本发明属于船闸领域。 目前，单级船闸由闸室，上、下闸首，上、下引航道等基本部分及相应的设备组成，采用“一次输水、一次完成”的充泄运行过程，虽然具有船舶过闸时间短、船舶周转较快、管理集中的优点，但“一次输水”的泄水量偏大，在欧美国家已逐渐被梯级船闸所代替，梯级船闸是沿船闸轴线方向有两个以上的闸室，从采用“分级输水、分级完成”的运行过程来看，船舶过坝时间很长，时间损失太大，而且运行过程很复杂，单线船闸通过能力较小，运行管理、调度复杂;在大型高坝船闸中，如我国在建的三峡大坝船闸方案采用5级船闸，其结构长度长、平均水头高、下泄水量大、闸门启闭次数多、船队编队次数多、过闸时间长。
本发明的目的是提供一种大量节水、平均水头低、简化过闸形式，船舶过闸时间短、便于施工、维修容易、运行管理、调度集中的集合船闸。
本发明的目的是这样实现的：一种集合船闸，包括上引航道、上闸首、闸室、直接输水系统、安全系统、下闸首、下引航道，上、下闸首内设置有工作闸门、输水系统、启闭系统、交通桥及辅助设备和导航建筑物，其特征在于：
a：直接输水系统的输水廊道中设置了横式减压器（14）和卧式减压器（13）;输水廊道（12）和横式减压器（14）连接，经过直接充水阀（15）、横式减压器（14）、分级输水阀（16）与分级蓄水楼（20）连接;横式减压器（14）是由前后两块分流板（31）和两侧及顶底框板六个面组成的箱体，箱体内堆置减水压的铁链网（32）;卧式减压器是由底部分流板（31）、侧板组成;分流板是平板式分流板，板上开孔面积大于直接充水阀（15）的截面积;横式减压器固定在输水阀门（15、16）后，阀门采用反向弧形门，阀门的后廊道采用突扩体型;
b：分级输水系统由分级蓄水楼（20）及与分级蓄水楼连接的分级输水廊道（17），分级输水廊道（17）中的输水阀门（16）及横式减压器（14）、卧式减压器（13）组成;分级蓄水楼由梁（19）和柱（18）组成地框架体系的楼层式建筑结构，它的单层与双层呈十字交叉结构，使每层的水面和底面的距离hn的高度始终相等，而且每层蓄水室的体积也必须相等;每层蓄水室有一个通向闸室（1）的输水廊道（17）组均与闸室相通，阀门低闸室下闸栏的水位，每组蓄水池与闸室呈U字形状;
c：船闸蓄输水设计的基本公式：l＝[n/（n+2）]+[2/（n+2）]，其中n为蓄水楼的级数，n+2为蓄水楼的层数，
蓄输公式：Qv＝[nQv/（n+2）]+[2Qv/（n+2）]，其中nQv/（n+2）为蓄水或输水即节水量，2Qv/（n+2）为泄或充水即下泄水量，Qv为闸室的总体积流量;
平均水头：hn＝Hk/（n+2），其中Hk为闸室的总水头高度，hn为蓄水室平均水头的高度;
d、由上、下闸首（2、3）和两侧闸墙（23）、胸墙（9）、帷墙（10）组成的深井式船闸的闸室（1），闸室底部设置了承船厢（22），闸室上部设置2000吨级桥式起重机（29），在闸室两侧墙上设置了锁定承船厢的连锁装置;浮筒（33）连接位于闸室墙（23）外的升降井（24）及闸室内的承船厢（22）;
e、闸室的上闸槛设置了多组人字形闸门平行排列组成的临时闸门组（2），从第二级闸门开始，闸门后设置竖槽（66），隔水条（67）可插入竖槽（66）中阻水;
f、下闸首（3）由闸涵和闸门组成，供船舶进出入闸门关闭锁定的闸涵由下门槛及下闸首胸墙及闸首底面组成;
