减免已建船闸阀门空化的门楣体型.pdf

本发明涉及一种船闸阀门门楣体型，是一种减免已建船闸阀门空化的门楣体型，包括门楣、压板、P型止水、垫板、座板和面板，P型止水设在压板和垫板之间，座板设在垫板下方，面板设在座板下方，在阀门门井里增设通气管，在门楣处增设负压板，通气管与负压板焊接。本发明是针对已建船闸设计时没有设置防空化措施或防空化措施不当，船闸阀门段有明显空化，空化对船闸运行设备产生不利影响的后补工程措施。本发明施工简单，工程量小，维护方便，能有效解决已建船闸阀门空化问题。

1.  减免已建船闸阀门空化的门楣体型，包括门楣(3)、压板(5)、P型止水(6)、垫板(8)、座板(9)和面板(10)，所述P型止水(6)设在压板(5)和垫板(8)之间，所述座板(9)设在垫板(8)下方，所述面板(10)设在座板(9)下方，其特征在于：在阀门门井里增设通气管(1)，在门楣(3)处增设负压板(4)，通气管(1)与负压板(4)焊接。

2.  如权利要求1所述的减免已建船闸阀门空化的门楣体型，其特征在于：所述通气管(1)顺着阀门门井通向闸顶，所述负压板(4)上设置有通气支孔。

3.  如权利要求1所述的减免已建船闸阀门空化的门楣体型，其特征在于：所述P型止水(6)与垫板(8)之间设有平板止水(7)。

4.  如权利要求1所述的减免已建船闸阀门空化的门楣体型，其特征在于：通气管(1)为钢质通气管，所述负压板(4)为钢质负压板。

减免已建船闸阀门空化的门楣体型
技术领域
本发明涉及一种船闸阀门门楣体型，具体的说是一种减免已建船闸阀门空化的门楣体型。
背景技术
近几十年来，随着我国经济的发展，内河航运事业得到迅猛发展，一大批高水头通航建筑物相继建成，已建成和即将建成的水头20m以上的高水头单级船闸已达10余座，使我国跻身于世界高水头通航建筑物建设前列。但由于人们思想认识和科技水平的局限，相当一部分高水头船闸设计和施工时没有设置防空化措施或防空化措施不当，阀门段有明显空化，导致阀门面板、门楣及门后廊道边壁空蚀破坏，严重的空化还产生声振现象、压力脉动及启门力脉动增大、阀门及其启闭系统振动加剧、支铰脉动增大，空化现象对船闸运行设备产生不利影响。
现有的船闸阀门门楣体型如图1所示，包括门楣3、压板5、P型止水6、垫板8、座板9和面板10，P型止水6设在压板5和垫板8之间，座板9设在垫板8下方，面板10设在座板9下方。输水阀门是船闸输水系统的咽喉，其正常运转与否直接关系到船闸的安全运行。已建船闸运行经验表明，当水头超过20m时，在阀门开启过程中，阀门段较易发生空化，廊道内会发出雷鸣似的隆隆声及间歇爆破声，雷鸣声密集时，闸首周围结构发生强烈振动。国内外许多高水头船闸建成后输水阀门发生了较强空化和振动，输水廊道和阀门出现了不同程度的空蚀破坏，空化强烈时，伴随输水廊道“声振”现象的发生，严重影响了船闸的正常运行。
发生空化时，某船闸充水时上闸首建筑物颤动，反弧门后的检修门井阵阵出气，混凝土盖板缝隙处冲出10多米高的水花及灰尘，拌有巨大的爆炸声；液压系统的活塞杆、吊杆、输油管明显振动。液压启闭系统经常因压力继电器误动而停机；充水时阀门井内水流旋滚强烈，声级计测得门井空气噪声90dB左右，最大噪声达120dB，造成船闸及周围的严重噪声污染，人在闸上有恐惧感；巨大的振动影响了发电设备的安全运行。
寻求到一种施工简单、工程量不大、维护方便、有效解决已建船闸阀门空化的工程措施，一直是设计和科研人员非常关注的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种针对已建船闸设计时没有设置防空化措施或防空化措施不当，船闸阀门段有明显空化，空化对船闸安全运行产生不利影响的后补技术方案——一种施工简单，工程量不大，维护方便的减免已建船闸阀门空化的门楣体型。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
减免已建船闸阀门空化的门楣体型，包括门楣、压板、P型止水、垫板、座板和面板，P型止水设在压板和垫板之间，座板设在垫板下方，面板设在座板下方，在阀门门井里增设通气管，在门楣处增设负压板，通气管与负压板焊接。
负压板的厚度应保证负压板与反弧门面板的间隙比其它部位小。
通气管顺着阀门门井通向闸顶，负压板上设置通气支孔，阀门开启时，负压板下方形成稳定的负压区，空气自然被吸入，实现门楣自然通气。
由于增加了负压板，在P型止水与垫板之间设有平板止水，通过增加平板止水来解决阀门的高度稍显不足的矛盾。
本发明的优点是：(1)在阀门门井内增设门楣自然通气措施，改造工作量小，易于施工，维护方便；(2)门楣自然通气可以完全解决船闸阀门门顶缝隙段空化问题；(3)门楣自然通气可以充分抑制和减免阀门底缘空化；(4)门楣自然通气也可以减小阀门的振动；(5)能有效降低严重空化带来的廊道声振现象；(6)门楣通气后的掺气水流可以有效保护门楣及阀门后廊道边壁，减少工程维护费用。
本发明涉及一种已建船闸设计时没有设置防空化措施或防空化措施不当，船闸阀门段有明显空化，空化对船闸运行设备产生不利影响的后补工程措施——减免已建船闸阀门空化的门楣自然通气方法和门楣体型布置。本发明施工简单，工程量小，维护方便，能有效解决已建船闸阀门空化问题。本发明的有效性已经过试验和工程验证，而且结构简单，改造工作量小，易于施工，提高了工程安全性，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是现有的船闸门楣布置图。
图2是本发明的船闸门楣布置图。
图3是船闸门楣通气与不通气情况下空化噪声频谱对比图。
图4是船闸门楣通气与不通气情况下空化噪声波形对比图。
图5是门楣通气量占主流量的比值与开度的关系图。
具体实施方式
实施例一
本发明的船闸门楣布置如图2所示，减免已建船闸阀门空化的门楣自然通气体型，包括门楣3、压板5、P型止水6、垫板8、座板9和面板10，P型止水6设在压板5和垫板8之间，座板9设在垫板8下方，面板10设在座板9下方，在阀门门井里增设钢质通气主管1，在原门楣3处增设钢质负压板4，通气管1与负压板4焊接。通气管1顺着阀门门井通向闸顶，负压板4上设置通气支孔，阀门开启时，负压板下方形成稳定的负压区，空气自然被吸入，实现门楣自然通气。由于增加了负压板4，在P型止水6与垫板8之间设有平板止水7，通过增加平板止水7来解决阀门的高度稍显不足的矛盾。
对船闸通气管进行改造，门楣实现自然通气后，极大地改善了工作环境。改进前，某高水头船闸充水过程伴随密集的轰鸣，掺杂阵阵爆破声，检修门井盖板被强大的气浪掀动，缝隙处产生强烈的呼气和吸气现象，水雾、尘土高扬。阀门开启240s～270s时振动巨大，雷鸣声密集，可以听到20次以上爆破声。改进后，监测的空气噪声长时间稳定在70～75dB，较改进前前降低10～15dB，极端噪声120dB再未出现；强烈的振动，轰鸣声基本消失，较弱的爆破声减少到5次以下(单边开启)，其强度和次数显著降低，检修门井出、吸气现象明显减弱，反弧门后水流漩滚强度降低，闸面趋于平稳，运行条件和工作环境明显改善。
高水头船闸反弧门开启过程中，面板与门楣间形成顶隙，极易发生空化，由于缝隙水流流速较高，其空化类型又属于蒸汽型，因此对反弧门面板及门楣的空蚀极强。掺气减蚀是一有效途径，已有的研究表明，当掺气浓度达7～8％时，空蚀完全停止。门楣通气后，缝隙段形成较强的掺气水流，掺气水流沿面板射向底缘，面板侧由于不平整凸体引起的空化已消失，说明门楣通气非常有效地减免了门楣区段可能存在的空化，并对阀门面板起到了较好的保护作用。此外，试验结果还显示，通气后阀门面板侧压力增加，未通气时面板负压达--10m水柱，通气后面板压力均为正压，面板压力显著提高，同时，面板压力脉动明显减小，脉动幅值约减小25％。由于缝隙流的压力脉动是反弧门的一个重要激振源，因此门楣通气不但可消减门楣空化，还有利于减小阀门振动。表1给出了双边输水及单边输水工况下缝隙段平均掺气浓度。
表1

