CN218712801U - 用于集中输水系统的格栅消能结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于集中输水系统的格栅消能结构，包括消力格栅，所述消力格栅呈V字形布置，形成V型格栅。与传统水平格栅相比，当消力格栅采用本申请的V型格栅布置形式（呈V字形布置）时，水流由两侧格栅孔冲出后，两股水流在格栅上部对冲形成两对方向相反的漩涡，控制断面中部流速大于两侧流速，最大流速为0.69m/s，小于传统格栅布置形式时的最大流速（0.8m/s），消能效果明显，从而提高了闸室内船舶停泊的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及船闸输水系统的消能结构，尤其是涉及一种用于集中输水系统的格栅消能结构。
背景技术
船闸是帮助船舶（队）克服渠化工程上下游集中水位落差，顺利通过河道上的闸、坝的一种重要的通航建筑物，是国内外应用最为广泛、前景最为广阔的一种形式，在内河通航运输中占有不可替代的地位，它可以将河流各梯级间内河航道进行连接使其成为互相畅通的航线体系，其建设规模和水平决定了内河航运的通过能力。
船闸的灌泄水过程主要依赖输水系统来完成，是船闸结构中最为重要的系统之一，船闸输水系统历经几百年的发展历程，由最初较为简陋的输水系统发展到能够适应高水头的复杂输水系统。输水系统主要分为两大类：分散输水系统和集中输水系统。对于高水头的船闸，一般使用分散输水系统，分散输水系统结构布置较为复杂，主要体现在水力条件和消能结构等的复杂性。而对于中低水头的船闸，一般使用集中输水系统，集中输水系统布置型式较为简单，消能结构相对单一，目前运用较多的消能结构有消力槛、消力池和消力格栅等。
对于中低水头的船闸，集中输水系统消能结构简单，格栅采用水平布置，水流经过格栅孔的分流进行消能，即通过格栅的分流作用使水流分布更加均匀，以此来提高船舶停泊的稳定性。由于消能效率有限，当设计水头偏大时，输水过程中船舶停泊条件较差；但选用分散输水系统又将增加船闸结构复杂性，提高了施工工程量和造价，且有可能造成工程浪费。
发明内容
本实用新型目的在于针对集中输水系统消能效果有限的问题，提供一种用于集中输水系统的格栅消能结构，以提高集中输水系统消能工的消能效果。
为实现上述目的，本实用新型可采取下述技术方案：
本实用新型所述的用于集中输水系统的格栅消能结构，包括消力格栅，所述消力格栅呈V字形布置，形成V型格栅；输水廊道流出的水体首先经V型格栅分流成左右两股水流，两股水流由两侧的格栅孔喷出后对冲，使水流在摩擦、剪切等左右下充分消能，从而提高了闸室内船舶停泊的安全性。
所述V型格栅的倾角θ为45°±5°，其上开设的格栅孔倾斜布设（格栅孔中心线与侧壁垂直）；可使出流孔的有效断面面积增大，既不会影响出流效率，还能够保证灌泄水时间满足设计要求。
所述V型格栅上的格栅孔两排排列布设，与单排孔格栅相比，能充分实现水流的分流，又能使分流后水流对冲消能；下侧格栅孔的长度大于上侧格栅孔的长度，由于下侧水流对冲强度较强，下侧格栅孔长度大于上侧能够在充分消能的前提下保证泄水速度。
所述V型格栅上的格栅孔自闸首中轴线向两边墩方向逐渐加宽；由于水流从左右两侧输水廊道流出后在闸首中部对冲，会向上雍起，靠近闸首中轴线附近的水流竖向流速较大，故将格栅孔中间部分加密，可使格栅消能的针对性更强，消能效果更好。
所述V型格栅的顶高程应低于船闸设计最低通航水位2m以上；由于V型格栅孔有足够的淹没水深，可使对冲后格栅孔处的水面更加平稳，增大了对冲消能效率。
所述V型格栅的底部和两侧端部均修圆处理；能有效防止水流在流动过程中在局部区域因压力骤降而产生的空蚀现象，从而提高了消能结构的耐久性。
本实用新型设计的V型格栅与传统水平格栅相比，其有益效果在于：
（1）水流经V型格栅流出后对冲，两股水流形成强烈紊动、掺混消能；
（2）格栅孔中间部分窄，靠近闸首边墩处宽，对由输水廊道流出对冲后在闸首中轴线处雍起的水流消能效果更好，消能更具有针对性，消能效率更高；
（3）格栅位于水下一定深度处，出口处水面更加平稳且消能效果更好；
