航道工程学课件：航道工程学-第11讲.ppt

1、1第五节 船闸输水系统一、船闸输水系统概述 二、船闸集中输水系统的主要形式及其水力特性三、集中输水系统的布置四、船闸分散输水系统的主要形式及其水力特性2第五节 船闸输水系统一、船闸输水系统概述 1 船闸输水系统的组成及基本要求船闸输水系统是在船闸建筑物上为闸室灌水和泄水而设置的， 包括进水口、输水廊道、输水阀门、出水口及消能室等设施。3船闸输水系统的设计应满足下列基本要求：(1) 灌水和泄水时间不大于为满足船闸通过能力 所规定的输水时间；(2) 船舶(队)在闸室及上、下游引航道内具有 良好的停泊条件和航行条件；(3) 船闸各部位不应因水流冲刷、空蚀等造成破坏；(4) 布置简单、检修方便、工程投

2、资少。42船舶的停泊条件 它主要决定于闸室灌、泄水时水流对过闸船舶的作用力的大小，通常是以过闸船舶所受的水流作用力大于或小于过闸船舶的系船缆绳所能承受的拉力作为具体的衡量指标。即作用在过闸船舶上的水流作用力不应超过系船缆绳最大拉力的允许值。5在我国，缆绳拉力的允许值可按下式估算：(1)排水量为500t和500t以上船舶： 式中： PL允许缆绳拉力的纵向水平分力(kN)；Pc允许缆绳拉力的横向水平分力(kN)；W 船舶排水量(t)。(2) 排水量500t以下船舶：233/1LcLPPWP38. 043. 055. 081. 0WPWPcL6二、船闸集中输水系统的主要形式及其水力特性 船闸输水系统

3、的型式主要可分为 集中输水系统和分散输水系统两大类型。 集中输水系统是将输水系统集中布置在闸首范围内。 灌水时，水经上闸首由闸室的上游 集中流入闸室； 泄水时，水从闸室的下游端经下闸首泄入引航道， 因而也称为头部输水系统。71集中输水系统的形式目前较好的集中输水系统可分为以下三类。 无消能室的短廊道输水 短廊道输水 有消能室的短廊道输水 槛下输水 直接利用闸门输水 组合式输水8a)不设消能室b)设消力槛c)设消力槛和消力池无消能室的短廊道输水9a)低帷墙b)高帷墙有消能室的短廊道输水10a)低帷墙槛下输水b)高帷墙槛下输水槛下短廊道输水11直接利用闸门输水这种输水系统根据闸门型式和输水方式又可

4、分为: 三角闸门门缝输水 平面闸门门下输水 利用工作闸门兼做输水之用 弧形闸门门下输水 闸门上开小门输水通过在工作闸门上设置的 孔口进行输水12三角闸门的门缝输水13平面闸门门下输水开敞式消能室14a)低帷墙消能布置b)高帷墙消能布置弧形闸门门下输水15组合式输水这种输水系统是由以上所述的任何两种型式组合而成。下图为三角闸门门缝输水和短廊道输水组成的组合式输水布置 162 集中输水系统的水力特点及消能措施1） 集中输水系统的水力特性 水流力波浪力局部力 172) 集中输水系统的消能措施 消能措施的目的 使船闸灌泄时的剩余能量尽可能多地 在进入船舶停泊处以前就被消耗掉， 使水流平静，流速分布均匀

5、。 18船闸采用的消能措施一般有以下几种：(1) 消能室(2) 消力槛及消力齿(3) 消力梁(4) 消力栅(5) 消力墩(6) 挡板与遮板(7) 消力池 19短廊道输水格栅式帷墙消能室20短廊道输水开敞式帷墙消能室21下闸首短廊道输水设消力槛22三、船闸集中输水系统的布置 1. 布置原则 集中输水系统及消能设施的布置应注意以下一些原则：(1) 输水系统及消能设施的布置要满足输水能力的要求。(2) 输水系统的布置要便于水流的消能及均匀扩散。(3) 输水系统和消能设施的布置，在平面上应和闸室或下游引航道的布置相适应。(4)上闸首输水系统及消能设施在立面上的布置，应考虑到输水过程中闸室水位的变化；下

6、闸首输水系统及消能设施布置主要应考虑下游最低通航水位时的工作情况。232. 短廊道输水系统的布置短廊道输水系统有环绕短廊道输水及槛下输水等多种形式，下面将主要讨论环绕短廊道输水的廊道及消能的布置。(1) 廊道进口廊道进口顶部应具有一定的淹没水深。廊道进口断面的平均流速不宜过大。 为了减少进口损失，廊道进口轮廓应稍加修圆，修圆半径可取为0.10.15倍廊道进口宽度。24(2) 廊道转弯半径廊道各部分的转弯半径不宜过小，应满足规范的要求 。(3) 廊道出口廊道出口也应具有一定的淹没水深。廊道出口断面应该大于阀门处廊道断面，一般在出口弯段应加设起点位于弯段开始断面的分水导墙 25四、船闸分散输水系统

