[發明專利]40m以上超高水頭船閘閥門防空化的綜合方法

有效

• 申請號: 201110214385.8
• 申請日: 2011-07-28
• 公開（公告）號: CN102322049A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 胡亞安;李云;嚴秀俊;李中華;劉本芹;薛淑;李君
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: E02C1/08
• 分類號: E02C1/08
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 任立;姚姣陽

技術領域

本發明涉及一種船閘閥門防空化技術，具體的說是一種40m以上超高水頭船閘閥門防空化的綜合方法。

背景技術

船閘是解決船舶通過攔河（湖）修建的水利水電工程，實現沿河流上下全線暢通航行的重要建筑物型式。當船閘水頭超過20米時，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的運行。因此，船閘輸水系統閥門段的空化問題一直是船閘單項技術設計的重要關鍵技術難點。

為解決閥門段廊道的空化問題，閥門段廊道傳統通常采用底部突擴體型或頂部突擴體型。頂部突擴體型可以增加門后壓力，提高工作空化數，但增壓效果有效，僅適用于中等水頭的船閘。底部突擴體型，可以增大孔口射流面積，減小流速，對解決閥門底緣空化效果顯著，但又帶來了跌坎空化、升坎空化等自身的空化源。為解決跌坎空化，工程一般采取鋼板襯砌進行保護，而突擴體型升坎空化問題則通過選擇復雜的升坎曲線進行解決，這些方法取得了一定的效果，但增加了工程投資，并且給輸水系統廊道的檢修維護帶來了許多不便。因此，如何經濟有效地解決高水頭船閘閥門段空化問題，一直是設計和科研人員非常關注的問題。

發明內容

本發明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40m以上超高水頭船閘閥門防空化的綜合方法，主動防護與被動防護相結合，不僅能有效解決高水頭船閘閥門空化問題，而且具有施工簡單、投資小、檢修維護方便。

本發明解決以上技術問題的技術方案是：

40m以上超高水頭船閘閥門防空化的綜合方法，輸水閥門后廊道底部向下臺階狀突擴，輸水閥門后廊道頂部向上斜線突擴并通過向上傾斜的斜線與后方廊道連接，斜線突擴上布置排氣管；底部臺階狀突擴進口處設置臺階狀跌坎并布置跌坎通氣管；底部臺階狀突擴出口處設置臺階狀升坎并布置升坎通氣管；輸水閥門出口廊道底高程高于進口廊道底高程；輸水閥門門楣處布置門楣通氣管。

本發明進一步限定的技術方案是：

前述的40m以上超高水頭船閘閥門防空化的綜合方法，在臺階狀跌坎的第一級階梯的后面埋設跌坎通氣管，跌坎通氣管連接至一根強迫通氣管的一端，強迫通氣管升至閘頂，其另一端通過連接管依次連接集氣罐和空氣壓縮機，將跌坎通氣管設置為強迫通氣管。

前述的40m以上超高水頭船閘閥門防空化的綜合方法，在臺階狀升坎的第一級階梯的后面埋設升坎通氣管，將升坎通氣管設置為自然通氣管。

前述的40m以上超高水頭船閘閥門防空化的綜合方法，輸水閥門后廊道底部向下向下突擴2.0m，輸水閥門后廊道頂部向上突擴1.5m。輸水閥門后廊道頂部向上突擴1.5m后通過1:32的斜坡與后方廊道連接。

前述的40m以上超高水頭船閘閥門防空化的綜合方法，臺階狀跌坎為每階20cm高的臺階狀跌坎，臺階狀升坎為每階20cm高的臺階狀升坎。

本發明的優點是：

（1）本發明改善閥門底緣空化條件，盡量減弱空化強度，但不追求完全不出現空化，控制閥門底緣相對空化數不小于0.5；對仍存在的底緣空化，利用門楣自然通氣解決。

（2）在閥門段廊道體型優化中，吸取頂部突擴增加門后壓力和底部突擴改善底緣空化流態的長處，提出“頂部斜線突擴＋底部臺階突擴”的新型廊道體型。該廊道體型，底部突然擴大后，閥門底緣的繞流流態得到改善，對抑制底緣空化和門體振動有利；門后廊道垂向空間大，主流能夠較快地沿程擴散，降低了主流流速。突擴廊道收縮升坎的約束，提高了主流在突擴空腔以及下游廊道內走向與旋渦空間排列結構的穩定性。突擴體出口廊道高于閥門處進口廊道，進一步穩定門后漩滾區，增加消能效果。采用臺階狀收縮升坎，突擴廊道出口水流平順。底擴處加設了臺階狀跌坎，不僅減弱垂直跌坎下游次回漩區紊動強度，更便于檢修。通過確定合理的廊道埋設深度（一般不超過10m），可控制閥門底緣相對空化數不小于0.5。

（3）“底部臺階突擴”可以利用臺階狀跌坎、臺階狀升坎分別采用強迫通氣和自然通氣措施抑制該新型廊道體型可能發生的空化。通過采用臺階狀跌坎和強迫通氣措施，可以顯著減小底擴廊道跌坎自身空化強度，而且摻氣水流可以有效的覆蓋跌坎空化潰滅區域，對突擴體底板起到保護作用；通過采用臺階狀升坎自然通氣，可以顯著減小底擴廊道升坎自身空化強度，而且摻氣水流可以覆蓋升坎末端直至檢修門井的一段距離，對突擴體后廊道底板起到保護作用。此外“底部臺階突擴”體型的臺階狀跌坎和臺階狀升坎，每層臺階高度不大，在原型中僅為20cm，為船閘輸水系統廊道檢修提供了便利。