能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水利水電工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]船閘是設(shè)置在通航河流上幫助船舶克服因筑壩引起的水位差的通航建筑物。
[0003]船閘在充水過(guò)程中，上游高位置水體通過(guò)輸水系統(tǒng)進(jìn)入閘室，水體所具有的勢(shì)能部分轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能進(jìn)入閘室，若進(jìn)入閘室內(nèi)的水體能量耗散不良或能量過(guò)于集中，則容易在閘室內(nèi)產(chǎn)生過(guò)大的翻涌、紊動(dòng)以及出現(xiàn)明顯的縱向和(或)橫向流動(dòng)，危及閘室內(nèi)過(guò)閘船舶的安全。
[0004]船閘按其工作水頭高低通常劃分為低水頭船閘(水頭小于1m)、中水頭船閘(水頭介于1m至20m之間)和高水頭船閘(水頭大于20m)。對(duì)中低水頭船閘而言，與之相匹配的輸水系統(tǒng)主要為集中輸水系統(tǒng)或簡(jiǎn)單分散輸水系統(tǒng)。對(duì)高水頭船閘，與之相匹配的輸水系統(tǒng)則全為分散輸水系統(tǒng)。早期的高水頭船閘，閘室尺度較小的多采用簡(jiǎn)單分散輸水系統(tǒng)，如前蘇聯(lián)建成的烏斯基一卡米諾阿爾斯基單級(jí)船閘(閘室尺度為10mX 15m，最大水頭為42m)以及我國(guó)的萬(wàn)安單級(jí)船閘(閘室尺度為175mX 14m，最大水頭為32.5m)均采用了閘底長(zhǎng)廊道輸水系統(tǒng)；對(duì)于閘室尺度較大的多采用較為復(fù)雜的輸水系統(tǒng)，如美國(guó)的約翰德、冰港、下紀(jì)念碑及小鵝船閘(閘室尺度為206mX 26.2m,最大水頭34.5m?30.Sm)均采用了閘底前后橫支廊道輸水系統(tǒng)；隨著閘室尺度進(jìn)一步加大又出現(xiàn)了更加復(fù)雜的閘底縱橫支廊道輸水系統(tǒng)，如我國(guó)的葛洲壩2#船閘(閘室尺度為280mX 34m，最大水頭27m)。顯然為適應(yīng)船閘大型化和高水頭化發(fā)展，與之相匹配的輸水系統(tǒng)型式越來(lái)越復(fù)雜，且隨著更大尺度更高水頭船閘的出現(xiàn)，上述輸水系統(tǒng)布置型式已不能同時(shí)滿足過(guò)閘船舶停泊安全和快速過(guò)閘的要求。
[0005]自20世紀(jì)50年代法國(guó)建成第一座等慣性輸水系統(tǒng)船閘后，等慣性輸水系統(tǒng)就以輸水效率高，閘室內(nèi)船舶停泊條件好而被后續(xù)高水頭船閘廣泛采用，并且隨著閘室尺度及水頭的不同衍生出許多不同的布置型式，但基本可歸納為2區(qū)段出水、4區(qū)段出水、8區(qū)段出水3類等慣性輸水系統(tǒng)布置。其中2區(qū)段及4區(qū)段布置均有成功運(yùn)用實(shí)例，而8區(qū)段布置僅進(jìn)行過(guò)研究。
[0006]已建成并成功運(yùn)用的等慣性輸水系統(tǒng)船閘中，閘室長(zhǎng)度< 200m均采用了 2區(qū)段的布置型式，閘室長(zhǎng)度多200m則均采用了 4區(qū)段的布置型式，并且這2種常規(guī)的輸水系統(tǒng)應(yīng)用在單級(jí)船閘中水頭均未超過(guò)40m(單級(jí)船閘的單次充泄水體顯著大于同等規(guī)模的多級(jí)船閘)。造成這一結(jié)果的主要原因除了閥門(mén)段的工作條件受限外，便是閘室內(nèi)的停泊條件難于滿足要求。盡管常規(guī)采用的兩次分流的輸水系統(tǒng)在一定程度上兼顧了等慣性和分散輸水的目的，但由于閘室分流口所占面積較大無(wú)法布置出水孔，又制約了充分分散輸水目標(biāo)的達(dá)成，且隨著分區(qū)越多(如8區(qū)段出水)，這一問(wèn)題便越突出。
[0007]由此可見(jiàn)，隨著閘室尺度和水頭的加大，常規(guī)的等慣性輸水系統(tǒng)亦面臨了難以滿足要求的窘境。因此，在繼承等慣性輸水系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的前提下，探尋一種更具適應(yīng)性的新的輸水系統(tǒng)型式，成為破解這一難題的明智選擇，亦是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的迫切需要。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實(shí)用新型提供一種能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)，可以改善閘室內(nèi)船舶的停泊條件，不僅提高了船舶過(guò)閘的安全性，還可增加船閘的通過(guò)能力。
