高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法

摘要

本发明涉及高水头船闸防空化通气方法，是一种高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化通气方法，高水头船闸阀门采用反弧门，阀门门后廊道突扩，跌坎采用阶梯型跌坎；利用阶梯型跌坎的第一级阶梯作为掺气槽，在阶梯型跌坎的第一级阶梯的后面埋设通气管，通气管连接至一根强迫通气管的一端，强迫通气管升至闸顶，其另一端通过连接管依次连接集气罐和空气压缩机，连接管上设有流量计和控制阀，强迫通气管上设有压力传感器；通气任务开始后，根据需要的通气量设定集气罐的气压值，利用所述空气压缩机增压，通过所述通气管进行强迫通气。本发明既可以有效减小跌坎和升坎空化强度，又能降低工程造价和施工难度，并且方便检修维护。

权利要求

1.高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，所述高水头船闸阀门采用反弧门，所述阀门门后廊道突扩，跌坎采用阶梯型跌坎；利用所述阶梯型跌坎的第一级阶梯作为掺气槽，在所述阶梯型跌坎的第一级阶梯的后面埋设通气管，所述通气管连接至一根强迫通气管的一端，所述强迫通气管升至闸顶，其另一端通过连接管依次连接集气罐和空气压缩机，所述连接管上设有流量计和控制阀，所述强迫通气管上设有压力传感器；通气任务开始后，根据需要的通气量设定集气罐的气压值，利用所述空气压缩机增压，通过所述通气管进行强迫通气；

其特征在于：

所述通气管为以下三种结构之一：

所述通气管包括一排通气支管和一根通气主管，所述一排通气支管埋设在所述第一级阶梯的后面，所述各通气支管连通至一根横向的所述通气主管，所述通气主管的两端位于所述第一级阶梯的两侧边壁，所述通气主管的两端连接至所述强迫通气管的一端；

所述通气管为一根半圆形通气横管，所述半圆形通气横管埋设在所述第一级阶梯的后面，在第一级阶梯后直接浇筑形成，所述半圆形通气横管的底平面面对所述第一级阶梯的竖直面，所述半圆形通气横管的底平面用钢板护面，在所述钢板上等间距打有通气孔；

所述通气管为一根矩形通气横管，所述矩形通气横管埋设在所述第一级阶梯的后面，在第一级阶梯后直接浇筑形成，所述矩形通气横管的一个侧平面面对所述第一级阶梯的竖直面，所述侧平面用钢板护面，在所述钢板上等间距打有通气孔。

2.如权利要求1所述的高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，其特征在于：所述阶梯型跌坎的第一级阶梯高度为18～22 cm。

3.如权利要求1所述的高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，其特征在于：所述集气罐的气压与所述压力传感器值之差不超过0.1～0.2Mpa。

说明书

高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高水头船闸防空化通气方法，具体的说是一种高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化通气方法。

背景技术

[0002] 随着我国内河航运事业的发展和推动，高水头船闸相继出现，随之带来的高速水力学问题如果处理不当，会影响船闸的安全运行，其中阀门段空化现象一直以来都是研究和设计的焦点。

[0003] 经过几十年的探索实践，科研人员在抑制阀门段空化方面取得了很大的进展。一项有效措施是反弧门后采取突扩的体型，目前已被很多工程采用。底突扩可以有效增大孔口射流面积，从而减小流速，提高自身空化数，使底缘空化得到明显减弱。但是底突扩体型在减免底缘空化的同时也增加了跌坎和升坎两处空化源。尤其是升坎空化可能发生在升坎处或者主流和坎后回旋区的交界面上。若在升坎后发生空化，则空泡可能被主流携带至下游溃灭，不但扩大了空化的发生范围而且影响检修门槽的安全。

[0004] 对于跌坎空化，目前有两种措施可以解决。其一是工程上较多采取的钢板衬砌护面；另一种是在跌坎自然通气，但这种方法只适用于平板阀门，反弧形闸门由于其底缘是动边界，不易与跌坎形成稳定的过流断面，导致通气空腔不稳定，因此不能保证在跌坎发生空化的开度范围内实现自然通气。突扩体升坎空化问题一般通过优化升坎体型解决，这些方法虽然能取的一定的效果，但增加了工程投资，并且给施工和检修维护带来了很多不便。因此如何更好地解决反弧门后突扩体型带来的升坎及跌坎空化，已成为设计和科研试验人员非常关注的一个问题。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在缺点，提出一种高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，既可以有效减小跌坎和升坎空化强度，又能降低工程造价和施工难度，并且方便检修维护。

[0006] 本发明解决以上技术问题的技术方案是：

[0007] 高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，高水头船闸阀门采用反弧门，阀门门后廊道突扩，跌坎采用阶梯型跌坎；利用阶梯型跌坎的第一级阶梯作为掺气槽，在阶梯型跌坎的第一级阶梯的后面埋设通气管，通气管连接至一根强迫通气管的一端，强迫通气管升至闸顶，其另一端通过连接管依次连接集气罐和空气压缩机，连接管上设有流量计和控制阀，强迫通气管上设有压力传感器；通气任务开始后，根据需要的通气量设定集气罐的气压值，利用所述空气压缩机增压，通过所述通气管进行强迫通气。

