CN111287167A - 一种适合60m级单级船闸的输水系统型式 - Google Patents

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薛淑
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Abstract

本发明涉及一种适合60m级单级船闸的输水系统，属于水利水运交通工程领域。包括：闸室双侧主输水廊道、位于闸室长度1/2处的一级分流口、与闸室纵轴线相重合的一级分支廊道2支、位于闸室长度的1/4和3/4处的二级分流口、二级分支廊道8支、每支二级分支廊道分别对应2支三级分支廊道，共16支三级分支廊道、16区段出水。本发明提高闸室宽度方向出流的均匀性，本发明同时解决了高水头巨型船闸船舶停泊安全、船闸输水效率问题。

Description

一种适合60m级单级船闸的输水系统型式
技术领域
本发明涉及一种单级船闸的输水系统型式，具体而言是一种适合60m级单级船闸的输水系统型式，属于通航建筑领域。
背景技术
通航建筑物是内河水运中实现河流渠化、沟通不同水系的重要建筑型式，它与内河航道之间是点与线的关系，河流各梯级间航道由通航建筑物连接成为上下全线畅通的航道，不同水系之间的航道也必须依靠通航建筑物才能连接成四通八达的内河航运网。
船闸是通航建筑物中历史最悠久和数量最多的型式。据不完全统计，目前全世界约有船闸近4000座，占通航建筑物总数的97％以上。在我国近1000座通航建筑物中，船闸占总数的90％以上。
船闸建设的主要技术指标为水头、闸室尺寸及输水时间，船闸尤其是高水头船闸的关键技术问题是探求保证船舶迅速安全过闸的、经济合理的输水系统型式。
船闸输水系统是完成闸室充、泄水运行的主要设备。输水系统型式，将直接影响到船闸的通过能力、过闸船舶及船闸的安全。输水系统的设计主要应满足下列基本要求：
1，船闸的输水系统应保证在设计的输水时间内完成充水或泄水，从而满足船闸通过能力要求。
2，在规定的时间内充水和泄水时，应获得较好的闸室和引航道水流条件，满足过闸船舶的停泊和航行安全。
以上要求在一定的程度上是相互矛盾的。要使输水时间缩短，就必须增大充、泄水的流量并加大流量的增率,而流量和流量增率越大,过闸船舶的停泊条件就越差，因此，要根据不同工程进行分析并妥善布置,使输水系统水力获得良好的性能。
船闸输水系统与闸室尺度和水头相匹配，型式多样，集中输水系统适用于低水头、小尺度船闸；对于高水头、大尺度船闸，一般采用分散输水系统型式，主要包括以下几种：
1，简单式分散输水系统：指闸墙长廊道侧支孔输水系统(图1)、闸底长廊道侧支孔输水系统(图2)等。
2，较复杂式分散输水系统：闸墙长廊道闸底纵/横支廊道输水系统(图3)、闸底纵支廊道二区段水平分流输水系统(图4)。
3，复杂式分散输水系统：闸底纵支廊道二/八区段立体分流输水系统，见图5。
显然为适应船闸大型化和高水头化发展，与之相匹配的输水系统型式越来越复杂，且随着更大尺度更高水头船闸的出现，上述输水系统布置型式已很难满足过闸船舶停泊安全要求。
我国山区河流具有两岸山体高陡、河床窄深的特点，修建多级船闸存在布置困难、工程投资大等问题，近年来兴建了一批高水头船闸。目前已建、在建和拟建的一些运行水头超过30m的高水头船闸，有长江三峡船闸、乌江银盘船闸、乌江白马船闸、大渡河安谷船闸和黔江大藤峡船闸等，其中大藤峡船闸和已建成的三峡船闸均是水头(或级间水头)超过40m的超高水头船闸。
同时，随着我国经济的发展和水运量的增加，许多船闸的规模已不能满足货运量增长的需求，出现滞航现象，有些已经扩建二线、三线、甚至四线船闸，有些亟待改扩建。
因此，修建40～60m的超高水头、超大规模巨型船闸符合国家经济发展的需要。有必要对超高水头巨型船闸开展基础理论研究，关键是对其输水系统进行创新和优化，确保船闸的安全运行。
据分析，随着船闸水头和平面尺度的增加，输水过程单位时间内进入闸室的能量成指数递增，受船闸初始水深和输水时间的制约，如何在闸室有限水深范围内快速消杀水流紊动能量，保障船闸输水阀门设备及闸室内船舶的停泊安全，是高水头、大规模船闸输水的重要技术瓶颈之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有输水系统的局限性，提出一种基于闸室分层消能的适合60m级单级船闸的输水系统。使分流更均匀、消能更充分，确保巨型高水头船闸的安全运行。
一种适合60m级单级船闸的输水系统型式，采用基于闸室分层消能的输水系统，包括闸室双侧纵向长输水廊道、位于闸室长度1/2处的一级分流口、与闸室纵轴线相重合的一级分支廊道2支、位于闸室长度的1/4和3/4处的二级分流口、二级分支廊道8支、每支二级分支廊道分别对应2支三级分支廊道，共16支三级分支廊道、16区段出水。
所述位于闸室长度1/2处的一级分流口，为闸室左右两侧主输水廊道在1/2廊道高度处设置水平隔板将水流分成上、下两层,右侧主廊道上层水流与左侧主廊道下层水流汇入上半闸室一级分支廊道，左侧主廊道上层水流与右侧主廊道下层水流汇入下半闸室一级分支廊道。
所述位于闸室长度1/4和3/4处的二级分流口，将来自一级分支廊道的水流，分别由垂直隔墩、水平隔墩进行水平分流和垂直分流，利用水平、竖直隔板将水流等分成4股水流，分别分配至上半闸室的4支二级支廊道和下半闸室的4支二级支廊道。
所述位于闸室长度1/4和3/4处的二级分流口，垂直隔墩、水平隔墩分别设于一级分支廊道1/2廊道宽度、一级分支廊道1/2廊道高度处。
所述二级支廊道的左右两侧有纵向分布的侧支孔，通过纵向分布的侧支孔联通三级支廊道。
所述三级支廊道通过顶出水支孔出水，顶出水支孔上方设有消能盖板，水流在消能盖板内充分摩擦消能后进入闸室。
本发明的有益效果在于：
1，本发明一级分流口最大程度上减小分流口前廊道流量左右分配不均，此外，闸墙两侧廊道流量若有不均，也可互补，保证闸室纵向水流的均匀分配；
2，二级分流口，使得水流在廊道宽度方向上分布均匀，在一级分流口左右两侧分流均匀；
3，位于闸室长度1/4和3/4处的二级分流口，水流进入上、下游分支廊道的途径和方向完全不同，根据物理模型试验论证，当上、下分流口面积比为1.0时，上、下支廊道的流量分配比为1.0～1.04，流量分配基本均匀。
附图说明
图1闸墙长廊道侧支孔输水系统示意图
图2闸底长廊道侧支孔输水系统示意图
图3闸墙长廊道闸底横支廊道输水系统示意图
图4闸底纵支廊道二区段水平分流输水系统示意图
图5闸底纵支廊道八区段立体分流输水系统示意图
图6适合60m级单级船闸的输水系统实施例一俯视示意图
图7适合60m级单级船闸的输水系统实施例一正视示意图
图8适合60m级单级船闸的输水系统侧视示意图
具体实施方式
下面结合附图给出实施例并对本发明进行具体描述。
实施例一
一种基于闸室分层消能的输水系统，包括闸室双侧主输水廊道1、一级分流口2、一级分支廊道3、二级分流口4、二级分支廊道5、侧支孔6，三级分支廊道7，顶出水支孔8，消能盖板9，见图6～图7。
如图6～图7所示，主输水廊道1、一级分流口2、一级分支廊道3、二级分流口4、二级分支廊道5、侧支孔6，三级分支廊道7均为矩形断面。
所述位于闸室长度1/2处的一级分流口2，为闸室左右两侧主输水廊道在1/2廊道高度处设置水平隔板将水流分成上、下两层，右侧主廊道上层水流与左侧主廊道下层水流汇入上半闸室一级分支廊道，左侧主廊道上层水流与右侧主廊道下层水流汇入下半闸室一级分支廊道。
所述位于闸室长度1/4和3/4处的二级分流口4，将来自一级分支廊道3的水流，分别由垂直隔墩、水平隔墩进行水平分流和立体分流，利用水平、竖直隔板将水流等分成4股水流，分别分配至上半闸室的4支二级支廊道5(下半闸室布置型式相同)。
所述位于闸室长度1/4和3/4处的二级分流口4，垂直隔墩、水平隔墩分别设于一级分支廊道3的1/2廊道宽度、一级分支廊道3的1/2廊道高度处。
所述二级支廊道5的左右两侧有纵向分布的侧支孔6，通过纵向分布的侧支孔6联通三级分支廊道7。
所述三级分支廊道7通过出水支孔8出水，出水支孔上方设有消能盖板9，水流在消能盖板9内充分摩擦消能后进入闸室。
一级分流口2采用上、下双层分流，转弯半径为廊道宽度的2倍。二级分流口4分为4股水流，通过“S”形导流廊道和180°转向的“U”形导流廊道将一级分支廊道3的水流分配到二级分支廊道5，一级分支廊道3与二级分支廊道5两端用弧形连接，中间为切线过渡。

