CN112064614B - 一种闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统 - Google Patents

Abstract

一种闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统，包括船闸闸室、第一分流口、中支廊道、第二分流口、位于船闸闸室两侧的输水主廊道、分别设于输水主廊道上游和下游的充水阀门和泄水阀门，输水主廊道通过T型管与第一分流口的进口连通，第一分流口的出口通过中支廊道与第二分流口连通，第二分流口通过竖井与位于上层的第三分流口连通，第三分流口与出水支廊道连通，出水支廊道与出水孔连通，出水孔上部设有消能盖板，第一分流口、中支廊道及第二分流口的高程与泄水阀门高程保持一致，第三分流口、出水支廊道、出水孔、消能盖板位于闸室底板层。本发明可改善分流口压力特性以避免空化空蚀，还可最大幅度的分散出流，提高船闸输水安全性及输水效率。

Description

一种闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体是一种闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统。

背景技术

为了克服在通航河道上修建水库大坝产生的水位差，需要修建通航建筑物，最为常见的是修建船闸。船闸运行的原理是：通过埋设在闸室两侧或底部的输水系统对闸室进行充泄水，使闸室水位与上、下游水位齐平，停靠在闸室内的船舶随充泄水上升或下降，从而克服因筑坝形成的水位差，实现船舶的上行和下行。

输水系统是船闸运行的核心，一般分为分散输水系统和集中输水系统两大类，综合考虑上下游水头和输水时间等的要求进行计算选型。一般情况下，水头较高的船闸均采用分散输水系统，因为相较于集中输水系统而言，分散输水系统不仅能够更好的消减进入闸室的能量，加上其左右对称布置和多出水孔出水的结构特点，出流更加均匀对称，水流在闸室的纵、横向流动减少，作用在船舶上的动水作用力波浪力、流速力、局部力都相对较小，可有效改善船舶停泊条件。

分散输水系统又有多种型式，其中在高水头船闸中应用较多的是闸墙长廊道经闸室中心垂直分流闸底支廊道二区段出水和闸底支廊道四区段出水两种型式。四区段型式通过第一分流口和第二分流口将出水支廊道分成前后左右对称的四区段八纵支廊道，相比于其它分散输水系统型式，出流更加对称，分散效果更好，应用最为广泛。

但是，近些年来，我国船闸的规模和水头不断创造新高，充水过程中进入闸室的能量越来越大，对输水系统的要求也越来越高。比如已投入运行的广西大藤峡船闸为水头超过40m的超高水头单级船闸，其输水最大流量超过三峡船闸600m³/s的最大流量，科研发现，若采用传统的分散输水系统，其闸室内船舶系缆力最大值超过规范要求一倍。又比如随着长江上游航运业获得突飞猛进的发展，三峡船闸过闸运量呈爆发式增长，2011年运量突破1亿t，提前19年达到规划运量，为了疏解三峡葛洲坝枢纽“航运节点”，提出了建设三峡水运新通道的构想。从2013年起，针对三峡水运新通道进行了大量规划设计和科学研究工作。经研究确定的三峡水运新通道船闸单次输水水体是三峡船闸的1.18倍，且设计最大代表过闸船舶为10000t级，较三峡既有船闸3000t级设计代表船舶吨位大幅提高，而三峡既有船闸研究成果表明，3000t级设计代表船舶闸室内停泊条件已达到规范上限。

因此，在各项指标大幅增加的条件下，按照以往研究经验，若仍参照采用三峡船闸的经典等惯性输水系统，船舶在闸室内的停泊条件将难以满足要求。因此，开展输水系统体型创新是目前解决大型高水头船闸船舶停泊条件技术瓶颈的最为迫切的需求。

发明内容

为了解决船闸更大输水能量带来的更为恶劣的分流口水流空化特性及闸室船舶停泊条件问题，本发明提供一种闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统，一方面可以极大改善分流口压力特性从而有效避免空化空蚀，另一方面最大幅度的分散出流，提高了船闸输水安全性及输水效率。

一种闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统，包括船闸闸室、第一分流口、中支廊道、第二分流口、位于船闸闸室两侧的输水主廊道、分别设于输水主廊道上游和下游的充水阀门和泄水阀门，输水主廊道通过T型管与第一分流口的进口连通，第一分流口的出口通过中支廊道与第二分流口连通，其特征在于：还包括竖井，第二分流口通过竖井与位于上层的第三分流口连通，第三分流口与出水支廊道连通，出水支廊道与出水孔连通，出水孔上部设有消能盖板，第一分流口、中支廊道及第二分流口的高程与泄水阀门高程保持一致，第三分流口、出水支廊道、出水孔、消能盖板位于闸室底板层。

