[发明专利]一种带偏轴导流脊的T型管结构的高水头船闸输水系统

说明书

一种带偏轴导流脊的T型管结构的高水头船闸输水系统，包括主廊道、带偏轴导流脊的T型管、分流隔板、分流口，带偏轴导流脊的T型管位于闸室中部闸墙两侧或一侧，主廊道通过T型管与闸室的分流口相连，所述分流口整体为对称结构，偏轴导流脊位于主廊道和T型管衔接段，偏向T型管上游一侧，偏轴导流脊的反弧段与T型管弯道圆弧为非同心圆，分流隔板设于T型管末端。本发明克服了闸室充水分流口产生的单向螺旋流和关键部位脉动压力较大的现象，避免了分流口区域高流速、强紊动出现的空化空蚀问题，从而达到提高船闸输水安全性的目的。

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体是一种带偏轴导流脊的 T型管结构的高水头船闸输水系统。

背景技术

随着经济的不断发展，对我国的航运需求提出了更高的要求，以 三峡枢纽为例，自2003年投运以来，三峡枢纽过闸货运量迅猛增长， 到2013年达到9707万吨，为投运当年的5倍之多，其累计过闸货运 量达到6.4亿吨，是三峡工程蓄水前过闸货运的3.6倍，其双向过闸 货运量首次突破1亿吨，比预期设计的2030年达到设计通过能力1 亿吨整整提前了19年。与此同时，随着大藤峡、溪洛渡等一批高坝 枢纽的建设，也将面临船闸过闸运量的快速增长，船舶待闸时间明显 延长，过闸船舶积压等问题，因此，如何满足日益增长的通航需求和 和高水头船闸设计的技术难题之间的矛盾成为现阶段高水头船闸设 计亟待解决的核心。

对于高水头船闸，当工作水头到达一定高度后，由高水位差转换 而来的巨大动能使输水廊道和闸室内水流紊动加剧，船舶停泊条件恶 化，进而产生廊道段空蚀空化问题，因此以往的中低水头输水系统不 能满足其运行条件，一般采用与之相匹配的分散输水系统。据统计， 高水头船闸先后使用过闸底长廊道输水系统(万安单级船闸、卡米诺 阿尔斯基单级船闸)、闸底前后横支廊道输水系统(约翰德、冰港、 下纪念碑及小鹅船闸)、闸底纵横支廊道输水系统(葛洲坝2#船闸) 以及等惯性输水系统(圣-皮尔船闸、三峡船闸)。由于等惯性输水 系统以输水效率高，闸室内船舶停泊条件好而被后续高水头船闸广泛 采用，并且随着闸室尺度及水头的不同衍生出许多不同的布置型式。

船闸分流口是船闸输水系统运行的首要结构，也是船闸中连接输 水主廊道与闸室内中支廊道的重要节点，其作用是将水流均匀分配到 上、下半闸室，在船闸输水系统中起着至关重要的作用。通过对某大 型高水头船闸抽水调试期间的原型观测表明，船闸输水廊道分流口附 近存在较强的空化噪声，同时在抽干检查中也发现，分流口的隔板圆 弧面上发生了轻微空蚀破坏，破坏以麻坑为主。而高水头船闸分流口 大比尺物理模型和数值模拟也表明，高水头船闸在高流速、高压力的 情况下，分流口内部极易产生单向螺旋流和分流隔板脉动压力较大的 现象，对其安全运行造成极大的影响。

由此可见，在传统等惯性输水系统的基础上，探寻一种能改变复 杂流态、避免产生空化空蚀的分流口体型，成为解决高水头船闸分流 口安全运行的关键，这一需求也是推动航运需求和经济发展的基础。

发明内容

为了解决现有技术的不足，通过对高水头船闸调研观测，结合水 力学特性分析，本发明提供了一种带偏轴导流脊的T型管结构的高水 头船闸输水系统，可以克服高水头船闸分流口高流速、强紊动出现的 空化空蚀问题，从而达到改善分流口水流条件及闸室内船舶的停泊条 件，提高闸室输水效率增加客货运量的目的。

本发明采用的技术方案如下：

一种带偏轴导流脊的T型管结构的高水头船闸输水系统，包括主 廊道、带偏轴导流脊的T型管、分流隔板、分流口，带偏轴导流脊的 T型管位于闸室中部闸墙两侧或一侧，主廊道通过T型管与闸室的分 流口相连，所述分流口整体为对称结构，偏轴导流脊位于主廊道和T 型管衔接段，偏向T型管上游一侧，偏轴导流脊的反弧段与T型管 弯道圆弧为非同心圆，分流隔板设于T型管末端。

进一步的，偏轴导流脊脊顶上游侧切线与脊顶与分流隔板顶端与 下游侧壁交点的连线之间的夹角为5.7°～8.1°，偏轴导流脊脊顶下游侧 圆弧延长线与T型管上游侧壁相切。