專利名稱：減免已建船閘閥門空化的門楣體型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種已建船閘設(shè)計(jì)時(shí)沒有設(shè)置防空化措施或防空化措施不當(dāng)，船閘閥門段有明顯空化，空化對(duì)船閘運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生不利影響的后補(bǔ)工程措施——減免已建船閘閥門空化的門楣自然通氣方法和門楣體型布置。本發(fā)明施工簡(jiǎn)單，工程量小，維護(hù)方便，能有效解決已建船閘閥門空化問題。本發(fā)明的有效性已經(jīng)過試驗(yàn)和工程驗(yàn)證，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，改造工作量小，易于施工，提高了工程安全性，具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖1是現(xiàn)有的船閘門楣布置圖。
圖2是本發(fā)明的船閘門楣布置圖。
圖3是船閘門楣通氣與不通氣情況下空化噪聲頻譜對(duì)比圖。
圖4是船閘門楣通氣與不通氣情況下空化噪聲波形對(duì)比圖。
圖5是門楣通氣量占主流量的比值與開度的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例一 本發(fā)明的船閘門楣布置如圖2所示，減免已建船閘閥門空化的門楣自然通氣體型，包括門楣3、壓板5、P型止水6、墊板8、座板9和面板10，P型止水6設(shè)在壓板5和墊板8之間，座板9設(shè)在墊板8下方，面板10設(shè)在座板9下方，在閥門門井里增設(shè)鋼質(zhì)通氣主管1，在原門楣3處增設(shè)鋼質(zhì)負(fù)壓板4，通氣管1與負(fù)壓板4焊接。通氣管1順著閥門門井通向閘頂，負(fù)壓板4上設(shè)置通氣支孔，閥門開啟時(shí)，負(fù)壓板下方形成穩(wěn)定的負(fù)壓區(qū)，空氣自然被吸入，實(shí)現(xiàn)門楣自然通氣。由于增加了負(fù)壓板4，在P型止水6與墊板8之間設(shè)有平板止水7，通過增加平板止水7來解決閥門的高度稍顯不足的矛盾。
對(duì)船閘通氣管進(jìn)行改造，門楣實(shí)現(xiàn)自然通氣后，極大地改善了工作環(huán)境。改進(jìn)前，某高水頭船閘充水過程伴隨密集的轟鳴，摻雜陣陣爆破聲，檢修門井蓋板被強(qiáng)大的氣浪掀動(dòng)，縫隙處產(chǎn)生強(qiáng)烈的呼氣和吸氣現(xiàn)象，水霧、塵土高揚(yáng)。閥門開啟240s～270s時(shí)振動(dòng)巨大，雷鳴聲密集，可以聽到20次以上爆破聲。改進(jìn)后，監(jiān)測(cè)的空氣噪聲長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在70～75dB，較改進(jìn)前前降低10～15dB，極端噪聲120dB再未出現(xiàn)；強(qiáng)烈的振動(dòng)，轟鳴聲基本消失，較弱的爆破聲減少到5次以下(單邊開啟)，其強(qiáng)度和次數(shù)顯著降低，檢修門井出、吸氣現(xiàn)象明顯減弱，反弧門后水流漩滾強(qiáng)度降低，閘面趨于平穩(wěn)，運(yùn)行條件和工作環(huán)境明顯改善。
高水頭船閘反弧門開啟過程中，面板與門楣間形成頂隙，極易發(fā)生空化，由于縫隙水流流速較高，其空化類型又屬于蒸汽型，因此對(duì)反弧門面板及門楣的空蝕極強(qiáng)。摻氣減蝕是一有效途徑，已有的研究表明，當(dāng)摻氣濃度達(dá)7～8％時(shí)，空蝕完全停止。門楣通氣后，縫隙段形成較強(qiáng)的摻氣水流，摻氣水流沿面板射向底緣，面板側(cè)由于不平整凸體引起的空化已消失，說明門楣通氣非常有效地減免了門楣區(qū)段可能存在的空化，并對(duì)閥門面板起到了較好的保護(hù)作用。此外，試驗(yàn)結(jié)果還顯示，通氣后閥門面板側(cè)壓力增加，未通氣時(shí)面板負(fù)壓達(dá)--10m水柱，通氣后面板壓力均為正壓，面板壓力顯著提高，同時(shí)，面板壓力脈動(dòng)明顯減小，脈動(dòng)幅值約減小25％。由于縫隙流的壓力脈動(dòng)是反弧門的一個(gè)重要激振源，因此門楣通氣不但可消減門楣空化，還有利于減小閥門振動(dòng)。表1給出了雙邊輸水及單邊輸水工況下縫隙段平均摻氣濃度。
表1
由表1可知，充水閥門開啟過程中，大部分開度摻氣濃度在7％以上，因此，該船閘門楣自然通氣后，門楣處空蝕完全停止，頂縫空化已不足為害。
門楣通氣后，對(duì)于船舶在閘室里停泊條件的影響問題，模型試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，門楣自然通氣后，在高速水流的作用下，進(jìn)入縫隙段的空氣形成摻氣水流，沿面板直射閥門底緣，與廊道主流摻混，不會(huì)在廊道中形成氣囊而在出水口集中噴出，因此不影響閘室水面的平穩(wěn)上升。在閘室水面僅可看見乳白色的摻氣水流，流態(tài)平穩(wěn)，加之，通常門楣通氣量不到輸水總流量的1％～2％，因而門楣通氣對(duì)停泊條件沒有任何不利影響。
