一种采用溢流降压减小闸门挡水水头的泄水洞布置结构的制作方法

1.本发明涉及水利水电工程泄水洞布置结构，尤其是一种采用溢流降压减小闸门挡水水头的泄水洞布置结构。


背景技术：

2.《水利水电工程钢闸门设计规范》(sl 74-2013)第1.0.3条及《水电工程钢闸门设计规范》(nb 35055-2015)第2.0.1条～第2.0.3条对水利水电工程中的钢闸门按工作性质不同进行了分类，分为工作闸门、事故闸门和检修闸门，《水利水电工程钢闸门设计规范》(sl 74-2013)在对应条款的条文说明中又将闸门按照其设计水头划分为低、中、高、特高水头闸门。具体说来，25m设计水头以下的为低水头闸门，25～50m为中水头闸门，50～80m为高水头闸门，80m以上的为特高水头闸门。相对来说，闸门的设计水头越高，闸门的设计难度越大。
3.国内水工金属结构中钢闸门的挡水高度在80m以下者居多。从20世纪末始，我国水利水电进入高速发展期，进入21世纪后，随着我国经济的快速发展，科技水平的不断提高，水利水电工程的发展进入了一个新阶段，水工金属结构也得以同步发展，闸门的挡水面积和挡水水头也在不断提高。东江二级水电站放空洞工作闸门、天生桥一级水电站放空洞事故闸门、小浪底水电站排沙洞和孔板洞工作闸门、拉西瓦水电站底孔工作闸门、小湾水电站底孔事故闸门和工作闸门等等，这些工程中的闸门挡水水头均已超过120m，其中小湾水电站底孔事故闸门采用平面链轮闸门，孔口尺寸为5m
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12m，底孔工作闸门采用偏心铰弧形闸门，孔口尺寸为5m
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7m，两者的挡水水头均为160m。
4.相同条件下，闸门的挡水水头高，必然带来较大的挡水水压力。较大的挡水水压力，首先影响的是闸门结构设计，其次是闸门的支承设计、止水设计和埋件设计。此外，高水头条件下，还有平面闸门的门槽水力学、闸门底缘水力学问题，弧形闸门在局开时的门体振动问题等。高水头闸门设计考虑的因素较多，设计难度大。
5.随着我国经济实力和科学技术的发展，可以预见高坝大库必将不断涌现，水利水电工程挡水水头会不断提高，对金属结构设备的设计将会提出更高的要求。


