專利名稱：減免大水位變幅高水頭船閘閥門空化的組合通氣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減免高水頭船閘閥門空化的組合通氣方法，具體 的說是一種減免大水位變幅高水頭船閘閥門空化的組合通氣方法。
技術(shù)背景隨著航運事業(yè)的發(fā)展和閥門研究水平的提高，船閘建設(shè)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29.0m，樂灘船閘的水頭為29. lm，銀盤 船閘的水頭達36.46m，而三峽船閘的最大級水頭更是高達45.2m。這 些高水頭船閘主要集中在我國西部河流之上，受西部河流水量及水位 隨季節(jié)變化大，河勢狹窄等特點的影響，多數(shù)高水頭船閘的運行水位 變幅一般均較大，例如大化和樂灘船閘的下游水位變幅分別達到 10. 4m和10. 7m，而銀盤船閘的下游水位變幅則達14. 88m。就船閘而言，輸水閥門被喻為它的咽喉，其閥門段空化一直是船 閘單項技術(shù)設(shè)計的焦點。當(dāng)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(guān)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(fù)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(xiàn)空化。自20世紀(jì)80年代以來，我國針對不斷興建的高水頭船閘，結(jié)合 國內(nèi)外船閘運行經(jīng)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(shù)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(fù)雜的閥門段廊道體型并適當(dāng)加大 閥門段埋設(shè)深度，同時結(jié)合各種通氣措施來解決高水頭船閘閥門空化 問題，但復(fù)雜的閥門段廊道體型及加大閥門段埋設(shè)深度勢必大大增加 工程量和施工難度，同時廊道頂自然通氣措施無法適應(yīng)大水位變幅的 條件。因而，如何在確保安全的前提下，通過較為簡單且經(jīng)濟的措施 解決我國西部山區(qū)河流大水位變幅高水頭船閘的閥門空化難題，己成 為建設(shè)、設(shè)計和科研人員非常關(guān)注的一個問題，而國內(nèi)外在此方面鮮 有成功案例可供借鑒。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點， 提出一種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大水位變幅高水頭船閘閥門空化的組合 通氣方法。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是減免大水位變幅高水頭船閘閥門空化的組合通氣方法，采用"平 頂廊道體型+小淹沒水深+門楣自然通氣+廊道頂自然通氣"的組合 通氣方法，即采用最簡單的等斷面平頂型式閥門段廊道體型和較淺的 閥門段廊道埋設(shè)深度，保證船閘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(dāng)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。閥門段埋設(shè)深度以最大水頭下閥門后廊道頂出現(xiàn)-5. 0 -7. 0m水 柱負壓這一原則確定，但最大為-10. 0m水柱。門楣通氣管布置在門楣處沿廊道寬度方向設(shè)置一排間距為6 10cm，直徑2cm左右的通氣支孔，通氣支孔與布置在門楣下游閘墻內(nèi) 的與廊道等寬的通氣橫管連接，在通氣橫管中部設(shè)置通氣主管直至閘 頂。廊道頂通氣管布置在輸水閥門后0. 5 1. 0倍廊道高度距離處 廊道頂部沿廊道寬度方向設(shè)置通氣管直至閘頂。本發(fā)明的優(yōu)點是U)通過采用等斷面平頂廊道體型，簡化了閥門 段廊道結(jié)構(gòu)，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；(2)通過采用較淺的閥門段埋設(shè) 深度，降低了工程量，節(jié)約了工程投資；(3)根據(jù)門楣自然通氣適應(yīng)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(shè)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(dāng)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。閥門防空化設(shè)計一直是船閘設(shè)計中的一項難題，它直接關(guān)系到工 程的安全運行，本項發(fā)明的有效性已經(jīng)船閘實際運行效果驗證，而且 結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，顯著節(jié)約了工程投資，提高了工程安全性，具 有很好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的閥門段廊道體型示意圖。圖2是本發(fā)明的門楣通氣細部布置示意圖。圖3是本發(fā)明的門楣通氣與否空化噪聲強度對比圖。圖4是本發(fā)明的門楣通氣與否空化噪聲功率譜圖。圖5是本發(fā)明的門楣通氣與否空化噪聲聲壓對比圖。圖6是本發(fā)明的廊道頂通氣與否空化噪聲強度對比圖。圖7是本發(fā)明的原型不同水頭下的門楣通氣量過程線。圖8是本發(fā)明的原型不同水頭下的廊道頂通氣量過程線。圖9是本發(fā)明的原型高水頭下閥門開啟過程中噪聲強度過程線。圖10是本發(fā)明的原型低水頭下閥門開啟過程中噪聲強度過程線。