[0009]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0010]一種能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)，包括閘室、兩側(cè)主廊道、第一分流口、中支廊道、第二分流口、出水支廊道、出水孔、消能蓋板，第一分流口位于閘室中部，包括兩個(gè)分別接左右側(cè)主廊道的進(jìn)口和兩個(gè)分別接上下游中支廊道的出口，采用立體分流型式，第二分流口位于閘室長(zhǎng)度1/4和3/4的部位，每個(gè)第二分流口包括一個(gè)接中支廊道的進(jìn)口和四個(gè)分別接出水支廊道的出口，第二分流口采用不設(shè)分流脊或分流板的自分流型式，第二分流口自身采用兩次分流，為大空腔結(jié)構(gòu)，每次分流后的廊道總面積擴(kuò)大一倍左右，出水支廊道的立面呈梯形，順充水時(shí)的水流流向沿程減小，頂部均勻布置出水孔，出水孔頂部采用消能蓋板消能。
[0011]如上所述的能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)，進(jìn)入閘室內(nèi)的水流經(jīng)過(guò)第一分流口和第二分流口分流后，形成四個(gè)相同面積的出水區(qū)段，四個(gè)出水區(qū)段總面積占閘室總平面面積比可達(dá)90%以上，且輸水過(guò)程中四個(gè)區(qū)段的慣性始終相等。
[0012]如上所述的能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)，第一分流口的四邊分流隔板端部形狀均為1/2橢圓，橢圓的長(zhǎng)半軸與短半軸之比為3.00
[0013]如上所述的能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)，水流由中支廊道進(jìn)入第二分流口后先將水流一分為二，第二分流口內(nèi)的廊道斷面面積擴(kuò)大一倍，水流由第二分流口進(jìn)入出水支廊道后各自再將水流一分為二，出水支廊道斷面面積再擴(kuò)大一倍。
[0014]如上所述的能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)，相鄰兩個(gè)出水孔之間的間距為4.0?5.5m，面積從首端至尾端逐漸減小，兩者面積之比約為1.3。
[0015]本實(shí)用新型通過(guò)將第二分流口設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的大空腔自分流型式(分流口為內(nèi)部不設(shè)分流墩和分流板的空腔結(jié)構(gòu)，其流道斷面比中支廊道斷面明顯擴(kuò)大，來(lái)自中支廊道的水流在分流口內(nèi)自行分流后進(jìn)入出水支廊道)，獲得了有出水區(qū)域閘室占比的顯著突破，形成了全閘室均勻出水的輸水格局，有效降低了參與消能水體的比能；大空腔自分流的第二分流口型式為沿閘室左右的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，保證了左右分流的均勻性；大空腔自分流的第二分流口結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)壓力室，通過(guò)限制腔體內(nèi)的流速，來(lái)減低上下均勻分流的難度。其次，本實(shí)用新型配合采用獨(dú)特變斷面出水支廊道和等間距變孔寬的出水孔，彌補(bǔ)了水流前后分流時(shí)的微小差別，進(jìn)一步保證了支孔出流的均勻性。另外，本實(shí)用新型與通常做法相反，不追求流道曲線的順暢和體型阻力的降低，而是通過(guò)兩次斷面突擴(kuò)來(lái)增加水頭損失，讓第二分流口起到分流和內(nèi)部消能的雙重作用，減低進(jìn)入閘室的水流能量，同時(shí)該分流型式避免了在廊道流速最高的中部設(shè)置分流隔板，加上腔體內(nèi)流速較低，從而避免了自身發(fā)生空化空蝕問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型一種能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實(shí)用新型一種能適應(yīng)大規(guī)模高水頭船閘的全閘室輸水系統(tǒng)的立面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是圖1中第二分流口結(jié)構(gòu)放大圖；
[0019]圖4是圖2中出水支廊道及出水孔結(jié)構(gòu)放大圖；
[0020]圖5是圖2中第一分流口分流隔板端部結(jié)構(gòu)放大圖；
[0021]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的3000t船舶系纜力與實(shí)施前常規(guī)布置系纜力對(duì)比圖。
[0022]圖中:I一閘室，2—兩側(cè)主廊道，3第一分流口，4一中支廊道，5—第二分流口，6—出水支廊道，7一出水孔，8一消能蓋板。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)