g、安全系统由浮筒式升船机、水力升船机、承船厢（22）、连锁装置（29）组成，浮筒式升机是由浮筒（33）和钢丝绳组（21）分别连接承船厢（22）和对重（34）组成;浮筒（33）可在升降井（24）内随水位上下移动。
由于在直接输水系统中增加了横式减压器和卧式减压器，降低了水流压差、分散水流，满足高水头、小流量的充泄要求及满足快速分级蓄输的要求，以缩短充泄时间。由于在闸室附近增设了分级蓄水楼建筑，使低、中、高坝闸室内实现“分级输水、一次完成”的水面升降一次性到位完成，大量节约下泄水量，降低单级闸室的工作水头，使大型高坝船闸的船舶一次性安全顺利地过闸。由于下闸首的人字闸门改为瓦形闸门或单摆闸门或双摆闸门满足大、小型高坝船闸的闸门启闭要求，启闭自如。由于采用由备用安全系统、承船厢、连锁装置组成的安全系统，根据闸室的特点，有效地利用上游的水力和闸室有效长度，具有结构简单、可靠、准确迅速的特点，而且各项指标均条例航运安全的标准。由于采用按梯级形式组成的临时闸门组，在工程峻工完成通航任务之后，可用钢筋混凝土进行半永久性封闭备用，既能保持江河天然航道的自然畅通，又能使船闸修复期间恢复通航。集合船闸与单级船闸、梯级船闸、升船机的定性分析如表1。
下面结合附图和实施例对本发明作出详细描述。
图1是本发明的总体布置立面简图。
图2是本发明的总体布置平面简图。
图3是横式减压器原理图。
图4是卧式减压器原理图。
图5是分级蓄水楼计算简图。
图6是浮筒式升船机示意图。
图7是水力升船机示意图。
图8是半浮式承船厢简图。
图9是自锁装置剖视图。
图10是自锁装置平面图。
图11是自锁装置受力分布图。
图12是连锁装置示意图。
图13是瓦开闸门简图，水位单位：米。
图14是单摆闸门简图。
图15是双摆闸门简图。
图16是临时闸门组组合形式图。水位单位：米
图17是集合船闸运行过程图。
图中1、闸室，2、上闸首，3、下闸首，4、上引航道，5、下引航道，6、轴线（中心线），7、中闸首，8、下闸首瓦形闸门，9、胸墙，10、帷墙，11、泄水阀，12、直接输水廊道，13、卧式减压器，14、横式减压器，15、直接充水阀，16、分级输水阀，17、分级蓄输廊道，18、柱，19、梁，20、分级蓄水楼建筑，21、钢丝绳组，22、承船厢，23、闸室侧墙，24、升降井，25、井孔，26、升降井侧墙，27、轨道，28、桥式起重机，29、连锁装置，30、摆形闸门，31、分流板，32、铁链网，33、浮筒，34、对重，35、补水舱，36、阀门，37、水密舱，38、浮筒，39、对重舱，40、半浮式承船箱，41、半密舱，42、棘齿条，43、骨架，44、小浮筒，45、水位标杆，46、连杆，47、连杆架，48、锁爪，49、顶杆，50、下垫铁，51、上垫铁，52、前侧座，53、锁爪轴，54、后侧座，55、圆弧形导轨，56、导向连杆，57、对重箱，58、静水池，59、圆弧形导轨，60、单摆闸门，61、挂杆，62、定位导轨，63、调位装置，64、支撑轴，65、双摆闸门，66、竖槽，67、隔水条，68、横槽，69、支杆，70、71、水密舱，72、阀门。
船闸由闸室、闸首、引航道等三个基本部分及相应的设备组成，在直接输水系统中增加横式减压器14和卧式减压器13，在闸室1附近增设了分级蓄水楼建筑20，高坝船闸还增加了闸室胸墙9、帷墙10和两侧墙23的高度，组成了深井式船闸的闸室结构，下闸首的人字闸门改为瓦形闸门8或单摆闸门60或双摆闸门65;闸室底部设置了承船厢22，闸室上部设置了桥式起重机29，闸室两侧墙上设置了连锁装置;在闸室的上闸槛设置了连锁装置，在闸室的上闸槛设置了临时闸门组2、66、67、68。
