一种可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置的制作方法

本发明属于水利水电领域，涉及一种可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置，该结构可有效消除闸门前出现的有害漩涡，不会引入新的有害漩涡以及不会产生额外的表面涡纹和表面凹陷涡，改善水流流态、保证过流能力，避免由于有害漩涡的产生而导致闸门、闸墩等水工结构发生强烈流激振动现象而导致破坏，减轻下游水工建筑物或水力机械因漩涡携带空气而引起的空化空蚀现象，保证工程安全。

背景技术：

在现有技术中，目前的消涡装置研究多集中于电站、泄洪洞等的进水口，且进水口淹没度较大、结构形式固定不变。在已经完成和正在进行的一些水利水电工程项目中，发现在不同的闸门开度下，变化水位情况下，在闸门前发现了或强或弱的漩涡。闸门前产生的吸气漏斗漩涡会造成恶化闸孔进水口流态、减小闸孔进流量、影响泄流、发出巨大声响、引发闸门振动和威胁水工建筑物的安全等严重危害。为了减小或避免有害漩涡的危害，确保水利工程安全运行并发挥最大效益，有必要对闸门前形成的漩涡进行消除。泄洪闸门前漩涡的消涡装置研究多针对于某一具体工程。现有的消涡建筑物，大多用于淹没度较大且结构形式固定不变的泄洪洞、电站等进水口。如消涡浮排，因不被固定，当闸前水位波动较大时，会撞击闸门，进而对浮排本身和闸门造成破坏，引发维护、修缮问题；消涡架由于体型庞大，降低进水口的过流能力；消涡格栅固定于结构物之上，只能消除特定水位范围的漩涡。这些消涡建筑布置在闸门前难度大，而且闸门前淹没水深范围变化大，固定于某一高程布置的消涡结构物很难保证消涡的有效水位范围。平板闸门还有启闭、不同开度时对下游流量的要求，此类消涡建筑物结构复杂、体型较大，易影响过流能力，所以并不适用于闸门前漩涡的消除。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种设计简单、受力均匀、结构合理、可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置。在保证消涡措施消去漩涡的同时，不影响闸前水流流态和过流能力。平板闸门迎水面上布置的曲线型隔栅在不同淹没水深和不同闸门开度时都能发挥消涡功效。

为了达到上述目的，本发明技术方案：

一种可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置，包括平板闸门1和曲线型隔栅2；所述的曲线型隔栅2，其高度与平板闸门1相同，两个曲线型隔栅2竖向对称固定在平板闸门1的迎水面上；曲线型隔栅2与平板闸门1的顶部和底部均齐平，两个曲线型隔栅2与平板闸门1的两侧边的距离相同，布置时曲线型隔栅2的曲线线型的旋转方向与漩涡旋转方向相反；

所述的曲线型隔栅2，其曲线形状为一个周期的正弦曲线，周期为平板闸门1的高度，设曲线型隔栅2的宽度设为a，振幅为0.3a～0.8a；其中，振幅优选0.5a；曲线型隔栅2的宽度选择范围：所有漩涡中，距离平板闸门1最远的漩涡，其中心距离平板闸门1的距离设为l，则a的取值范围为0＜a≤0.5l，优选0.3l；曲线型隔栅2的中线距离相邻闸墩侧壁的距离与平板闸门1的宽度比值为0.114～0.171，优选0.143；曲线型隔栅2的厚度对消涡没有影响，因此厚度可以根据具体结构来选取。

原理：闸前水流即漩涡外部切向流速撞击用于消涡的曲线型隔栅2后，破坏了漩涡的环量，从而达到消除漩涡的效果；并且将曲线型隔栅2布置在漩涡区内，阻断了来流回转路线，减小了水面漩涡环量；同时缩小了漩涡的发展区域，破坏漩涡的结构，从而达到防涡、消涡的效果。

本发明的有益效果：

(1)结构简单，成本低廉，安装方便，易于检修；

(2)不影响闸前水流流态、闸门过流能力、平板闸门正常运行、检修等其他功能；

(3)可有效消除不同闸前水深在闸门局部开启时出现的漩涡，且不会引入新的有害漩涡以及不会产生额外的表面涡纹和表面凹陷涡；

(4)避免由于有害漩涡的产生而导致闸门、闸墩等水工结构发生强烈的流激振动现象而导致破坏；

(5)减小因漩涡产生的噪音；

(6)减轻下游水工建筑物或水力机械因漩涡携带空气而引起的空化空蚀现象，保证工程安全。

附图说明

图1为本发明的装置示意图；

图2为曲线型隔栅的三维图示意；

图3(a)、图3(b)和图3(c)分别为曲线型隔栅的正视图、侧视图和俯视图。

图中：1平板闸门；2曲线型隔栅。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1所示一种可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置，包括平板闸门1和曲线型隔栅2。曲线型隔栅2的结构如图2、图3(a)、图3(b)和图3(c)所示。

