两河口水电站叠梁门分层取水进水口水力特性研究

本文以两河口水电站分层取水口为例,通过水工模型试验,对叠梁门进水口水力特性进行研究。试验结果表明,当叠梁门顶水深超过20 m时,进水室内可保持良好的水流流态,且无有害漩涡出现,进水口的水头损失系数在0.56~0.65之间,其变化与叠梁门的总高度呈正比关系,叠梁门顶部的流速垂线分布均呈下大上小的形态,另外,在运行机组左右两侧相邻2个及以上机组段同时放置叠梁门可保证下泄水流均为库区叠梁门高程以上水体。     

大石峡水电站进水口叠梁门分层取水试验研究

为分析电站进水口采用叠梁门型式分层取水方案的可行性,本文通过1：21.05的水工模型对大石峡水电站叠梁门分层取水进水口水力特性进行了系统研究。主要研究内容包括对不同叠梁门高度取水时,进水口的水流流态、叠梁门体的压力分布、叠梁门顶及竖向流道的流速分布、进水口段总的水头损失系数等。试验结果表明：电站进水口设置叠粱门后,叠梁门顶水头大于18.0 m时不产生有害吸气旋涡,门体压力分布接近静水压力分布;进水口段的水头损失在1.17~1.30 m之间;靠近叠梁门门顶部位的水流流速较大,表层水流流速较小;叠梁门后不同高程竖向流道的水流流速接近于梯形分布,主流偏于进水塔靠下游挡墙侧。在进水口设置叠梁门进行分层取水方案是可行的。     

水电站叠梁门进水口水力特性数值模拟研究

为研究水电站叠梁门分层取水进水口水力特性,探讨叠梁门运行、布设方案,以某实际工程为例,采用三维水动力数学模型,对不同叠梁门开启工况下的流速分布及水头损失等水力特性开展模拟研究。结果表明：随着叠梁门层数的增加,门顶过流空间不断压缩,加剧了进水口水流的紊乱程度,导致进水口处涡旋的发生;水头损失则随着叠梁门层数的增加先急剧增大再缓慢增大。同时,结合库区垂向水温分布特征,在垂向温差较小的季节,可以选择较少叠梁门层数引水以减少水头损失;在垂向温差较大的季节,可根据目标水温灵活选择叠梁门层数。     

大型分层取水电站进口水力学研究进展

电站分层取水是近年学术研究和工程实施热点,目前大型分层取水电站多采用叠梁门方式。基于此,介绍了国内外分层取水电站进水口研究现状,并对今后研究方向提出建议:①鉴于叠梁门分层取水方式显著增加进口段水头损失(1～2 m),应探索减小水头损失的叠梁门布置与体型;②考虑到水库温度分层对水流黏滞性影响较大,应开发完善包含水流黏滞性变量的数值模型,从而使进口流场流速模拟和下泄水温预测精度更高;③随着大型分层取水电站不断兴建并投入运用,建议逐步开展相应的原型观测研究,以便后续工程参考借鉴。     

大型水电站叠梁门进水口拦污栅流速分布特性分析

为研究拦污栅流速指标的结构影响因素,完善相关的设计方法,依据现有工程叠梁门进水口的基本布置体型与运行条件,通过建立数学模型模拟取水结构复杂流态,在物理模型试验验证的基础上,对叠梁门运行引起的拦污栅流速分布及其变化规律进行了研究。结果表明:(1)拦污栅流速峰值位于1.05~1.15倍叠梁门高度范围内,随着叠梁门门顶水头与叠梁门—拦污栅间距的减小,拦污栅流速峰值超过1 m/s;(2)拦污栅流速分布系数峰值位于0.9~1.0倍叠梁门高度范围内,随着叠梁门—拦污栅间距的减小以及拦污栅分节高度的增大,分布系数峰值超过1.5;(3)为控制拦污栅流速,叠梁门最小门顶水头应为叠梁门—拦污栅间距的负指数幂函数,为控制拦污栅流速分布系数,拦污栅的最大分节高度应为叠梁门—拦污栅间距的正指数幂函数,幂函数的系数取值与叠梁门进水口拦污栅流速的设计指标有关。研究所得结论可为叠梁门进水口拦污栅的设计提供参考。     