直接输水系统主要是由输水廊道12，阀门15和横式减压器12、卧式减压器13组成，利用减压器的工作原理，降低水流压差，分散水流满足高水头、小流量的充泄水要求，满足低水头、大流量的充泄水要求，满足快速分级蓄输的要求，缩短闸室的充泄水时间，保证船舶在闸室内安全升降，直接输水系统既可单独使用，又可与分级输水系统共同使用。横式减压器的箱体内按“远程有序，近程无序”的规律堆排铁链网32，卧式减压器的上部可不设分流板，铁链网可堆出箱体之外。减压器的分流板是平板式分流板，板孔眼为圆形，板孔面积约占总面积的40%，可均布或以其它方式排置，开孔面积应大于输水阀门15的截面积，减压器的箱体可半固定的输水廊道中。
横式减压器应固定在输水阀门15、16后，阀门应采用反向弧形门，阀门的后廊道采用突扩体型，便于分散水流，增加减压效果。卧式减压器可放置在闸室1的底部，从底部到上部为喇叭形状13。减压器可单独使用或采用梯级设置形式组合使用。为快速充泄水，减压器可与分级输水系统17直接相连。
减压器的原理：水流在通过分流板束收缩和分流分散后，再进入立体分流分散的铁链网箱中，在其流动的过程中，一系列的阻流间隙，增加了流动中的阻力，改变了流向，分散了水束及流量，水流在铁链网箱中无规则的反复循环，使水流压差逐渐损失，达到减压的目的。
分级输水系统由分级蓄水楼20、分级输水廊道17、输水阀门16及横式减压器14组成，通过工程控制及阀门16群、输水廊道组17，实现“分级输水、一次完成”。大量蓄储下泄水量，使下泄水量循环使用，并降低闸室的工作水头。
工作原理：修建一座与闸室高度相同（理论上）和容量相等的蓄水楼。假如在闸室与蓄水楼平行对应时20、1，把蓄水楼分为Vd、Ve、Vf3个相等的体积容量，即把蓄水楼分为3个蓄水池，把闸室分为Va、Vb、Vc3个相等的体积容量，且Vd＝Ve＝Vf＝Va＝Vb＝Vc，设闸室在水满状态时，其蓄、泄、输、充的运行过程为：
蓄：开启e室阀，Va的水蓄满e室，关闭e室阀。
泄：开启直接泄水阀，Vc、Vb的水相继泄出闸室外。
输：开启e室阀，Ve的水输满Vc部分，关闭e室阀。
充：开启直接充分阀，Vb、Va部分相继充满水。
蓄泄与输充的总量是相对的，又是相等的因此
Ve+（Vc+Vb）＝Ve+（Vb+Va）
即 (Ve+(Vb+Va))/(Ve+(Vc+Vb)) ＝1
在闸室的总水量保持不变时，设“蓄”（或输）与“泄”（或充）的和等于1即：
(Ve)/(Ve+(Vc+Vb)) + ((Vb+Va))/(Ve+(Vc+Vb)) ＝1
且Ve＝Vc＝Vb＝Va则：
(Ve)/(Ve+(Vc+Vb)) + ((Vb+Va))/(Ve+(Vc+Vb)) ＝ (Ve)/(Ve+2) + 2/(Ve+2) =1
如果把蓄水池分为n级时，则：
(n)/(n＋2) ＋ 2/(n＋2) ＝1
根据上述的计算结果，可具体的归纳为以下公式：
1>基本公式：
1＝ (n)/(n＋2) ＋ 2/(n＋2) ，其中n为蓄水楼级数，n+2为蓄水楼层数。
2>蓄输公式：
VQ＝ (nQv)/(n+2) ＋ (Qv)/(n+2) ，其中 (nQv)/(n+2)
