CN108396712B - 一种埋件结构及其闸门系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种埋件结构，包括矩形截面的主体段、设置于主体段上的闸门槽，还包括压坡段，其结构包括水平设置的底板面、垂直于底板面的两侧墙面、以及顶面，所述底板面、侧墙面、顶面合围形成四周封闭、两端敞开的中空结构；顶面为从上游至下游方向逐渐向下倾斜的斜坡面，压坡段形成口径逐渐缩小的变截面结构；压坡段的上游端与主体段的下游端对接。本发明使得水流从有压流向无压流转换的区域由原来的闸门槽区域移至压坡段的下游端，严重的空蚀破坏也从闸门槽区域移至压坡段的下游端，保护了闸门槽区域。同时，压坡段的顶面压坡稳定和提高了闸门槽区域内的水压力，降低了高速水流在闸门槽区域产生的空蚀破坏。
Description
技术领域
本发明属于水利水电工程技术，具体涉及一种埋件结构及其闸门系统。
背景技术
平面闸门结构简单，可靠性高，被广泛应用于水利水电项目。平面闸门的门槽是在平顺的流道两侧形成的凹槽，水流经过门槽区域时会产生空蚀现象。空蚀会对门槽结构造成损害甚至破坏，危及闸门甚至电站安全。而且，现有平面闸门做工作闸门的设计中，流道的出口通常直接设置在门槽下游末端，在出口位置水流从有压流变为无压流的过程中，压力的急剧变化会加重门槽区域空蚀现象的影响。
目前，解决平面闸门门槽区域空蚀问题的主要措施是通过调整门槽宽深比，或者采用特殊型式门槽。窄型门槽就是一种经过工程检验证明具有强抗空蚀和冲刷的特殊型式门槽。具有窄型门槽的闸门系统的整体结构和普通的平面闸门类似，主要区别在于闸门结构和门槽结构的不同，闸门包括门主体，在门主体两侧设有导向板，导向板可插入窄门槽中。但是即便采用了窄型门槽，仍然存在如下缺陷：
1.和普通平面闸门系统一样，流道在门槽位置形成凹槽，当流道的出口直接设置在门槽下游末端时，在高水头的流道出口处，有压流向无压流转换，压力急剧变化产生的空蚀依旧会对窄门槽产生影响，当流速达到一定程度时，也会产生破坏的风险。
2.采用窄型门槽结构只是提高了门槽抗空蚀和冲刷的能力，但长时间运行后空蚀仍然会对门槽区域形成破坏，不足以保障高水头的流道出口处门槽的安全。
3.一旦门槽区域破坏，需要闸门槽区域具备检修条件，对门槽区域的检修施工复杂，费时费力，甚至在某些工程中不具备对出口处闸门槽的检修条件，致使出现危及整个电站安全的情况。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种可减免门槽区域空蚀和冲刷破坏，并提供有利检修空蚀破坏区域的埋件结构及其闸门系统。
本发明解决问题的技术方案是：一种埋件结构，包括矩形截面的主体段、设置于主体段上的闸门槽，还包括压坡段，其结构包括水平设置的底板面、垂直于底板面的两侧墙面、以及顶面，所述底板面、侧墙面、顶面合围形成四周封闭、两端敞开的中空结构；
顶面为从上游至下游方向逐渐向下倾斜的斜坡面，压坡段形成口径逐渐缩小的变截面结构；
所述压坡段的上游端与主体段的下游端对接。
传统的埋件结构没有压坡段，上述方案增加压坡段有两个目的：第一，通过压坡，稳定和提高门槽区域内的水压力，从而抑制水流在门槽区域内的空化，降低空蚀破坏。第二，使流道出口后延至压坡段下游端，门槽区域下游末端不再承担出口的角色，即通过压坡段将门槽区域和流道出口分开，使得流道出口处的严重空蚀问题无法影响到门槽区域。
传统的思维模式是想方设法改进门槽的结构形式，以提高门槽抗空蚀和抗冲刷性能。而本设计另辟蹊径，从另外的出发点进行思考，遵循在流道出口处，水流从压力流转变为无压流的过程中所产生激烈的压力变化会导致严重空蚀是无法避免的这一事实，将空蚀的部位引导至压坡段下游端，而避免出现在门槽区域。由于压坡段位于工作闸门的下游，即便压坡段因出口处的严重空蚀问题出现破坏，也可以在工作闸门关闭的条件下获得良好的检修条件，提高了设备的安全性。
优选的，所述顶面的坡比范围为1:20～1:6。坡比需经过水力学模型验证。
相应的，本发明还提供一种闸门系统，包括闸门机构，还包括上述埋件结构，所述闸门机构设置于埋件结构主体段的闸门槽处。
进一步的，还包括圆变方渐变段，所述圆变方渐变段与埋件结构的主体段上游端对接。
上述方案的圆变方渐变段是闸门系统的常用设计。
优选的，所述闸门机构包括工作闸门，所述工作闸门底部设有45～60度倾角。
设计倾角可使闸门在高速水流条件下具备较好的抗流激振动能力。
更优选的，所述倾角为45度。在闸门局部开启的工况下，底缘45度倾角可使闸门整体的动应力值较小。
优选的，所述闸门槽为窄型门槽，所述工作闸门为与窄型门槽配合的闸门。窄型门槽一般适用于高水头的工况，上述埋件结构配合窄型门槽使用更能体现出在高水头工况下减免空蚀及抗冲刷的优势。
