專利名稱：適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能夠減免高水頭船閘閥門空化并同時適應閘室船舶停泊條件的結構，具體的說是一種適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構。
背景技術：
隨著航運事業(yè)的發(fā)展和閥門研究水平的提高，船閘建設逐步向高水頭發(fā)展。我國目前已建、在建的水頭超過20m的船閘已超過五十多座，其中大化船閘的水頭為四.Om, 樂灘船閘的水頭為29. lm，銀盤船閘的水頭達35. 12m，而三峽船閘的最大級水頭更是高達 45. 2m。就船閘而言，輸水閥門被喻為它的咽喉，其閥門段輸水廊道空化一直是船閘單項技術設計的焦點。當船閘水頭超過20m時，更是會帶來一系列的高速水流問題，給工程帶來極大的危害，尤以閥門及其廊道段的空化空蝕問題最為突出，直接關系到船閘的安全正常運行。對于閥門后較簡單的平頂或頂擴廊道體型，空化有兩類一是閥門底緣空化，二是門楣縫隙空化。對于較復雜的門后突擴廊道體型，除底緣空化和門楣空化外，還可能發(fā)生跌坎空化、升坎空化。此外位于閥門上下游的檢修門井的門槽也可能出現空化。自20世紀80年代以來，我國針對不斷興建的高水頭船閘，結合國內外船閘運行經驗，采取了多種措施抑制閥門空化，取得了顯著的效果。其主要措施包括兩方面，一是主動防護措施，從提高閥門底緣空化數的角度出發(fā)，主動避免空化發(fā)生，如快速開啟閥門、增大閥門處廊道淹沒水深、優(yōu)化閥門段廊道體型(突擴體型)等；另一方面是被動防護措施，即在有空化發(fā)生的情況下，采用通氣方式(門楣通氣、廊道頂通氣、跌坎通氣、升坎通氣等)減弱空化潰滅沖擊壓力，達到保護閥門段廊道邊界免遭空蝕破壞的目的。通常情況下，工程中常采用較復雜的閥門段廊道體型并適當加大閥門段埋設深度，同時結合各種通氣措施來解決高水頭船閘閥門空化問題。但復雜的閥門段廊道體型及加大閥門段埋設深度勢必大大增加工程量和施工難度，同時隨著船間水頭的增大，閥門段輸水廊道內的壓力也隨之逐步降低，從而為解決閥門空化問題所采用的各種通氣措施帶來的通氣量將隨之增大，大量的空氣將隨著水流一同進入船閘閘室，并將在閘室內輸水廊道順水流方向第一個頂部出水孔處(對于采用側向出水孔的輸水廊道，氣體則聚集在間室內輸水廊道頂部不易逸出)集中逸出，使得間室內的水流條件變得十分復雜，對停泊在間室內的船舶的安全將帶來較大的隱患。已建成的樂灘船閘在原型調試階段就發(fā)現了由于通氣量較大而帶來的間室充水初期大量摻氣水流集中出現在間室中部(間室內輸水廊道順水流方向第一個頂部出水孔上方)的問題，雖然經試驗確定對船舶停泊影響較小，但從感官上仍使船上人員產生了一定的不安全感。因而，如何在確保閘室內停泊船舶安全的前提下，通過較為簡單且經濟的措施解決高水頭船閘的閥門空化難題，已成為建設、設計和科研人員非常關注的一個問題，而國內外在此方面鮮有成功案例可供借鑒。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對以上現有技術存在缺點，提出一種既能夠適應閘室內船舶停泊條件，同時又可降低閥門段廊道施工難度，方便閥門段廊道檢修，節(jié)約工程投資，降低運行成本的減免高水頭船閘閥門空化的結構。本實用新型解決以上技術問題的技術方案是提供一種適應閘室船舶停泊條件的高水頭船間組合通氣結構，包括輸水閥門、輸水廊道和間室內輸水廊道，在所述間室內輸水廊道中設有多個相互平行的消能蓋板，所述輸水閥門門楣處設有通向間頂的通氣組件，在所述通氣組件下游還設有通向間頂廊道頂通氣管；所述輸水閥門下游的輸水廊道底部為平底，頂部呈逐漸提升的上坡；在所述間室內輸水廊道沿水流方向第一個頂部出水孔上方還設置有一塊帶有小孔的消能蓋板。本實用新型采用較為簡單的頂部漸擴平底型式閥門段廊道體型和較淺的閥門段廊道埋設深度，保證船間高水頭運行時廊道頂有一定負壓，以門楣自然通氣作為基本措施， 將廊道頂自然通氣作為門楣自然通氣措施的補充手段，利用門楣及廊道頂聯(lián)合通氣充分抑制空化，當水位組合發(fā)生變化水頭降低，廊道頂負壓消失而不能自然通氣時，則通過門楣自然通氣解決閥門底緣空化問題；采用遠距離的檢修門井布置，避免空氣從檢修門井進入輸水廊道而影響到間室內的船舶停泊條件；在間室內輸水廊道順水流方向第一個頂部出水孔頂部設置排氣式消能蓋板，使摻氣水流能夠較為分散地、平穩(wěn)地進入到間室，以減少摻氣水流對閘室內停泊船舶的影響。