为蓄（或输）水，即节水量，2Qv/（n+2）为泄（或充）即下泄水量，Qv为闸室的总体积流量。
3>平均水头公式：
Hn＝ (2Hk)/(n+2) 其中Hk为闸室的总水头高度、Hn为蓄水室平均水头的高度。
在蓄输的运行过程中，Vd、Vf两个部分参与运行，根据基本公式n+2中的“2”实际上为Vd+Vf的固定值，即用固定值2减去分级蓄水楼的层数，就等于分级蓄水楼的级数。
Vg部分的引入不会影响蓄输的运行，即分级蓄输也可用于梯级船闸中，不影响分级蓄输的正常运行，Vg部分实际是梯级船闸的中间级闸室7的留底水量即航深。
根据蓄输原理及运行过程、基本公式得出：蓄输的次数由分级蓄水楼的级数来确定，且可以连续蓄输运行，即分级蓄输运行。把分级蓄输引入整个单级闸室内，使它在闸室内一次性完成，蓄输运行：在单级闸室内的充水和泄水过程中，引入分级蓄输的运行过程，使闸室的水面升降直接到位一次完成，即分级输水，一次完成。
分级蓄水楼是由梁19和柱18组成的框架体系的楼层式建筑结构，它的单层与双层呈十字交叉结构，使每层的水面和底水面的距离hn即h1、h2、h3、h4……的高度始终相等，且每层蓄水楼的体积容量必须相等。每层蓄水室有一个通向闸室的输水廊道17。分级蓄水楼的阀门16组和输水廊道17组均与闸室相通，且阀门低于闸室下闸槛的水位，每组蓄水楼与闸室呈U字形状，开启阀门后水位呈自然平衡状态。
分级蓄水楼对每层蓄水楼的高度、体积要求严格，对平面尺寸、形状要求不高。蓄水楼的输水廊道可直接与闸室相通，也可直接从输水廊道进入闸室，不影响蓄输效果。
可根据节水要求确定蓄水楼的分级级数，且修建一座分级蓄水楼可满足一座船闸的输水要求，双线船闸也可修建一座大容量的蓄水楼共同使用。在上下游航道的水位涨落幅度很大时，集合船闸可梯级化但不超过3梯，并可使用分级蓄水楼，不影响中间级闸室的留底水量即航深。
在双线船闸中，可修建三座蓄水楼，便于清洗、检修蓄水楼的泥沙淤积。用上游水流冲洗，并同时铺设冲洗管道。
对于高坝船闸，分级蓄水楼的中间级蓄水室可闸室的中部连接直接蓄输。当蓄水楼的分级数确定以后，下泄水量不会随上游水位涨落影响，其平均水头也不会改变。若要实现快速蓄输可扩大输水廊道的截面积。
蓄水楼的分级数越多，其节水效益越好，虽然增加了输水廊道和阀门的数量，给阀门的启闭控制增加负担、减缓闸室水面升降速度，但相应的水头降低，阀门的启闭压力减小，磨损减少，对阀门的性能及控制的要求降低，甚至可用涵闸替代阀门，更有利于闸室的快速蓄输。
安全系统由备用安全系统、承船厢、连锁状置等组成。浮筒升船机和水力升船机组成备用安全系统，当单级闸室发生意外，可托住船舶进行抢险处理，并同时可于水面同步升降，进行跟踪保护船舶。也可单独作升船使用，其升降井与分级蓄水楼连接。
浮筒升船机是由浮筒33和钢丝绳组21分别连接承船厢22，和对重34组成。它的浮筒是由水密舱37、补水舱35、和阀门36组成，补水舱和阀门的作用是增加升降距离。承船厢用于小型船闸时，可为水厢，用在中型船闸时可为网厢22，用在大型船闸时可为半浮厢40。
当升降井24内充水时，浮筒便随井内的水面升高而浮升，并同时曳引承船厢22上升，此时对重34呈相反的方向在井孔25中下降。反之，当升船机用于小型船闸时可不设对重状置。
