大型超高水头船闸输水系统型式研究与展望

高水头船闸输水水流携带巨大能量,可能对船闸输水系统运行安全及闸室内船舶停泊安全产生危害,选择合理的输水系统型式对保障工程安全至关重要。随着大型超高水头单级船闸——大藤峡船闸的开工建设,研究发现目前已成功运行的输水系统型式不能满足该工程需要,亟需消能效果更好的输水系统。结合大藤峡船闸工程相关研究,参考国内外已建高水头船闸输水系统布置的成功经验,总结了高水头船闸不同输水系统型式与船闸运行水头和闸室尺度规模的匹配关系,介绍了适应大藤峡船闸工程特点的自分流全闸室出水4区段等惯性输水系统型式,提出了消能效果更好的带内消能工的输水系统新体型,可供类似超高水头大型船闸的设计和研究借鉴。     

草街二线高水头船闸模型试验研究

在嘉陵江草街船闸水力学模型试验研究基础上,首次提出并论证了高水头船闸单侧主廊道、闸底横支廊道输水系统的合理布置,确定了其输水系统的布置型式。试验结果表明,这种新型布置形式可以有效解决船闸水力指标要求高和地形布置条件特殊的技术难题,研究成果可为类似实际工程提供科学依据。同时,这种新型布置型式拓宽了我国高水头船闸单侧廊道输水系统布置的应用领域,发展了高水头单侧廊道输水系统船闸水力学研究的水平。     

超高水头大型船闸输水系统研究

随着社会经济的发展和技术的提高,船闸不断向大型化和高水头化方向发展,以往常规的等惯性输水系统已不能适应40 m以上的超高水头大型单级船闸。结合某工程实例,通过类比分析、物理模型试验及数值计算的方法,提出了新型自分流的闸室分流口结构型式和输水系统布置型式,很好地解决了闸室高效输水和船舶停泊安全问题,显著拓展了常规等惯性输水系统的适应性,其成果可供超高水头大型船闸设计借鉴。     

高水头船闸输水系统布置及应用

根据国内外及长江科学院建院50多年来对高水头船闸输水系统水力学研究成果,对高水头船闸输水系统布置型式及关键部位体型应用进行了简单介绍,给出了适应不同闸室尺度及水头的等惯性输水系统基本型式和优化闸室内船舶停泊条件以及解决输水系统空化问题的关键部位优化体型,提出了通过阀门底缘掺气解决船闸输水反弧门底缘空化从而简化高水头船闸输水阀门段体型的新思路,以及有望应用于超高水头船闸的具有内外消能系统的新型分散输水系统型式,可提供给有关的科研设计工作者参考。     

兴隆船闸关键水力学问题研究

兴隆船闸采用短廊道输水系统,属集中输水系统布置中的中高水头船闸.船闸规模及一次充泄水水体大,输水时间短,水力指标要求高.对于输水系统出口设置在闸首的船闸,其充、泄水系统出口布置型式以及输水阀门的运行方式直接影响过闸船舶安全.通过1∶30兴隆船闸整体模型,对过闸船舶停泊条件等关键水力学问题进行了专题研究.通过研究提出了能够满足充泄水时间和停泊条件要求的输水阀门运行方式及输水系统布置型式,为兴隆船闸设计提供了科学依据,并可作为其他短廊道输水系统船闸设计参考.     

嘉陵江利泽航运枢纽船闸输水系统的布置与研究

根据嘉陵江利泽航运枢纽船闸的特点和《船闸输水系统设计规范》的规定,将利泽航运枢纽船闸的输水系统型式确定为闸墙长廊道侧支孔输水系统。通过对船闸闸墙长廊道侧支孔输水系统的特点进行分析且采用对比分析及水力计算的方法,确定了输水廊道的面积及断面尺寸,提出了合理的充泄水阀门开启时间和具体的输水系统布置。结果表明:输水系统布置合理,利泽枢纽船闸的具体条件与设计单位提出的输水系统布置及各部位尺寸相适应,各输水水力特征值能够达到预期设计目标并同时满足规范和设计要求。这种闸墙长廊道侧支孔输水布置是一种较优的、适合于中等水头与重力式闸墙的输水系统型式,其具体实效有待实践验证。     

