高水头船闸一字闸门的门库及一字闸门运行控制方法

摘要

本发明涉及一种高水头船闸一字闸门的门库及一字闸门运行控制方法,属于水利工程技术领域。该门库用于安置设于船闸上闸门的门体，门库包括设于门体上下游处的闸墙、相对设置在门体处闸首两侧的第一门库和第二门库，第一门库和第二门库分别由闸墙向两侧凸伸形成，第一门库用于门体全开时容纳门体停靠，第二门库用于门体关门挡水时支承门体的门头，第一门库、第二门库的宽度与门体厚度之比为1.9～2.2：1.2：1，第一门库、第二门库的长度与门体宽度之比为1.5：1.3：1；当门体全开并停靠在第一门库内时，第一门库与第一门库的门库边墙之间的间隙距离长度与门体厚度之比为0.9～1.2：1。该门库及闸门运行控制方法具有可减小动水阻力矩的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种船闸的门库及闸门运行控制方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

近年来我国西部河流上规划兴建多座单级船闸均属于高水头船闸，由于西部山区河流多具有狭窄、落差大等特点，此类船闸闸室为“窄而高”的型式。

选择合适的船闸门型，对于保证船闸安全、稳定、高效运行起着关键作用。一字闸门兼有人字闸门及平面闸门的特性，对于水头高、闸室宽度相对小的船闸而言，较之同等条件下的人字闸门，能够显著降低闸门门体的“高宽比”，在满足闸门抗扭刚度的同时，利于闸门制造安装，避免人字闸门不易安装、难以调试同步性和关闭状态下止水性等方面问题，能够适应山区河流船闸闸门工作水头大、通航水位变幅大、航宽窄等运行条件中有特殊的优势。

但是，申请人发现：1）高水头船闸一字闸门启闭机采用液压直联式机型，启闭机活塞杆匀速启闭过程，门体受到动水阻力矩呈两头大中间小马鞍形曲线，在启动初期及运行末期出现阻力矩峰值，启闭机能力不能充分利用。另外，船闸一字闸门由于其特殊闸墙及门库边界条件，会使大淹没水深情况下水流条件更为复杂：随着淹没水深的增大，开门初期的闸门前进方向水位壅高和相反方向水位下降所形成的门体两侧水位差更为明显，门头附近漩涡强度较大，在启闭过程中承受动水阻力作用明显增大，对船闸闸门及启闭机安全运行将会提出极大的挑战，不利的启闭方式会大大增加启闭机负担；2）由于一字闸门开门初期和关门末期过流断面狭小，主流呈大角度扭曲，因此并不适宜采用类似人字闸门的简单矩形门库。同时，矩形门库布置忽视了船闸一字闸门在大淹没水深情况下特有的水流条件：随着淹没水深的增大，开门初期闸门前进方向水位壅高和相反方向水位下降所形成的水位差更为明显，门头附近漩涡强度增大，一字闸门启闭过程承受的动水阻力作用明显增大，严重增加启闭机负担，因此对船闸闸门及启闭机安全运行将会提出极大的挑战。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是，针对现有技术不足，提出一种可减小动水阻力矩的高水头船闸一字闸门的门库。

