[發(fā)明專利]一種高水頭船閘輸水閥門底緣摻氣系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410046987.0
• 申請日: 2014-02-11
• 公開（公告）號: CN103758099A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 江耀祖;吳英卓;黃國兵;周赤;王智娟;伍友富;姜伯樂;陳輝;劉志雄;何勇;陳楊;岳漢生
• 申請（專利權(quán)）人: 長江水利委員會長江科學(xué)院
• 主分類號: E02C1/06
• 分類號: E02C1/06;E02B8/04
• 代理公司: 武漢楚天專利事務(wù)所 42113
• 代理人: 孔敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水利工程中的高水頭船閘閥門段減蝕技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高水頭船閘輸水閥門底緣摻氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)

船閘是設(shè)置在通航河流上幫助船只克服因筑壩引起的水位差的通航建筑物。隨著航運工程的發(fā)展，船閘的規(guī)模不斷增大，閥門的尺寸與水頭也在相應(yīng)的增加和提高。世界上已建和擬建的水頭超過20m的高水頭船閘有幾十座，主要集中在前蘇聯(lián)、美國、巴西、葡萄牙和中國等國家，特別是我國在近年來進行的西部水力開發(fā)，修建、在建和擬建多個高壩大庫，因此配套也需修建多個高水頭船閘。

船閘的運行是依靠埋設(shè)在兩側(cè)或底部的輸水系統(tǒng)來完成閘室的充泄水，而輸水閥門是輸水系統(tǒng)的咽喉設(shè)備，其正常運行與否直接決定了船閘的安全，高水頭船閘閥門工作在非恒定高速水流環(huán)境中，涉及到水流空化、脈動等一系列復(fù)雜的高速水流問題，是船閘水力學(xué)研究中最棘手的問題。

高水頭船閘輸水閥門啟閉時，門下主流流速高，壓力低，當水流的壓力低于氣化壓力時，便產(chǎn)生空穴水流，形成氣化泡，氣化泡不斷的生成、移動破裂，水流邊界受到氣化泡破裂時的巨大沖擊力導(dǎo)致剝蝕作用，對建筑物壁面產(chǎn)生極大的破壞力。如美國Litt?goose、Lower船閘(水頭均為30.8m)、Johm?Day船閘(水頭34.8m)，俄羅斯的沃特金電站船閘(工作水頭23.0m)，和我國葛洲壩船閘(水頭27.0m)、萬安船閘(水頭32.4m)等都曾在運行過程中發(fā)生巨大的爆破聲，閥門面板及輸水閥門后廊道壁面出現(xiàn)了空蝕破壞現(xiàn)象。

為了避免空化空蝕產(chǎn)生的不良后果，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的研究工作。1934年美國首次采用了無門槽反弧門，規(guī)避了高速水流條件下門槽空化問題，之后無門槽的反弧門以其優(yōu)良的防振和防空化性能在高水頭船閘上得到了廣泛應(yīng)用。而大量的實踐表明，隨著船閘水頭的提高，反弧門在開啟過程中，閥門門楣縫隙、底緣及門后剪切帶容易形成空化水流，特別是閥門在開度0.3～0.6范圍內(nèi)運行時，閥門底緣及門后剪切帶空化問題比較突出。美國最早提出了在閥門后廊道頂自然通氣的措施以減免空化，但我國河流水位變幅較大，在閥門后廊道頂自然通氣的方法在很多條件下不適用。前蘇聯(lián)提出了門后廊道邊壁突擴，使閥門底緣水流分離及門后剪切帶形成的空化水流遠離廊道邊壁以減輕空蝕破壞。我國的學(xué)者們進行了大量的研究工作，提出了在反弧門頂止水門楣處設(shè)置通氣孔的措施，基本上消除了門楣頂縫空化，也使得閥門底緣空化得到了一定緩解。

經(jīng)過上個世紀70年代至本世紀初的一系列以模型試驗為主的探索修改后，我國高水頭船閘閥門段減蝕基本采用“反弧門+突擴腔+門楣摻氣+增加閥門段埋深等其它輔助措施”的方法，該組合措施得到了業(yè)內(nèi)的普遍認同，近幾年對該領(lǐng)域的研究基本沒有新的突破。主要進行了大量原型觀測工作，觀測發(fā)現(xiàn)經(jīng)一段時間的運行后，門楣通氣的方法對消除頂縫空化效果顯著，但因到達閥門底緣的氣量有限，對減免閥門底緣以及門后剪切帶空化效果不明顯；采用突擴的方法使得門后廊道體型復(fù)雜，同時產(chǎn)生了一些新的空化源，特別是在升坎處的空化較為突出，（目前某高水頭船閘升坎處已監(jiān)測到明顯空化存在，經(jīng)長期運行后升坎處已有空蝕現(xiàn)象出現(xiàn)）。

如上所述，對通常閥門段體型而言，高水頭船閘輸水閥門后最主要的空化源有3個，分別是閥門底緣及門后剪切帶以及閥門門楣縫隙處。解決門楣縫隙空化目前已有較成熟的措施，因此如何既能避免閥門底緣和門后剪切帶水流發(fā)生空化、又避免采用復(fù)雜的閥門段體型出現(xiàn)新空化源，對增加船閘運行安全、降低工程造價及提高船閘的設(shè)計水頭是一個極具科學(xué)研究意義和經(jīng)濟價值的項目。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，有效解決通航船閘閥門段空蝕破壞問題，而提出一種高水頭船閘輸水閥門底緣摻氣系統(tǒng)。

一種高水頭船閘輸水閥門底緣摻氣系統(tǒng)，包括輸水閥門、輸水廊道、第一通氣管、回轉(zhuǎn)接頭、第二通氣管，所述輸水閥門采用無門槽反弧門，包括閥門支鉸、閥門面板及連接閥門支鉸和閥門面板的閥門支臂，所述第一通氣管在閥門井澆筑時埋入砼內(nèi)，第一通氣管的進口端位于閥門井頂部，與大氣相接；輸水閥門的底緣引出與外界相通的第二通氣管，所述第二通氣管沿著閥門支臂進入閥門支鉸，所述閥門支鉸處設(shè)置連接第一通氣管和第二通氣管的回轉(zhuǎn)接頭。

如上所述的高水頭船閘輸水閥門底緣摻氣系統(tǒng)，輸水閥門的底緣設(shè)有一臺階狀跌坎作為摻氣坎，所述摻氣坎的階梯上設(shè)有多個底緣通氣孔，所述多個底緣通氣孔與通氣橫管連通，通氣橫管與所述第二通氣管連通。

如上所述的高水頭船閘輸水閥門底緣摻氣系統(tǒng)，第一通氣管的管路分成兩支，一支與大氣相接，進口處設(shè)置單向風(fēng)門；另一支依次連接集氣罐和空氣壓縮機。