模型試驗(yàn)成果指出，門楣通氣比其它通氣措施能更充分利用有限的進(jìn)氣量抑制底緣空化。船閘門楣通氣與不通氣情況下，空化噪聲頻譜對(duì)比如圖3所示，波形對(duì)比如圖4所示，由圖可見，通氣后噪聲譜平均降低10～15dB，脈沖幅值大大降低，底緣空化已得到充分抑制。
減壓模型試驗(yàn)成果表明，當(dāng)門楣通氣量占輸水廊道主流量的0.14～0.18％時(shí)，門楣通氣就可有效抑制底緣空化。船閘單邊開啟時(shí)門楣通氣量占主流量的比值與開度的關(guān)系見圖5，顯然，在底緣空化較嚴(yán)重的開度，船閘門楣通氣量已超過主流量的0.15％，因此，門楣通氣可以有效抑制底緣空化。
啟門力的大小取決于閥門井漩滾水流對(duì)閥門產(chǎn)生的上托力及底緣低壓區(qū)對(duì)閥門產(chǎn)生的下吸力的變化。通氣前后油缸壓力過程線形狀基本類似。啟門力的的脈動(dòng)同閥門前后流態(tài)密切相關(guān)，在門后不發(fā)生空化條件下啟門脈動(dòng)峰值常出現(xiàn)在較大開度(n＝0.9-1.0)，由于空化特別底緣空化是閥門的一個(gè)強(qiáng)激振源，因而在空化發(fā)生時(shí)啟門力脈動(dòng)顯著增大，尤以缸頂脈動(dòng)較為劇烈。
在門楣實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的自然通氣后，頂縫及底緣空化強(qiáng)度都大大減弱甚至完全消除，因而啟門力及門后廊道壓力脈動(dòng)強(qiáng)度亦隨之降低，尖脈沖次數(shù)明顯減少，脈沖峰值顯著減小。表2給出了通氣前后油缸壓力脈動(dòng)幅值。表3給出了通氣與不通氣情況油缸壓力脈沖次數(shù)(脈沖幅值超過120kN的次數(shù))、脈動(dòng)強(qiáng)度(脈動(dòng)均方根值)對(duì)比。
表2
由表2看出通氣油缸頂壓力脈動(dòng)幅值由615KN降為330KN，降幅46％；缸底壓力脈動(dòng)幅值由690KN降為300KN，降幅57％。
表3 由表3看出門楣通氣顯著地減少了啟門力脈沖次數(shù)和脈動(dòng)強(qiáng)度，其中正脈沖次數(shù)降低了80％，負(fù)脈沖次數(shù)降低了76％，脈動(dòng)強(qiáng)度降低50％。
通氣前后典型測(cè)點(diǎn)壓力特征值如表4 表4
注脈沖幅值超過3.8m的次數(shù)。
從表4可以看出，門楣通氣后，即使在門后較遠(yuǎn)距離(100m)處廊道頂壓力脈動(dòng)幅值、尖脈沖次數(shù)及脈動(dòng)強(qiáng)度(均方根值)均大大降低，脈動(dòng)壓力最大幅值及脈動(dòng)強(qiáng)度分別降低了28％和36％。
上述設(shè)計(jì)方案只是本發(fā)明中的一個(gè)實(shí)施例。根據(jù)工程實(shí)際情況的不同，本發(fā)明還可以有其它實(shí)施方案。只要輸水閥門采用反弧門型式，門頂采用門楣自然通氣，所有反弧門門頂門楣體型均在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.減免已建船閘閥門空化的門楣體型，包括門楣(3)、壓板(5)、P型止水(6)、墊板(8)、座板(9)和面板(10)，所述P型止水(6)設(shè)在壓板(5)和墊板(8)之間，所述座板(9)設(shè)在墊板(8)下方，所述面板(10)設(shè)在座板(9)下方，其特征在于在閥門門井里增設(shè)通氣管(1)，在門楣(3)處增設(shè)負(fù)壓板(4)，通氣管(1)與負(fù)壓板(4)焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的減免已建船閘閥門空化的門楣體型，其特征在于所述通氣管(1)順著閥門門井通向閘頂，所述負(fù)壓板(4)上設(shè)置有通氣支孔。
3.如權(quán)利要求1所述的減免已建船閘閥門空化的門楣體型，其特征在于所述P型止水(6)與墊板(8)之間設(shè)有平板止水(7)。
4.如權(quán)利要求1所述的減免已建船閘閥門空化的門楣體型，其特征在于通氣管(1)為鋼質(zhì)通氣管，所述負(fù)壓板(4)為鋼質(zhì)負(fù)壓板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船閘閥門門楣體型，是一種減免已建船閘閥門空化的門楣體型，包括門楣、壓板、P型止水、墊板、座板和面板，P型止水設(shè)在壓板和墊板之間，座板設(shè)在墊板下方，面板設(shè)在座板下方，在閥門門井里增設(shè)通氣管，在門楣處增設(shè)負(fù)壓板，通氣管與負(fù)壓板焊接。本發(fā)明是針對(duì)已建船閘設(shè)計(jì)時(shí)沒有設(shè)置防空化措施或防空化措施不當(dāng)，船閘閥門段有明顯空化，空化對(duì)船閘運(yùn)行設(shè)備產(chǎn)生不利影響的后補(bǔ)工程措施。本發(fā)明施工簡(jiǎn)單，工程量小，維護(hù)方便，能有效解決已建船閘閥門空化問題。
文檔編號(hào)E02B8/00GK101603301SQ20091003191
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者胡亞安, 鄭楚佩, 凌國增, 卞兆盛 申請(qǐng)人:水利部交通部電力工業(yè)部南京水利科學(xué)研究院