本发明要解决的第二个技术问题是，在解决上述第一个技术问题基础上，提出一种可降低一字闸门启闭力的高水头船闸一字闸门运行控制方法。

本发明要解决的第三个技术问题是，在解决上述第一个技术问题和第二个技术问题基础上，提出一种可改善一字闸门启闭过程的水流条件的高水头船闸一字闸门的门库。

本发明为解决上述第一个技术问题提出的技术方案是：一种高水头船闸一字闸门的门库，用于安置设于船闸上闸门的门体，所述门库包括设于门体上下游处的闸墙，所述门库还包括相对设置在门体处闸首两侧的第一门库和第二门库，所述第一门库和第二门库分别由闸墙向两侧凸伸形成，所述第一门库和第二门库是与所述闸首上游侧水体连通的半开敞的门库，所述第一门库用于门体全开时容纳门体停靠，所述第二门库用于门体关门挡水时支承门体的门头，所述第一门库、第二门库的宽度与门体厚度之比为1.9～2.2：1.2：1，所述第一门库、第二门库的长度与门体宽度之比为1.5：1.3：1；当门体全开并停靠在第一门库内时，所述第一门库与第一门库的门库边墙之间的间隙距离长度与门体厚度之比为0.9～1.2：1。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：（1）在门体全开并停靠在第一门库内时，第一门库与第一门库的门库边墙之间的间隙距离长度与门体厚度之比为0.9～1.2：1，第一门库内有充足的空间使得积水从第一门库及时排出，降低了第一门库内水的高度，减少了水的涌高对门的力，在门体关闭时，第二门库的设计也可以及时降低了第二门库内水的高度，减少了水的涌高对门的力，大大降低一字闸门启闭运行过程的动水阻力矩，降低闸门启闭力；（2）门库结构简单，施工维护方便，能够减少门库泥沙淤积，大大降低船闸运行维护成本。

本发明为解决上述第二个技术问题提出的技术方案是：一种高水头船闸一字闸门运行控制方法，采用如权利要求1所述高水头船闸一字闸门的门库，该门库安置一字闸门，所述一字闸门上连有液压启闭机，所述液压启闭机连接有中央处理器，包括以下步骤：所述中央处理器中存储有用于液压启闭机控制门体开关的闸门开门运行速度控制曲线和闸门关门运行速度控制曲线，所述闸门开门运行速度控制曲线和闸门关门运行速度控制曲线均包括在液压启闭机运动初期和末期采用级变速进行速度的线性匀速缓慢增长或降低，在闸门启闭过程的中间时段采用匀速运行；在指定总运行时间下，开门阶段启闭机的运行速度匀加速、匀速和匀减速过程时间段比值为3：1：2，关门阶段启闭机的运行速度匀加速、匀速和匀减速过程时间段比值为3：1：3。

本发明采用上述技术方案的改进的有益效果是：1）如图6所示，本发明装置的一字闸门采用匀速启闭方式运行的动水阻力矩及闸门角速度曲线，如图7所示，本发明装置的一字闸门采用本发明设定的运行速度控制曲线运行的动水阻力矩及闸门角速度曲线，通过对比可知，本发明能够大大降低初期及末期的角加速度，从而有效降低一字闸门启闭初期及末期的动水阻力矩峰值以降低一字闸门启闭力，各阶段阻力矩峰值最大降低50%以上，效果显著；2）通过在指定总运行时间下，开门阶段启闭机的运行速度匀加速、匀速和匀减速过程时间段比值为3：1：2，关门阶段启闭机的运行速度匀加速、匀速和匀减速过程时间段比值为3：1：3，以及与第一门库和第二门库相互有机结合，可以在门体开启、运行以及关闭的过程中，及时降低水在门体运动一侧面的高度，减少了水的涌高对门的力。

本发明为解决上述第三个技术问题提出的技术方案之一是：所述第一门库远离门体顶枢一端的门库边墙与闸墙通过两段第一圆弧段衔接，两段第一圆弧段是彼此相切且半径相等的反向圆弧段，每段第一圆弧段的半径为门体厚度的1.4～1.6倍。

本发明为解决上述第三个技术问题提出的技术方案之二是：所述第二门库远离门头处一端的门库边墙与闸墙依次通过第二圆弧段、直线段和第二圆弧段衔接，所述直线段与闸墙之间的夹角为45°每段第二圆弧段的半径为门体厚度的0.7～0.9倍。

本发明采用上述技术方案的改进的有益效果是：通过圆弧段将闸墙与门库区域衔接，可较好的改善一字闸门启闭过程的水流条件。

上述技术方案的改进是：所述第一门库和第二门库均为混凝土浇筑的半开敞门库。

上述技术方案的改进是：所述门体上设有导通门体前后的导流管。

本发明采用上述技术方案的改进的有益效果是：通过在门体上设有导通门体前后的导流管，减少了水的涌高对门的力，大大降低一字闸门启闭运行过程的动水阻力矩，降低闸门启闭力。