（4）水流在V型格栅端部与两侧墙壁之间形成强剪切作用，形成涡漩消能。
附图说明
图1是采用本实用新型格栅消能结构的集中输水系统平面布置图。
图2是图1中A-A向剖视图。
图3是图2中V型格栅的大样图。
图4是传统集中输水系统的平面布置图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做更加清楚、完整地描述，以便于本领域技术人员的理解。显然，所描述的实施例并不能限制本申请的保护范围，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
本实施例中船闸的闸室有效尺度为280m × 34m，闸首有效尺度为60 m×41 m，设计水头为12.5 m，设计充水时间为10 min。经过计算，阀门控制断面取2×4×5 = 40 m2，双排孔V型格栅淹没水深为5.25 m（设计最低通航水位-V型格栅顶高程）。
如果将消力格栅按传统方式布置，即格栅水平布置，整体的集中输水系统如图4所示，包括进水口格栅，输水阀门、输水廊道、分流导墙、消力槛和水平布置的消力格栅，其中格栅孔宽度保持一致，均为1.5m，水流经过格栅孔的分流作用进行消能，通过格栅分流作用后水流分布更加均匀，以此来提高船舶停泊的稳定性。
如果将消力格栅按本申请的方式布置，即呈V字形布置，形成V型格栅，则整体输水系统包括进水口格栅1（采用传统格栅型式），输水阀门2、输水廊道3、分流导墙4、消力槛5、呈V字形布置的V型格栅6和V型格栅支撑墩（兼分流导墙）7，如图1-3所示。
为在相同设计参数下提高消能工的消能效率，改善消能效果，本申请的V型格栅6的倾角θ设计为45°±5°（为保证其消能效果，其倾角最佳为45°），将格栅孔6.1采用双排布置，下侧格栅孔的长度L 1 为1.3 m，上侧格栅孔的长度L 2 为1.1 m，格栅厚度b为1 m，格栅两端圆角R 1 = R 2 = 0.7 m，R 3 = 1.2 m；将位于闸首中轴线处的一列格栅孔6.1的宽度设计为0.5 m，靠近边墩处两列格栅孔6.1的宽度设计为1m，即格栅孔1.1的宽度由中轴线向边墩方向逐渐加宽。
为对比本申请和传统布置方式的消能特性，取格栅以上5 m处的水平断面为控制断面，对控制断面流速分布进行比较：
当消力格栅采用传统格栅布置形式（如图4所示水平布置）时，断面处流速分布比较均匀，各处流线近似平行，断面最大流速为0.8 m/s；
当消力格栅采用本申请的V型格栅布置形式（呈V字形布置）时，水流由两侧格栅孔6.1冲出后，两股水流在格栅上部对冲形成两对方向相反的漩涡，控制断面中部流速大于两侧流速，最大流速为0.69m/s，小于传统格栅布置形式时的最大流速（0.8m/s），消能效果明显。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制。尽管上述优选实施例已经对本申请进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出多种的改变，应用到具体案例中时应通过数值计算和物理模型试验确定最优的布置型式参数。
Claims (5)
1.一种用于集中输水系统的格栅消能结构，包括消力格栅，其特征在于：所述消力格栅呈V字形布置，形成V型格栅；所述V型格栅的倾角θ为45°±5°，其上开设的格栅孔倾斜布设。
2.根据权利要求1所述的用于集中输水系统的格栅消能结构，其特征在于：所述V型格栅上的格栅孔两排排列布设，下侧格栅孔的长度大于上侧格栅孔的长度。
3.根据权利要求1所述的用于集中输水系统的格栅消能结构，其特征在于：所述V型格栅上的格栅孔自闸首中轴线向两边墩方向逐渐加宽。
4.根据权利要求1所述的用于集中输水系统的格栅消能结构，其特征在于：所述V型格栅的顶高程低于船闸设计最低通航水位至少2m。
5.根据权利要求1所述的用于集中输水系统的格栅消能结构，其特征在于：所述V型格栅的底部和两侧端部均修圆处理。
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