大藤峡船闸总体设计布置

大藤峡水利枢纽工程是打通西江亿吨黄金水道的关键项目,坝址河段航运要求高,货运量大,通航建筑物船闸的总体设计布置对整个枢纽的布置方案、货运量、运行管理、投资起着至关重要的作用。对于船闸的总体设计,首先根据工程区地形地质条件,结合枢纽布置要求选择船闸位置,在此基础上,对闸首、闸室、输水系统、上下游引航道、口门区及连接段、待闸锚地等进行设计,并根据模型试验成果优化输水系统结构尺寸及口门区整流措施。大藤峡船闸无论是规模、水头还是水位变幅条件和水力指标要求均达到了国内外已建船闸的最高水平,其总体布置可为大尺度、高水头船闸的设计提供一定的参考作用。     

富春江船闸改扩建工程船闸输水系统布置研究

结合富春江船闸改扩建工程具体条件,根据《船闸输水系统设计规范》的相关规定及要求,在对比分析大量资料的基础上,确定了富春江船闸输水系统型式及具体布置,重点研究了进水口布置方案,并进行了1∶30比尺的物理模型试验研究.结果表明,新船闸采用闸底长廊道输水系统布置型式是合适的,通过老船闸上闸首进水口及其闸室共同进水的方式是可行的,研究确定的阀门开启方式,船闸输水时间、船舶停泊条件及进出水口水流条件等水力指标满足设计及规范要求.     

高水头船闸第二分流口自分流体型水力特性研究

高水头船闸输水水流能量巨大,水力指标高,对输水系统布置和型式提出了更高要求。大藤峡水利枢纽工程船闸最大设计水头40.25 m,输水系统第二分流口拟采用空腔自分流型式,在国内外尚无先例。通过采用三维数值模拟的技术手段对该分流口型式及输水系统整体分流性能进行系统研究,详细分析在各典型充、泄水时刻第二分流口部位的水动力特性,论证在工程实际应用中的可行性。研究结果表明,在合理布置各分支廊道的出水支孔尺寸后,该分流口型式在充、泄水过程中分流效果较好,但在分流口内部存在典型流速、压力分布区域,特别是在泄水工况下分流口大墩头附近存在较大范围三角低流速紊动区域,可能会对分流口结构造成不利影响。研究成果可为全面掌握该分流口型式的水力特性以及进一步改进优化提供技术参考。     

三峡船闸输水系统分流口型式研究

 采用局部模型试验研究方法，对三峡船闸闸室第一及第二分流口的布置型式进行了不同方案比较；对分流口流态、分流比及压力等因素进行综合分析后，提出了较为合理的分流口布置型式，为修改设计提供了依据，并可作为其它高水头船闸设计参考。     

贵港二线船闸输水系统水力特性原型观测

贵港二线船闸是西江航运干线中的重要通航枢纽,采用简单的闸墙廊道侧支孔出水及双明沟消能的分散输水系统布置型式。为验证输水系统布置及闸阀门运行方式是否合理,对船闸输水系统进行了水力特性原型观测试验。观测结果表明:闸室水力特性及船舶停泊条件基本满足规范及设计要求,船闸进出水口及闸室内流态较好;在当前船闸水头及推荐的阀门运行方式下,输水末期闸室内的超高、降超出了规范要求,改善闸阀门运行方式后,有效降低了惯性水头;船闸原型与模型间流量系数存在偏差,偏差值不超过6%;双线船闸在不同工作时序下运行,相互影响不大。     

水口坝下水位治理工程通航船闸设计研究

水口坝下枢纽工程航运过坝采用一线通航船闸.工程建成后,要求新建船闸的通航能力与上游水口水电站双线通航建筑物的通航能力相匹配.根据坝址选定位置的河床地形条件及布置条件比选,船闸总体布置采用加长方案,船闸输水系统型式采用闸墙长廊道侧支孔分散输水系统,上下游引航道平面布置采用不对称型式.     

红水河桥巩水电站船闸设计

红水河桥巩水电站船闸设计水头为24.6 m,属高水头船闸,船闸输水廊道工作阀门采用平板门,突破了平面阀门在船闸的应用范围。重点介绍了桥巩船闸的主要技术特征、船闸建筑物总体布置、输水系统等方面的设计,并对船闸输水系统的主要技术特点进行了概括和总结,为高水头船闸的设计提供参考。     

美国下葛兰奈特船闸的原型观测

下葛兰奈特船闸是陆军工程师团沃拉沃拉工区设计的,并取得了水工模型试验的验证.该闸闸室宽86英尺,长675英尺,设计水头105英尺。该闸的输水廊道布置,首次采用底部纵向输水廊道系统。此种输水系统是唯一能够满足高水头船闸快速和安全充水要求的。它的基本原理是:运用一侧或二侧输水廊道阀门,均可使水流平稳、均匀地进入闸室。1975年船闸工程竣工并投入了运转。现场原型试验表明,除充泄水时间较快和掺气较多外,其充水特性与模型试验的非常接近。阀门操作稳定、平静,没有发生过去修建的高水头船闸发生过的巨大爆破声响。     