上述技术方案的改进是：所述第一门库和第二门库的底部沿闸室宽度方向均设置有挡槛。

通过第一门库和第二门库的底部沿闸室宽度方向均设置的挡槛，可以对门体进行准确定位，精确保留门库与门库的门库边墙之间的间隙距离长度。

上述技术方案的改进是：所述第一门库和第二门库处底板均与一字闸门底部之间设有间隙。

通过第一门库和第二门库处底板均与一字闸门底部之间设有间隙，消除了闸门与门库处底板的摩擦，方便了闸门的开关。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例的高水头船闸一字闸门的门库的开启示意图

图2是本发明实施例的高水头船闸一字闸门的门库的关闭示意图

图3是本发明与原有高水头船闸一字闸门的门库的开门时动水阻力矩对比图

图4是本发明与原有高水头船闸一字闸门的门库的关门时动水阻力矩对比图

图5是本发明的高水头船闸一字闸门的启闭机无级变速运行速度曲线示意图

图6是本发明装置的高水头船闸一字闸门采用匀速启闭方式运行的动水阻力矩及闸门角速度曲线

图7是本发明装置的高水头船闸一字闸门采用本发明设定的运行速度控制曲线运行的动水阻力矩及闸门角速度曲线。

具体实施方式

实施例

本实施例的高水头船闸一字闸门的门库，如图1至图4所示，用于安置设于船闸上闸门的门体1，门库包括设于门体1上下游处的闸墙4，门库还包括相对设置在门体1处的闸首两侧的第一门库2和第二门库3。

第一门库2和第二门库3分别由闸墙向两侧凸伸形成，第一门库2和第二门库3是与上游侧水域连通的半开敞的门库，第一门库2用于门体1全开时容纳门体停靠，第二门库3用于门体1关门挡水时支承门体的门头，第一门库2、第二门库3的宽度与门体1厚度之比为1.9～2.2：1.2：1，第一门库2、第二门库3的长度与门体1宽度之比为1.5：1.3：1；当门体1全开并停靠在第一门库2内时，第一门库2与第一门库的门库边墙之间的间隙距离长度与门体1厚度之比为0.9～1.2：1。

本实施例的第一门库2远离门体1顶枢一端的门库边墙与闸墙4通过两段第一圆弧段衔接，两段第一圆弧段是彼此相切且半径相等的反向圆弧段，每段第一圆弧段的半径为门体1厚度的1.4～1.6倍。

本实施例的第二门库3远离门头处一端的门库边墙与闸墙4依次通过第二圆弧段、直线段和第二圆弧段衔接，直线段与闸墙4之间的夹角为45°每段第二圆弧段的半径为门体1厚度的0.7～0.9倍。

本实施例的第一门库2和第二门库3均为混凝土浇筑的半开敞门库。本实施例的门体1上设有导通门体1前后的导流管。

本实施例的第一门库2和第二门库3的底部沿闸室宽度方向均设置有挡槛。本实施例的第一门库2和第二门库3处底板均与一字闸门底部之间设有间隙。

如图5至图7所示，本实施例的一种高水头船闸一字闸门运行控制方法，采用上述高水头船闸一字闸门的门库，该门库安置一字闸门，一字闸门上连有液压启闭机，液压启闭机连接有中央处理器，包括以下步骤：中央处理器中存储有用于液压启闭机控制门体1开关的闸门开门运行速度控制曲线和闸门关门运行速度控制曲线，闸门开门运行速度控制曲线和闸门关门运行速度控制曲线均包括在液压启闭机运动初期和末期采用级变速进行速度的线性匀速缓慢增长或降低，在闸门启闭过程的中间时段采用匀速运行；在指定总运行时间下，开门阶段启闭机的运行速度匀加速、匀速和匀减速过程时间段比值为3：1：2，关门阶段启闭机的运行速度匀加速、匀速和匀减速过程时间段比值为3：1：3。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。