專利名稱：改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠改善多沙通航河流船間多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)間室水流條件和泥沙沉積狀況的工程結(jié)構(gòu)，具體的說是一種改善船間多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)間室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
船閘是克服河流上建壩(或天然)形成的集中水位差的一種過船建筑物，它是由上下閘首、閘門、閘室等組成。輸水系統(tǒng)是完成閘室充、泄水過程從而使船舶克服集中水位差達到過壩目的的關(guān)鍵設(shè)施。根據(jù)不同的船閘水頭、閘室規(guī)模及通過能力的要求，輸水系統(tǒng)可分為集中輸水系統(tǒng)和分散輸水系統(tǒng)，其中分散輸水系統(tǒng)根據(jù)間室出水段輸水廊道的布置又可分為單區(qū)段、兩區(qū)段及多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)。一般來說，船間水頭越高、間室規(guī)模越大，閘室內(nèi)出水廊道所需布置的區(qū)段就越多，以保證閘室內(nèi)水面的均勻上升(下降)，從而避免由于水面傾斜所造成的閘室內(nèi)停泊船舶斷纜、船舶間及船舶與閘門間碰撞等危險事故的發(fā)生。例如，國內(nèi)葛洲壩3號船閘的水頭27. 0m、大化船閘的水頭29. Om、樂灘船閘的水頭29. lm、銀盤船閘的水頭35. I^ii均采用了兩區(qū)段分散輸水系統(tǒng)、葛洲壩2號船閘(水頭 27. Om)采用了三區(qū)段分散輸水系統(tǒng)，葛洲壩1號船閘(水頭27. Om)和三峽船閘(中間級水頭 45. 2m)則采用了四區(qū)段分散輸水系統(tǒng)，而前蘇聯(lián)曾經(jīng)研究過應(yīng)用于70m水頭船閘的最為復(fù)雜的八區(qū)段分散輸水系統(tǒng)。由于閘室結(jié)構(gòu)和輸水廊道空間布置的限制，閘室內(nèi)出水段廊道一般無法覆蓋到整個閘室，出水段廊道的長度一般為整個閘室長度的50% 80%之間，因此，閘室可分為出水區(qū)域和非出水區(qū)域。在閘室充、泄水過程中，由于非出水區(qū)域的存在，從出水區(qū)域進入閘室內(nèi)的水流將向非出水區(qū)域流動，并在封閉邊界或下一個出水區(qū)段處發(fā)生反射，從而在閘室內(nèi)產(chǎn)生沿閘室長度方向的縱向水流以及往復(fù)波動，并且閘室內(nèi)出水區(qū)段越多，閘室內(nèi)水流條件就越復(fù)雜，從而會直接影響到閘室內(nèi)停泊船舶的安全。此外，我國的通航河流中大多數(shù)為多沙河流，鑒于葛洲壩三座船閘的運行經(jīng)驗，影響船閘運行除水力學(xué)問題外，還有閘室泥沙沉積問題。葛洲壩三座船閘設(shè)計水頭為27. Om, 2 號和3號船閘位于三江航道，1號船閘位于大江航道，三座船閘建成后閘室均存在不同程度的泥沙沉積，尤以1號船閘較為明顯。閘室泥沙沉積主要集中在非出水區(qū)域，即船閘的上、 下閘首、第一和第二分流口(分流口在兩個出水區(qū)段之間)等五個部位，最大泥沙沉積厚度達:3m左右，因而減少了閘室最小通航水深，影響了船舶航行，同時也將增大維護工作量，延長檢修時間。因而，如何改善多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室內(nèi)的水流條件及泥沙沉積問題，已成為建設(shè)、設(shè)計和科研人員非常關(guān)注的一個問題，而國內(nèi)外在此方面鮮有成功案例可供借鑒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在缺點，提出一種能夠改善多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)間室內(nèi)的水沙條件，同時又可降低施工難度，方便檢修，節(jié)約工程投資，降低運行成本的有效工程結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是提供一種改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)，包括分支廊道和設(shè)置在所述分支廊道內(nèi)的間室出水孔，在相鄰兩個所述分支廊道的首尾相接處各設(shè)有一個輔助出水廊道，所述輔助出水廊道呈U形或矩形；所述輔助出水廊道頂部的最小淹沒水深不小于船間的檻水深；所述輔助出水廊道側(cè)壁設(shè)有若干出水孔，利用輔助出水廊道達到分散水流及沖沙的目的。本發(fā)明進一步限定的技術(shù)方案是前述的改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)，所述輔助出水廊寬度小于等于所述分支廊道的寬度，在結(jié)構(gòu)允許的情況下應(yīng)盡可能覆蓋整個非出水區(qū)域。前述的改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)，所述出水孔為方形，單個出水孔的面積不超過原有閘室的單個出水孔面積的1/20，所述輔助出水廊道上的出水孔總面積為原有單個閘室出水孔面積的1 1. 35倍，在分支廊道首尾端的剩余壓力差大于ImH2O的前提下，以及所設(shè)置的一定數(shù)量的出水小孔，保證了出水孔出流流速大于泥沙的起動流速，達到了防止泥沙沉積的目的。進一步的，前述的改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)，所述輔助出水廊道的出水孔外側(cè)與閘墻之間設(shè)置有消力梁，降低了輔助出水廊道出流的紊動， 進一步改善了閘室內(nèi)的水流條件。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)在每個出水區(qū)段每根分支廊道末端加設(shè)U字形或矩形輔助出水廊道，顯著地減小了閘室內(nèi)的非出水區(qū)域，達到了全閘室基本均勻出水的目的，有效地改善了閘室內(nèi)的水流條件；(2)分支廊道首尾端的剩余壓力差大于ImH2O的前提，以及所設(shè)置的一定數(shù)量的出水小孔，保證了出水孔出流流速大于泥沙的起動流速，達到了防止泥沙沉積的目的；(3)在輔助出水廊道與閘墻之間設(shè)置消力梁等消能設(shè)施，降低了輔助出水廊道出流的紊動，進一步改善了閘室內(nèi)的水流條件；(4)輔助出水廊道的結(jié)構(gòu)簡單，施工與維護方便，在保證過閘船舶航行安全的同時，還可大大降低船閘的運行維護成本。