[實(shí)用新型]高水頭船閘輸水閥門底緣摻氣系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420061354.2
• 申請日: 2014-02-11
• 公開（公告）號: CN203684195U
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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

本實(shí)用新型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(yùn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)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(dāng)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(yùn)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(jìn)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(shí)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(yùn)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(kuò)，使閥門底緣水流分離及門后剪切帶形成的空化水流遠(yuǎn)離廊道邊壁以減輕空蝕破壞。我國的學(xué)者們進(jìn)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(jì)70年代至本世紀(jì)初的一系列以模型試驗(yàn)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(kuò)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(rèn)同，近幾年對該領(lǐng)域的研究基本沒有新的突破。主要進(jìn)行了大量原型觀測工作，觀測發(fā)現(xiàn)經(jīng)一段時間的運(yùn)行后，門楣通氣的方法對消除頂縫空化效果顯著，但因到達(dá)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(kuò)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(yùn)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(yùn)行安全、降低工程造價及提高船閘的設(shè)計(jì)水頭是一個極具科學(xué)研究意義和經(jīng)濟(jì)價值的項(xiàng)目。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型是為克服現(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(jìn)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(jìn)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。