[0008] 这样，强迫通气后空气随主流进入突扩体，最后被携带至升坎末端，不但能减免升坎空化，而且能保护跌坎下的底板，还对底缘空化有利。

[0009] 本发明进一步限定的技术方案是：

[0010] 前述的高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，通气管包括一排通气支管和一根通气主管，一排通气支管埋设在第一级阶梯的后面，各通气支管连通至一根横向的通气主管，通气主管的两端位于第一级阶梯的两侧边壁，通气主管的两端连接至强迫通气管的一端。这样，通气支管通过通气主管连接强迫通气管，结构简单，便于检修维护。

[0011] 前述的高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，通气管为一根半圆形通气横管，半圆形通气横管埋设在第一级阶梯的后面，在第一级阶梯后直接浇筑形成，半圆形通气横管的底平面面对第一级阶梯的竖直面，半圆形通气横管的底平面用钢板护面，在钢板上等间距打有通气孔。这样可以直接浇筑形成，大大降低了施工难度减少了工程造价。

[0012] 前述的高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，通气管为一根矩形通气横管，矩形通气横管埋设在第一级阶梯的后面，在第一级阶梯后直接浇筑形成，矩形通气横管的一个侧平面面对第一级阶梯的竖直面，侧平面用钢板护面，在钢板上等间距打有通气孔。这样可以直接浇筑形成，大大降低了施工难度减少了工程造价。

[0013] 前述的高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，阶梯型跌坎的第一级阶梯高度为18～22 cm。

[0014] 前述的高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，集气罐的气压与所述压力传感器值之差不超过0.1～0.2Mpa。

[0015] 本发明的优点是：⑴强迫通气可以充分抑制升坎空化，保护升坎本身及突扩体后的廊道和检修门井；⑵强迫通气能完全抑制跌坎空化，掺气水流的“气垫作用”达到保护跌坎及跌坎后底板免遭空蚀破坏的目的；⑶强迫通气对减免底缘空化有利，一处通气同时减免三处空化，简单有效；⑷相对于以前复杂的技术，强迫通气大大降低了施工难度减少了工程造价，而且便于检修维护；⑸强迫通气不需要考虑自然通气的负压条件，使用范围更广。在船闸设计中，阀门的防空化设计一直是一项难题，它直接关系到工程的安全运行，本发明结构简单，运行可靠，大大节约了了工程投资，提高了工程安全性，具有很好的应用前景。

附图说明

[0016] 图1是本发明的连接示意图。

[0017] 图2是本发明实施例1的通气管连接示意图。

[0018] 图3是本发明实施例2的通气管连接示意图。

[0019] 图4是本发明实施例3的通气管连接示意图。

[0020] 图5是跌坎不通气与不同通气量情况下升坎空化噪声频谱对比图。

具体实施方式

[0021] 实施例1

[0022] 本实施例是一种高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，连接如图1所示，高水头船闸阀门采用反弧门，阀门门后廊道突扩，跌坎采用阶梯型跌坎1；利用阶梯型跌坎1的第一级阶梯作为掺气槽，在阶梯型跌坎的第一级阶梯的后面埋设通气管2，通气管2连接至一根强迫通气管3的一端，强迫通气管3升至闸顶，其另一端通过连接管依次连接集气罐4和空气压缩机5，连接管上设有流量计6和控制阀7，强迫通气管3上设有压力传感器8；通气任务开始后，根据需要的通气量设定集气罐4的气压值，利用空气压缩机5增压，通过通气管2进行强迫通气。空气压缩机5用于增大气压，实现跌坎处的通气，集气罐4的作用是储备气体，稳定气压，压力传感器8校核底部通气管气压，还配有控制阀7控制通气量。

[0023] 本实施例的通气管连接如图2所示，通气管包括一排通气支管9和一根通气主管10，一排通气支管9埋设在第一级阶梯的后面，各通气支管9连通至一根横向的通气主管
10，通气主管10的两端位于第一级阶梯的两侧边壁，通气主管10的两端连接至强迫通气管
3的一端。通气支管9的直径为20mm左右，间隔10～20cm，通气主管10的直径为8cm。

[0024] 阶梯型跌坎的第一级阶梯高度为18cm，设备运行时由水位条件触发，开始通气任务，根据需要的通气量预先设定集气罐的气压值，利用空气压缩机增压，进行强迫通气，通气过程中通过流量计和压力传感器的值实时检测和校核，工作时集气罐的气压与压力传感器值之差不超过0.1Mpa。

[0025] 试验通过浮子流量计改变通气量，测得三种通气量（换算到原型中通气量的值分别为0.1m³/s，0.0703 m³/s，0.0528 m³/s）条件下，跌坎强迫通气都能非常有效地抑制升坎空化，而且完全抑制升坎空化所需的通气量很小。跌坎不通气与3种不同通气量情况下噪声声压级对比见图5，由图可见，在不通气时，升坎存在着较强空化，噪声强度脉冲大而密集，声压波形中有较大尖锐脉冲，跌坎通气后，噪声强度曲线基本平坦，偶尔有小脉冲。

