專利名稱：凸型平板閘門門槽的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種凸型平板門門槽，主要用于防止和減輕水利水電 工程泄水建筑物中平板閘門門槽的空蝕破壞。技術背景在泄水建筑物中，平板閘門是一種常見的門型，它具有結構簡單，布 置緊湊，閘墩受力條件好，施工、維修方便等優點，在水工閘壩的泄洪道、 輸水道、泄洪洞和壩內深孔上應用廣泛。但是，當高速水^01過平板閘門 門槽時，由于水流在門槽處邊界突變和水流的擴散，在門槽內形成漩渦和 下游的水流分離，使門槽內部及其附近的邊壁,板上發生空化空蝕，直 接影響工程的安全運行。常見的門槽水流空化形態有分離型空化和漩渦型空化。通常采用門槽 初生空化數《來衡量門槽的空化特性。《值小，說明門槽空化性能好， 不容易發生空化。影響門槽初生空化數的因素很多， 一般有幾何參數和水 流參數兩方面。當實驗^#滿足重力相似和空化相似，且實驗中凡足夠大，則可認為當水流(A)流經門槽時，門槽的初生空化數僅與其寬深比『/D 、 錯距比A/『、斜坡坡度A/X、圓角比i /Z)和挑角e等幾何參數有關，參見 圖i。研究和工程實踐表明，通過調整幾何參數可以在一定程度上改善門槽 的分離型空化，而門槽槽內的漩渦空化一直是門槽空化的一個重要問題， 近年來隨著高壩建設不斷發展，平板閘門的工作水頭不斷增加，平板閘門門槽內的漩渦空化問題更為突出。 發明內容本實用新型提出一種新的凸型平板閘門門槽，它可以有效減弱門槽槽 內出現的立軸漩渦，從而抑制和削弱漩渦型空化，改善門槽的空化特性， 降低其初生空化數。本實用新型采用如下技術方案；一種凸型平板閘門門槽，包括凹槽，在凹槽內部，平行于水流主流方 向的邊壁上設置凸體。與現有技術相比，本實用新型具有如下優點(1) 施工簡單；(2) 改善門槽槽內的漩渦空化，明顯降低平板閘門門槽的初生空化 數，改善門槽的空化特性。本實用新型在水利水電工程中，閘門是泄水和弓l水建筑物中的主要組 成部分，它直接關系到工程的安全運行。本項發明的有效性已經試驗M， 結構簡單易行，可以有效降低平板閘門門槽的初生空化數，改善門槽的空 化特性，提高閘門運行的安全性。本實用新型的目的、優點和特點，將通過下面優先實施例的非限制性 說明進行圖示和解釋，這些實施例是參照附圖僅作為例子給出的。
圖1是平板閘門門槽幾何參數示意圖。圖2是傳統平板閘門門槽的三視圖，其中，視圖1-I為圖2中剖切 位置I處的剖視圖，II-II為圖2中剖切位置II處的剖視亂IIHII為圖2中剖切位置m處的剖視圖。圖3是傳統平板閘門門槽幾何參數示意圖。圖4是凸型平板閘門門槽的三視圖，其中，視圖1-I為圖4中剖切 位置I處的剖視圖，II _ II為圖4中剖切位置II處的剖視亂III-III為圖4中剖切位置ni處的咅艦圖。圖5是凸型平板閘門門槽幾何參數示意圖。 圖6是某工程溢流表 L縱剖面圖。 圖7是某工程溢流表孔平面圖。 圖8是方案No. 1 431. 00m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖9是方案No. 1 440.00m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖10是方案No.l 444.83m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖11是方案No. 1 449. 27m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖12是方案No.l 452.00m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖13是方案No. 2 431. 00m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖14是方案No. 2 440. 