[發明專利]船閘輸水閥門段廊道頂高程的確定方法

有效

• 申請號: 201811053400.3
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109117588B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 胡亞安;李中華;薛淑;嚴秀俊;劉本芹;李君;郭超;王新
• 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: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13
• 代理公司: 北京尚德技研知識產權代理事務所(普通合伙) 11378
• 代理人: 陳曉平;嚴勇剛

本發明涉及船閘輸水閥門段廊道頂高程的確定方法，具體說的是一種通過船閘的工作水頭、閘室規模、輸水時間、輸水閥門空化數等相關參數，確定合理的船閘輸水廊道頂高程的方法，屬于通航水力學領域。其包括八個步驟。本發明綜合考慮了船閘工作水頭、閘室規模、船閘運行效率等相關因素，該方法可為船閘設計提供依據，避免船閘輸水閥門發生空化，防止下游檢修門井脫空進氣形成氣囊在閘室涌出，對船舶的停泊條件產生不利影響，保障船閘的安全高效運行；減小工程的開挖量、節省工程投資。

技術領域

本發明船閘輸水閥門段廊道頂高程的確定方法，具體說的是一種通過船閘的工作水頭、閘室規模、輸水時間、輸水閥門空化數等相關參數，確定合理的船閘輸水廊道頂高程的方法，屬于通航水力學領域。

背景技術

船閘輸水系統是指船閘運轉時充水和泄水的主要設施，包括進水口、閥門段、輸水廊道、出水口、消能工等，是船閘工程中的重要組成部分。輸水系統的設計至關重要，輸水系統布置的好壞直接影響到船閘的通過能力，以及過閘船舶、船閘及其附屬結構物的安全。

船閘輸水系統的水力設計應滿足以下要求：(1)船閘的輸水系統應保證在設計的輸水時間內完成充水或泄水，從而滿足船閘通過能力要求。(2)在規定的時間內充水和泄水時，應獲得較好的閘室和引航道水流條件，滿足過閘船舶的停泊和航行安全。(3)閘室充水和泄水時，船閘的各個構件不得被水流損壞，如閘室底和引航道底的沖刷、輸水閥門及廊道的空化、空蝕和振動等。

船閘輸水廊道頂高程是船閘輸水系統非常重要的設計參數，體現在以下兩方面：

(1)直接影響輸水閥門空化狀態

眾所周知，閥門空化問題是高水頭船閘設計最為關鍵的技術難題之一。閥門段空化的危害主要包括：閥門面板、門楣及門后廊道邊壁空蝕破壞；空化嚴重時廊道常出現巨大雷鳴聲，發生聲振現象；門后廊道壓力脈動及閥門啟門力脈動增大；閥門及其啟閉系統振動加劇，造成液壓系統元件損壞；閥門支鉸脈動增大，造成支鉸固定螺栓振松和破壞等。一般我們用無量綱數——空化數σ來描述空化現象，常見的形式為：：

其中，H_p、H_a和H_v分別為參考點P的壓力水柱高(m)、大氣壓力水柱高(m)和水的飽和蒸汽壓力水柱高(m)；v_p為參考點P的流速(m/s)，與閥門工作水頭有關。H_d為下游水位(m)，H₀為船閘輸水廊道頂高程(m),ζ為泄水閥門至出水口的阻力系數。

定義σ_i為水流臨界空化數，表征水流處于臨界空化狀態,σ/σ_i為相對空化數：σ/σ_i＞1時，表明閥門無空化；σ/σ_i≤1時，閥門段存在空化。相對空化數越小，空化程度越劇烈，圖2給出了不同相對空化數下閥門的底緣空化形態。因此相對空化數是衡量閥門空化程度的重要指標。

從空化數定義可知，船閘輸水廊道頂高程H₀，是影響輸水閥門空化狀態的重要參數。在閥門工作水頭不變的前提下，通過降低閥門段高程，增大閥門處廊道初始淹水深，可提高閥門工作空化數，提高閥門段抗空化性能。

(2)關系到閘室水流條件

輸水閥門段廊道頂高程的確定還需兼顧下游檢修門井的高程，確保下游檢修門井的淹沒水深不少于1m，否則易造成下游檢修門井脫空，上部空氣順檢修門井被吸入廊道，進入閘室，影響閘室水流條件和船舶的停泊安全。

船閘輸水閥門段廊道頂高程是船閘設計的重要參數，若輸水閥門段廊道頂高程過高，會導致閥門段發生空化空蝕破壞，或下游檢修門井吸入空氣形成氣囊在閘室涌出，嚴重威脅船舶安全；若輸水閥門段廊道頂高程過低，會導致開挖量和工程投資的增加，因此確定合理的輸水閥門段廊道頂高程是船閘輸水系統設計的關鍵。

發明內容