进一步的，第一分流口中设有分流隔板。

进一步的，水流从上游或上闸室通过布置在船闸闸室两侧的输水主廊道，经过充水阀门，至T型管后90°转弯进入闸室底板下方，在第一分流口处进行立体分流后，进入中支廊道；水流经中支廊道进入第二分流口，水流通过竖井到达上层的第三分流口，分流后进入出水支廊道，经出水孔，加消能盖板消能后进入船闸闸室。

本发明显著特点是闸室输水系统分层布置+闸室均匀输水+主廊道逐级向下，通过将第一、二分流口及中支廊道布置高程降低，增加了该区域的压力，从而可以解决其水流空化问题；第一、二分流口高程下降后不再占用闸底面积，可在闸底纵向贯通布置出水支廊道，不仅消除了闸室内独立的物理出流分区，也为水流在各隐性分区内的再平衡提供了条件，从而充分分散出流消减输水能量，优化闸室内船舶停泊条件，提高了船闸输水安全性及输水效率；不仅如此，主廊道布置也更为简洁，检修条件更好，它是对现有大型高水头船闸输水系统的重大创新。

附图说明

图1是本发明闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统起其中一个实施例的纵剖面图；

图2是本发明实施例中位于上层的闸室底板出水廊道层的平面图；

图3是本发明实施例中位于下层的第一分流口、第二分流口层的平面图；

图4是本发明实施例中充水阀门与输水主廊道的结构示意图；

图5是本发明实施例中T型管和第一分流口的结构示意图；

图6是本发明实施例中第二分流口、竖井和船闸闸室的纵向剖面图；

图7是本发明实施例中第二分流口、竖井、第三分流口、出水支廊道的纵向剖面图；

图8是本发明实施例中支廊道、第二分流口、出水支廊道的俯视剖面图。

图中：1—船闸闸室、2—输水主廊道、3—充水阀门、4—T型管、5—分流隔板、6—第一分流口、7—中支廊道、8—第二分流口、9—竖井、10—第三分流口、11—出水支廊道、12—出水孔、13—消能盖板、14—泄水阀门。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明实施例提供一种闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统，包括船闸闸室1、输水主廊道2、充水阀门3、T型管4、分流隔板5、第一分流口6、中支廊道7、第二分流口8、竖井9、第三分流口10、出水支廊道11、出水孔12、消能盖板13、泄水阀门14。

所述输水主廊道2位于船闸闸室1两侧，充水阀门3和泄水阀门14分别设于输水主廊道2的上游和下游，输水主廊道2通过T型管4与第一分流口6的进口连通，第一分流口6的出口通过中支廊道7与第二分流口8连通，第一分流口6中设有分流隔板5。

其中第一分流口6、中支廊道7及第二分流口8的高程与泄水阀门14高程保持一致，第二分流口8通过竖井9与位于上层的第三分流口10连通，第三分流口10与出水支廊道11连通，出水支廊道11与出水孔12连通，出水孔12上部设有消能盖板13，其中第三分流口10、出水支廊道11、出水孔12、消能盖板13位于闸室底板层。

水流从上游或上闸室通过布置在船闸闸室1两侧的输水主廊道2，经过充水阀门3，至T型管4后90°转弯进入闸室底板下方，在第一分流口6处进行立体分流后，进入中支廊道7。

进一步参阅图6-8，水流经中支廊道7进入第二分流口8，在第二分流口8处，采用竖井9连接上下两层，水流通过竖井9到达上层的第三分流口10，分流后进入出水支廊道11，经出水孔12，加消能盖板13消能后进入船闸闸室1。

本发明主要特点是，区别于传统输水系统结构特点，充水阀门3后输水主廊道2高程不需抬升至闸室底板高程面，可降至或保持与下游的泄水阀门14同高，之后与其连接的T型管4、第一分流口6、中支廊道7、第二分流口8高程均与泄水阀门14高程保持一致，而第三分流口10、出水支廊道11、出水孔12、消能盖板13仍保持位于闸室底板层不变，从而形成双层布置型式，同时采用竖井9对两层进行连接。