技术实现要素：

6.为了适应未来水利水电工程技术发展，提高水利水电工程金属结构设备的挡水水头，本发明提供一种采用溢流降压减小闸门挡水水头的泄水洞布置结构，可有效解决未来可能会出现的超高超常规设计水头条件下金属结构设备设计布置问题。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采用溢流降压减小闸门挡水水头的泄水洞布置结构，包括泄水主洞、进口闸门和出口闸门，在泄水主洞中的进口闸门和出口闸门之间布置一条泄流支洞，在泄流支洞出口布置控制闸门，控制闸门的底板高程高于出口闸门的底板高程。
8.所述进口闸门采用平面闸门，出口闸门和控制闸门采用弧形闸门。
9.一种采用溢流降压减小闸门挡水水头的泄水洞布置结构，包括泄水主洞、进口闸门和出口闸门，在泄水主洞中的进口闸门和出口闸门之间布置至少一道挡水闸门，在泄水主洞中的进口闸门与相邻的挡水闸门之间、两个相邻的挡水闸门之间、出口闸门与相邻的挡水闸门之间分别布置一条泄流支洞，在每条泄流支洞出口均布置一个控制闸门，沿进口闸门到出口闸门方向的每条泄流支洞出口布置的控制闸门的底高程依次降低，最高控制闸门的底高程低于总挡水水头，最低控制闸门的底高程高于泄水主洞的底高程。
10.所述进口闸门和挡水闸门采用平面闸门，出口闸门和控制闸门采用弧形闸门。
11.本发明的有益效果是：通过调控泄水主洞中的系列闸门和一组或多组泄流支洞中的控制闸门，在充分利用单个闸门挡水的条件下，通过各闸门分级挡水，可显著提高工程泄水建筑物金属结构设备的总挡水水头。
附图说明
12.图1是采用本发明提供的在泄水主洞增加一组泄流支洞结构，以及在泄流支洞中布置一道控制闸门的示意图；
13.图2是采用本发明提供的在泄水主洞增加两组泄流支洞结构，以及在各泄流支洞中分别布置一道控制闸门的示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
16.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
17.如图1所示，本发明的采用溢流降压减小闸门挡水水头的泄水洞布置结构，包括泄水主洞1、进口闸门2和出口闸门3，在泄水主洞1中的进口闸门2和出口闸门3之间布置一条泄流支洞4，在泄流支洞4出口布置控制闸门5，控制闸门5的底板高程高于出口闸门3的底板高程。
18.优选，所述进口闸门2采用平面闸门，出口闸门3和控制闸门5采用弧形闸门。
19.如图2所示，本发明的采用溢流降压减小闸门挡水水头的泄水洞布置结构，包括泄水主洞1、进口闸门2和出口闸门3，在泄水主洞1中的进口闸门2和出口闸门3之间布置至少
一道挡水闸门6，在泄水主洞1中的进口闸门2与相邻的挡水闸门6之间、两个相邻的挡水闸门6之间、出口闸门3与相邻的挡水闸门6之间分别布置一条泄流支洞，在每条泄流支洞出口均布置一个控制闸门，沿进口闸门2到出口闸门3方向的每条泄流支洞出口布置的控制闸门的底高程依次降低，最高控制闸门的底高程低于总挡水水头，最低控制闸门的底高程高于泄水主洞1的底高程。
20.优选，所述进口闸门2和挡水闸门6采用平面闸门，出口闸门3和控制闸门5和控制闸门8采用弧形闸门。
21.图2中，在泄水主洞1中的进口闸门2和出口闸门3之间布置一道挡水闸门6；在泄水主洞1中的挡水闸门6和出口闸门3之间布置一条泄流支洞4，在泄流支洞4中布置控制闸门5；在泄水主洞1中的进口闸门2和挡水闸门6之间布置一条泄流支洞7，在泄流支洞7中布置控制闸门8。
22.图1、2中所述的h为闸门的总挡水水头，h0为出口闸门3所在位置处的底槛高程，h1、h2为根据工程需要设定的相应闸门挡水水头，其中：h0＜h1＜h2＜h。
23.如图1所示，在正常挡水时，进口闸门2和出口闸门3处于关闭状态，控制闸门5处于开启状态；当泄水主洞1中出口闸门3挡水水头低于h1时，通过进口闸门2补水，多余水流经泄流支洞4溢出。
24.工程需要泄流时，先开启控制闸门5和进口闸门2，稍后开启出口闸门3；当进口闸门2开启，出口闸门3尚未开启时，多余水流经泄流支洞4溢出；当进口闸门2、出口闸门3均开启时，工程处于正常泄流状态。
25.工程完成泄流需切断水流时，先开启控制闸门5并关闭出口闸门3，稍后关闭进口闸门2；当出口闸门3关闭，进口闸门2尚未关闭时，多余水流经泄流支洞4溢出；当进口闸门2、出口闸门3均关闭时，工程处于正常挡水状态。
26.当需要减小进口闸门2挡水水头，增加出口闸门3的挡水水头时，可操作控制闸门5调控水流，使泄流支洞4内水头提高至所需高度；当需要增加进口闸门2挡水水头，减小出口闸门3的挡水水头时，可开启控制闸门5，并提起出口闸门3泄放泄水主洞1中部分水流，使泄流支洞4内水头降低至所需高度。
27.如图2所示，在正常挡水时，进口闸门2、出口闸门3、挡水闸门6处于关闭状态，控制闸门5、控制闸门8处于开启状态；当挡水闸门6挡水水头低于h2时，通过进口闸门2补水，多余水流经泄流支洞7溢出；当出口闸门3挡水水头低于h1时，通过进口闸门2、挡水闸门6同时补水，挡水闸门6前多余水流经泄流支洞7溢出，出口闸门3前多余水流经泄流支洞4溢出。
28.工程需要泄流时，先开启控制闸门5和控制闸门8，稍后依次开启进口闸门2和挡水闸门6，最后开启出口闸门3；当进口闸门2开启，挡水闸门6、出口闸门3尚未开启时，多余水流经泄流支洞7溢出；当进口闸门2、挡水闸门6开启，出口闸门3尚未开启时，多余水流经泄流支洞7、泄流支洞4溢出；当进口闸门2、挡水闸门6、出口闸门3均开启时，工程处于正常泄流状态。
29.工程完成泄流需切断水流时，先开启控制闸门5和控制闸门8，稍后关闭出口闸门3，再关闭挡水闸门6，最后关闭进口闸门2；当出口闸门3关闭，挡水闸门6、进口闸门2尚未关闭时，多余水流经泄流支洞7、泄流支洞4溢出；当出口闸门3、挡水闸门6关闭，进口闸门2尚未关闭时，多余水流经泄流支洞7溢出；当进口闸门2、挡水闸门6、出口闸门3均关闭时，工程
处于正常挡水状态。
30.当需要减小挡水闸门6挡水水头，增加出口闸门3的挡水水头时，可操作控制闸门5调控水流，使泄流支洞4内水头提高至所需高度；当需要增加挡水闸门6挡水水头，减小出口闸门3的挡水水头时，可开启控制闸门5，并提起出口闸门3泄放泄水主洞1中部分水流，使泄流支洞4内水头降低至所需高度；当需要减小进口闸门2挡水水头，增加挡水闸门6的挡水水头时，可操作控制闸门8调控水流，使泄流支洞7内水头提高至所需高度；当需要增加进口闸门2挡水水头，减小挡水闸门6的挡水水头时，可开启控制闸门8，并提起出口闸门6泄放泄水主洞1中部分水流，使泄流支洞7内水头降低至所需高度。
31.所述的泄流支洞不限于一条或两条，当泄流支洞不少于两条时，按上述类推，在相应的位置处布置挡水闸门和控制闸门，并类推运行方式。
32.本发明的结构，可以适应未来水利水电工程技术发展，提高水利水电工程金属结构设备的总挡水水头，有效解决未来可能会出现的超高超常规设计水头条件下金属结构设备设计布置问题。通过调控泄水主洞中的系列闸门和一组或多组泄流支洞中的控制闸门，在充分利用单个闸门挡水的条件下，通过各闸门分级挡水，可显著提高工程泄水建筑物金属结构设备的总挡水水头。
33.假设每个闸门独立挡水时其挡水水头为h，水工建筑物金属结构设备总挡水水头为h。
34.图1：闸门3挡水水头：h＝h1
35.闸门2挡水水头：h＝h-h1
36.则：h＝h1+h＝2h
37.图2：闸门3挡水水头：h＝h1
38.闸门6挡水水头：h＝h2-h1
39.闸门2挡水水头：h＝h-h2
40.则：h＝h2+h＝h1+2h＝3h
41.以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。