水力升船机是由浮筒箱38和钢丝绳组21分别连接承船厢22和对重34组成。其中浮筒箱是由对重舱29和水密舱37组成，另外对重舱内可堆放钢筋混凝土或铁块等。若是用在小型船闸时可以不设对重34，因为浮筒箱本身就是一个对重体，另外在升降井侧墙上26应设补水装置，以使浮筒箱能够回升到升降井顶部位置，以保证承船厢有一定的航深。另外水力升船机的钢丝绳比浮筒升船机的钢丝绳要短一半，并且平衡升船机的浮筒厢箱与承船厢的传动比也可按3∶2设计，以适应上游水位的落差。
当升降井24开始泄水时，浮筒箱便开始下降，由于浮箱箱加上对重的部重量远大于承船厢的负载总重（包括：船重、钢丝绳重、大型承船厢可不计水重）所以承船厢被浮筒厢曳引呈相反的方向上升。
半浮箱是由承船厢40用钢丝绳和铁链等软连接形式连接小浮筒44（一般直径小于1米）组成，其中承船厢是由水密舱36，半密舱41，阀门36，棘齿架42，骨架43和水位标杆45组成。水密舱和半密舱的作用可使整个承船厢的总重量在水中减少90%以上。小浮筒（不止一对）可用较小的提升力使承船厢始终保持在水位以下航深的距离，半密舱和阀门可以用来调节承船厢的深度位置及平衡程度，水伴标杆则可随时检查承船厢的航深位置及平衡状态，棘齿条用于锁定承船厢。
当闸室的水面升降时，小浮筒便拖动失去部分重量的承船厢在保持一定航深的范围内随闸室的水面同步升降，由于闸室水面的升降速度比较平衡，因此不会产生半浮箱忽上忽下的跳位失控现象。
池闸室出现险情时，应立即启放连锁装置46，并同时开启闸室的泄水阀（或蓄水阀），半浮箱在微微下降时被锁定，此时应密切注意船舶的情况，若船舶出现下沉时，便继续开启泄水阀，船舶便被锁定的承船厢托起，此时，便可进行全面的抢险工作，并配合闸室上部的桥式起重机29同时抢险……结束后应缓慢地向闸室充水，使船舶与半浮箱相继浮升，同时闭合连锁装置，并继续监视船舶的情况直至船舶驶出闸室之外。
半浮箱是网箱式结构，利于闸室的水面升降减少水的运行阻力，使承船厢升降平衡。承船厢的骨架与水密舱保持一定的部距，使水密舱无压力。小浮筒在位于闸室侧墙凹面的竖槽内升降，使闸室有足够的空间供船舶停靠。半浮箱不使用时，可锁定在闸室的底部。
连锁装置用于承船厢的锁定。
自锁装置由锁爪48、顶杆49、顶杆架47、连杆46和下垫铁50、上垫铁51组成。锁爪轴53由前侧座52、后侧座54固定。锁爪由顶杆控制，顶杆与顶杆架和连杆串接起来，连杆控制整个闸室单面侧墙上的全部锁爪。锁爪虽由顶杆控制但不要求固定连接。单个的自锁装置按一定的纵横间距，均布在闸室的侧墙上面，纵向的间距与承船厢43上的棘齿条的长度相对应。
当承船厢（箱）下降时，此时无论是正常下降还是因负载发生变化而下降，需锁定时，应立即启放杆，同时顶杆下降，此时锁爪靠其自身的重量下降敞开，并同时与下降的承船厢上的棘齿条相遇吻合，即可把承船厢（箱）锁定。
锁爪在受力时，把负载W压在锁爪上，此时下垫铁以相等的力F1向上顶住锁爪，同时上垫铁向下顶住锁爪后部向上的力F2。取消锁定状态时，承船厢微升一段距离，此时可闭合锁爪。
自锁装置结构简单，负载大，制造、安装、维修简单。连锁装置的控制在闸室侧墙的上部，应急快捷准确。
锁爪为实心体，右在锁爪上部用铁链的软连接形式替代顶杆，其顶杆架变为提升杆，可向闸室侧墙后移。
瓦形闸门3是由圆弧形导轨55，圆周向导向连杆56和对重箱57及静水池58组成。闸门开启后，几乎处于平卧状态，安全性比平板门优越，且极易锁定，检修、监测，降低闸门的使用磨损量。
