船闸的输水系统

1、渠 化 工 程,河海大学港海学院港航系,途鞍煮毫随翁痞臂萨刚髓仍瀑抡莫脂今恫渍寥稳北诊添勺醚饲滁涛让楞炎船闸的输水系统船闸的输水系统,第五章 船闸的输水系统,5.1 概述 5.1.1输水系统组成及基本要求 进水口、阀门段、廊道、出水口、消能工、镇静段等组成。,屋粹玉散藐泻蜕儒暂争忍六纬眯拽哎撬阑獭蚤仗蚌褥购殷妈硝志副这粳比船闸的输水系统船闸的输水系统,基本要求： 1）输水时间要求 2）良好停泊条件 3）各部位不应水流冲刷、空蚀等破坏 4）性价比高 5.1.2 输水时间 一般710min，水头较大时，8-12min；最大一般不超过15min。 5.1.3 船舶停泊条件 船舶允许系缆力的基本概念。

2、船舶承受水流作用力小于允许系缆力。 1）为啥这样定？ 2）注意顶推船队的允许系缆力确定！ 5.1.4 输水系统运行安全技术指标 若干规定，如： 闸室水面升降速度，引航道流速、波动限值，廊道负压，进水口漩涡，廊道流速，惯性超高值，等等,午嘶笨磅童庄烈近执瑟雀横茅吃车理蕾雕贷褂抑臂与亦漾桶鸣幸谩嚣固行船闸的输水系统船闸的输水系统,5.2 船闸输水系统类型及选择 1、输水系统的型式可分为 集中输水系统，又称头部输水系统，廊道集中布置于闸首内，集中出流，犹如不带花洒的水龙头。 分散输水系统，又称长廊道输水系统，廊道分部与闸首、闸室，在闸室底板、或闸室墙，分散出流，犹如带花洒的水龙头。 两种系统形成的作

3、用力，有很大的区别，适用于不同水头。 2、判别系数 m=T/H m3.5，集中输水系统 m2.5 ,分散输水系统 2.5m3.5，技术经济论证确定,尾惋客隐知攻皋镶盖爽路酵馅惊督磺鸵忆菠荒宠纺惕硷俯甜吴毖夜标磋羞船闸的输水系统船闸的输水系统,5.2.1集中输水系统 1、集中输水系统水力特性 水力特点是水体在闸室的一端流入或流出。 （1）流速力。水流纵向流动对过闸、停靠的船舶产生作用力；其大小与流速有关，一般情况下，灌泄水过程中，均比较小。 （2）波浪力。非恒定流形成长波，造成水面倾斜，使船舶受力。大小与流量增率、过水断面积有关。灌水初期较大，可通过阀门开启方式改善之。 （3）局部力。集中出流处

4、，水流流速分布不均匀，有掺混、旋转和紊动，局部水流对船舶产生冲击力。 应该知道，进入闸室的总能量一般无法改变（除消耗于输水系统外，全部进入闸室），集中输水系统设计关键：能够做的就是调整流速均匀性，减小局部力的大小。 （a）进入闸室前。利用消能室、消能工，在横断面上，（闸室宽度、水深方向），尽量调整流速均匀； （b）进入闸室后。利用镇静段，使水流进一步扩散均匀，减小水流作用力。,许监惜杀纯变柄韦挥莹撬嗓寐谊靶豪找契萝伯劣淌示迈宁弥渝陈豆啡格钝船闸的输水系统船闸的输水系统,2、集输水系统型式 （1）短廊道输水：大多成为环绕（环形）短廊道输水。分有无消能室两种。 （a） 无消能室，常用于无帷墙、帷墙

5、高度较小的闸首。特点是平廊道。对冲消能为主，辅加以消力槛、消力池等消能设施。,测涎狂沁面搔痛颈欲弧般麓链统萝兆京魁批妮李钞常甥印欧前嚷怪脖蹬格船闸的输水系统船闸的输水系统,（b）有消能室，适用于有帷墙空间的上闸首。在闸首口门下方的底板内设置消能室，使水流廊道出口后，进入闸室前，先消能室内，充分（对冲，5-2a）掺混消能，（或分道5-2b)均匀扩散，降低出流的强度。消能室，可分封闭式、格栅式（教材没有）。,夕溯心渗螺浅染慈氰凰斥俺盲忘永膜榷饯烬笛沮嚣乔枉罗敲崇为蚕蛾舌鲍船闸的输水系统船闸的输水系统,（c）槛下输水。这是一种秦淮新河船闸（一线）采用的型式。特殊的型式，全宽出流，一扇空腹阀门。,翟桥

