[发明专利]减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种减免高水头船闸阀门空化的组合通气方法，具体的说是一种减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法。

背景技术

随着航运事业的发展和阀门研究水平的提高，船闸建设逐步向高水头发展。我国目前已建、在建的水头超过20m的船闸已超过五十多座，其中大化船闸的水头为29.0m，乐滩船闸的水头为29.1m，银盘船闸的水头达36.46m，而三峡船闸的最大级水头更是高达45.2m。这些高水头船闸主要集中在我国西部河流之上，受西部河流水量及水位随季节变化大，河势狭窄等特点的影响，多数高水头船闸的运行水位变幅一般均较大，例如大化和乐滩船闸的下游水位变幅分别达到10.4m和10.7m，而银盘船闸的下游水位变幅则达14.88m。

就船闸而言，输水阀门被喻为它的咽喉，其阀门段空化一直是船闸单项技术设计的焦点。当船闸水头超过20m时，更是会带来一系列的高速水流问题，给工程带来极大的危害，尤以阀门及其廊道段的空化空蚀问题最为突出，直接关系到船闸的安全正常运行。对于阀门后较简单的平顶或顶扩廊道体型，空化有两类：一是阀门底缘空化，二是门楣缝隙空化。对于较复杂的门后突扩廊道体型，除底缘空化和门楣空化外，还可能发生跌坎空化、升坎空化。此外位于阀门上下游的检修门井的门槽也可能出现空化。

自20世纪80年代以来，我国针对不断兴建的高水头船闸，结合国内外船闸运行经验，采取了多种措施抑制阀门空化，取得了显著的效果。其主要措施包括两方面，一是主动防护措施，从提高阀门底缘空化数的角度出发，主动避免空化发生，如快速开启阀门、增大阀门处廊道淹没水深、优化阀门段廊道体型(突扩体型)等；另一方面是被动防护措施，即在有空化发生的情况下，采用通气方式(门楣通气、廊道顶通气、跌坎通气、升坎通气等)减弱空化溃灭冲击压力，达到保护阀门段廊道边界免遭空蚀破坏的目的。

通常情况下，工程中常采用较复杂的阀门段廊道体型并适当加大阀门段埋设深度，同时结合各种通气措施来解决高水头船闸阀门空化问题，但复杂的阀门段廊道体型及加大阀门段埋设深度势必大大增加工程量和施工难度，同时廊道顶自然通气措施无法适应大水位变幅的条件。因而，如何在确保安全的前提下，通过较为简单且经济的措施解决我国西部山区河流大水位变幅高水头船闸的阀门空化难题，已成为建设、设计和科研人员非常关注的一个问题，而国内外在此方面鲜有成功案例可供借鉴。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种可降低阀门段廊道施工难度，方便阀门段廊道检修，节约工程投资，降低运行成本的减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

减免大水位变幅高水头船闸阀门空化的组合通气方法，采用“平顶廊道体型+小淹没水深+门楣自然通气+廊道顶自然通气”的组合通气方法，即采用最简单的等断面平顶型式阀门段廊道体型和较浅的阀门段廊道埋设深度，保证船闸高水头运行时廊道顶有一定负压，以门楣自然通气作为基本措施，将廊道顶自然通气作为门楣自然通气措施的补充手段，利用门楣及廊道顶联合通气充分抑制空化；当水位组合变化水头降低，廊道顶负压消失而不能自然通气时，则通过门楣自然通气解决阀门底缘空化问题。

阀门段埋设深度以最大水头下阀门后廊道顶出现-5.0～-7.0m水柱负压这一原则确定，但最大为-10.0m水柱。

门楣通气管布置：在门楣处沿廊道宽度方向设置一排间距为6～10cm，直径2cm左右的通气支孔，通气支孔与布置在门楣下游闸墙内的与廊道等宽的通气横管连接，在通气横管中部设置通气主管直至闸顶。

廊道顶通气管布置：在输水阀门后0.5～1.0倍廊道高度距离处廊道顶部沿廊道宽度方向设置通气管直至闸顶。

本发明的优点是：(1)通过采用等断面平顶廊道体型，简化了阀门段廊道结构，降低了阀门段廊道的施工难度，方便了阀门段廊道检修，从而可节约工程投资并降低运行成本；(2)通过采用较浅的阀门段埋设深度，降低了工程量，节约了工程投资；(3)根据门楣自然通气适应范围广及通气效果好的特点，将廊道顶自然通气作为门楣自然通气措施的补充手段，设计中在高水头作用下保证廊道顶有一定负压，利用门楣及廊道顶联合通气充分抑制空化；当水位组合变化水头降低，廊道顶负压消失而不能自然进气时，则单纯依靠门楣自然通气解决阀门底缘空化问题。