.25h基于wes剖面闸门槽，h为闸门高度，该门槽过渡段的长度与斜率为0.5的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽过渡段的长度相等。结合数值模拟纵断面图27和最差横断面28可见，相比于斜率为0.4的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽，两种优化方案都能满足要求。斜率为0.4的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽，门槽过渡段的长度略微较长，但是施工较为简单，且便于维修。0.25h基于wes剖面闸门槽，过渡段长度相对短一些，但是施工较难且复杂，不利于检修。
37.如图29为矩形闸门槽压力图，上下游门槽压力差值为1，如图30为斜率为0.4的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽，上下游门槽压力差值为0.3，大大降低水力损失。
38.经过以上比较，斜率为0.4的斜线过渡段的0.25h梯形闸门槽更符合要求，减少闸门震动和闸门槽破损，提高了闸门槽的寿命；减小水流阻力，增大流量，降低水力损失，极大地方便了水闸运行管理，带来一定经济效益。
39.上述内容已经用一般性文字和具体实施步骤对本发明作了较为详尽的描述，但并非是对本发明进行限制，在不偏离本发明精神的基础上所进行的相关修改，都属于本发明要求保护的范围。