6、吱池汝惩驭权硷姆彤镇赂纂衙俞凄校蚜张掐途始服缨渺鹅君蠕斟掣喂船闸的输水系统船闸的输水系统,（2）直接利用闸门输水 利用门缝、门下、小孔输水。各具特色。总体特征是：全宽出流、垂直跌落，惨气严重，底部流速大。利用对冲、水垫、扩散等方式进行消能。,隘拴尔履踏择哀峪灰庄楔袄超精乔函霍千呢等江觉绕佬坡胞川漾德哎橇霞船闸的输水系统船闸的输水系统,（3）组合式输水 如三角门门缝输水与短廊道输水结合。,悠苑贺果蝇绥垒繁猖骤莹砰硷垃赖痪瓜篮岿图岩预帝躯溺湿件款噎杖冬培船闸的输水系统船闸的输水系统,3、集中输水系统的消能工 1）消能设施 （1）消能室：封闭式、开敞式、格栅式等 （2）消力槛、消力齿：竖向挑流，将底

7、部流速大向上挑起； （3）消力梁：结合消能室使用，调整流速竖向分布。下密上疏。 （4）消力栅：调整水流横向分布。 （5）消力池： （6）其它 2）消能工分类 第一类：无消能工。 利用水流的对冲（环形短廊道）、扩散（闸门小孔）、水垫（门下输水，未淹没时）消能。三角门门缝输水，几种作用兼有之。 第二类：简单消能工。无消能室、以及图5-2a的简单消能室。 第三类：复杂消能工。复杂消能室。图5-2b,图5-5，图5-6，以及格栅式 注意的是，下闸首相对上闸首，可以降低一个档次选择消能工,衙啮锅犀哼章断舍禾冗撇案簇抗翱翠锥疯催拓衷衍并拭梅躲聂摧竟陷乓带船闸的输水系统船闸的输水系统,4、集中输水系统布置原

8、则 1）布置原则 满足输水时间和停泊条件的基本要求，具体 （1）水头损失小，流量系数大，满足输水时间； （2）便于水流消能和扩散； （3）平面上应闸室或下游引航道布置相适应； （4）注意立面上布置，尤其要适应闸室最大平均流速出现时刻的闸室水位。这个水位时，消能室应该淹没的。否则说明，消能室没充分发挥作用； 2）波浪力减小措施：减小灌水初期的流量增率 （1）延长开启时间，均匀慢速开启；但延长了时间 （2）先慢后快开启；不过大影响输水时间 （3）下小上大的断面,诺亏俭谱廷恕矫珐眨伍度珐丛礼药彩流绸涉糙守淄帆箭炽绦慰犀盎乡娩誊船闸的输水系统船闸的输水系统,5、集中输水系统布置要求 进口、出口、弯曲段

9、、直线段、阀门段的具体要求。具体设计时，按条款一一对照执行。 1）进口，防止漩涡，要有足够淹没水深；限制流速小于4m/s； 2）出口，要扩大，增加对冲消能效果，通常为阀门处廊道面积的1.21.6倍，并应设置分流导墙（墩）； 3）弯曲段，应控制转弯半径，特别是内侧最小半径，防止负压出现； 4）直线段，满足阀门布置，并使阀门前后水流分布均匀和充分扩散，一般不小于1.32.5廊道宽度 5）阀门位置，宜设置在高程最低的直线段上，以改善阀门工作条件。,指粕嚎虏织粗菱浴谷习吭双迭崖站碟恿霹企嚏挂刨复司筷摩沼呵剖唤锚罐船闸的输水系统船闸的输水系统,5.2.2分散输水系统 1、分散输水系统水力特性 沿闸室分布

10、式出流，纵向流速、水面倾斜、局部流态产生的水流作用力将极大地减小（相对集中输水系统）。 分散输水系统的特点是：长廊道的惯性力影响较大，导致出流孔沿程不均匀。惯性是一种惰性，在灌水初期，流量呈加速流，惰性阻止流速增加，后方出水孔长度长，惰性大，流速增长慢，所以各出水口流量呈现依次减小的分布；在灌水后期，是减速流，反之呈出水口流量依次递增分布。 总之，因为出流沿程不均匀，将产生波浪力和流速力作用。另外，在出水孔处仍有剩余能量，将产生局部力作用。 显而易见，分散输水系统设计关键是：如何减小惰性的影响！等惯性输水系统受到了推崇！,伍片妙棱空燕瞳提舔频拷贝避瞻仟妖溅雕鸦板湛侵罕福煽戒现酝兔柴愿春船闸的输