联系梁对电站分层取水进水口流态影响的试验研究

在大型电站分层取水进水口1∶30大比尺模型上,对每层叠梁门进行了最小淹没水深的试验,发现位于水流表层的联系梁对进口流态具有明显的消涡作用,每层叠梁门运行水位只要位于相应的联系梁底面以上,进口流态均可满足要求。水流表面离联系梁越近,联系梁的消涡作用越大;反之,水流表面离联系梁距离越大,则淹没度对进口流态起主要作用了。进水口体形是决定进口流态的基础,联系梁布置恰当,对消涡可起到关键作用。对电站进水口联系梁的布置具有指导意义,对其它建筑物的消涡措施具有借鉴作用。     

叠梁门分层取水水温-水动力动态过程模拟及分析

水温分层作为影响库区水生生态系统的重要因素逐渐成为研究热点。为全面了解叠梁门运行方案改变对取水近区水温-水动力及取水层的影响,进一步优化叠梁门运行调度,本文结合动网格模拟技术对叠梁门运行调度过程进行了模拟,并结合物理模型试验对计算结果进行了验证,分析探讨了水温-水动力耦合作用机理及取水层范围和厚度变化规律等。分析表明:数值模拟方法可行,计算结果可信;分层取水最大流速发生在取水底高程以上15 m左右;相比取水流量,取水高程是影响取水层内流速及水温分布的主要因素;相同边界条件下,随取水水头的增加,上部取水层厚度逐渐增加,下部取水层厚度呈现先增大后减小的现象;取水层厚度与叠梁门顶的流速分布、水温分布及水深有关。     

叠梁门分层取水对下泄水温影响的分析方法研究

通过监测数据分析，叠梁门运行对下泄水温影响会受边界条件年际变化和仪器误差等同量级因素干扰，难以准确得出叠梁门的实际运行效果。针对该问题，研究提出了通过分析叠梁门调度前后机组水温变化的方法来分析叠梁门运行效果，以溪洛渡水电站为研究对象进行方法论证。结果表明，该方法的有效性在溪洛渡水电站上得到了合理验证，可为叠梁门实施效果评估引入新角度和新方法。     

三峡临时船闸高水头叠梁门设计

三峡临时船闸孔口宽24.0 m,叠梁门设计水头73.5 m, 总水压力为637 000 kN,正向支承线压强为9.31 kN/mm.其总水压力和正向支承线压强的规模均超出现有的水平.经对门体和埋件等关键技术进行研究,编写计算程序,进行设计优化;通过采取变截面的主梁、在埋件轨头堆焊不锈钢以减小水平推力、将启闭机抓梁设计为自动挂钩梁并在中间设旋转吊耳等措施,解决了设计、制造、运输等问题.该叠梁门通过现场调试,验收合格,并经受了下蓄水考验,实际运行安全可靠.     

并联引水发电系统等效简化水击计算

为加快电站输水系统初期设计阶段"一洞多机"的并联引水发电系统同时甩负荷工况的数值建模和水击计算进度,从管道水击方程和水轮机组边界条件入手,推导了并联支管和并联水轮机组水击计算的等效简化关系,从而实现将"一洞多机"的并联引水发电系统等效简化为"单管单机"的简单系统。通过算例和工程实例对比分析了等效简化前后的水击计算结果,检验了简化模型的可靠性和精度。结果表明:等效简化后尾水管进口最小压力水头的最大相对误差小于5%,蜗壳最大压力水头和机组最大转速上升率等调保参数最大相对误差均小于2%,能够满足初期设计阶段水击计算的精度要求。     

径流式电站厂房混凝土叠梁门临时封堵设计

钢筋混凝土叠梁门具有投资省、单节重量轻及对吊装设备能力要求不高等特点,因此常被用作径流式电站厂房进、出口临时封堵闸门。尽管钢筋混凝土叠梁门在水电站建设过程中属临时建筑工程,但它的安全运行直接影响到水电站机组的安装及电站按期投产发电,因此在工程建设中至关重要。本文结合江西赣江石虎塘航电枢纽工程实例,介绍该工程电站厂房进水口混凝土叠梁门临时封堵设计技术要点,供类似工程参考。     

典型工程叠梁门分层取水方案优化分析

水库下泄低温水将影响库区下游水生生态系统,而采用叠梁门分层取水则是解决电站引起的下泄水温问题的有效手段。依托实际工程,本研究建立了三维水温-水动力数学模型,对进水口水力特性与下泄水温进行了数值模拟,分别论证了不同取水高程条件下叠梁门分层取水运行的可行性及下游取水水温规律,分析了分层取水对下游灌区作物的影响。结果表明：叠梁门取水高程是影响分层取水效果的关键因素,而取水高程的确定又与进水口水动力特性密不可分,相比于叠梁门门顶水头,中小型工程进水口结构体型对分层取水进水口系统水动力特性影响更甚;增大叠梁门与门库前置墙间距是改善进水口水力特性的有效措施之一;结合叠梁门分层取水水力特性及取水效果,提出了叠梁门运行方式。     