本實用新型進一步限定的技術方案是前述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，所述通氣組件由一排間距為6 10cm、直徑1 3cm的通氣支孔、通氣橫管和門楣通氣管組成，所述通氣支孔與布置在所述門楣下游間墻內的所述通氣橫管連接， 在所述通氣橫管中部設置所述門楣通氣管直至閘頂。前述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，所述廊道頂通氣管與所述輸水閥門的距離為0. 5 1倍的輸水閥門處所述輸水廊道的高度。前述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，所述輸水廊道頂部的上坡坡度范圍在1:10 1:20之間，水平長度應盡量接近閥門井與閥門后檢修門井之間的距離，閥門井與檢修門井之間的距離應為7 10倍的閥門處輸水廊道的高度。進一步的，前述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，其特征在于所述消能蓋板為U形或矩形的混凝土或鋼制板，所述消能蓋板上的小孔為圓形或矩形， 所述小孔總面積在所述閘室內輸水廊道內出水孔面積的1 1. 5倍之間，消能蓋板頂部的最小淹沒水深應大于等于船閘的檻上水深。前述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，所述輸水閥門處的閥門井與所述輸水閥門下游的檢修門井之間的距離應為7 10倍所述輸水閥門處輸水廊道的高度。本實用新型的優(yōu)點是(1)通過采用頂部漸擴平底廊道體型，簡化了閥門段廊道結構，降低了閥門段廊道的施工難度，方便了閥門段廊道檢修，從而可節(jié)約工程投資并降低運行成本，同時可使避免了門后輸水廊道頂部有氣體聚集；(2)通過采用較淺的閥門段埋設深度，降低了工程量，節(jié)約了工程投資；(3)根據門楣自然通氣適應范圍廣及通氣效果好的特點，將廊道頂自然通氣作為門楣自然通氣措施的補充手段，設計中在高水頭作用下保證廊道頂有一定負壓，利用門楣及廊道頂聯(lián)合通氣充分抑制空化；當水位組合變化水頭降低，廊道頂負壓消失而不能自然進氣時，則單純依靠門楣自然通氣解決閥門底緣空化問題; (4)采用遠距離的檢修門井布置，保證閥門開啟過程中門后低壓區(qū)無法延伸至檢修門井，從而避免空氣從檢修門井進入輸水廊道以至于影響到閘室內的船舶停泊條件；(5)在閘室內輸水廊道順水流方向第一個頂部出水孔頂部設置排氣式消能蓋板，使摻氣水流能夠較為分散地、平穩(wěn)地進入到閘室，降低了水流的紊動強度，從而減少了摻氣水流對閘室內停泊船舶的影響。閥門防空化設計一直是船閘設計中的一項難題，通氣減蝕是解決閥門空化的一項有效措施，但如何保證通氣后進入到間室內的摻氣水流不對船舶的停泊安全產生影響，是科研與設計人員十分關注的焦點。本實用新型有效地解決了上述難題，而且結構簡單、施工方便，顯著節(jié)約了工程投資，并提高了工程安全性，具有很好的應用前景。

圖1是本實用新型的整體平面布置示意圖。圖2為圖1中閥門段廊道體型示意圖。圖3是本實用新型的門楣通氣細部布置示意圖。圖4是本實用新型的排氣式消能蓋板布置示意圖。
具體實施方式
實施例1本實施例是一種適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，輸水閥門后段的輸水廊道采用“頂部漸擴平底廊道體型+小淹沒水深+門楣自然通氣+廊道頂自然通氣+遠距離檢修門井布置”和間室內輸水廊道順水流方向第一個頂部出水孔采用“頂部設置排氣式消能蓋板”的方法，其結構如圖1至圖4所示，主要包括輸水閥門1、輸水廊道2和閘室內輸水廊道3，在閘室內輸水廊道中設有多個相互平行的消能蓋板4，輸水閥門門楣5 處設有通向閘頂的通氣組件，在通氣組件下游還設有通向閘頂廊道頂通氣管6 ；輸水閥門下游的輸水廊道2底部為平底，頂部呈逐漸提升的上坡，上坡坡度范圍在1 10 1 20之間；在間室內輸水廊道3沿水流方向第一個頂部出水孔上方還設置有一塊帶有小孔的消能蓋板7，消能蓋板為U形的鋼制板，消能蓋板上的小孔為圓形，所述小孔總面積在所述閘室內輸水廊道內出水孔面積的1 1. 5倍之間，消能蓋板頂部的最小淹沒水深應大于等于船閘的檻上水深。