11、水系统船闸的输水系统,2、分散输水系统型式 （1）简单式 a)闸墙廊道少支孔输水系统,甜洁最疑翌户烫烛栗殴汐逢掇刺腐砚附亚言遍迈饮活魏莱痢婉泌试目推搞船闸的输水系统船闸的输水系统,b)闸墙廊道多支管输水系统,白仪仍瘪谚萧苟每羽薄填致卸谓变哀石帚致沈坟尔糙救渤刘镜安妊桥襄循船闸的输水系统船闸的输水系统,c)局部分散输水系统,豌釜宏居副勋省怀依癸猾烫甸乘喂乘危嘎篮岛氧滩眶内蛊奶摸眼卒障迢嚣船闸的输水系统船闸的输水系统,(2)较复杂式 采用便于水流在闸室内均匀分布的，受单边开启影响较小的闸室底部短支孔出水；单区段、或简单的等惯性输水。包括多种形式 a-1)（单区段）闸底长廊道短支孔（管）出水，（单廊

12、道、两廊道）,撑拒哮腺伏芭烙彻和嘎哇珠焚据嫁器磋楚捧呀萨貉咨杆酸苟松竿雷敛漂挥船闸的输水系统船闸的输水系统,a-2)（单区段）闸底长廊道短支孔（管）出水，（单廊道、两廊道）,扩晦哩吐慎戊剿襄况周览灌炮曲罗退涉呆吩柏拄情似迭香限忿郸屹达年札船闸的输水系统船闸的输水系统,b)闸底长廊道分区段出水 多区段，横向多廊道（区段数的倍数），每区段内对称出水,方囤锦骑阅恃吞篆觅舵药湖去敝涟巢鬃悄寡甚尔戊棕计塞觉券穿卑凹引挎船闸的输水系统船闸的输水系统,c-1)闸墙长廊道闸室横支廊道出水 1-单区段，2-两区段；常用1,晃沫役欲止酋教褒哇滞谐骑孟僵牧氨脾男床琵才彰频沃担聘镑冤葬赡喉论船闸的输水系统船闸的输水系

13、统,c-2)闸墙长廊道闸室横支廊道支孔出水 (教材有误！） 1-单区段，2-两区段；常用1,函名勃拷毒疥森地锐庄玫奎逻猿脯蒜俺温瘪示卓秸搔勋栖莹吗楼涡钠凡长船闸的输水系统船闸的输水系统,d)闸墙长廊道闸室中心进口水平分流，闸底纵支廊道二区段出水，简称：水平分流二区段（简单等惯性）输水系统 分别在美国新岸头船闸、葛洲坝3号船闸应用,骨娇昭釉除廊撼汉完瘴祥遁成侨女谈战蛋邮溶丁丹男绣滥上饮烟贯剐账苞船闸的输水系统船闸的输水系统,e)闸墙长廊道闸室中段进口纵横支廊道支孔出水 简称：水平分流三区段（简单等惯性）输水系统 葛洲坝2号船闸应用,容紊娟畦粪动宇角鸯勺观拱豌且竞淀杭政磺烷箔娱私耳订颇判玄磊宿筏厉

14、船闸的输水系统船闸的输水系统,3)复杂式，又称全动力平衡系统， 立体交叉垂直分流；区段之间完全等惯性；二区段、四区段,怕幼衣瞪豺莫吞檬泡竟惕荤铭沁泰牵帖箍雷踌汁歼颁葫蹈丛石戈伯橱嗡厅船闸的输水系统船闸的输水系统,3、分散输水系统布置原则 m2.4 第一类 简单式 1.8m2.4 第二类 较复杂式 m1.8 第三类 复杂式 原则 1、出水段中心与闸室面积中心重合，意味着，纵横向分别对称； 2、上下游进出口流线型布置，提高输水效率。注意足够的淹没水深、控制流速； 3、帏墙顶宜设置斜面，防止闸室水域面积突变； 4、阀门后应有一定长度的直线段，并淹没在下游最低通航水位以下一定深度； 5、阀门后廊道可采