[0026] 实施例2

[0027] 本实施例是一种高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，连接如图1所示，高水头船闸阀门采用反弧门，阀门门后廊道突扩，跌坎采用阶梯型跌坎1；利用阶梯型跌坎1的第一级阶梯作为掺气槽，在阶梯型跌坎的第一级阶梯的后面埋设通气管2，通气管2连接至一根强迫通气管3的一端，强迫通气管3升至闸顶，其另一端通过连接管依次连接集气罐4和空气压缩机5，连接管上设有流量计6和控制阀7，强迫通气管3上设有压力传感器8；通气任务开始后，根据需要的通气量设定集气罐4的气压值，利用空气压缩机5增压，通过通气管2进行强迫通气。空气压缩机5用于增大气压，实现跌坎处的通气，集气罐4的作用是储备气体，稳定气压，压力传感器8校核底部通气管气压，还配有控制阀7控制通气量。

[0028] 本实施例的通气管连接如图3所示，通气管为一根半圆形通气横管11，半圆形通气横11管埋设在第一级阶梯的后面，在第一级阶梯后直接浇筑形成，半圆形通气横管11的底平面面对第一级阶梯的竖直面，半圆形通气横管的底平面用钢板护面，在钢板上等间距打有通气孔12。

[0029] 阶梯型跌坎的第一级阶梯高度为12cm，设备运行时由水位条件触发，开始通气任务，根据需要的通气量预先设定集气罐的气压值，利用空气压缩机增压，进行强迫通气，通气过程中通过流量计和压力传感器的值实时检测和校核，工作时集气罐的气压与压力传感器值之差不超过0.15Mpa。

[0030] 试验通过浮子流量计改变通气量，测得三种通气量（换算到原型中通气量的值分别为0.1m³/s，0.0703 m³/s，0.0528 m³/s）条件下，跌坎强迫通气都能非常有效地抑制升坎空化，而且完全抑制升坎空化所需的通气量很小。跌坎不通气与3种不同通气量情况下噪声声压级对比见图5，由图可见，在不通气时，升坎存在着较强空化，噪声强度脉冲大而密集，声压波形中有较大尖锐脉冲，跌坎通气后，噪声强度曲线基本平坦，偶尔有小脉冲。

[0031] 实施例3

[0032] 本实施例是一种高水头船闸反弧门后突扩廊道防空化强迫通气方法，连接如图1所示，高水头船闸阀门采用反弧门，阀门门后廊道突扩，跌坎采用阶梯型跌坎1；利用阶梯型跌坎1的第一级阶梯作为掺气槽，在阶梯型跌坎的第一级阶梯的后面埋设通气管2，通气管2连接至一根强迫通气管3的一端，强迫通气管3升至闸顶，其另一端通过连接管依次连接集气罐4和空气压缩机5，连接管上设有流量计6和控制阀7，强迫通气管3上设有压力传感器8；通气任务开始后，根据需要的通气量设定集气罐4的气压值，利用空气压缩机5增压，通过通气管2进行强迫通气。空气压缩机5用于增大气压，实现跌坎处的通气，集气罐4的作用是储备气体，稳定气压，压力传感器8校核底部通气管气压，还配有控制阀7控制通气量。

[0033] 本实施例的通气管连接如图4所示，通气管为一根矩形通气横管13，矩形通气横管13埋设在第一级阶梯的后面，在第一级阶梯后直接浇筑形成，矩形通气横管13的一个侧平面面对第一级阶梯的竖直面，侧平面用钢板护面，在钢板上等间距打有通气孔14。

[0034] 阶梯型跌坎的第一级阶梯高度为22 cm，设备运行时由水位条件触发，开始通气任务，根据需要的通气量预先设定集气罐的气压值，利用空气压缩机增压，进行强迫通气，通气过程中通过流量计和压力传感器的值实时检测和校核，工作时集气罐的气压与压力传感器值之差不超过0.2Mpa。

[0035] 试验通过浮子流量计改变通气量，测得三种通气量（换算到原型中通气量的值分别为0.1m³/s，0.0703 m³/s，0.0528 m³/s）条件下，跌坎强迫通气都能非常有效地抑制升坎空化，而且完全抑制升坎空化所需的通气量很小。跌坎不通气与3种不同通气量情况下噪声声压级对比见图5，由图可见，在不通气时，升坎存在着较强空化，噪声强度脉冲大而密集，声压波形中有较大尖锐脉冲，跌坎通气后，噪声强度曲线基本平坦，偶尔有小脉冲。

[0036] 本发明还可以有其它实施方式，只要阀门形式采用反弧门，门后廊道突扩，阶梯型跌坎，并且在跌坎处设通气管，利用空气压随机和集气罐强迫通气减免升坎及跌坎空化的技术方案，或其它采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。