Claims (4)

1.一种适合60m级单级船闸的输水系统型式，其特征在于：采用闸室分层消能的输水系统，包括：闸室双侧主输水廊道、位于闸室长度1/2处的一级分流口、与闸室纵轴线相重合的一级分支廊道2支、位于闸室长度的1/4和3/4处的二级分流口、二级分支廊道8支、每支二级分支廊道分别对应2支三级分支廊道，共16支三级分支廊道、16区段出水；
所述位于闸室长度1/2处的一级分流口，为闸室左右两侧主输水廊道在1/2廊道高度处设置水平隔板将水流分成上、下两层,右侧主廊道上层水流与左侧主廊道下层水流汇入上半闸室一级分支廊道，左侧主廊道上层水流与右侧主廊道下层水流汇入下半闸室一级分支廊道；
所述位于闸室长度1/4和3/4处的二级分流口，将来自一级分支廊道的水流，分别由垂直隔墩、水平隔墩进行水平分流和垂直分流，利用水平、竖直隔板将水流等分成4股水流，分别分配至上半闸室的4支二级支廊道和下半闸室的4支二级支廊道。
2.根据权利要求1所述的一种适合60m级单级船闸的输水系统型式，其特征在于：所述位于闸室长度1/4和3/4处的二级分流口，垂直隔墩、水平隔墩分别设于一级分支廊道1/2廊道宽度、一级分支廊道1/2廊道高度处。
3.根据权利要求1所述的一种适合60m级单级船闸的输水系统型式，其特征在于：所述二级支廊道的左右两侧有纵向分布的侧支孔，通过纵向分布的侧支孔联通三级支廊道。
4.根据权利要求3所述的一种适合60m级单级船闸的输水系统型式，其特征在于：所述三级支廊道通过顶出水支孔出水，顶出水支孔上方设有消能盖板，水流在消能盖板内充分摩擦消能后进入闸室。
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