樂昌峽水電站尾水出水口水力模型試驗

在高壩水電站工程建設快速發(fā)展的同時,電站下泄的低溫水體對下游河道生態(tài)系統(tǒng)所造成的破壞性影響已不容忽視;在電站進水口前放置一定高度的疊梁門,使電站從水庫表層取水發(fā)電,從而減輕對下游河道生態(tài)系統(tǒng)的"冷害"侵蝕,是目前緩解高壩水電工程建設與保護水生態(tài)環(huán)境之間矛盾的一種措施;而分層取水疊梁門的設置,將改變電站進水口的水流條件,使其相關(guān)水力特性發(fā)生變化。本文結(jié)合某大型水電站進水口分層取水水工模型試驗,對各庫水位條件下的疊梁門放置高度、進口漩渦特性、疊梁門上的動水壓力特性、疊梁門對電站進水口段的局部水頭損失及壓力分布特性影響等進行了研究;另外,針對疊梁門這種薄而高的輕型結(jié)構(gòu),還進行了機組甩負荷對其產(chǎn)生的水擊附加壓力特性研究;得出了一些規(guī)律性的認識,可供采用類似分層取水設施的進水口工程參考。

對擬建水庫的長、短旁通洞排沙效果進行了水工模型試驗研究,試驗中率定了旁通洞的泄流能力;觀測了旁通洞進口及洞內(nèi)流態(tài);測量了長、短旁通洞在正常水位下,宣泄不同流量時的含沙量等.試驗結(jié)果表明：在閘門全開情況下,長、短旁通洞的泄流能力均超過200m3/s;在輸沙模數(shù)1200t/km2考慮下,長旁通洞方案中水典型年過機年平均含沙量為51.3g/m3,短旁通洞方案中水典型年過機年平均含沙量為59.0g/m3.研究結(jié)果證明：長、短旁通洞泄流能力均滿足分流要求、旁通洞進口段與導流洞結(jié)合段無不良流態(tài)、短旁通洞的輸沙能力略優(yōu)于長旁通洞方案.

對擬建水庫的長、短旁通洞排沙效果進行了水工模型試驗研究,試驗中率定了旁通洞的泄流能力；觀測了旁通洞進口及洞內(nèi)流態(tài)；測量了長、短旁通洞在正常水位下,宣泄不同流量時的含沙量等。試驗結(jié)果表明:在閘門全開情況下,長、短旁通洞的泄流能力均超過200m3/s；在輸沙模數(shù)1200t/km2考慮下,長旁通洞方案中水典型年過機年平均含沙量為51.3g/m3,短旁通洞方案中水典型年過機年平均含沙量為59.0g/m3。研究結(jié)果證明:長、短旁通洞泄流能力均滿足分流要求、旁通洞進口段與導流洞結(jié)合段無不良流態(tài)、短旁通洞的輸沙能力略優(yōu)于長旁通洞方案。

本文通過對樂昌峽水電站進行過渡過程計算與分析,提出了一系列優(yōu)化方案,總結(jié)了常規(guī)電站尾水系統(tǒng)過渡過程的計算經(jīng)驗,為同類工程提供借鑒。

通過物理模型試驗,測試了發(fā)電和抽水兩種工況下惠州抽水蓄能電站上庫進出水口的流速分布、各通道流量分配、進出水口水頭損失及入流漩渦等水力參數(shù),并對庫盆流態(tài)進行了觀測.試驗結(jié)果表明,惠州抽水蓄能電站上庫進出水口及引水隧洞的體型布置是基本合理的,可供其他類似工程初步設計時參考.

針對布侖口水電站水力學模型試驗中導流兼泄洪沖沙洞消力池中出現(xiàn)遠驅(qū)水躍,而常規(guī)解決辦法都有不同程度副作用的問題,根據(jù)工程的實際情況,采用控制消力池尾坎位置的方法,通過1∶40水力學模型試驗,提出將尾坎往上游移動5m,將尾坎始段位置與漸變段始段錯開,從而提高躍后水深。試驗結(jié)果表明,這種措施可以使消力池形成良好流態(tài),從而避免遠驅(qū)水躍,解決消力池流態(tài)問題、消能問題,還可稍減小工程量。

