(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210956319.6 (22)申请日 2022.08.10 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115017627 A (43)申请公布日 2022.09.06 (73)专利权人 交通运输部天津水运工程科 学研 究所 地址 300450 天津市滨 海新区塘沽区新港 二号路37号 (72)发明人 王鑫　李君涛　吴澎　张明进　 杨燕华　齐春风　赵凯　刘洁　 乾东岳　张玉倩　 (74)专利代理 机构 北京沁优知识产权代理有限 公司 11684 专利代理师 郭娜(51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 106677150 A,2017.0 5.17 CN 103806425 A,2014.0 5.21 审查员 赵丽敬 (54)发明名称 消力池结构、 输水系统及局部阻力系数估算 方法 (57)摘要 本发明涉及消力池结构、 输水系统及局部阻 力系数估算方法,消力池结构通过设置非等距纵 向整流格栅， 可使进入消力池的水流得到有效扩 散， 沿横向分布均匀， 保证船舶在闸室内横向泊 稳安全， 采用该消力池结构的闸室集中出水的输 水系统， 通过设置闸室消力池出水段， 取消闸室 分散出水支孔布置， 可有效保证输水系统结构安 全， 不对阀门段廊道与闸底主廊道段衔接转弯段 长度与埋深要求进行缩小， 并通过提出消力池结 构的局部阻力系数估算方法， 可弥补现行 《船闸 输水系统设计规范》 中对于闸室集中出水的消力 池局部阻力损失估算的技术空白， 实现对消 力池 结构的局部阻力系数的确定， 支撑闸室消力池输 水系统设计方案的水力计算。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115017627 B 2022.10.21 CN 115017627 B 1.一种消力池结构， 其特征在于， 该结构应用于闸室集中出水的输水系统中， 该结构包 括有： 消力池入水口断面 （1） ； 非等距布置在消力池入水口断面 （1） 上的至少五个消力池入水口断面纵向整流格栅 （2） ； 消力池顶部出 水口断面 （4） ； 非等距布置在消力池顶部出水口断面 （4） 上的至少三个消力池顶部格栅 （5） ， 用于消除 出水过程中消力池中部局部水位的壅高； 消力池出 水口断面 （7） ， 其与消力池 入水口断面 （1） 相对设置； 所述消力池入水口断面纵向整流格栅 （2） 净间距自消力池入水口断面 （1） 中心线向其 两端逐渐增大， 将消力池入 水口断面 （1） 分割成为 沿消力池入水口断面 （1） 中心线对称分布 且六个入水口面积自消力池入水口断面 （1） 中心向两侧逐级递增的消力池非等距入水口 （3） ； 所述消力池顶部格栅 （5） 将消力池顶部出水口断面 （4） 分为至少三个消力池顶部非等 距出水口 （6） ， 消力池顶部非等距出 水口 （6） 净宽自中部向两端逐渐增大。 2.一种闸室集中出水的输水系 统， 该输水系 统位于船闸 （19） 内， 所述船闸 （19） 沿水流 方向设置有上闸首 （8） 、 闸室 （9） 和下闸首 （10） ， 其特征在于， 该输水系统包括权利要求1所 述的一种消力池结构， 所述消力池结构布置在闸室 （9） 中后部2/ 3处的闸室底板 （1 1） 上。 3.如权利要求2所述的一种闸室集中出水的输水系统， 其特征在于， 位于所述上闸首 （8） 处的输水系统设置有输水系统进水口 （12） 和输水系统灌水阀门 （13） ； 位于所述闸室 （9） 处的输水系统设置有输水系统闸底长廊道 （14） ； 位于所述下闸首 （10） 处的输水系 统设置有输水系统泄水阀门 （15） 和输水系统泄水口 （16） 。 4.如权利要求2所述的一种闸室集中出水的输水系统， 其特征在于， 所述船闸 （19） 内还 设有位于上闸首 （8） 处的船闸上游闸门 （17） 和位于下闸首 （10） 处的船闸下游闸门 （18） 。 5.一种消力池结构的局部阻力系数估算方法， 其特 征在于， 该 方法包括： S1、 在闸室集中出水的输水系统中搭建权利要求1所述的一种消力池结构， 并灌水运 行； S2、 量取输水系统布置的消力池结构尺寸， 获取消力池断面 面积w1； S3、 量取输水系统布置的输水系统闸底长廊道 （14） 尺寸， 获取输水系统闸底长廊道 （14） 断面 面积w0； S4、 以消力池断面面积为计算断面， 计算由于断面突扩造成的局部阻力损失 ξpB，其公式 为： ξpB = （w1/ w0‑1）2  （1） ； S5、 量取消力池结构尺寸， 包含消力池净长 Lp、 消力池净宽 Bp、 消力池高度 hp， 获取消力 池内水体 体积V，其公式为： V=Lp×Bp×hp   （2） S6、 计算消耗水流 最大能量 为E’，其公式为： E’=V/A0（3）权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115017627 B 2式中，A0为系数， 取值范围为0.09 ‑0.13； S7、 通过输水系统设计参数， 获取输水系 统设计水头差 H、 输水完成时间 T、 闸室水域面 积C； S8、 设定输 水系统灌水阀门开启时间 tv，计算对应输 水系统设计参数的灌水过程水流最 大能量Emax， 其公式为： 当kv≤0.25时：Emax=313.9CH2(1‑kv) 3/[ T(2‑  kv) 4]  （4a） 当kv＞0.25时：Emax=9.3CH2/{ T [kv (2‑  kv)] 0.5}    （4b） 式中，kv为设定的输水系统灌水阀门开启时间与输水完成时间 的比值， 其公式为 kv=tv/ T  （5） ； S9、 根据流体流动时由于通道发生局部变形而使得流体各质点相互之间产生冲击造成 部分能量损失， 提出 带有格栅的消力池消能作用对应的局部阻力损失 ξpe，其公式为： ξpe = E’/ Emax +∆ξpe（6） 式中，∆ξpe为消力池顶部 非等距出水口 （6） 引起的附加阻力系数， 当消力池顶部 非等距 出水口 （6） 总面积大于输水系统 闸底长廊道 （14） 断面面积2倍时， 起到调节出流流量分配的 作用，∆ξpe =0； 否则 ∆ξpe≠0，∆ξpe与消力池顶部格栅 （5） 的栅条 断面形状、 池顶部非等距 出水口 （6） 总面积与输水系统闸底长廊道 （14） 断面面积比值成非线性相关， 通过模型试验 对该附加阻力系数进行确定； S10、 结合闸室集中出水新型输水系 统布置， 消力池结构局部阻力损失包含两部分， 第 一部分为灌水水流由输水系统闸底长廊道 （14） 进入消力池后， 由于断面突扩造成的局部阻 力损失ξpB； 第二部分为与带有格栅的消力池消能作用对应的局部阻力损失 ξpe,消力池出水 阻力系数ξp其公式为： ξp=ξpB+ξpe（7） ； S11， 将S4中计算得出的由于断面突扩造 成的局部阻力损失 ξpB,和带有格栅的消力池消 能作用对应的局部阻力损失 ξpe， 带入式 （7） 进行求和， 计算出消力池结构的局部阻力系数 ξp。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115017627 B 3