专利名称：减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法
技术领域：
本发明涉及一种减免高水头船闸阀门空化的组合通气方法，具体 的说是一种减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法。
技术背景随着航运事业的发展和阀门研究水平的提高，船闸建设逐步向高水头发展。我国目前已建、在建的水头超过20m的船闸已超过五十多 座，其中大化船闸的水头为29.0m，乐滩船闸的水头为29. lm，银盘 船闸的水头达36.46m，而三峡船闸的最大级水头更是高达45.2m。这 些高水头船闸主要集中在我国西部河流之上，受西部河流水量及水位 随季节变化大，河势狭窄等特点的影响，多数高水头船闸的运行水位 变幅一般均较大，例如大化和乐滩船闸的下游水位变幅分别达到 10. 4m和10. 7m，而银盘船闸的下游水位变幅则达14. 88m。就船闸而言，输水阀门被喻为它的咽喉，其阀门段空化一直是船 闸单项技术设计的焦点。当船闸水头超过20m时，更是会带来一系列 的高速水流问题，给工程带来极大的危害，尤以阀门及其廊道段的空 化空蚀问题最为突出，直接关系到船闸的安全正常运行。对于阀门后 较简单的平顶或顶扩廊道体型，空化有两类 一是阀门底缘空化，二 是门楣缝隙空化。对于较复杂的门后突扩廊道体型，除底缘空化和门 楣空化外，还可能发生跌坎空化、升坎空化。此外位于阀门上下游的 检修门井的门槽也可能出现空化。自20世纪80年代以来，我国针对不断兴建的高水头船闸，结合 国内外船闸运行经验，采取了多种措施抑制阀门空化，取得了显著的效果。其主要措施包括两方面， 一是主动防护措施，从提高阀门底缘 空化数的角度出发，主动避免空化发生，如快速开启阀门、增大阀门 处廊道淹没水深、优化阀门段廊道体型(突扩体型)等；另一方面是 被动防护措施，即在有空化发生的情况下，采用通气方式(门楣通气、 廊道顶通气、跌坎通气、升坎通气等)减弱空化溃灭冲击压力，达到 保护阀门段廊道边界免遭空蚀破坏的目的。通常情况下，工程中常采用较复杂的阀门段廊道体型并适当加大 阀门段埋设深度，同时结合各种通气措施来解决高水头船闸阀门空化 问题，但复杂的阀门段廊道体型及加大阀门段埋设深度势必大大增加 工程量和施工难度，同时廊道顶自然通气措施无法适应大水位变幅的 条件。因而，如何在确保安全的前提下，通过较为简单且经济的措施 解决我国西部山区河流大水位变幅高水头船闸的阀门空化难题，己成 为建设、设计和科研人员非常关注的一个问题，而国内外在此方面鲜 有成功案例可供借鉴。 发明内容本发明所要解决的技术问题是针对以上现有技术存在的缺点， 提出一种可降低阀门段廊道施工难度，方便阀门段廊道检修，节约工 程投资，降低运行成本的减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合 通气方法。本发明解决以上技术问题的技术方案是减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法，采用"平 顶廊道体型+小淹没水深+门楣自然通气+廊道顶自然通气"的组合 通气方法，即采用最简单的等断面平顶型式阀门段廊道体型和较浅的 阀门段廊道埋设深度，保证船闸高水头运行时廊道顶有一定负压，以 门楣自然通气作为基本措施，将廊道顶自然通气作为门楣自然通气措施的补充手段，利用门楣及廊道顶联合通气充分抑制空化；当水位组 合变化水头降低，廊道顶负压消失而不能自然通气时，则通过门楣自 然通气解决阀门底缘空化问题。阀门段埋设深度以最大水头下阀门后廊道顶出现-5. 0 -7. 0m水 柱负压这一原则确定，但最大为-10. 0m水柱。门楣通气管布置在门楣处沿廊道宽度方向设置一排间距为6 10cm，直径2cm左右的通气支孔，通气支孔与布置在门楣下游闸墙内 的与廊道等宽的通气横管连接，在通气横管中部设置通气主管直至闸 顶。廊道顶通气管布置在输水阀门后0. 5 1. 0倍廊道高度距离处 廊道顶部沿廊道宽度方向设置通气管直至闸顶。本发明的优点是U)通过采用等断面平顶廊道体型，简化了阀门 段廊道结构，降低了阀门段廊道的施工难度，方便了阀门段廊道检修， 从而可节约工程投资并降低运行成本；(2)通过采用较浅的阀门段埋设 深度，降低了工程量，节约了工程投资；(3)根据门楣自然通气适应范 围广及通气效果好的特点，将廊道顶自然通气作为门楣自然通气措施 的补充手段，设计中在高水头作用下保证廊道顶有一定负压，利用门 楣及廊道顶联合通气充分抑制空化；当水位组合变化水头降低，廊道 顶负压消失而不能自然进气时，则单纯依靠门楣自然通气解决阀门底 缘空化问题。阀门防空化设计一直是船闸设计中的一项难题，它直接关系到工 程的安全运行，本项发明的有效性已经船闸实际运行效果验证，而且 结构简单、施工方便，显著节约了工程投资，提高了工程安全性，具 有很好的应用前景。
图1是本发明的阀门段廊道体型示意图。图2是本发明的门楣通气细部布置示意图。图3是本发明的门楣通气与否空化噪声强度对比图。图4是本发明的门楣通气与否空化噪声功率谱图。图5是本发明的门楣通气与否空化噪声声压对比图。图6是本发明的廊道顶通气与否空化噪声强度对比图。图7是本发明的原型不同水头下的门楣通气量过程线。图8是本发明的原型不同水头下的廊道顶通气量过程线。图9是本发明的原型高水头下阀门开启过程中噪声强度过程线。图10是本发明的原型低水头下阀门开启过程中噪声强度过程线。