00m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖15是方案No.2 444.83m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖16是方案No. 2 449. 27m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖17是方案No. 2 452. 00m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖18是方案No. 2 455. 00m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖19是方案No. 2 458. 00m水位門槽空化噪聲譜圖。 圖20是本實用新型的結構示意圖。具體實肪式實施例參照圖20， 一種凸型平板閘門門槽，包括凹槽l，在凹槽內部，平行于水流主流方向的邊壁上設置凸體2，凸體為凸出于矩形凹槽內部，豎直 方向尺寸遠大于其它兩個方向尺寸的柱體凸體，沿豎直方向，凸體水平截 面面積可以保持不變，沿豎直方向，凸體水平截面面積也可以發生變化。 上述凸體水平截面為梯形、矩形、三角形或多邊形。凸體水平截面與水流 作用的邊界線為圓弧、拋物線、橢圓曲線、正態分布曲線、拋物線與圓弧 組合而成的曲線、橢圓線與圓弧組合而成的曲線或者為其它任意可能的形 狀。圖2和圖3為傳統的平板閘門門槽結構示意圖。當水流(A)流經門 槽時，由于邊界發生突變和水流固有的擴散，在槽內形繊渦。當漩渦中 心壓強低于飽和蒸汽壓強時，渦心出現空泡，形成漩渦型空化。本項發明 在傳統平板閘門門槽槽內增設凸體(見圖4和圖5)。凸體可以有效地抑 制大尺度漩渦的形成，改善門槽內部及下游邊壁壓力狀態。
以下結合附圖對本實用新型作出更為詳細的說明如圖4和圖5所示，本實用新型凸型門槽，它包括凸體1和矩形凹槽。 具體說凸體是位于矩形槽平行于水流方向的側壁上，豎直方向尺寸遠大于 其他兩個方向尺寸、水平截面形狀為梯形的凸體。采用某工程l: 45比尺模型，在相同的試驗^#下，僅改變門槽的結 構型式，驗i正了本實用新型的有效性。如圖6和圖7所示，該工程溢流壩為開敞式布置，表孔孔口尺寸 13.00mX21.50m (寬X高)，壩頂高程452.00m，堰頂高程418. 50m。溢流 面曲線坐標原點取在堰頂0，上游采用三圓弧曲線，下游采用肥S曲線， 方程為y=0.034x185 ，下游出口導水墻上設寬尾墩。為給工作閘門創造檢 修條件，在每扇工作閘門前設置有檢修閘門槽。檢修閘門為平面滑動型式，由壩頂門m過自動抓梁進行操作。各特征斷面樁號為，I- I:0-002.033; II-II: 0+002.011; III-III: 0+037.043; IV-IV: 0+046.278。工程各特征水位為，死水位431.00m;正常蓄水位440.00m;設計 洪水位444.83;校核洪水位449.27。方案No. 1門槽體型結構如圖3所示。門槽寬度W=1665im，深度D= 900咖，寬深比W/D二1.85，錯距A二90咖，下游斜坡坡度A/X4/12，門 槽軸線樁號0+002. 01 lm。方案No. 2門槽體型結構如圖5所示。即在方案No. 1的門槽軸線上加 設高度HF270mm，下底L產900mm，底角0 =45°的梯形凸體，其豎直高度 與門槽高度相同，其他參數均保持不變。為了考察方案No. 1和方案No. 2表孔門槽的空化特性，在大型減壓箱 中迸行了空化試驗研究。在空化相似的剝牛下，采用NoiseAl. 0型專用水 工空化聲測系統對方案No. l和方案No. 2在各級主要特征水位下的噪聲譜 進行了測量，見圖8-19。一般地，當庫7K位較低，如本研究在特征水位431.00m時，結構處于無空化狀態，所得到的空化噪聲譜屬于無空化情況，稱為背景噪聲，其他各級水位所得到的空化噪聲譜與此背景噪聲比較，若兩者聲壓級SPL差大于6-10dB，即為空化初生狀態。