在船閘輸水系統(tǒng)設(shè)計中閘室內(nèi)的水流條件及閘室內(nèi)的泥沙沉積問題一直是科研和設(shè)計人員所關(guān)注的焦點。本項發(fā)明有效地提高了閘室內(nèi)出流的均勻性，同時還可防止泥沙沉積，而且結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，顯著節(jié)約了運行和維護成本，具有很好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明實施例1的船閘輸水系統(tǒng)總體布置示意圖。圖2是本發(fā)明的輔助出水廊道示意圖。圖3是本發(fā)明的分支廊道末端壓力高程及剩余壓力過程線。圖4是本發(fā)明未采用輔助出水廊道船舶系纜力受力圖。圖5是本發(fā)明采用輔助出水廊道船舶系纜力受力圖。
具體實施例方式實施例1
本實施例是一種改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)，如圖1所示，即在每個出水區(qū)段每根分支廊道3的首尾兩個出水支孔靠近非出水區(qū)域一側(cè)加設(shè)輔助出水廊道1。本實施例中船閘采用閘墻長廊道、閘室中心水平分流、閘室底部縱向長廊道兩區(qū)段出水的輸水系統(tǒng)型式，靠近閘室中部分流口兩個出水區(qū)段的原閘室頂部出水孔上方分別設(shè)置了一個U字形輔助出水廊道1，輔助出水廊道頂部的最小淹沒水深不小于船閘的檻水深；輔助出水廊道側(cè)壁設(shè)有若干出水方孔2，利用輔助出水廊道達到分散水流及沖沙的目的。圖2為本發(fā)明的輔助出水廊道布置示意圖，U字形輔助出水廊道高度為0. 3m,其頂部最小淹沒水深等于船間的檻上水深，輔助出水廊道側(cè)壁上設(shè)置了 M個的長方形出水小孔2，出水孔高度均為0. 15m，靠近閘墻一側(cè)的16個出水孔寬度為0. 3m，其余8個出水孔寬度為0. 25m,出水孔總面積與原單個閘室頂部出水孔面積之比為1. 09。上述布置是在船閘整體模型中經(jīng)過大量的對比試驗最終得到的。圖3是本實例中閘室分支廊道靠近閘室中部一端的壓力高程和剩余壓力過程線， 在約^Os的時間內(nèi)分支廊道末端剩余壓力是大于ImH2O的，因此可以保證沖沙的要求，這是通過布置在廊道頂部的壓力傳感器測得的。圖4和圖5為模型試驗中得到的采用輔助出水廊道前后2X500t船隊在閘室內(nèi)停泊時的系纜力過程對比，這是通過布置在模型船隊上全環(huán)測力系統(tǒng)測得的，由圖中可以看出，在使用本發(fā)明后，船體的系纜力受力均勻，受力時間分布均勻，避免突然受力，有效的防止船舶斷纜、船舶間及船舶與閘門間碰撞等危險事故的發(fā)生。根據(jù)試驗和原型觀測結(jié)果本發(fā)明所采用的每個出水區(qū)段每根分支廊道的首尾兩個出水支孔靠近非出水區(qū)域一側(cè)加設(shè)輔助出水廊道的方法較好地解決了船間多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)間室水流條件和泥沙沉積的難題，模型試驗中觀測到的間室內(nèi)水流流態(tài)較為平穩(wěn)，船舶停泊條件滿足要求并有所改善，泥沙沉積情況有較大改善。并且所采用的輔助出水廊道的結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，并可大大節(jié)約船閘的運行和維護成本。本發(fā)明還可以有其它實施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.改善船間多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)間室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)，包括分支廊道和設(shè)置在所述分支廊道內(nèi)的間室出水孔，其特征在于在相鄰兩個所述分支廊道的首尾相接處各設(shè)有一個輔助出水廊道，所述輔助出水廊道呈U形或矩形；所述輔助出水廊道頂部的最小淹沒水深不小于船間的檻水深；所述輔助出水廊道側(cè)壁設(shè)有若干出水孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)，其特征在于所述輔助出水廊寬度小于等于所述分支廊道的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述出水孔為方形，單個出水孔的面積不超過原有間室的單個出水孔面積的 1/20，所述輔助出水廊道上的出水孔總面積為原有單個閘室出水孔面積的1 1. 35倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)，其特征在于所述輔助出水廊道的出水孔外側(cè)與閘墻之間設(shè)置有消力梁。
全文摘要
本發(fā)明公開改善船閘多區(qū)段分散輸水系統(tǒng)閘室水沙條件的工程結(jié)構(gòu)，包括分支廊道和設(shè)置在所述分支廊道內(nèi)的閘室出水孔，在相鄰兩個所述分支廊道的首尾相接處各設(shè)有一個輔助出水廊道，所述輔助出水廊道呈U形或矩形；所述廊道頂部的最小淹沒水深不小于船閘的檻水深；所述輔助出水廊道側(cè)壁設(shè)有若干出水孔。本項發(fā)明有效地提高了閘室內(nèi)出流的均勻性，同時還可防止泥沙沉積，而且結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，顯著節(jié)約了運行和維護成本，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號E02B3/02GK102359085SQ20111021441
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者宣國祥, 李中華, 李云, 李君 , 胡亞安, 黃岳 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院