專利名稱：大型船塢塢底出流式虹吸灌水流道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于大型船塢的，特別涉及一種大型修造船塢的塢底出流方式的虹吸灌水流道。
背景技術(shù)：
船塢作為修造船水工建筑物的重要設(shè)施，決定著一個(gè)國家修造船的能力和工藝水平。傳統(tǒng)大噸位船舶的主要建筑場地是船臺，但隨著船舶噸位的增大，船臺使用受到限制， 船塢因擁有許多優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為修造船的主要設(shè)施。2006年國務(wù)院《船舶工業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，我國將新建和擴(kuò)建以30萬噸級以上船塢為代表的修造船基地，重點(diǎn)建設(shè)環(huán)渤海、長江口、珠江口三大造船基地和渤海灣、長江中下游、閩浙沿海等大型修船基地。隨著我國大型船塢建設(shè)高潮的到來，傳統(tǒng)基于小噸位制訂的《干船塢設(shè)計(jì)規(guī)范》 (交通部，1987)有關(guān)船塢灌水流道的設(shè)計(jì)方法及規(guī)定已不能滿足大型船塢建設(shè)的需求。這主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面一是大型船塢的塢室一般空間較大，需要的灌水體積也相應(yīng)增大，為了滿足灌水時(shí)間的要求(一般要求控制在2. 0至2. 5小時(shí)之間)，灌水流道的流量必須很大，而為了增大流量，必須對流道的水動力特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；第二，流道內(nèi)流量增大后，需要進(jìn)一步考慮流道的結(jié)構(gòu)和材料強(qiáng)度，以滿足長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行的要求；第三，流道內(nèi)流量增大后，流道出口流速將相應(yīng)增大，從而引起塢室內(nèi)水面波動問題，影響塢室內(nèi)船舶的穩(wěn)定性和安全性。船塢灌水方式一般分為塢門開孔灌水、塢墻短廊道灌水和虹吸灌水三種方式。虹吸灌水方式與前二者相比，具有灌水流量大、免設(shè)閘閥、使用和維護(hù)費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)，但對于上述的三方面的缺點(diǎn)則需要進(jìn)行創(chuàng)造性優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)，以達(dá)到提高其工作效率和安全性的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在針對目前大型船塢虹吸灌水方式灌水效率低、水動力設(shè)計(jì)欠佳、塢室出水波動較大且容易引發(fā)船舶安全事故等問題，提供一種優(yōu)化、高效、可靠虹吸灌水流道。本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明大型船塢底出流式虹吸灌水流道，由進(jìn)口段(12)、虹吸段(13)和出口段 (14)組成，其特征在于，所述虹吸段(13)設(shè)置有虹吸管道(3)，虹吸管道(3)的上方為圓弧形狀的流道駝峰段G)，流道駝峰段的頂端設(shè)置有抽氣閥門( ；虹吸管道(3)的出口與出口段(14)相連接；出口段(14)設(shè)置有儲水消能墻(6)，出口段(14)的底部低于塢室內(nèi)的塢底板(10)和塢室墻體(9)，儲水消能墻(6)與塢室墻體(9)之間設(shè)置有消能柱(7)， 在出口段(14)的出口(15)處設(shè)置有出水格柵⑶；所述儲水消能墻(6)貫通于塢底出流式虹吸灌水流道的橫截面；所述流道駝峰段⑷的曲率半徑R為5. 0-6. Om ；所述流道駝峰段的峰頂高度h為3. 5-4. 5m。
