CN102322049A - 40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船闸阀门防空化技术，是一种40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，包括输水阀门，输水阀门后廊道底部向下设有底部台阶状突扩，输水阀门后廊道顶部向上设有斜线突扩，斜线突扩采用向上倾斜的斜线与后方廊道连接；底部台阶状突扩进口处设置台阶状跌坎并布置跌坎通气管；底部台阶状突扩出口处设置台阶状升坎并布置升坎通气管；输水阀门出口廊道底高程高于进口廊道底高程；输水阀门门楣处布置门楣通气管；斜线突扩上布置排气管。本发明将主动防护与被动防护相结合，不仅能有效解决高水头船闸阀门空化问题，而且具有施工简单、投资小、检修维护方便。

Description

40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法
技术领域
本发明涉及一种船闸阀门防空化技术，具体的说是一种40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法。
背景技术
船闸是解决船舶通过拦河（湖）修建的水利水电工程，实现沿河流上下全线畅通航行的重要建筑物型式。当船闸水头超过20米时，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的运行。因此，船闸输水系统阀门段的空化问题一直是船闸单项技术设计的重要关键技术难点。
为解决阀门段廊道的空化问题，阀门段廊道传统通常采用底部突扩体型或顶部突扩体型。顶部突扩体型可以增加门后压力，提高工作空化数，但增压效果有效，仅适用于中等水头的船闸。底部突扩体型，可以增大孔口射流面积，减小流速，对解决阀门底缘空化效果显著，但又带来了跌坎空化、升坎空化等自身的空化源。为解决跌坎空化，工程一般采取钢板衬砌进行保护，而突扩体型升坎空化问题则通过选择复杂的升坎曲线进行解决，这些方法取得了一定的效果，但增加了工程投资，并且给输水系统廊道的检修维护带来了许多不便。因此，如何经济有效地解决高水头船闸阀门段空化问题，一直是设计和科研人员非常关注的问题。
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40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，主动防护与被动防护相结合，不仅能有效解决高水头船闸阀门空化问题，而且具有施工简单、投资小、检修维护方便。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，输水阀门后廊道底部向下台阶状突扩，输水阀门后廊道顶部向上斜线突扩并通过向上倾斜的斜线与后方廊道连接，斜线突扩上布置排气管；底部台阶状突扩进口处设置台阶状跌坎并布置跌坎通气管；底部台阶状突扩出口处设置台阶状升坎并布置升坎通气管；输水阀门出口廊道底高程高于进口廊道底高程；输水阀门门楣处布置门楣通气管。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，在台阶状跌坎的第一级阶梯的后面埋设跌坎通气管，跌坎通气管连接至一根强迫通气管的一端，强迫通气管升至闸顶，其另一端通过连接管依次连接集气罐和空气压缩机，将跌坎通气管设置为强迫通气管。
前述的40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，在台阶状升坎的第一级阶梯的后面埋设升坎通气管，将升坎通气管设置为自然通气管。
前述的40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，输水阀门后廊道底部向下向下突扩2.0m，输水阀门后廊道顶部向上突扩1.5m。输水阀门后廊道顶部向上突扩1.5m后通过1:32的斜坡与后方廊道连接。
前述的40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，台阶状跌坎为每阶20cm高的台阶状跌坎，台阶状升坎为每阶20cm高的台阶状升坎。
本发明的优点是：
（1）本发明改善阀门底缘空化条件，尽量减弱空化强度，但不追求完全不出现空化，控制阀门底缘相对空化数不小于0.5；对仍存在的底缘空化，利用门楣自然通气解决。
（2）在阀门段廊道体型优化中，吸取顶部突扩增加门后压力和底部突扩改善底缘空化流态的长处，提出“顶部斜线突扩＋底部台阶突扩”的新型廊道体型。该廊道体型，底部突然扩大后，阀门底缘的绕流流态得到改善，对抑制底缘空化和门体振动有利；门后廊道垂向空间大，主流能够较快地沿程扩散，降低了主流流速。突扩廊道收缩升坎的约束，提高了主流在突扩空腔以及下游廊道内走向与旋涡空间排列结构的稳定性。突扩体出口廊道高于阀门处进口廊道，进一步稳定门后漩滚区，增加消能效果。采用台阶状收缩升坎，突扩廊道出口水流平顺。底扩处加设了台阶状跌坎，不仅减弱垂直跌坎下游次回漩区紊动强度，更便于检修。通过确定合理的廊道埋设深度（一般不超过10m），可控制阀门底缘相对空化数不小于0.5。
（3）“底部台阶突扩”可以利用台阶状跌坎、台阶状升坎分别采用强迫通气和自然通气措施抑制该新型廊道体型可能发生的空化。通过采用台阶状跌坎和强迫通气措施，可以显著减小底扩廊道跌坎自身空化强度，而且掺气水流可以有效的覆盖跌坎空化溃灭区域，对突扩体底板起到保护作用；通过采用台阶状升坎自然通气，可以显著减小底扩廊道升坎自身空化强度，而且掺气水流可以覆盖升坎末端直至检修门井的一段距离，对突扩体后廊道底板起到保护作用。此外“底部台阶突扩”体型的台阶状跌坎和台阶状升坎，每层台阶高度不大，在原型中仅为20cm，为船闸输水系统廊道检修提供了便利。
（4）“顶部斜线突扩”阀门后廊道顶部突扩采用向上倾斜的斜线与后方廊道连接，便于采取通气措施后在阀门后突扩廊道段聚集的多余气体从突扩廊道顶布置的排气管或顺廊道顶从检修门槽排出，保障闸室内船舶停泊安全。
附图说明
图1是本发明的连接示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，如图1所示，包括输水阀门7，输水阀门7后廊道底部向下设有底部台阶状突扩1，输水阀门7后廊道顶部向上设有斜线突扩2，斜线突扩2采用向上倾斜的斜线与后方廊道连接；底部台阶状突扩1进口处设置台阶状跌坎3并布置跌坎通气管4；底部台阶状突扩1出口处设置台阶状升坎5并布置升坎通气管6；输水阀门7出口廊道底高程8高于进口廊道底高程9；输水阀门7门楣处布置门楣通气管10；斜线突扩2上布置排气管12。在台阶状跌坎3的第一级阶梯的后面埋设跌坎通气管4，跌坎通气管4连接至一根强迫通气管的一端，强迫通气管升至闸顶，其另一端通过连接管依次连接集气罐和空气压缩机，将跌坎通气管4设置为强迫通气管。在台阶状升坎5的第一级阶梯的后面埋设升坎通气管6，将升坎通气管6设置为自然通气管。
输水阀门7后廊道底部向下台阶状突扩1解决阀门底缘空化；输水阀门7后廊道顶部向上斜线突扩2增加门后压力提高工作空化数；在底部突扩跌坎处设置台阶状跌坎3，布置强迫通气管4解决跌坎空化；在底部突扩升坎处设置台阶状升坎5，布置自然通气管6解决升坎空化；突扩体出口廊道底高程8高于阀门处进口廊道底高程9；在门楣处布置门楣通气管10解决输水阀门7底缘空化；廊道顶部突扩2采用向上倾斜的斜线与后方廊道连接，便于突扩段聚集的气体顺廊道顶从廊道顶布置的排气管12或检修门槽11排出，保障闸室内船舶停泊安全。
输水阀门后廊道底部向下突扩2.0m，采用底部突然扩大后，阀门底缘的绕流流态得到改善，对抑制底缘空化和门体振动有利，同时门后廊道垂向空间大，主流能够较快地沿程扩散，降低了主流流速，可以有效解决阀门底缘空化。
输水阀门后廊道顶部向上突扩1.5m，可以有效增加门后压力提高工作空化数，并且突扩体出口廊道高于阀门处进口廊道，进一步稳定门后漩滚区，增加消能效果。顶部廊道突扩1.5m后通过1:32的斜坡与突扩体出口顶部廊道连接，并在顶部廊道斜线突扩体上布置排气管道，阀门掺气减蚀后在廊道顶聚集的气体可以充排气管或下游检修门槽排出，保障闸室内船舶停泊安全。
在输水阀门后底扩进口跌坎处设每阶20cm高的台阶状跌坎，并在第1个台阶位置布置通气管，台阶状跌坎不仅减弱垂直跌坎下游次回漩区紊动强度，解决跌坎空化问题，同时利用跌坎通气后形成的掺气水流对廊道底板起到保护作用，并且台阶状跌坎方便维护检修。
在底扩廊道出口处设置设每阶20cm高的台阶状升坎，在升坎顶部第3个台阶处设置掺气槽，实现自然通气，在通气管下游形成掺气水流，可有效抑制升坎空化，并对升坎及其下游边壁起到保护作用。
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。