由表1可知，充水阀门开启过程中，大部分开度掺气浓度在7％以上，因此，该船闸门楣自然通气后，门楣处空蚀完全停止，顶缝空化已不足为害。
门楣通气后，对于船舶在闸室里停泊条件的影响问题，模型试验及现场测试表明，门楣自然通气后，在高速水流的作用下，进入缝隙段的空气形成掺气水流，沿面板直射阀门底缘，与廊道主流掺混，不会在廊道中形成气囊而在出水口集中喷出，因此不影响闸室水面的平稳上升。在闸室水面仅可看见乳白色的掺气水流，流态平稳，加之，通常门楣通气量不到输水总流量的1％～2％，因而门楣通气对停泊条件没有任何不利影响。
模型试验成果指出，门楣通气比其它通气措施能更充分利用有限的进气量抑制底缘空化。船闸门楣通气与不通气情况下，空化噪声频谱对比如图3所示，波形对比如图4所示，由图可见，通气后噪声谱平均降低10～15dB，脉冲幅值大大降低，底缘空化已得到充分抑制。
减压模型试验成果表明，当门楣通气量占输水廊道主流量的0.14～0.18％时，门楣通气就可有效抑制底缘空化。船闸单边开启时门楣通气量占主流量的比值与开度的关系见图5，显然，在底缘空化较严重的开度，船闸门楣通气量已超过主流量的0.15％，因此，门楣通气可以有效抑制底缘空化。
启门力的大小取决于阀门井漩滚水流对阀门产生的上托力及底缘低压区对阀门产生的下吸力的变化。通气前后油缸压力过程线形状基本类似。启门力的的脉动同阀门前后流态密切相关，在门后不发生空化条件下启门脉动峰值常出现在较大开度(n＝0.9-1.0)，由于空化特别底缘空化是阀门的一个强激振源，因而在空化发生时启门力脉动显著增大，尤以缸顶脉动较为剧烈。
在门楣实现稳定的自然通气后，顶缝及底缘空化强度都大大减弱甚至完全消除，因而启门力及门后廊道压力脉动强度亦随之降低，尖脉冲次数明显减少，脉冲峰值显著减小。表2给出了通气前后油缸压力脉动幅值。表3给出了通气与不通气情况油缸压力脉冲次数(脉冲幅值超过120kN的次数)、脉动强度(脉动均方根值)对比。
表2

由表2看出：通气油缸顶压力脉动幅值由615KN降为330KN，降幅46％；缸底压力脉动幅值由690KN降为300KN，降幅57％。
表3