一种高水头船闸单侧闸墙主廊道布置下的叉管布置方法 【技术领域】
本发明涉及一种船闸输水系统输水廊道体型，具体的说是一种高水头船闸单侧闸墙主廊道布置下的叉管布置方法。
背景技术
船闸输水系统是船闸的重要组成部分，其发展经历了几百年的时间，最初的输水系统十分简陋。从上世纪50年代开始，输水系统的发展进入了一个新的阶段，发展了能适应高水头大型船闸的等惯性输水系统，而且在船闸水力计算的理论上也更趋成熟。
为了使闸室水流能分布均匀，船闸一般采用双侧闸墙主廊道布置，当船闸地形地质条件适合船闸一侧闸墙采用衬砌式而另一侧采用重力式闸墙时，采用单侧闸墙主廊道输水系统具有结构简单、工程投资省等显著优点。我国中西部地区河流大多河谷狭窄，而东部平原地区内河航运发展迅速，急需对枢纽进行改扩建，这些通航建筑物枢纽往往受空间地形或已建枢纽的限制，输水系统布置双侧廊道难度较大，采用单侧廊道布置有明显的优势。基于运行灵活、可靠的出发点，单侧廊道布置亦设有两只阀门。单侧廊道输水系统布置除具有自身的独特优点之外，同时也带来了新的问题，即两只阀门与主廊道的连接段——叉管的布置问题。叉管作为单侧闸墙主廊道与两只阀门的连接段，是分流、汇流的重要结构，其体型涉及到输水系统的流量分配、闸室的停泊条件、阀门的来流条件等水力学问题以及叉管本身的水力学条件和稳定性问题。
当船闸泄水时，水流经叉管进入阀门，管内水流流态直接影响叉管自身的结构稳定，叉管出口水流条件直接影响阀门的来流条件，进而影响阀门的防空化问题。当船闸充水时，支管与上游两只阀门相连，水流经两只阀门在叉管内相汇后进入闸室，因此，汇流流态不仅直接影响闸室的停泊条件，而且影响到闸室进、出水口消能设施的布置；又水流经阀门后恢复稳定需要一定距离，但工程实践中往往受空间条件的限制，使得叉管来流条件较差，从而自身的水力学问题和结构稳定性问题尤为突出。
因此，合理的叉管体型及布置是单侧主廊道输水系统的关键技术之一，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，提出一种能有效解决高水头船闸单侧主廊道输水系统布置中主廊道与阀门段连接问题的高水头船闸单侧闸墙主廊道布置下的叉管布置方法。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
高水头船闸单侧闸墙主廊道布置下的叉管布置方法，包括主廊道、叉管边壁、支管和分流墩，叉管进出口均为矩形断面，叉管进口(分流口)处，叉管边壁曲线与主廊道相切，叉管边壁曲线采用流线型；叉管分流墩末端与支管壁相切，叉管分流墩曲线采用椭圆型。
本发明的优点是：(1)叉管进出口均为矩形断面，施工工艺简单；(2)叉管进口(分流口)处，边壁曲线与主廊道相切，使管内水流平稳过渡；(3)边壁曲线采用流线型，使管内水流形成贴壁流，对叉管的稳定及其叉管出口水流流态有利；(4)分流墩曲线采用椭圆型，有利于叉管分流，分流后水流与管壁不发生分离；(5)采用以上提出的叉管体型，管内水流平顺，紊动较小，没有出现管内偏流的现象，出口压力分布均匀，有效地减小了叉管与阀门连接段的水平纵向距离，解决了阀门进口的来流问题.
在船闸单侧廊道输水系统设计中，主廊道与阀门段的连接问题是一项难题，它直接关系到工程的安全运行，本项发明结构简单，施工难度低，大大降低了工程投资，提高了工程安全性，具有很好的应用前景。
【附图说明】
图1是本发明的体型布置示意图。
图2是本发明的叉管内的流场分布图(双边运行)。
图3是本发明的叉管边壁压力分布图(双边运行)。
图4是本发明的叉管出口内外壁压力分布图(双边运行)。
图5是本发明的管内的流场分布图(单边运行)。
图6是本发明的叉管边壁压力分布图(单边运行)。
图7是本发明的叉管出口内外壁压力分布图(单边运行)。
【具体实施方式】
实施例一
本发明的布置如图1所示，一种高水头船闸单侧闸墙主廊道布置下的叉管布置方法，叉管进口(分流口)处，叉管边壁曲线2与主廊道1相切，相切于切点5，叉管边壁曲线2采用流线型；叉管分流墩3末端与支管壁4相切，叉管分流墩3曲线采用椭圆型。
图2、图3和图4是本发明实的管内流场及其管壁压力分布图(双边运行)。图5、图6和图7是本发明的管内流场及其管壁压力分布图(双边运行)。
图3、图4、图6、图7为实测的差管壁时均压力，该数据是在常压模型下，采用脉动压力传感器量测，并由动态电阻应变放大器及wavebook512采集系统组成的测量系统完成非恒定流信号的采集和分析处理。
从图2-图7可见，无论是双边还是单边运行，叉管水流平顺，无分离现象，出口压力分布均匀，管内水流紊动强度较小，阀门进口来流条件较优。解决了单侧廊道输水系统布置中主廊道与阀门段的衔接问题。
根据工程实际情况的不同，本发明还可以有其它实施方案，只要叉管边壁和分流墩同时采用流线型和椭圆型，解决高水头船闸单侧廊道输水系统布置中主廊道与阀门段连接问题的叉管体型均在本发明要求地保护范围内。