2012第十四章47 船闸输水系统

室常用于帷墙的上、中闸首。
• （2）消力槛或消力齿。消力槛的作用主要是将底
部较大的流速向上挑起，并利用撞击达到消能扩
散的目的。消力池是一个锯齿形的消力槛，它的
作用不消力槛相同，但其竖向扩散的作用要比消
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力槛大。
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• （3）消力栅。消力栅由一排或多排立柱组成，其作用是
调整横向流速分布，稳定水面。
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图14-12 单区段闸底长廊道输水系统
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• （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（图14-13）。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。
•
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图14-13闸底长廊道分区段出水输水系统
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 。
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图14-16水平分流闸底支廊道二区段出水输水系统
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• （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
14-19 垂直分流闸底纵支廊道二区段出水输水系统
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2、分散式输水系统类型的选择
• 闸室中的水流作用力为波浪力、局部力和流速力三种， 而主要为波浪力和局部力。前者最大值发生在灌水初期； 后者最大值发生在灌水最大能量前后（中期）。分散输水
系统波浪力的计算目前已有一定的理论和经验公式可供参
• （1）排水量为500t和500t以上船舶：
P L 3W
1/ 3
•
PC P L / 2
（14-1）
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）。
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在我国，缆绳拉力的允许值可按下式估算：
• （2）排水量500t以下船舶：
• 1、分散式输水系统的水力特性及型式
• 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。 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。
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• 1）简单式
• （7）消力池。消力池是用以增大消能的水深，增强消力
齿（槛）及消力墩的消能作用。消力池可用于上、下闸首
，消力池的末端常以坎和下游连接。
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图14-8下闸首短廊道输水设消力槛
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图14-9短廊道输水 格栅式帷墙消能 2012-6-11
图14-10短廊道输水 开敞式帷墙消能室
• 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
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• （1）消能室。消能室是利用闸首帷墙的高度或将
闸底部分挖深而成的一个顶部封闭或开敞的消能
空间。消能室以及出口可设其他消能构件。消能
P L 0 . 081 W PC 0 . 55 W
0 . 43
0 . 38
（14-2）
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14.2 船闸输水系统的型式及布置
• 一、输水系统的型式及特点 • 船闸输水系统的型式主要可分为集中输水系统和分散输水 系统等两大类型。 • 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人闸室；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。
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• 分散输水系统是将输水设备布置在闸首及闸室内，灌泄水 通过布置在闸墙及闸底板内的输水廊道上的出水孔进行。 这种型式与集中输水系统相比，水流条件得到明显改善， 但其结构形式复杂，施工麻烦，工程造价较高。
• 输水系统类型选择主要考虑船闸的作用水头、总体规划中
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四、分散输水系统的主要形式和水力特性
• 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。
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复杂式船闸输水系统
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缝输水和短廊道输水组成
的组合式输水布置。
图
14-7三角闸门和 短廊道的组合式输水
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2、集中输水系统的水力特性及消能措施
• 1）集中输水系统的水力特性
水流作用力；
流速力；
波浪力；
局部力。
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2、集中输水系统的水力特点及消能措施
• 2）集中输水系统的消能措施
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• 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、工程投资少。
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图14-4三角闸门的门缝输水
图14-5平面闸门门下 输水开敞式消能室
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a）低帷墙消能布置；b）高帷墙消能布置 1-消力梁；2-水平遮板；3-消力槛；4-消能室；
图14-6 弧形闸门门下输水
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• 3）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。图14-7为三角闸门门
要求的输水时间、过闸船舶的型式以及闸室基本尺度等因 素。我国大多采用集中输水系统。
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二、集中输水系统
• 1、集中输水系统的型式
目前较好的集中输水系统可分为以下三类。
• 1）短廊道输水
短廊道输水又可分为无消能室的短廊道输水（图
14-1）、有消能室的短廊道输水（图14-2）及槛
下输水（图14-3）三种。
第十四章 船闸输水系统
• 第一节 船闸输水系统的设计要求
• 第二节 船闸输水系统的型式及布置
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14.1船闸输水系统的组成及船舶停泊条件
• 1、船闸输水系统的组成及基本要求
• 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、出水口及消能工
等全部设施称为船闸的输水系统。
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2、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。
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在我国，缆绳拉力的允许值可按下式估算：
中闸室水位的变化；下闸首输水系统及消能工布置主要应考虑下游最
低通航水位时的工作情况。
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台儿庄万年船闸进水出口
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• 2、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 道及消能工布置。
区段供水，而后一种布置为二区段供水。
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图14-14闸室中部横支廊道输水系统
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14-15闸室前后分组式横支廊道输水系统
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• （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（图14-16） • 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半个闸室。其分流口采用的是
的消能措施消能，而后者采用明沟消能，其消能效果较好。
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出水支孔
出水支孔
图14-11闸墙廊道短支孔（管）输水系统
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• 2）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（图14-12），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
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a)短廊道输水不设消能室；b）短廊道输水设消能室； c）短廊道输水设消力槛和消力池 1-消力槛；2-分水导墙；3-竖向鼻槛；4-消力池；5-顶横梁
图14-1 无消能室的短廊道输水
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a）低帷墙消能室；b）高帷墙消能室 1-横拉门；2-消能室；3-消力槛；4-消力梁；5-分水导墙；6-隔墙
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三、集中输水系统的布置
• 1、布置原则 • 集中输水系统及消能工的布置应注意以下一些原则：
• （1）输水系统及消能工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）输水系统和消能工的布置，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工在立面上的布置，应考虑到输水过程
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• （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（图14-14），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（图14-15）。前一种布置仍为单
• （4）消力梁。消力梁的作用主要是调整竖向流速分布。 由于它需要一定的空间，因此多用在帷墙上、中、闸首， 常见于消能室的出口。 • （5）消力墩。消力墩是由若干个较矮的立柱组成，常用
多排交错排列。它一方面有挑流作用，另一方面也起立柱
式消能和调整横向流速分布的作用。
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• （6）挡板不遮板。挡板是直立的，遮板是水平的。挡板 主要是用来促使水流旋滚消能，并防止水面翻滚以稳定水 面。挡板常用于平面闸门门下输水，遮板多用于槛下输水 及低帷墙的弧形闸门门下输水。
图14-2 有消能室的短廊道输水
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图14-3 槛下短廊道输水
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• 2）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分为
三角闸门门缝输水（图14-4）、平面闸门门下输
水（图14-5）、弧形闸门门下输水（图14-6），
以及阀门上开小门输水四种
“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（图 14-18）以及闸底四纵支廊道二区段出水两种（图14-19）。 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。
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14-18 直分流闸底纵支廊道四区段出水输水系统
（1）闸底长廊道短支孔（管）出水
（2）闸底长廊道分区段出水
• 2）较复杂式
（3）闸墙长廊道闸室横支廊道出水 （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 （5）闸墙长廊道闸室中段进口的纵横支廊道 出水
• 3）复杂式
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• 1）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 度的中段布置一系列短支管或支孔向闸室供水（图1411）。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（图14-11a），也可以采用数目较多面断面积 较小的出水支管（图14-11b）。前者采用水流扩散或简单
• （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丌宜过大。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0.1～0.15倍廊道进口宽度。
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• （2）廊道转弯半径。廊道各部分的转弯半径丌宜
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。
也不大，是一种较好的分散输水系统型式（图14-17）。
它已成功地应用于水头为27m、闸室尺寸达34m×280m的葛 洲坝2号船闸上。
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14-17 闸底纵横支廊道输水系统
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• 3）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水区段的影响基本相同，又称为