[发明专利]船闸集中输水系统倒K型消能工及其布置方法

说明书

技术领域

本发明属于船闸输水系统水力学技术领域，涉及一种船闸集中输水系统的倒K型消能工及其布置方法。

背景技术

带格栅消能室的短廊道输水型式在船闸集中输水系统中应用较为广泛，如我国的连江、高砂、丹竹、芒稻、兴隆等船闸均采用了该类输水型式。在船闸灌水过程中，常常因格栅消能室内消能工的布置不尽合理，在闸室内容易产生紊动较为强烈的水流和不均匀的流场。这种不均匀分布不外乎两种情况：一种是横向分布不均匀，另一种是竖向分布不均匀。横向分布不均匀将产生竖轴漩涡，使停泊船舶的两侧因压力不同而受到较大的横向作用力；竖向分布不均匀，如表面流速过大，则会对船舶产生较大的推力并造成水面波动及船舶颠簸较大，如底部流速过大则会产生表面横轴漩涡，水面局部降低，使船舶受到较大的向前吸力。由此可知，产生的不均匀水流不利于闸室船舶靠泊，从而危及航运安全。因此，研究带格栅消能室的船闸短廊道输水系统的消能工方案具有重要意义。

对于集中输水系统消能工型式和布置方式的研究，早在二十世纪三四十年代，前苏联的水工实验室针对短廊道中的简单消能工及复杂消能工方案进行了大量的试验研究。荷兰Delft的水工实验室在二十世纪七十年代，针对闸门上开小门的输水型式，通过物理模型试验，提出了相应的消能措施。在我国，周华兴根据船闸水力学试验研究成果，探讨了船闸具有垂直竖井输水系统封闭式消能设施的设计，并提出了相关的水力学计算公式。宗慕伟通过对船闸集中输水系统主要水力指标的探讨，提出了以闸室断面最大平均流速作为消能型式的选择依据。同时他还指出在短廊道布置中，应使廊道出口扩大并设隔墩，在帷墙消能室内应使廊道进口位于闸首前端，并设隔墙以引导水流流至消能室出口处等。邹炳生等根据短廊道输水消能机理，结合工程经验及输水模型试验，探讨了短廊道输水双层格栅消能室及其消能工设计中的问题。吴英卓等针对兴隆船闸采用的短廊道格栅消能室的输水系统，通过物模试验分析了该方案的合理性并对消能室出口处的局部消力设施进行了研究。总体而言，目前对船闸集中输水系统中消能工方案的研究以模型试验为主，且关于格栅消能室消能工方案的研究成果相对较少。

若在格栅消能室中不采取任何消能工的布设时，靠近上闸首一定水域内的闸室断面上将出现横向和竖向流速分布不均匀以及消能室上方水流汹涌等不利的水力现象。出现此等现象的根源主要在于消能室顶面格栅孔的出流较为强烈以及格栅孔的出流流量分布不均匀所致。为有效改善不利的水流条件，传统的做法是选取消力槛和盖板布置于消能室内外，用以进一步消耗水流能量和调整水流的出流方向。但研究发现，传统的消能工及其布置方法并不能达到明显的改善效果，因此便提出了采用消力槛、消力梁和消力挡板组合式的倒K消能工及其布置方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种船闸集中输水系统的倒K型消能工及其布置方法，该消能工由消力槛、消力梁及消力挡板组成，在闸室横断面上呈倒K型排列，能够显著增加闸室断面流速分布均匀程度和降低闸室水面的紊动，以有效地改善闸室船舶的停泊条件。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种船闸集中输水系统的倒K型消能工，该消能工全部布置在带格栅消能室的船闸短廊道输水系统的格栅消能室内，由消力槛、消力梁及消力挡板组成；两道纵向消力槛对称布设在输水系统的左右廊道出水口前方，若干纵向消力梁按阶梯式隔孔对称布设在消能室内，若干纵向消力挡板布设在消能室每个顶面格栅孔的下方，所述消力槛、消力梁及消力挡板在闸室横断面上组合成倒K型消能工。

进一步，所述纵向消力梁与纵向消力槛的几何尺寸一致。

进一步，所述纵向消力挡板采用横截面为T型的纵向消力挡板。

进一步，每块纵向消力挡板的翼缘与格栅孔等宽。

本发明还提供了一种船闸集中输水系统倒K型消能工的布置方法，本方法用消力槛、消力梁及消力挡板构成组合式消能工并全部布置在船闸集中输水系统的格栅消能室内，且消力槛、消力梁及消力挡板在闸室横断面上组合成倒K型；在船闸集中输水系统的左右廊道出水口前方对称布设两道纵向消力槛，在消能室内按阶梯式隔孔对称布设若干纵向消力梁，在消能室每个顶面格栅孔的下方布设若干纵向消力挡板。

进一步，所述纵向消力梁与纵向消力槛的几何尺寸一致。

进一步，所述纵向消力挡板采用横截面为T型的纵向消力挡板。

进一步，每块纵向消力挡板的翼缘与格栅孔等宽。