当开启机电拖动装置时，钢丝绳组便曳引闸门随导向杆沿圆弧开导轨向圆周方向移动，并呈圆弧线上升，同时对重箱在静水池中下降，并随着下降的深度和浮力的增加逐渐失去部分重量。
摆形闸门分为单摆闸门60和双摆闸门65两种，它们的结构和原理基本相同，单摆闸门是由闸门60、挂杆61、调位装置63，支撑轴64和圆弧形导轨65、定位导轨62等组成，从支撑轴心到圆弧形导轨的距离，即半径是闸门高度的4倍左右。摆形闸门是悬挂式结构，启动动力小，适于频繁使用，适用于100米以上的水头船闸。闸门闭合后，应加压锁定。
上闸槛临时闸门组主要是满足枢纽工程在施工期间的临时通航，以取代临时船闸的作用。一旦工程结束后便可撒消。
临时闸门组2是按梯级的形式组合。它的运用是随着蓄位的升高而一级级的使用，闸门可设3-5级左右，如以三峡水头按4级方案，则中间2级闸门的高度为41米（比葛洲坝2号闸门高7米），从第2级闸门开始，每个闸门的后面加设了竖槽66，以便加放隔水条67阻水。
当蓄水位达到预定的高度之后，应将闸门组两边的竖槽用隔水条隔水，然后加高上闸槛。
重大的枢纽工程，在临时闸门完成通航任务之后，应将闸门组两边的竖槽和闸门之中的横槽68用钢筋混凝土板进行半永久性封闭备用，这样即使在任何时候，任何情况下，都以保持江河天然航道畅通，即是较小吨位的船舶通航（应有淤积疏浚措施）也是重要的，假如一旦发生溃坝，在修复时期，临时闭门组又可一级级地使用，这样在修复时期的通航问题就变得比较简单了。临时闸门组的半永久性封闭，可以除去整个重大枢纽工程的一块心病，并且有特殊的战略意义。
集合船闸适用于低坝的船闸，并可利用其节水的优点使低坝梯级船闭转化为单级船闸，例如前苏联的《卡马双线3级船闸》其总水头仅为22米，节水的意图是很明显的，而集合船闸的节水量不仅远优于《卡马3级船闸》，而且还成倍地缩短过闸时间在，确切地说，如果仅仅只修建一座稍大点的单线集合船闸便可达到双线梯级船闸的全部通航量，而且还可成倍地缩小建筑规模及投资。
集合船闸在一定范围内可代替升船机的作用，除枢纽工作的要求是“滴水不漏”之外，一般可满足升船机的节水要求。例如德国的中德运河罗登西《浮筒式垂直升船机》提升高度仅为18.7m其节水的目的是显而易见的，而集合船闸不仅可满足其节水要求，同时，还简化了其复杂的运行过程，提高了船闸的安全性能，而大大降低了工程的投资和管理、维修、养护费用。
《集合船闸》根据“分级输水，一次完成”的蓄输原理，因此，其简单的原理，更符合安全的标准，从而保证了大小吨位的船舶能够安全顺利地一次性通过大型高坝船闸。所以，其综合指标远优于大型高坝的梯级船闸。以三峡《单线5级船闸》方案为例，与同样规模的《单线单级集合船闸》相比较，按单向过闸，每通过一次船队，其结果如表2所示：
我国具有极为优越的航道条件，但至今尚无一条完整的渠化航运河流，而且内河航道“人为”的碍航情况极为严重，（指文革时期）平均每80公里就有一座碍航闸坝，其中以“水电与航运”的矛盾最为集中。由于集合船闸具有适应于不同高度水头均能达到节水的要求的特点，所以可直接在闸坝后建造船闸，其综合指标均可满足闸坝的要求。因此它是目前《复航协调》中较为理想的方案。
目前大多数船闸都是属于低水头船闸，其船闸的更新改造非常适合于集合船闸的特点，而且改造方案简单易行，其效果非常理想，具体更新方案是：在船闸的附近修建分级蓄水池，其分级输水廊道直接与闸室的泄水口连接，原泄水口再延长一段即可全部完工。