本文結(jié)合大樹子抽水蓄能水電站下庫進出水口試驗任務,對側(cè)式短進出水口在不同工況下的流速分布、水頭損失、庫區(qū)流態(tài)等水流特性進行了水力模型試驗研究。對原設計體型成功進行了優(yōu)化,使各項水力參數(shù)達到比較理想的效果,解決了抽水蓄能電站側(cè)式短進出水口在出流時流態(tài)分布不均勻與水頭損失系數(shù)偏大的難題。

為滿足下游河道的生態(tài)需要,某電站擬通過設置多重導水疊梁門,采用分層取水進水口引水發(fā)電.通過水工模型試驗,對進水口水流脈動壓力進行測試,分析了分層取水進水口脈動壓力的大小與分布規(guī)律,驗證了這種設計方案的可行性,并為分層取水進水口的結(jié)構(gòu)設計提供了荷載依據(jù).

龍開口水電站水庫調(diào)節(jié)庫容較小,具有日調(diào)節(jié)性能,采用壩頂開敞式溢流,下游采取挑流消能方式.壩址處河床狹窄,洪水期泄洪流量大且泄流頻率高,是很典型的高壩、大單寬流量泄流樞紐.對于此類工程,消能防沖是需要解決的主要問題.以水工斷面模型試驗為手段,以堰面流態(tài)、水舌形態(tài)及沖坑尺寸作為判別標準,通過多個試驗方案的分析比較,闡明寬尾墩挑流聯(lián)合消能方式運用于此工程的優(yōu)越性,并對寬尾墩的兩種體型進行比較,對寬尾墩的具體尺寸進行了適當?shù)膬?yōu)化,提出了消能防沖最優(yōu)的寬尾墩型式和具體尺寸參數(shù),為設計提供了有力的依據(jù).

根據(jù)水電站水力過渡過程物理模型相似率,建立了構(gòu)皮灘水電站帶模型機組和模型調(diào)速器的整體物理試驗模型,通過大波動、小波動和水力干擾過渡過程試驗,得到了詳細的水錘壓力、調(diào)壓室涌波、小波動和水力干擾特性參數(shù),為工程設計提供了可靠依據(jù)。

通過1∶40的整體水工模型試驗,對某水電站表孔溢洪洞的泄流能力進行驗證。通過觀測分析各工況下表孔溢洪洞進口控制段流態(tài)、水深、流速,得出水位~流量關(guān)系曲線以及水位~流量系數(shù)關(guān)系曲線。根據(jù)試驗結(jié)果,對原設計方案進行優(yōu)化設計并提出合理化建議,消除了泄流過程中的不利流態(tài),使泄流能力達到設計要求。

福生水電站采用底流式消力池消能。其特點是水頭低、流量大,是典型的低佛氏數(shù)消能,加之自由溢流壩、翻板門泄水閘、沖沙閘聯(lián)合泄洪,因此翻板門運行工況有無限制、泄流能力及消能效果能否滿足設計要求就需要進行深入研究。經(jīng)過斷面模型試驗,優(yōu)化了輔助消能工布置,改善了流態(tài),縮短了池長,提出了翻板門小洪水工況下的不穩(wěn)定流范圍,為設計提供了依據(jù)。

根據(jù)工程建設的需要對某泄水陡坡進行水工模型試驗,驗證其總體布置和建筑物結(jié)構(gòu)布置的合理性,分析原設計體型存在的主要問題,對泄水陡坡體型進行優(yōu)化,且在消力池內(nèi)設置了消能懸柵,并進行體型優(yōu)化試驗。試驗表明,優(yōu)化后的泄水陡坡過流能力滿足要求,消力池內(nèi)懸柵的設置,改善了消力池內(nèi)的水流流態(tài),工程總體布置和建筑物結(jié)構(gòu)布置合理。

惠州抽水蓄能電站下庫采用側(cè)式進出水口,一期尾水隧洞與進出水口采用同軸線布置,二期尾水隧洞在平面上布置有一彎道。通過物理模型試驗對下庫進出水口水力特性進行研究,測試包括發(fā)電和抽水兩種工況下進出水口流速分布、各通道流量分配、進出水口水頭損失及入流漩渦等水力參數(shù),通過多方案比較,解決了下庫出水口流速分布不均和出流偏流等問題。

