采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型.pdf

本实用新型涉及一种减免船闸空化的突扩廊道体型，是一种采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型，升坎为五次曲线型升坎，在升坎曲面上水流发生分离的位置处设置掺气槽及其楔形挑流坎，形成稳定的低压区，同时在水流发生分离的位置加设通气管，以实现自然通气，从而减免升坎空化。本实用新型可以在突扩升坎曲面上掺气槽部位形成稳定的通气空腔，从而实现升坎稳定的自然通气。

权利要求书
1.  采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型，其特征在于：所述升坎为五次曲线型升坎，在所述升坎曲面上设有掺气槽和楔形挑流坎，在所述升坎曲面上还设有通气管。

2.  如权利要求1所述的采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型，其特征在于：所述掺气槽、楔形挑流坎和通气管设在在升坎曲面上水流发生分离的位置处。

3.  如权利要求1或2所述的采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型，其特征在于：所述楔形挑流坎在所述掺气槽前。

4.  如权利要求1或2所述的采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型，其特征在于：所述通气管设在所述掺气槽的两侧。

说明书采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型
技术领域
本实用新型涉及一种减免船闸空化的突扩廊道体型，具体的说是一种采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型。
背景技术
随着航运事业的发展和阀门研究水平的提高，船闸正在迈入高水头时期，“高水头、大流量”是现在船闸的主要特点。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，草街船闸的水头高26.7m，银盘的水头高达36.46m，而三峡船闸的最大级水头更是高达45.2m。
就船闸而言，输水阀门作为它的控制设备，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的运行。通常采用阀门段突扩廊道体型，可以有效的防止和减免阀门底缘等部位空化空蚀，所以在船闸建设上，尤其是高水头船闸建设得到广泛的应用。其中，尤其向下突扩体型，由于可以有效的增大孔口射流面积，从而减小流速，使得底缘空化得到明显减弱而得到广泛使用。
大量的试验和工程实践已经证明，采用向下突扩体型对于减免空化经济有效，但是同时也研究发现，此种体型在减免底缘空化的同时却也使得门后增加了升坎处形成的坎前回漩区和升坎曲面的分离区，流速较高，紊动较强，且在升坎曲面拐点以后易产生低压区，反而导致自身产生一定程度的空化。为了解决升坎空化的问题，工程一般采取钢板衬砌和升坎体型优化两种措施，前者在升坎空化发生的开度范围和强度不大时可以考虑，但长期运用将发生空蚀和振动现象，增加工程维护费用；后者则使用范围较广，但体型设计过于复杂，且会增加突扩廊道长度和体积，从而增大工程投资和施工难度。如何解决这个问题，已成为设计和科研试验人员非常关注的一个问题，特别对于升坎自然通气减免空化，国内外鲜有成功的先例。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种可以显著减小空化强度，可以对升坎后廊道底板起到一定保护作用的采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型。
本实用新型解决以上技术问题的技术方案是：
采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型，采用五次曲线型升坎，在升坎曲面上水流发生分离的位置处设置掺气槽及其楔形挑流坎，形成稳定的低压区，同时在水流发生分离的位置加设通气管，以实现自然通气。
掺气槽前设置楔形挑流坎，挑坎前水流不至于发生分离，保持较高流速，从而在挑坎后形成稳定的通气空腔。在掺气槽的两侧布置通气管至闸顶。
本实用新型的优点是：(1)通过采用五次曲线型升坎，实测的空化噪声强度明显降低，说明改变的体型本身可以显著减小空化强度；(2)水流流经升坎楔形挑坎以前不发生分离，并保持了较高的流速，在楔形挑坎以后形成稳定的低压区，实现自然通气；(3)采用五次曲线型升坎及合理的管路布置，升坎可以实现自然通气，掺气水流有效的保护了升坎发生水流分离的区域，而且还可以覆盖从升坎末端至检修门井的一段距离，可以对升坎后廊道底板起到一定保护作用.(4)升坎处允许出现负压，可以减小升坎长度，从而使突扩廊道体积减小，节约了工程投资.
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，本实用新型结构简单，运行可靠，大大节约了工程投资，提高了工程安全性，具有很好的应用前景。
附图说明
图1本实用新型的升坎体型示意。
图2本实用新型的升坎自然通气细部布置示意图。
图3是图2的侧视图。
具体实施方式
实施例一
本实用新型是一种采用自然通气减免高水头船闸突扩廊道空化的升坎体型，本实用新型的升坎体型如图1、图2和图3所示，升坎1采用五次曲线型升坎，在升坎曲面2上水流发生分离的位置处设置掺气槽3及其楔形挑流坎4，形成稳定的低压区，同时在水流发生分离的位置加设通气管5，以实现自然通气。在掺气槽3前设置楔形挑流坎4，挑坎前水流不至于发生分离，保持较高流速，从而在挑坎后形成稳定的通气空腔。在掺气槽3的两侧各布置一根通气管5到闸顶。
根据试验结果：本实用新型可以实现自然通气，并且通气后实际观测的流态好，通气空腔稳定，实测的空化噪声强度与水流背景噪声相同，说明本实用新型可以完全消除升坎空化。
上述只是本实用新型中的一个实施例，根据工程实际情况的不同，本实用新型还可以有其它实施方案。只要突扩体升坎采用五次曲线型升坎及相应的管路布置，并且在升坎曲面上设置掺气槽及楔形挑流坎，以稳定通气空腔、实现通气的技术方案均落在本实用新型要求的保护范围内。总之，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求保护的范围之内。