具體實施方式
實施例一減免大水位變幅高水頭船閘閥門空化的組合通氣方法，采用"平 頂廊道體型+小淹沒水深+門楣自然通氣+廊道頂自然通氣"的組合 通氣方法，閥門段廊道體型如圖l所示，閥門段廊道體型采用最簡單 的等斷面平頂型式，采用5.0m這一較淺的閥門段廊道埋設(shè)深度，保 證船閘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(shè)有通氣支孔3，通氣支孔與門楣下游閘墻內(nèi)的通氣 橫管4連接，通氣橫管中部設(shè)置門楣通氣管l直至閘頂，將廊道頂自 然通氣作為門楣通氣措施的補充手段，即在閥門后廊道頂部設(shè)有通氣 管2，利用門楣及廊道頂聯(lián)合通氣充分抑制空化；當(dāng)水位組合變化水 頭降低時，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。圖2為本發(fā)明的門楣體型，這個體型是在l: 1門楣切片模型試驗下，通過對不同門楣體型的通氣量、通氣范圍、通氣穩(wěn)定性及通氣 情況下的縫隙過流量的監(jiān)測及分析，最終優(yōu)化得來的。圖3、圖4、圖5、圖6為實測的空化噪聲，這些數(shù)據(jù)是在減壓 模型下，通過布置在閥門段的水聽器監(jiān)測水流噪聲，采用先進的高速 瞬態(tài)波形采集分析系統(tǒng)采集和處理噪聲信號而得。圖7和圖8分別為實測的不同水頭下的門楣通氣量過程線和廊道 頂通氣量過程線，該數(shù)據(jù)是在本發(fā)明的原型中，采用布置在閘頂?shù)拈T 楣通氣管和廊道頂通氣管處的風(fēng)速儀，通過所測得的風(fēng)速進而計算得 到的。圖9和圖10分別為實測的高水頭和低水頭下的閥門開啟過程中 監(jiān)測得到的噪聲強度過程線，該數(shù)據(jù)是在本發(fā)明的原型中，采用布置 在閥門段的水聽器監(jiān)測水流噪聲，采用先進的高速瞬態(tài)波形采集分析 系統(tǒng)采集和處理噪聲信號而得。根據(jù)試驗和原型觀測結(jié)果本發(fā)明所采用的門楣及廊道頂自然通 氣的工程措施較好地解決了大水位變幅高水頭船閘的閥門空化難題， 原型各種水位組合下均未監(jiān)測到閥門底緣空化噪聲，闊門工作條件較 好。并且與三峽、葛洲壩、水頭、五強溪等高水頭船閘相比，采用的 等斷面平頂廊道體型使得閥門段廊道結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，且廊道埋 設(shè)深度較淺，極大地減少了開挖量，大大地節(jié)約了工程投資。上述設(shè)計方案只是本發(fā)明中的一個實施例。根據(jù)工程實際情況的 不同，本發(fā)明還可以有其它實施方案。只要采用等斷面的平頂廊道體 型、較淺的閥門段廊道埋設(shè)深度和門楣及廊道頂通氣的管路布置，但 對其中的廊道尺寸、埋設(shè)深度進行局部修改，門楣體型進行一些優(yōu)化、 通氣管路的布置進行適當(dāng)調(diào)整的技術(shù)方案均落在本發(fā)明要求的保護 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.減免大水位變幅高水頭船閘閥門空化的組合通氣方法，其特征在于采用等斷面平頂型式閥門段廊道體型和較淺的閥門段廊道埋設(shè)深度，保證船閘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(dāng)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。
2. 如權(quán)利要求1所述的減免大水位變幅高水頭船閘閥門空化的 組合通氣方法，其特征在于閥門段埋設(shè)深度以最大水頭下閥門后廊 道頂出現(xiàn)-5.0 -7.0m水柱負壓這一原則確定，但最大為-10.0m水 柱。
3. 如權(quán)利要求1所述的減免大水位變幅高水頭船閘閥門空化的 組合通氣方法，其特征在于在門楣處沿廊道寬度方向設(shè)置一排間距 為6 10cm，直徑2cm的通氣支孔，通氣支孔與布置在門楣下游閘墻 內(nèi)的與廊道等寬的通氣橫管連接，在通氣橫管中部設(shè)置通氣主管直至閘頂。
4. 如權(quán)利要求1或3所述的減免大水位變幅高水頭船閘閥門空 化的組合通氣方法，其特征在于在輸水閥門后0.5 1.0倍廊道高 度距離處廊道頂部沿廊道寬度方向設(shè)置通氣管直至閘頂。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減免高水頭船閘閥門空化的組合通氣方法，是一種減免大水位變幅高水頭船閘閥門空化的組合通氣方法，采用最簡單的等斷面平頂型式閥門段廊道體型和較淺的閥門段廊道埋設(shè)深度，設(shè)計中保證船閘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(dāng)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。本發(fā)明可以較好地解決大水位變幅高水船閘閥門的空化難題，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E02B8/06GK101603307SQ20091003191
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者嚴(yán)秀俊, 凌國增, 宣國祥, 君 李, 胡亞安 申請人:水利部交通部電力工業(yè)部南京水利科學(xué)研究院