本文針對拉西瓦水電站引/尾水管道系統(tǒng),修建了一個大比尺(1/50)且部分正態(tài)、部分變態(tài)的物理模型,并通過調(diào)頻電機改變導葉啟閉時間,觀測了機組增甩負荷時壓力管道內(nèi)的水流流態(tài)、水頭損失、調(diào)壓室涌浪及渦殼進口處的水錘壓力過程線。利用模型試驗實測資料,率定出調(diào)壓室阻抗孔局部阻力系數(shù)的計算公式,使數(shù)值計算得到的調(diào)壓室涌浪、引/尾水管道水錘壓力及其過程線與模型試驗吻合良好。再用數(shù)值計算彌補物理模型不能回答尾水管進口最大真空度以及模擬非線性關(guān)閉的缺陷,提出了物理模型設計可放棄彈性相似準則的結(jié)論,使模型材料不受限制。計算在缺乏水輪機特性曲線的條件下,數(shù)值求解轉(zhuǎn)動方程也可得到機組最大轉(zhuǎn)速及其過程線。

針對龔嘴水電站增容改造后在低負荷狀態(tài)運行時存在壓力脈動和噪聲較大的問題,采用大軸中心孔補氣模型試驗方法,在1號機組開展頂蓋強迫補氣試驗,并在真機上進行了驗證。試驗結(jié)果表明:選擇合適的相對補氣量時,壓力脈動的混頻和主頻相對幅值均顯著下降,對降低部分負荷區(qū)域的壓力脈動和噪聲具有很好的效果。該方法對其他中低水頭電站的尾水管補氣措施有一定參考價值。

結(jié)合某貫流泵裝置模型試驗,研究了轉(zhuǎn)輪出水口的壓力脈動情況。研究表明,轉(zhuǎn)輪出水口壓力脈動的統(tǒng)計參數(shù)絕對值隨著揚程的提高而增大,相對值在最優(yōu)效率區(qū)時最小;出水口存在與轉(zhuǎn)頻相關(guān)的脈動。一定葉片角度,不同揚程下,當流量小于該角度下最高效率點的流量時,出水口出現(xiàn)低頻壓力脈動,脈動表現(xiàn)為某個低頻及其倍頻。

糯扎渡水電站截流模型試驗研究——通過水力學模型試驗，驗證了糯扎渡水電站設計的戧堤位置布置，研究確定了截流流量、預進占長度，并對在截流流量1220m3／s下，戧堤進占各區(qū)段的龍口水力特性和拋投材料的使用情況進行了分析，為截流施工方案的決策和施工組織...

klt水電站為一座高水頭、大泄量及地質(zhì)條件復雜的工程,其溢洪道泄洪消能建筑物直接影響到工程的安全性和經(jīng)濟性,為論證其整體布置方案的合理性,開展模型試驗研究,通過優(yōu)化設計體型布置,改善水力特性及消能區(qū)沖刷情況,為工程設計方案優(yōu)化提供科學依據(jù)。成果可供類似的工程借鑒參考。

巖壁吊車梁是一種既經(jīng)濟又安全的新型支撐結(jié)構(gòu),其原理是利用一定長度的注漿長錨桿,把鋼筋混凝土梁固定在巖壁上。吊車的全部荷載是通過錨桿和混凝土梁與巖石接觸面上的摩擦力傳到巖體上的。大朝山水電站主廠房吊車梁就是采用這種結(jié)構(gòu)。通過巖壁吊車梁模型承載力試驗,了解巖壁吊車梁的超載能力、在荷載作用下應力的分布并優(yōu)化設計。

結(jié)合新集水電站模型試驗,針對其佛氏數(shù)低且發(fā)生2次水躍的特點,嘗試性地將t形墩布置在消力池中間,且適當加高尾坎的方案,能有效地提高消能率13%左右。并根據(jù)模型試驗結(jié)果,對t形墩消力池消能特性進行了簡要分析,還通過消能計算,得出消能段的消能分配比率,對進一步研究t形墩消能機理很有幫助,也希望對同類工程有一定借鑒作用。

雙江口水電站排沙工程的正態(tài)斷面模型試驗,主要研究雙江口水電站大壩底孔排沙工程措施,通過對天然河沙,樹脂沙及洗精煤模型沙的起動流速,排沙工程的排效效果研究,為變態(tài)整體模型試驗提供設計的和參考數(shù)據(jù)。