当上述闸门系统地处隧洞内，则圆变方渐变段、闸门机构、以及埋件结构均位于隧洞内，在隧洞内、靠近压坡段下游端处开设有与外界连通的通气孔。
设计通气孔的目的是为了对压坡段下游端出口处水流进行补气，用以掺气平衡水流从有压至无压的压力变化。
本发明通过增加压坡段，从而使得水流从有压流向无压流转换的区域由原来的闸门槽区域移至压坡段的下游端，严重的空蚀破坏也从闸门槽区域移至压坡段的下游端，保护了闸门槽区域。即便压坡段因出口处的严重空蚀问题出现破坏，也可以在工作闸门关闭的条件下获得良好的检修条件，提高了设备的安全性。
同时，压坡段的顶面压坡稳定和提高了闸门槽区域内的水压力，降低了高速水流在闸门槽区域产生的空蚀破坏。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为实施例1闸门系统轴视图。
图2为实施例1闸门系统俯视图。
图3为实施例1闸门系统轴视图。
图中：1、圆变方渐变段；2、主体段；3、闸门机构；4、压坡段；5、窄门槽；6、通气孔；7、隧洞；31、工作闸门；41、底板面；42、侧墙面；43、顶面。
具体实施方式
实施例1
如图1～2所示，一种埋件结构，包括矩形截面的主体段2、设置于主体段2上的闸门槽5、以及压坡段4。
所述压坡段4结构包括水平设置的底板面41、垂直于底板面41的两侧墙面42、以及顶面43。所述底板面41、侧墙面42、顶面43合围形成四周封闭、两端敞开的中空结构。顶面43为从上游至下游方向逐渐向下倾斜的斜坡面，使得压坡段4形成口径逐渐缩小的变截面结构。所述顶面43的坡比为1:10。
所述压坡段4的上游端与主体段2的下游端对接。
本实施例还提供一种闸门系统，包括圆变方渐变段1、闸门机构3、以及上述埋件结构。所述圆变方渐变段1与埋件结构的主体段2上游端对接。
所述闸门机构3包括工作闸门31，所述工作闸门31底部设有45度倾角。闸门机构3设置于主体段2的闸门槽5处。
所述闸门槽5为窄型门槽，所述工作闸门31为与窄型门槽配合的闸门。
工作闸门31孔口尺寸2m×3m（宽×高）。工作闸门31处水头为136.8m。压坡段4长度3m。
当工作闸门31开启时，水流从钢衬经圆变方渐变段1、主体段2和压坡段4到达出口。水流从有压流向无压流转换的区域由原来的闸门槽5区域移至压坡段4的下游端，严重的空蚀破坏也从闸门槽5区域移至压坡段4的下游端，保护了闸门槽5区域。同时，压坡段4的顶面压坡稳定和提高了闸门槽5区域内的水压力，降低了高速水流在闸门槽5区域产生的空蚀破坏。
实施例2
如图3所示，重复实施例1，所不同的是，实施例1的施工位置在洞外，实施例2的施工位置位于隧洞内，实施例2的工作闸门31处水头为130.0m。
圆变方渐变段1、闸门机构3、以及埋件结构均位于隧洞7内。在隧洞7内、靠近压坡段4下游端处开设有与外界连通的通气孔6。压坡段4下游端与隧洞的衔接处采用突扩型设计方案。
设计通气孔6的目的是为了对压坡段4下游端出口处进行补气，用以掺气平衡水流从有压至无压的压力变化。
Claims (8)
1.一种埋件结构，包括矩形截面的主体段（2）、设置于主体段（2）上的闸门槽（5），其特征在于：还包括压坡段（4），其结构包括水平设置的底板面（41）、垂直于底板面（41）的两侧墙面（42）、以及顶面（43），所述底板面（41）、侧墙面（42）、顶面（43）合围形成四周封闭、两端敞开的中空结构；
顶面（43）为从上游至下游方向逐渐向下倾斜的斜坡面，压坡段（4）形成口径逐渐缩小的变截面结构；
所述压坡段（4）的上游端与主体段（2）的下游端对接。
2.根据权利要求1所述的埋件结构，其特征在于：所述顶面（43）的坡比范围为1:20～1:6。
3.一种闸门系统，包括闸门机构（3），其特征在于：还包括上述权利要求1或2所述的埋件结构，所述闸门机构（3）设置于埋件结构主体段（2）的闸门槽（5）处。
4.根据权利要求3所述的闸门系统，其特征在于：还包括圆变方渐变段（1），所述圆变方渐变段（1）与埋件结构的主体段（2）上游端对接。
5.根据权利要求3或4所述的闸门系统，其特征在于：所述闸门机构（3）包括工作闸门（31），所述工作闸门（31）底部设有45～60度倾角。
6.根据权利要求5所述的闸门系统，其特征在于：所述倾角为45度。
7.根据权利要求5所述的闸门系统，其特征在于：所述闸门槽（5）为窄型门槽，所述工作闸门（31）为与窄型门槽配合的闸门。
8.根据权利要求4所述的闸门系统，其特征在于：圆变方渐变段（1）、闸门机构（3）、以及埋件结构均位于隧洞（7）内，在隧洞（7）内、靠近压坡段（4）下游端处开设有与外界连通的通气孔（6）。
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