閥門段廊道體型采用較為簡單的底部為平底、頂部為漸擴的型式，采用5. Om這一較淺的閥門段廊道埋設深度，保證船間高水頭運行時廊道頂有較大負壓，以門楣自然通氣作為基本措施，即在門楣處設有通氣支孔8，通氣支孔8與門楣下游閘墻內的通氣橫管9連接，通氣橫管中部設置門楣通氣管10直至間頂，將廊道頂自然通氣作為門楣通氣措施的補充手段，利用門楣及廊道頂聯(lián)合通氣充分抑制空化；當水位組合變化水頭降低，廊道頂負壓消失而不能自然通氣時，則通過門楣自然通氣解決閥門底緣空化問題，輸水閥門處的閥門井11與所述輸水閥門下游的檢修門井12之間的距離應為7 10倍輸水閥門處輸水廊道的高度。[0024]根據試驗和原型觀測結果本實用新型所采用的門楣及廊道頂自然通氣以及排氣式消能蓋板的工程措施較好地解決了高水頭船閘的閥門空化及通氣后所帶來的閘室內停泊條件惡化的難題，原型各種水位組合下均未監(jiān)測到閥門底緣空化噪聲，閥門工作條件較好，閘室內水流流態(tài)較為平穩(wěn)，船舶停泊條件滿足要求。并且與三峽、葛洲壩、水頭、五強溪等高水頭船間相比，采用的頂部漸擴的廊道體型使得閥門段廊道結構簡單，施工方便，且廊道埋設深度較淺，極大地減少了開挖量，大大地節(jié)約了工程投資。本實用新型還可以有其它實施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求保護的范圍之內。
權利要求1.一種適應間室船舶停泊條件的高水頭船間組合通氣結構，包括輸水閥門、輸水廊道和閘室內輸水廊道，在所述間室內輸水廊道中設有多個相互平行的消能蓋板，其特征在于 所述輸水閥門門楣處設有通向間頂的通氣組件，在所述通氣組件下游還設有通向間頂廊道頂通氣管；所述輸水閥門下游的輸水廊道底部為平底，頂部呈逐漸提升的上坡；在所述閘室內輸水廊道沿水流方向第一個頂部出水孔上方還設置有一塊帶有小孔的消能蓋板。
2.根據權利要求1所述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，其特征在于所述通氣組件由一排間距為6 10cm、直徑1 3cm的通氣支孔、通氣橫管和門楣通氣管組成，所述通氣支孔與布置在所述門楣下游間墻內的所述通氣橫管連接，在所述通氣橫管中部設置所述門楣通氣管直至閘頂。
3.根據權利要求1所述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，其特征在于所述廊道頂通氣管與所述輸水閥門的距離為0. 5 1倍的輸水閥門處所述輸水廊道的高度。
4.根據權利要求1所述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，其特征在于所述輸水廊道頂部的上坡坡度范圍在1:10 1:20之間。
5.根據權利要求1所述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，其特征在于所述消能蓋板為U形或矩形的混凝土或鋼制板，所述消能蓋板上的小孔為圓形或矩形，所述小孔總面積在所述閘室內輸水廊道內出水孔面積的1 1. 5倍之間，消能蓋板頂部的最小淹沒水深應大于等于船閘的檻上水深。
6.根據權利要求1所述的適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，其特征在于所述輸水閥門處的閥門井與所述輸水閥門下游的檢修門井之間的距離應為7 10倍所述輸水閥門處輸水廊道的高度。
專利摘要本實用新型公開一種適應閘室船舶停泊條件的高水頭船閘組合通氣結構，包括輸水閥門、輸水廊道和閘室內輸水廊道，在所述閘室內輸水廊道中設有多個相互平行的消能蓋板，所述輸水閥門門楣處設有通向閘頂的通氣組件，在所述通氣組件下游還設有通向閘頂廊道頂通氣管；所述輸水閥門下游的輸水廊道底部為平底，頂部呈逐漸提升的上坡；在所述閘室內輸水廊道沿水流方向第一個頂部出水孔上方還設置有一塊帶有小孔的消能蓋板。本實用新型可以較好地解決高水船閘閥門的空化及采用通氣措施后帶來的閘室內船舶停泊條件惡化的難題，可降低閥門段廊道施工難度，方便閥門段廊道檢修，節(jié)約工程投資并降低運行成本。
文檔編號E02C1/06GK202157316SQ201120271460
公開日2012年3月7日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權日2011年7月28日
發(fā)明者嚴秀俊, 凌國增, 宣國祥, 李中華, 李云, 李君 , 胡亞安, 薛淑 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院