7、的主要形式及其水力特性 分散式输水系统是将输水系统分散布置在闸首及闸室内。 灌、泄水时，水流通过设在闸室底或闸室墙内的 纵向输水廊道上的一系列出水支管、出水孔 分散地流入闸室，因而也称为长廊道输水系统。26船闸输水廊道27复杂式船闸输水系统281 分散式输水系统的水力特性 由于分散式输水系统的水流是从较大范围内进入闸室，因而与集中输水系统相比，作用在船舶上的动水作用力(波浪力、流速力、局部力)都相对较小。 292分散输水系统的形式根据分散式输水系统布置的复杂程度及水力性能的差别分成以下三类： 简单式 较复杂式 复杂式 301) 简单式简单式分散输水系统是指直接在闸墙长廊道上，于闸室长度的中段布

8、置一系列短支管或支孔向闸室供水。这种型式的出水孔可以采用数目较少而断面积较大的出水支孔，也可以采用数目较多面断面积较小的出水支管。前者采用水流扩散或简单的消能设施消能，而后者采用明沟消能，其消能效果较好。 31闸墙廊道短支孔（管）输水系统a)少支孔输水系统b)多支管输水系统322) 较复杂式 (1) 闸底长廊道短支孔(管)出水这种型式是将主廊道设置在闸室底板上， 布置为单区段供水，出水孔的分布及消能条件较好， 可减少局部水流的作用力。33单区段闸底长廊道输水系统a)少支孔输水系统b)多支管输水系统34(2) 闸底长廊道分区段出水 闸底设有多根纵向长廊道，每一对对称的长廊道只向闸室的一个区段出水

9、。这种型式的优点是可以有效地减小阀门开启初期的波浪力。 35闸底长廊道分区段出水输水系统36(3) 闸墙长廊道闸室横支廊道出水 这种布置是在闸墙长廊道短支孔出水的基础上，将短支孔出水改成闸底横支廊道出水，可以在闸墙长廊道闸室中段连接横支廊道，也可以将一侧闸墙的横支廊道布置在前半个闸室的中部，而另一侧闸墙的横支廊道布置在后半个闸室的中部。 前一种布置仍为单区段供水，而后一种布置为二区段供水。 37闸室中部横支廊道输水系统38闸室前后分组式横支廊道输水系统39(4) 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 这种布置为二区段等惯性输水系统，水流自闸墙廊道至闸室中部通过分流口进人前后

10、半个闸室。其分流口采用的是较为简单的、用垂直隔墩分配水流的水平分流型式，分流稍不稳定。 40水平分流闸底纵支廊道二区段出水输水系统a)新岸头船闸b)葛洲坝3号船闸41(5) 闸墙长廊道闸室中段进口的纵横支廊道出水 这种布置为三区段供水，其纵横支廊道进口全部集中在闸室中部，前后支廊道水流惯性差别不大，加之它的出水孔分布面积广，出流均匀，水流条件良好，要求的开挖深度也不大，是一种较好的分散输水系统型式。 它已成功地应用于水头为27 m、闸室尺寸达34m280 m的葛洲坝2号船闸上。 42闸底纵横支廊道输水系统433) 复杂式“复杂式”又称为全动力平衡系统，不但供水区段数较多，而且廊道水流惯性对各供

11、水区段的影响基本相同，又称为“等惯性输水系统”。目前这种型式的典型布置有闸墙廊道闸室中心进口垂直分流闸底八纵支廊道四区段出水以及闸底四纵支廊道二区段出水两种。前者适用于长宽比较大的闸室，而后者适用于长宽比较小的闸室。 44垂直分流闸底八纵支廊道四区段出水输水系统垂直分流闸底四纵支廊道二区段出水输水系统453. 分散输水系统的布置原则各类分散输水系统在布置中有以下一些共同要求：(1) 输水系统进口的布置，要求有良好的线型，进口边缘轮廓要修圆，以提高输水效率。(2) 分散输水系统的输水阀门段，在阀门前后应有一定长度的直线段，以使水流顺直均匀地通过。同时阀门段及其以后的廊道顶部高程必须布置在下游最低

12、通航水位以下，不容许掺入大量空气而恶化船舶的停泊条件；46 (3) 当上、中闸首输水阀门廊道段的压力较低或出现负压时，其后的检修阀门门槽距工作阀门的距离应大于廊道高度的3倍，以避免检修阀门井掺气；(4) 输水系统的主廊道断面一般可大于输水阀门处廊道断面，以增大输水系统的流量系数。(5) 闸室内输水系统的布置尤其是出水支孔的布置应尽可能对称；(6) 闸室出水支孔(管)的布置范围大些较好，至少应为闸室长度的一半以上；47 (7) 中、高水头船闸的上、中闸首帷墙立面宜做成斜面，以避免当闸室水面上升至帷墙顶面平台时，水域面积有较大的突变，从而显著恶化船舶的停泊条件；(8) 输水系统出口布置也应有良好的线型，以提高输水效率，尤其要注意出口布置应能分散水流，减弱出口水流的紊动并达到引航道内流速分布均匀的目的；(9) 条件允许时，应优先考虑采用部分或全部由引航道外取水的旁侧进口和由引航道外排水的旁侧出口的布置。 48思考题：1、船闸输水系统的基本作用、应满足的基本条件及所受的水流作用力有哪些？2、船闸输水系统有哪些类型，各有什么特点？3、消能措施有哪些形式？