在高水头船闸运行过程中，对闸室进行充水时，常规体型中T型管、分流隔板、第一分流口等部位，常因流速过高导致压力过低而产生空化空蚀风险。采用本发明的输水系统型式，T型管4、第一分流隔板5、第一分流口6、第二分流口8等高程降低，压力可明显增高，空化问题可迎刃而解。竖井9不仅起到连接上下两层的作用，更重要的是水流经过竖井9调整均匀后，再进入上层第三分流口10，分流更为均匀，同时，第一分流口6、第二分流口8高程下降后不再占用闸底面积，可在闸底纵向贯通布置出水支廊道11和出水孔12(顶支孔或侧支孔)，从而充分分散出流消减输水能量，优化闸室内船舶停泊条件。

本发明区别于以往输水系统的主要特点是将经典的船闸输水系统中与出水支廊道11处于同一高程面的T型管4、第一分流口6、中支廊道7、第二分流口8的布置高程从闸室底板下降至泄水阀门14高程面，使布置于闸室底板的出水支廊道11和出水孔区域获得最大限度扩展，由此形成上下两层输水系统布置结构，在第二分流口8采用竖井9并增设第三分流口10将两层连接。

通过实施本发明，可带来如下有益效果：

1、T型管4、第一分流口6、第二分流口8等部位高程下降，埋深加大，压力增高，显著改善了T型管4、第一分流口6、第二分流口8的水流空化条件，彻底解决了高水头船闸第一分流口6的分流隔板墩头局部易于发生的空化空蚀问题；

2、第一分流口6、第二分流口8不再布置于闸室底板层，使出水孔区域获得最大限度扩展，出流进一步分散，有效改善闸室的停泊条件，保障船舶在充泄水过程中的停靠安全，并提高输水效率

3、T型管4、分流口等部位的高程下降，使主廊道布置更简洁，避免了主廊道的上下起伏及大底坡，检修条件大为改善。具体原理说明如下：首先，高水头船闸通过输水系统向闸室充水时，具有较高的能量，水流经过竖井时，可消耗部分能量，从而有效减小进入闸室的水流能量，改善闸室停泊条件；其次，通过降低第一、第二分流口和T型管布置高程，避免了第一、第二分流口占用闸室底板空间，从而可在上层闸室底板高程面整个闸室范围内充分布置出水支廊道和出水孔，保证出流更加分散、更加均匀，有效减小闸室内水流因出流不均形成的横向和纵向流动，从而改善船舶停泊条件；最后，处于较高流速的分流口等关键部位高程降低后，增大了背景压力，极大改善了上述部位的水流空化条件。

因此，本发明所设计的输水系统是高水头和超高水头船闸输水系统的重大创新，彻底改善了传统船闸输水系统T型管、分流口及闸室水流条件，解决了超高水头大型船闸闸室停泊条件难以满足设计要求的问题，提高了船闸输水安全性及输水效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统，包括船闸闸室(1)、第一分流口(6)、中支廊道(7)、第二分流口(8)、位于船闸闸室(1)两侧的输水主廊道(2)、分别设于输水主廊道(2)上游和下游的充水阀门(3)和泄水阀门(14)，输水主廊道(2)通过T型管(4)与第一分流口(6)的进口连通，第一分流口(6)的出口通过中支廊道(7)与第二分流口(8)连通，其特征在于：还包括竖井(9)，第二分流口(8)通过竖井(9)与位于上层的第三分流口(10)连通，第三分流口(10)与出水支廊道(11)连通，出水支廊道(11)与出水孔(12)连通，出水孔(12)上部设有消能盖板(13)，第一分流口(6)、中支廊道(7)及第二分流口(8)的高程与泄水阀门(14)高程保持一致，第三分流口(10)、出水支廊道(11)、出水孔(12)、消能盖板(13)位于闸室底板层。

2.如权利要求1所述的闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统，其特征在于：第一分流口(6)中设有分流隔板(5)。

3.如权利要求1所述的闸底纵向贯通式出水的船闸双层输水系统，其特征在于：水流从上游或上闸室通过布置在船闸闸室(1)两侧的输水主廊道(2)，经过充水阀门(3)，至T型管(4)后90°转弯进入闸室底板下方，在第一分流口(6)处进行立体分流后，进入中支廊道(7)；水流经中支廊道(7)进入第二分流口(8)，水流通过竖井(9)到达上层的第三分流口(10)，分流后进入出水支廊道(11)，经出水孔(12)，加消能盖板(13)消能后进入船闸闸室(1)。

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