Claims (6)

1.40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，其特征在于：输水阀门后廊道底部向下台阶状突扩，输水阀门后廊道顶部向上斜线突扩并通过向上倾斜的斜线与后方廊道连接，斜线突扩上布置排气管；所述底部台阶状突扩进口处设置台阶状跌坎并布置跌坎通气管；所述底部台阶状突扩出口处设置台阶状升坎并布置升坎通气管；所述输水阀门出口廊道底高程高于进口廊道底高程；所述输水阀门门楣处布置门楣通气管。
2.如权利要求1所述的40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，其特征在于：在所述台阶状跌坎的第一级阶梯的后面埋设跌坎通气管，所述跌坎通气管连接至一根强迫通气管的一端，所述强迫通气管升至闸顶，其另一端通过连接管依次连接集气罐和空气压缩机。
3.如权利要求1所述的40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，其特征在于：在所述台阶状升坎的第一级阶梯的后面埋设升坎通气管，所述升坎通气管为自然通气管。
4.如权利要求1所述的40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，其特征在于：所述输水阀门后廊道底部向下向下突扩2.0m，所述输水阀门后廊道顶部向上突扩1.5m。
5.如权利要求4所述的40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，其特征在于：所述输水阀门后廊道顶部向上突扩1.5m后通过1:32的斜坡与后方廊道连接。
6.如权利要求1所述的40m以上超高水头船闸阀门防空化的综合方法，其特征在于：所述台阶状跌坎为每阶20cm高的台阶状跌坎，所述台阶状升坎为每阶20cm高的台阶状升坎。
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