所述消能柱(7)為4行4列，每行消能柱為4個(gè)，每列消能柱為4個(gè)；消能柱的截面采用邊長為10-15cm的正方形，柱間間距為30-40cm。所述出水格柵(8)為一個(gè)，出水格柵上均勻設(shè)置有孔徑為IOOcm2的方形出水孔。本發(fā)明的有益效果是1.采用本發(fā)明提出的虹吸流道駝峰段的最優(yōu)曲率半徑技術(shù)，能夠使水流過彎產(chǎn)生的離心力將與水流靜水壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力相互平衡，最終作用在管道壁面上的壓力最小。這樣在優(yōu)化流道水動力特性的同時(shí)，可以節(jié)省流道建造的成本。另外，最優(yōu)駝峰峰頂高度設(shè)計(jì)方法能夠綜合考慮過流安全與負(fù)壓限制因素，為綜合最優(yōu)方案。2.在流道出口段，增設(shè)消能柱和消能格柵，可以在不減小灌水流量的前提下，改善出流流態(tài)，使得出流平穩(wěn)，同時(shí)使塢室內(nèi)水面波動大大降低。3.塢底出流的出流方式能夠避免灌水流道高速水流直接沖擊塢內(nèi)船舶，大大優(yōu)化塢室內(nèi)的水流流態(tài)。


圖1是本發(fā)明塢底出流式虹吸灌水流道的結(jié)構(gòu)示:
圖2是圖1的消能柱A-A剖視圖3是圖1的消能格柵B-B剖視圖。
本發(fā)明圖1的附圖標(biāo)記如下:
1—一海水位2——-擋水墻體
3——一虹吸流道4——-流道駝峰段
5——一抽氣閥門6——-儲水消能墻
7——一消能柱8——-出水格柵
9——一塢室墻體10—一塢底板
11——塢室內(nèi)水位12——進(jìn)口段
13—一虹吸段14—一出口段
15-——出口
本發(fā)明圖2的附圖標(biāo)記如下:
7——一消能柱16—一消能柱間間距
本發(fā)明圖3的附圖標(biāo)記如下:
17—一格柵條18—一出水孔
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的灌水流道采用常規(guī)的施工方法進(jìn)行修建。灌水流道由三部分組成進(jìn)口段、虹吸段和出口段。各部分組成和功能為進(jìn)口段12設(shè)置有擋水墻體2，海水位1與塢室內(nèi)水位11存在水位差，進(jìn)口段12的作用是將海水引入虹吸段13的流道內(nèi)；在虹吸段13中，虹吸流道3 的頂端-駝峰處設(shè)置一個(gè)抽氣閥門5，以便連接真空泵，通過真空作用造成虹吸，形成水流的連續(xù)流動；出口段14的作用是將水流引入塢室內(nèi)，出口段14內(nèi)設(shè)置儲水消能墻6，以便預(yù)存一定體積的水，在虹吸形成之前，形成虹吸段13內(nèi)的空氣密封。
虹吸灌水的過程為①打開抽氣閥門5，外接真空泵；②啟動真空泵，開始抽氣，在虹吸流道3內(nèi)形成填空，虹吸流道3內(nèi)的海側(cè)和塢側(cè)的水位同時(shí)上升；③當(dāng)海側(cè)和塢側(cè)的水位同時(shí)上升至駝峰頂端時(shí)，水流開始連通，此時(shí)關(guān)閉抽氣閥門5，停止抽氣；④在虹吸現(xiàn)象作用下，水流持續(xù)由海側(cè)向塢側(cè)流動，直至兩側(cè)水位相同，灌水結(jié)束；⑤打開抽氣閥門5，破壞真空形成條件，以避免在修造船作業(yè)過程中由于海側(cè)波浪等因素意外形成虹吸，影響生產(chǎn)安全。本發(fā)明與傳統(tǒng)的船塢虹吸灌水方式相比，針對大型船塢，進(jìn)行了如下的創(chuàng)新性改進(jìn)。1.基于水動力學(xué)理論，進(jìn)行虹吸流道駝峰段曲率半徑和駝峰峰頂高度的優(yōu)化。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，虹吸道的幾何形態(tài)主要根據(jù)灌水流道的需要確定，對其具體的水動力學(xué)特性考慮不足，可能引起以下問題①如果駝峰段曲率半徑過小，水流過彎的離心力過大，因此作用在管道外側(cè)壁上的水壓力增大，威脅管道結(jié)構(gòu)的安全；反之，如果曲率半徑過大，水流離心力則較小，此時(shí)作用在管道外側(cè)壁上的水流負(fù)壓增大，同樣不利于管道材料的安全。 ②如果駝峰峰頂高度過低，可能引起在海側(cè)高潮位和波浪作用下意外過流等危險(xiǎn)；反之，如果駝峰峰頂高度過高，峰頂處的水流負(fù)壓將相應(yīng)增大，當(dāng)負(fù)壓增大到一定程度，高速流動的水體將產(chǎn)生空化空蝕現(xiàn)象，剝蝕管道內(nèi)壁的混凝土，破壞混凝土結(jié)構(gòu)。針對上述問題，本發(fā)明采用天津大學(xué)建筑工程學(xué)院泥沙研究所的最優(yōu)曲率半徑和最優(yōu)駝峰峰頂高度的設(shè)計(jì)，其原理為使由水流過彎產(chǎn)生的離心力將與水流靜水壓強(qiáng)產(chǎn)生的壓力相互平衡，最終作用在管道壁面上的壓力最小。