所獲空化數稱為初生空化數。初生空化數Ki按下式計算 H —H<formula>formula see original document page 7</formula>(1)式中v"分別為未擾動斷面的臨界壓強和臨界流速，a 為在試驗水 溫下水的飽和蒸汽壓強，g為重力加速度。水流空化數K按下式計算《/2g (2) 式中FL、 ^分別為原型未擾動斷面的絕對壓強和斷面的平均流速，K為泄 流條件下水的飽和蒸汽壓強，如果取水溫為1(TC， H二0.13m。根據圖8-19和式(1)至式(2)，計算得到各方案發生初生空化狀態 時的未擾動斷面纟M壓強，未擾動斷面的流速和相應的初生空化數和各特 征水位下原型的水流空化數列于表1和表2。計算中未擾動斷面取自樁號 為0+0.211m。表1各特征水位下原型的水流空化數K計算結果特征水位H (m)431.00440. 00444. 83449. 27水流空化數K3. 432. 352. 051.71表2兩個方案初生空化數Ki和449. 27m時原型水流空化數K計算結果方案H一 (m)HL (m)Vo=i (m/s)初生空化數Ki水流空化數KNo. 10. 940. 432.401.731.71No. 20. 980. 432. 671.511.71從表2可見，對于校核洪水位449. 27m，方案No. 2的門槽初生空化 Ki小于方案No. 1，且小于水流空化數K。即方案No. 2相比于方案No. 1具 有更好的空化特性，工程更安全。上述設計方案只是本實用新型中的一個實施例，采用在門槽內部設置 沿豎直方向截面皿不變的梯形凸體的門槽型式，根據工程實際情況的不 同，本實用新型還可以采用其他截面形狀的凸體和沿豎直方向截面面積和 形狀變化的門槽型式。上述設計方案采用凸體與矩形圓角錯距斜坡組合的門槽型式，根據工程實際需要，本實用新型還可以采用凸體與矩形方角門槽、矩形圓角門槽、 矩形錯距,斜坡門槽等組合的門槽型式。
權利要求1. 一種凸型平板閘門門槽，包括凹槽(1)，其特征是在凹槽內部，平行于水流主流方向的邊壁上設置凸體(2)。
2. 根據權利要求1所述的凸型平板閘門門槽，其特征在于凸體水平 截面為梯形。
3. 根據權利要求1所述的凸型平板閘門門槽，其特征在于凸體水平 截面形狀為矩形。
4. 根據權利要求1所述的凸型平板閘門門槽，其特征在于凸體水平 截面為三角形。
5. 根據權利要求1所述的凸型平板閘門門槽，其特征在于凸體水平 截面為多邊形。
6. 根據權利要求l所述的凸型平板閘門門槽，其特征在于凸體水 平截面與水流作用的邊界線為圓弧。
7. 根據權利要求l所述的凸型平板閘門門槽，其特征在于凸體水 平截面與水流作用的邊界線為拋物線。
8. 根據權禾腰求1所述的凸型平板閘門門槽，其特征在于凸體水 平截面與水流作用的邊界線為橢圓曲線。
9. 根據權利要求l所述的凸型平板閘門門槽，其特征在于凸體水 平截面與水流作用的邊界線為正態分布曲線。
10. 根據權利要求l所述的凸型平板閘門門槽，其特征在于凸體水 平截面與水流作用的邊界線為拋物線與圓弧組合而成的曲線。
專利摘要本實用新型公開了一種凸型平板閘門門槽，包括凹槽，在凹槽內部，平行于水流主流方向的邊壁上設置凸體，與現有技術相比，本實用新型具有如下優點(1)施工簡單；(2)改善門槽槽內的漩渦空化，明顯降低平板閘門門槽的初生空化數，改善門槽的空化特性。在水利水電工程中，閘門是泄水和引水建筑物中的主要組成部分，它直接關系到工程的安全運行。本項實用新型的有效性已經試驗驗證，結構簡單易行，可以有效降低平板閘門門槽的初生空化數，改善門槽的空化特性，提高閘門運行的安全性。
文檔編號E02B7/20GK201087337SQ200620165090
公開日2008年7月16日 申請日期2006年12月15日 優先權日2006年12月15日
發明者吳偉偉, 吳建華, 昉 宋, 興 張, 李超洋, 阮仕平 申請人:河海大學