泰州引江河高港二线船闸输水系统布置及水力计算分析

结合高港二线船闸工程具体条件,按照《船闸输水系统设计规范》的要求,研究确定了船闸短廊道和三角门门缝联合输水的输水系统型式及具体布置方案,计算分析了充泄水阀门开启方式,通过建立船闸联合输水数学模型计算了闸室输水水力特性.结果表明,确定的船闸输水系统布置及阀门开启方式是合适的,相关水力指标满足规范及设计要求;设计的消能工布置适合高港二线船闸工程特点,可获得较好的闸室水流条件;同时根据水力特性计算结果提出了阀门启闭系统设计建议.     

高水头船闸输水系统布置的若干局部型式

本文主要针对我国已经建造的几座高水头船闸输水系统的取、泄水口,阀门段廊道、分流口闸室支廊道出水孔布置类型进行综合评述,为今后设计提供参考经验。     

大藤峡水利枢纽单级船闸输水系统初步分析

大藤峡水利枢纽通航建筑物拟采用单级船闸方案,其设计水头及闸室规模均处于世界单级船闸前列,输水系统水力学问题尤为突出,成为制约其单级船闸方案是否可行的关键因素.通过引入的相关输水能量指标参数,将大藤峡船闸单级方案与国内外典型高水头船闸进行了水力学综合比较,并对其引航道水流条件进行了初步分析.结果表明:国内外现有的船闸输水系统布置及取、泄水方案能够解决大藤峡船闸的相关水力学技术难题,采用单级布置方案是可行的,但需开展详尽深入的专题研究.     

大藤峡船闸关键水力学问题研究

大藤峡船闸闸室有效尺寸为280 m×34 m,最高通航水头为40.25 m,是世界上首个水头超过40 m的大型超高水头单级船闸。单级船闸的特性以及闸室规模、工作水头和输水时间要求决定了其单次输水水体、输水最大流量以及进入闸室的能量,超过闸室尺度相近的三峡多级船闸,借鉴三峡船闸输水系统体型的初设方案闸室内船舶停泊条件问题突出。为此开展了1∶30比尺船闸整体模型试验,结合减压及局部模型试验与数模计算,通过输水系统体型创新、输水系统阻力及阻力分配调整和阀门运行方式优选,解决了大藤峡船闸闸室内船舶停泊条件及输水系统水流空化等关键水力学问题。研究获得的新型自分流全闸室出水输水系统布置型式,很好地解决了闸室高效输水和船舶停泊安全问题,显著拓展了等惯性输水系统对水头的适应性,其成果可供超高水头大型船闸设计借鉴。     

内消能工在船闸输水系统中的应用分析

针对高水头单级船闸,提出船闸输水系统设置内消能工的设想及总体布置原则.在分析各种典型内消能工消能原理和水力特性的基础上,确定了适合船闸输水消能特点的竖井式内消能工,并给出设置竖井式内消能工输水系统的具体布置和主要尺寸的确定方法.依托世界单级水头第三位的乌江银盘船闸工程,对该船闸设置竖井式内消能工输水系统方案进行布置和初步的计算分析.结果表明,竖井式内消能工可消耗大部分水流能量,并改善闸室内的水流条件,同时创造了稳定的通气条件,可大大优化阀门的工作条件,但输水时间稍长.     

汉江兴隆水利枢纽船闸设计

兴隆船闸规模是按远期规划一次建成,闸室有效尺寸180 m×23 m×3.5 m,上下游引航道有效宽度76 m。船闸作为兴隆水利枢纽的主要建筑之一,船闸线路是枢纽总体布置方案比选的重要内容,经比较,选择了将船闸布置于右侧滩地的方案,上闸首与电站厂房净距80 m。船闸主体段为整体式结构,总长268 m,其中上闸首长40m,闸室长186 m,下闸首长30 m,下游消能段长12 m,航槽净宽23 m。船闸采用集中输水系统,上闸首充水廊道出水口采用短廊道输水格栅式帷墙消能室,下闸首泄水廊道出水口采用设消力槛的简单消能工型式。主要设计和施工特点有:上下闸首先预留宽槽后并缝为整体式结构型式、船闸采用水泥土搅拌桩进行地基处理以及下游引航道隔流堤吹填形成等。