本發(fā)明對于10 30萬噸級船塢的流道駝峰段4的曲率半徑R設(shè)計(jì)為5. 0-6. Om ；流道駝峰段4的峰頂高度h設(shè)計(jì)為為3. 5-4. 5m ；2.在流道出口段14，增設(shè)消能柱7和消能格柵8，為穩(wěn)定水流，改善塢側(cè)水流的出流流態(tài)。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中往往單純的追求出流的流量，因此一般不設(shè)穩(wěn)流裝置。而在大型船塢中，由于出口流量和流速均較大，塢室內(nèi)水面波動將尤其嚴(yán)重，影響塢內(nèi)船塢的安全。通過合理布置一定數(shù)量的消能柱7和消能格柵8，可以在不減小灌水流量的前提下，大大改善出流流態(tài)，使得出流平穩(wěn)，使塢室內(nèi)水面波動大大降低。根據(jù)本發(fā)明的研究成果，對于塢室內(nèi)外水位差4 5m，對于船舶噸位10 30萬噸的大型船塢，可以設(shè)置消能柱4行4列，如圖2所示，每行消能柱為4個(gè)，每列消能柱為4 個(gè)；消能柱的截面采用邊長10-15cm的正方形，柱間間距為30-40cm。本發(fā)明設(shè)置有出水格柵8為一個(gè)，如圖3所示，出水格柵8設(shè)置有格柵條17和出水孔18 ；出水格柵8均勻設(shè)置孔徑為IOcm的方形出水孔，即可達(dá)到較好地效果。3.傳統(tǒng)流道采用的是塢墻出流的方式，即出水口直接設(shè)置在塢墻上。這種出流方式施工和設(shè)計(jì)較為簡單，但對于大型船塢，由于出水流速較大，水流將不可避免地直接沖擊塢內(nèi)船舶，影響船舶的穩(wěn)定性。本發(fā)明設(shè)計(jì)為塢底出流的出流方式，水流由塢底向折返而出，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，降低了對塢內(nèi)船舶的水流沖擊力約30%。
權(quán)利要求
1.一種大型船塢底出流式虹吸灌水流道，由進(jìn)口段(12)、虹吸段(13)和出口段(14) 組成，其特征在于，所述虹吸段(13)設(shè)置有虹吸管道(3)，虹吸管道(3)的上方為圓弧形狀的流道駝峰段G)，流道駝峰段的頂端設(shè)置有抽氣閥門(5)；虹吸管道(3)的出口與出口段(14)相連接；出口段(14)設(shè)置有儲水消能墻(6)，出口段(14)的底部低于塢室內(nèi)的塢底板(10)和塢室墻體(9)，儲水消能墻(6)與塢室墻體(9)之間設(shè)置有消能柱(7)，在出口段(14)的出口(15)處設(shè)置有出水格柵(8)；所述儲水消能墻(6)貫通于塢底出流式虹吸灌水流道的橫截面；所述流道駝峰段的曲率半徑R為5. 0-6. Om ；所述流道駝峰段的峰頂高度h為3. 5-4. 5m ；
2.根據(jù)權(quán)利要求1的大型船塢底出流式虹吸灌水流道，其特征在于，所述消能柱(7)為 4行4列，每行消能柱為4個(gè)，每列消能柱為4個(gè)；消能柱的截面采用邊長為10-15cm的正方形，柱間間距為30-40cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的大型船塢底出流式虹吸灌水流道，其特征在于，所述出水格柵(8) 為一個(gè)，出水格柵上均勻設(shè)置有孔徑為IOOcm2的方形出水孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型船塢底出流式虹吸灌水流道，由進(jìn)口段12、虹吸段13和出口段14組成；所述虹吸段13設(shè)置有虹吸管道3，虹吸管道3的上方為圓弧形狀的流道駝峰段4，出口段14設(shè)置有儲水消能墻6，出口段14的出口15處設(shè)置有出水格柵8；所述流道駝峰段4的曲率半徑R為5.0-6.0m，峰頂高度h為3.5-4.5m；本發(fā)明解決了目前大型船塢的灌水效率低、水動力設(shè)計(jì)欠佳、塢室出水波動較大且容易引發(fā)船舶安全事故等問題，提供了一種優(yōu)化、高效、可靠的虹吸灌水流道。
文檔編號B63C1/00GK102490877SQ20111041352
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者白玉川, 許棟, 高國瑜 申請人:天津大學(xué)