本实施例中，某泄洪闸门高16m，宽7m，通过模型试验发现闸前漩涡在不同开度以及不同闸前水深情况下，漩涡出现的横向位置差异较小，漩涡中心在距离闸墩侧壁1.0m附近游移；将闸门换为本发明的可消除闸门前漩涡的平板闸门，或在闸门迎水面安装曲线型隔栅2，即形成本发明所述的可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置；选择曲线型隔栅2布置在距离闸墩侧壁的距离与平板闸门2宽度比值0.143的位置处，则曲线型隔栅2的曲线中心侧闸墩侧壁的距离为1.0m；曲线型隔栅2的宽度范围：其中，距离闸门最远的漩涡，其中心距离闸门最近距离为2.10m，取0.5倍最近距离，即1.05m，因此，曲线型隔栅2所选的宽度范围为0～1.05m，本实施例选择0.6m。曲线型隔栅2的振幅为0.5倍的宽度，即选择0.3m。厚度根据结构要求选择为0.04m。所选取的曲线型隔栅2的曲线与周期为16m的正弦曲线类似，高度为1个周期，其高度与平板闸门1相同，选择16m，两个曲线型隔栅2对称固定在平板闸门1的迎水面上，曲线型隔栅2与平板闸门1的顶部和底部均齐平，两个曲线型隔栅2与平板闸门1的两侧边的距离相同，对称布置，布置时曲线的旋转方向与漩涡旋转方向相反，即闸门左侧曲线型隔栅类似于“s”布置，右侧曲线型隔栅2对称布置；曲线型隔栅2布置在平板闸门迎水面竖向布置，紧贴平板闸门表面。通过在平板闸门1前布置曲线型隔栅2，使得在任一闸前水位下都可有效消除闸前漩涡，方便施工和后期维护。双曲隔栅破坏漩涡形成的来流环量，阻断了来流回转路线，减小水面漩涡环量；同时缩小漩涡发展范围，破坏漩涡结构，从而达到了防涡、消涡的效果。

在试验中发现，未在平板闸门1前布置曲线型隔栅2时，平板闸门1前每分钟内平均出现1.25对漩涡，此类漩涡均为间歇性吸气漩涡或者贯通式吸气漩涡；在不同闸门开度的情况下，较低的闸前水深会在闸门两侧一直出现贯通式的吸气漩涡，吸气量大，漩涡形成的半径较大，且漩涡出现的频率快，持续时间长，漩涡还会引起平板闸门1振动。在平板闸门1上对称布置曲线型隔栅2后，闸前不会产生间歇吸气漩涡和贯通式的吸气漩涡，也不会引入新的表面涡纹和表面凹陷涡。

技术特征：

1.一种可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置，其特征在于，所述的可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置包括平板闸门(1)和曲线型隔栅(2)；所述的曲线型隔栅(2)，其高度与平板闸门(1)相同，两个曲线型隔栅(2)竖向对称固定在平板闸门(1)的迎水面上；曲线型隔栅(2)与平板闸门(1)的顶部和底部均齐平，两个曲线型隔栅(2)与平板闸门(1)的两侧边的距离相同，布置时曲线型隔栅(2)的曲线线型的旋转方向与漩涡旋转方向相反；

所述的曲线型隔栅(2)，其曲线形状为一个周期的正弦曲线，周期为平板闸门(1)的高度，设曲线型隔栅(2)的宽度设为a，振幅为0.3a～0.8a；曲线型隔栅(2)的宽度选择范围：所有漩涡中，距离平板闸门(1)最远的漩涡，其中心距离平板闸门(1)的距离设为l，则a的取值范围为0＜a≤0.5l；曲线型隔栅(2)的中线距离相邻闸墩侧壁的距离与平板闸门(1)的宽度比值为0.114～0.171。

2.根据权利要求1所述的一种可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置，其特征在于，所述的曲线型隔栅(2)，其曲线的振幅为0.5a，a＝0.3l；曲线型隔栅(2)的中线距离相邻闸墩侧壁的距离与平板闸门(1)的宽度比值为0.143。

技术总结
本发明属于水利水电领域，涉及一种可消除闸门前漩涡的新型平板闸门装置。在闸门迎水面竖向布置两个与闸门同高的紧贴闸门表面的曲线型隔栅，并且给出曲线型隔栅的曲线要求。这样的布置方式使得双曲消涡隔栅在不同淹没水深和不同闸门开度时都能发挥消涡功效，且结构简单，布置方便，易于检修和维护，不会影响闸前水流流态和闸门过流能力，不引入新的有害漩涡以及不会产生额外的表面涡纹和表面凹陷涡。由此减轻闸门前因漩涡存在而产生降低过流能力、加剧水流紊动，引起过水建筑物振动、恶化水流流态，造成空化空蚀等现象，保证工程安全运行。

技术研发人员：刘亚坤;张帝;杨姣;张栋;吴剑;王秋绎;邓杨玉;段双帅
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2020.01.07
技术公布日：2020.05.08