高水头放空洞泄洪消能试验研究与运用

水布垭枢纽放空洞主要承担水布垭工程施工期后期导流及完建后大坝检修时放空水库的任务。它具有水头高、水位变幅大、流速大、运行时间长等特点,经过1∶58水工整体模型多种方案的比较研究,首次提出了一种新型的双曲双槽差动鼻坎消能工形式;经过2007年超高水位、长时间的泄洪运行检验,该消能工成功地解决了放空洞高水头、大变幅、大夹角、窄河谷且地质条件较差的消能防冲难题;同时,该型鼻坎消能工无任何蚀损。     

水布垭高水头放空洞设计技术创新与工程实践

水布垭放空洞设计水头152.2 m,运行水头110 m,泄洪水位变幅110 m,消能区河床宽度仅120 m,岩石为写经寺组页岩,其水工设计和金属结构设计难度很大.通过技术攻关,解决了高水头放空洞突扩突跌体型、出口消能形式、闸门支承结构、止水型式和闸门锁定装置等关键技术难题,研究成果成功应用于水布垭工程,并经受了超设计水位的运行考验.     

明流隧洞工作门掺气设施的试验研究

在对某水电站放空洞工作闸门的常压及减压模型试验中，进行了工作闸门的体型比较；讨论了通风洞的进气量、明流洞坎下沿程水流的修气浓度、掺气坎减免空蚀的保护长度；还探讨了门槽空化的特性以及工作闸门掺气设施的方案优化。     

明流隧洞工作门掺气设施的试验研究

在对某水电站放空洞工作闸门的常压及减压模型试验中，进行了工作闸门的体型比较；讨论了通风洞的进气量，明流洞坎下沿程水流的掺气浓度，掺气坎减免空蚀的保护长度；还探讨了门槽空化的特性以及工作闸门掺气设施的方案优化。     

南水北调西线阿安引水隧洞水力学试验研究

南水北调西线阿安引水隧洞具有水头高、流速急、定流量、变闸门开度、水位变幅大等特点,借助于水工模型试验对输水洞在不同工况运用下的水流流态、泄流能力、压力特性及关键部位的空化特性、闸门区水流特性、消能工体型等进行了较系统的研究、分析,并对洞内消能工体型进行优化。在工作闸门区突扩跌坎处,选择合适的体型并严格控制表面不平整度,可达到防止或减小空化的目的。     

水布垭水利枢纽放空洞突扩跌坎水力学问题研究

水布垭放空洞具有工作水头高、流速大、上游水位变幅大等特点.针对其工作门区的突扩跌坎掺气体型,通过1∶25局部模型和1∶40减压模型,对该体型的水力特性及空化特性进行了试验研究,结果表明:放空洞在工作水头H0＝0～110 m范围内运行,工作门区突扩跌坎体型可免于空蚀破坏;工作门区侧扩跌坎体型设计参数相对应的临界工作水头Hk为35～50 m;工作水头H0=20 m时,侧空腔浅小,底空腔基本消失,水流不能有效掺气,而侧冲击区有初生状态的蒸汽型空化发生,为安全计,宜采用抗蚀材料对边墙水流冲击予以防护.分析评估了该体型的抗空蚀破坏能力,研究成果为设计决策提供了科学依据.     

水布垭水利枢纽放空洞布置

水布垭水利枢纽放空洞最大挡水水头达154 m,最大操作水头110 m,洞内流速、水压力及闸门操作动水压力均处于较高水平,叙述了放空洞的布置及结构型式.     

水布垭水利枢纽岸边溢洪道设计

水布垭水利枢纽具有水头高、流量大、地质条件复杂、建筑物布置集中等特点.因消能区地层抗冲能力差,故泄洪消能设计难度较大.经多方案比选,泄洪消能建筑物采用岸边溢洪道全表孔布置方案,溢洪道采用阶梯式窄缝鼻坎挑流消能,下游防冲建筑物采用护岸不护底的防淘墙方案.阐述了泄洪消能特点及设计原则,对溢洪道布置、泄洪方案、消能方案、溢洪道结构设计进行了介绍.     

水布垭枢纽泄水建筑物主要水力学问题研究

水布垭水利枢纽泄水建筑物包括左岸5孔岸边式溢洪道及右岸1条永久放空洞.放空洞主要承担工程施工期后期导流及完建后大坝检修时放空水库的任务,具有水头高、流速大、运行时间长、水位变幅大等特点;溢洪道则承担常年泄洪重任,具有大流量、窄河谷、高落差且下游地质环境较差的特点.根据该工程系列水工模型试验成果,对泄水建筑物的主要水力学问题,如:消能防冲、掺气减蚀、空化空蚀、泄洪雾化等进行了综述,具有一定的参考价值.     

水布垭水电站高扬程、大容量启闭机设计

水布垭水利枢纽放空洞事故闸门启闭机最大扬程达159 m,启门力达3 200 kN,在国内同类机型中扬程最高.结合该闸门启闭机的设计探讨了高扬程、大容量卷扬式启闭机的特点,如多层缠绕、折线绳槽卷筒、钢丝绳偏角等问题.该启闭机经试运行达到了设计要求.水布垭放空洞高扬程、大容量启闭机的工程运用实例,为将来在其它水电站上使用同类机型,提供了可借鉴的经验.     