具体实施方式
实施例一减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法，采用"平 顶廊道体型+小淹没水深+门楣自然通气+廊道顶自然通气"的组合 通气方法，阀门段廊道体型如图l所示，阀门段廊道体型采用最简单 的等断面平顶型式，采用5.0m这一较浅的阀门段廊道埋设深度，保 证船闸高水头运行时廊道顶有较大负压，以门楣自然通气作为基本措 施，即在门楣处设有通气支孔3，通气支孔与门楣下游闸墙内的通气 横管4连接，通气横管中部设置门楣通气管l直至闸顶，将廊道顶自 然通气作为门楣通气措施的补充手段，即在阀门后廊道顶部设有通气 管2，利用门楣及廊道顶联合通气充分抑制空化；当水位组合变化水 头降低时，廊道顶负压消失而不能自然通气时，则通过门楣自然通气 解决阀门底缘空化问题。图2为本发明的门楣体型，这个体型是在l: 1门楣切片模型试验下，通过对不同门楣体型的通气量、通气范围、通气稳定性及通气 情况下的缝隙过流量的监测及分析，最终优化得来的。图3、图4、图5、图6为实测的空化噪声，这些数据是在减压 模型下，通过布置在阀门段的水听器监测水流噪声，采用先进的高速 瞬态波形采集分析系统采集和处理噪声信号而得。图7和图8分别为实测的不同水头下的门楣通气量过程线和廊道 顶通气量过程线，该数据是在本发明的原型中，采用布置在闸顶的门 楣通气管和廊道顶通气管处的风速仪，通过所测得的风速进而计算得 到的。图9和图10分别为实测的高水头和低水头下的阀门开启过程中 监测得到的噪声强度过程线，该数据是在本发明的原型中，采用布置 在阀门段的水听器监测水流噪声，采用先进的高速瞬态波形采集分析 系统采集和处理噪声信号而得。根据试验和原型观测结果本发明所采用的门楣及廊道顶自然通 气的工程措施较好地解决了大水位变幅高水头船闸的阀门空化难题， 原型各种水位组合下均未监测到阀门底缘空化噪声，阔门工作条件较 好。并且与三峡、葛洲坝、水头、五强溪等高水头船闸相比，采用的 等断面平顶廊道体型使得阀门段廊道结构简单，施工方便，且廊道埋 设深度较浅，极大地减少了开挖量，大大地节约了工程投资。上述设计方案只是本发明中的一个实施例。根据工程实际情况的 不同，本发明还可以有其它实施方案。只要采用等断面的平顶廊道体 型、较浅的阀门段廊道埋设深度和门楣及廊道顶通气的管路布置，但 对其中的廊道尺寸、埋设深度进行局部修改，门楣体型进行一些优化、 通气管路的布置进行适当调整的技术方案均落在本发明要求的保护 范围内。
权利要求
1.减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法，其特征在于采用等断面平顶型式阀门段廊道体型和较浅的阀门段廊道埋设深度，保证船闸高水头运行时廊道顶有一定负压，以门楣自然通气作为基本措施，将廊道顶自然通气作为门楣自然通气措施的补充手段，利用门楣及廊道顶联合通气充分抑制空化；当水位组合变化水头降低，廊道顶负压消失而不能自然通气时，则通过门楣自然通气解决阀门底缘空化问题。
2. 如权利要求1所述的减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的 组合通气方法，其特征在于阀门段埋设深度以最大水头下阀门后廊 道顶出现-5.0 -7.0m水柱负压这一原则确定，但最大为-10.0m水 柱。
3. 如权利要求1所述的减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的 组合通气方法，其特征在于在门楣处沿廊道宽度方向设置一排间距 为6 10cm，直径2cm的通气支孔，通气支孔与布置在门楣下游闸墙 内的与廊道等宽的通气横管连接，在通气横管中部设置通气主管直至闸顶。
4. 如权利要求1或3所述的减免大水位变幅高水头船闸阀门空 化的组合通气方法，其特征在于在输水阀门后0.5 1.0倍廊道高 度距离处廊道顶部沿廊道宽度方向设置通气管直至闸顶。
全文摘要
本发明涉及一种减免高水头船闸阀门空化的组合通气方法，是一种减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法，采用最简单的等断面平顶型式阀门段廊道体型和较浅的阀门段廊道埋设深度，设计中保证船闸高水头运行时廊道顶有一定负压，以门楣自然通气作为基本措施，将廊道顶自然通气作为门楣自然通气措施的补充手段，利用门楣及廊道顶联合通气充分抑制空化；当水位组合变化水头降低，廊道顶负压消失而不能自然通气时，则通过门楣自然通气解决阀门底缘空化问题。本发明可以较好地解决大水位变幅高水船闸阀门的空化难题，可降低阀门段廊道施工难度，方便阀门段廊道检修，节约工程投资并降低运行成本。
文档编号E02B8/06GK101603307SQ20091003191
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月3日 优先权日2009年7月3日
发明者严秀俊, 凌国增, 宣国祥, 君 李, 胡亚安 申请人:水利部交通部电力工业部南京水利科学研究院