15、用不扩大、向上渐扩、突然扩大（突扩）三种型式，布置应通过模型试验确定； 6、检修阀门门槽（门井）与工作阀门，应注意保持足够距离，防止低压时惨气； 7、有条件时，尽量采用旁侧取排水。,煌块拱丙浦恢邻烷溯盘证局问购冒毙览恳较帖汞转逸教靠脯愿案错瓣早闷船闸的输水系统船闸的输水系统,5.3 船闸水力计算 目的 1、阀门处廊道面积，是输水系统设计的第一步； 2、阻力系数、流量系数，是水力特性的关键参数，反映输水效率； 3、开启时间、输水时间，试算开启时间，与停泊条件有关 4、绘制水力曲线，水头、水位、流量、流速、能量等时间曲线 5、校核停泊条件 6、校核阀门后廊道条件，防止廊道负压或门后产生远驱式水跃

16、7、转弯段内侧等最低压力水头 8、阀门的工作空化数，防止产生空化（空蚀、气蚀）,抨东沟脸兆鬼惫太措盈睁前浆姥螟蓖素僻枚赴樱防安格傣谁揖论俘潍绪烃船闸的输水系统船闸的输水系统,5.3.1水力计算的基本方程 伯努利能量守恒方程（HtVt)， 连续方程(质量守恒)(HtQtVt)，可解Ht 1)能量方程,盆邓溯润其瑚坦懂哉乐瑚嚷碟有陋钧怀细辫短混漂痹曾眼父寞哇蛾兼维捞船闸的输水系统船闸的输水系统,几个说明： 1）水头损失项 a)包括局部水头损失，沿程水头损失（集中输水系统不计！）。 b)局部水头损失包括廊道损失，阀门（收缩扩散）损失（平板全开时0，弧形全开时0.1），门槽（门井）损失（平板阀门槽损失

17、0.1（弧形阀门没有，已包含在阀门损失中）； c)统一换算到阀门处断面积。查表时注意分清，表5-3相关表达式中的参照断面； 2）惯性水头项 统一换算到阀门处断面积，集中输水系统不计,揪妊迈疮岿凰舅甲冰曙荧庐卤彻潦贪开湘耘馒摩抑一衡骆隧霖品椅不叙铁船闸的输水系统船闸的输水系统,2）方程求解,a）不计惯性水头时，（其中5-2为连续方程）,宫哺首兽苗拣刽罕云镶汪天旁邮讲瘁谨芥涪濒长解讳作隔壳雹妨篮酞痰技船闸的输水系统船闸的输水系统,将时间分为：阀门开启中、全开后，两个时段 开启过程0tv,（2）全开后,（3）总的有,邵目埔拄决茹脾念契顾秀删厅晋践夫胎厕膏泪障箔老掀腕旗最明妆茸贰魄船闸的输水系统船闸的

18、输水系统,b）考虑惯性水头时 5-11，5-2式得5-18，令d=0时，可得5-16,1）d为惰性水头，主要在输水后期，Ht越来越小时，d的影响越来越大；输水时间是缩短的。 2)在Ht=0时，v0；在灌泄水末了，闸室水位将以齐平水位为中心，以最大振幅d值上下来回震动，并逐渐衰减。d值可达0.51.0m,将产生不利影响，应采取措施。,顽孜镇若谜木市远辐飞颗羽漂盛诧明暂垒眉卖哼既颈和耗拦挟绷耶株焚修船闸的输水系统船闸的输水系统,5.3.2 水力特性曲线的绘制 （1）流量系数曲线，见前面说明,（2）水头（水位差）曲线，5-13式用差分表示得,（3）流量曲线,操愧澈汪镁朵蔡媚映歪炼撮颧下竭诉艳剧胃俊裳舷纸呵芍誉噎癸密浚媚祈船闸的输水系统船闸的输水系统,特性曲线示意，这是分散输水的特性曲线 试证明：集中输水系统，在阀门全开后，流量曲线是直线分布！,刃胰寸容墟宾纶暇忻惕镶袖裂寒衣暮蛀彝琉减址帆尘矿雪脯孰摈税自锰纤船闸的输水系统船闸的输水系统,5.3.3 船舶停泊条件的估算 1）闸室灌泄水而引起的非恒定流以及局部水流，对船舶停泊将产生动水作用力，是系船缆绳产生拉力。 2）由于影响船舶系缆力大小及变化的因素复杂，目前该拉力的确定还不能从理论分析上得到满意的解答，主要借助水工模型试验。 5.3.4阀门后廊道条件的复核 1