高水头深孔平板门门槽水力特性研究

平板闸门门槽内的水流流态十分复杂,容易因空化空蚀而破坏门槽。以卡基娃水电站放空洞工程为实例,采用水工模型试验探讨门槽附近水流流态、压力、空化数的变化规律。研究结果表明:有压式门后连接段能较好地改善门槽及门后连接段水流的流态;闸门全开时,各个区域没有负压出现,水流发生空化的可能性也较低;闸门局开时,门槽及门后连接段会出现负压,最大负压出现在门槽的底板处,水流发生空化的可能性也较大;水流的脉动表现出明显振幅大、频率低的强紊流脉动压力的特点。研究成果对于高水头深孔闸门门槽的设计具有一定的借鉴意义。     

多用途水工隧洞水力特性及运行方式研究

水利水电工程中的过水隧洞有导流洞、泄洪洞、放空洞以及发电引水洞等,它们各自具有一定的水流适用条件,对单一用途的水工隧洞,其洞内水流特性较容易把握。当由于技术、经济条件让一条隧洞具备多种用途时,隧洞将面临着不同运行阶段显著的水力差异性考验。结合某水利工程多用途水工隧洞水力模型试验,研究了集导流、泄洪、放空及发电引水等功能于一体的陡坡隧洞在不同运行阶段的相关水力特性。结果表明当作为泄洪隧洞在正常工况下运用时,隧洞进口前和洞内流态均较正常,洞内最小压力满足水工隧洞设计规程要求;当作为导流隧洞和放空洞运用时,隧洞进口在一定水流条件下会形成吸气型立轴漩涡,并在洞内形成形态不断变化且不断溃灭的气囊,在较长的洞段及较大的流量区间内,洞内还会出现明满交替流以及发电支洞岔管引起的明流冲击波、水流折冲等不良流态,上述水流现象会引发洞壁的有害振动或空蚀破坏。通过试验优化,并结合隧洞末端工作闸门的合理调度,提出了多用途水工隧洞的安全运行方式。     

导流洞采用“龙翘尾式”改建为泄洪洞技术的探讨

介绍一种导流洞采用＂龙翘尾式＂改建为泄洪洞的技术,即在导流洞尾部设竖井段、水平转弯段和下游消能段。该技术要求导流洞按照运行工况一次建成有压圆形,这样洞内高速水流带来的气蚀问题基本不存在。经过竖井段后,上游水位与出口底板水头差降低,水力学、闸门受力等结构问题的处理难度均相应降低。下游消能工即使存在气蚀,由于在洞外检修条件好,问题也容易解决。     

CAVITATION INCEPTION OF GATE SLOTS

This paper,starting with field investigation,gives a comprehensive review ofthe hydraulic design and performance of gate slots in 85 existing projects covering 158 gates ofvarious dimension and operating head.Systematic model tests have been conducted in a watertunnel to optimize the configuration of gate slots.Main parameters affecting cavitation inceptionhave been studied,such as the ratio of width to depth,the relative offset,the slope of side wall.as well as the radius of curvature of slot's corner.The scale effects of cavitation modelling arepreliminarily verified.The conformity between model studies and prototype inspections is quiteagreeable.Conclusion and suggestion are made to meet the demand of hydraulic design of gatesolts.     

EXPERIMENTAL STUDY ON CAVITATION AND WATER-WING FOR MIDDLE-PIERS OF DISCHARGE TUNNELS

1. INTRODUCTION Discharge tunnel ,specially , deep-water one , is a sort of usual flood discharge structure with pressure flows in the inlet section,followed pres- sure flows or free flows ,and is used in flood dis- charge or emptying a reservoir , and/or washing sands .For deep-water tunnels ,the designs were u- sually adopted of the manners of the shaft ,of the inclined sectionin the inlet or in the outlet ,called visually as “Dragon up one’s head”or “Dragon down one’s tail”in Chi…     

深孔泄洪洞工作（闸）弧门下游水流空化特性分析

深孔泄洪洞工作弧门下游体型及弧门开启方式决定着水流流态的变化,选择不合理有可能引起底板的空蚀破坏。为了明确与此相关的空蚀发生机理及条件,通过水力学模型试验,并结合简单数值模拟计算,对不同体型、不同水头、不同开度条件下的水流空化与空蚀特性进行研究。研究结果表明:受弧门出口射流流场分布影响,弧门下游抛物线及下游陡坡初始段底板压强随着底板以上总水头的增加及弧门开度的减小会快速下降,最大负压接近或超过-14 k Pa,连接闸室与抛物线之间的水平段长度增加5 m,虽然可以使底板压强有一定幅度增加,但高水头、小开度工况下的水流最小空化数仍然比较小,最小值不足0.2;如果以0.2作为抛物线及其上下游段水流初生空化数,同时底板的施工不平整度有所控制,则总水头40 m时弧门最小开度可以达到1/4,若总水头增加至65 m时,弧门只能全开或3/4开度运行,低海拔地区或水平段加长5 m后最小开度可到1/2~3/4。     

江口水电站斜门槽水力特性研究

 结合江口水电站溢流坝中孔检修闸门，进行了高水头斜门槽水力特性试验研究。试验内容包括闸门在动水下降过程中的闸门区水流空化特性、闸门关闭速度、闸门底缘体形、水流流态、通气孔风速、进气量对闸门持住力的影响。试验成果表明：中孔检修门槽布置符合我国高压闸门设计规范推荐的平面门槽形式；当闸门在全开及设计水位运行下，门槽区水流空化数为0.8～0.9，不会有空化发生,但因中孔为斜门槽，为克服水流对斜门槽的冲击力变化，应适当增大错台。推荐了方案5底缘布置形式。