分层取水结构型式对取水水温影响的试验研究

本文采用水温分层物理模型,针对传统叠梁门、叠梁门+水平帷幕、进水口前置帷幕三种结构的分层取水特性进行了对比试验研究,研究了分层取水结构型式对取水水温的影响,并分析了出现差异的原因。研究结果表明,取水结构上游拖曳层的厚度、垂向位置、水温及流速分布,是影响分层取水效果的重要因素:传统的叠梁门由于受门顶以下拖曳层的影响,底部冷水进入,取水效果相对较低;通过在门顶设置水平帷幕,阻挡下部低温水爬升,有助于提高取水效率;通过在进水口上游库区设置隔水帷幕,该取水断面表层温水拖曳流速增大,底层冷水拖曳流速减小,使取水效果得到进一步提升。上述试验结果为分层取水建筑物结构布置的优化改进提供了新的努力方向。     

北疆供水工程应急闸控下的水力响应分析

为了研究北疆长距离供水渠道应急闸控措施的选取,通过构建一维非恒定流数学模型,对应急闸控下的水力响应进行分析,针对不同应急情景提出闸控方案.结果表明:事故渠段上下游节制闸紧急关闭时,上游闸后及下游闸前水位变幅很大,渠段内水位波动剧烈;适当减小闸前控制水位以引导渠段退水闸的开启,可有效削减闸前水位壅高值,但闸后水位降幅增大...     

利用FORTRAN编程进行水闸泄流计算应用

某一等枢纽工程设计洪水、校核洪水洪峰流量分别为59700m3/s、67100m3/s,峰高量大。为满足工程运行要求,泄水建筑物共设置了15孔泄洪闸、5孔冲砂闸和1孔围堰改闸。水闸堰型均采用宽顶堰,孔宽不同,堰顶高程各异。现有泄流计算程序多针对单一堰顶高程设计,本工程并不适用。多闸孔、多堰高组合水闸泄流计算是一件繁琐的工作,利用Fortran编写的小程序计算给实际应用带来了极大便利。本文介绍了程序编写的具体过程,并结合具体工程应用实例对程序进行了验证。     

长引水道高水头电站不同负荷条件甩荷对蜗壳压力的影响研究

为研究采用集中供水布置型式的长引水道高水头电站蜗壳进口端内水压力极值工况及其内在影响机理,在相同上下游水位的前提下,以有压输水系统瞬变流分析的特征线法(MOC)为基础,融合跟踪机组运行轨迹的单纯形寻优法以及系统状态方程,对单台和两台机组在不同负荷时的甩荷工况进行过渡过程数值模拟计算。结果表明：单机、两机以20%额定功率运行甩荷后易发生首相水锤,为蜗壳进口断面内水压力的极值工况。蜗壳进口端内水压力极值出现在导叶小开度运行时甩部分负荷的工况。蜗壳进口断面内水压力初始值和极值大小与机组负荷相关,机组初始出力越少,引水系统中水头损失越小,蜗壳进口端初始压力越高,甩荷后该断面内水压力值越高,且部分负荷运行甩荷后压力衰减速度越慢。机组运行方式对蜗壳进口端内水压力值及峰值出现时间有一定影响。研究成果可为同类型水电站的设计和运行维护工作提供参考。     

利用FORTRAN编程进行水闸泄流计算应用

某一等枢纽工程设计洪水、校核洪水洪峰流量分别为59700m3/s、67100m3/s,峰高量大。为满足工程运行要求,泄水建筑物共设置了15孔泄洪闸、5孔冲砂闸和1孔围堰改闸。水闸堰型均采用宽顶堰,孔宽不同,堰顶高程各异。现有泄流计算程序多针对单一堰顶高程设计,本工程并不适用。多闸孔、多堰高组合水闸泄流计算是一件繁琐的工作,利用Fortran编写的小程序计算给实际应用带来了极大便利。本文介绍了程序编写的具体过程,并结合具体工程应用实例对程序进行了验证。     

天生桥一级水电站放空洞高水头弧形闸门的设计研究

在研究国内外众多潜孔弧形闸门资料的基础上，通过对总水压力，最大承压水头，闸门孔口尺寸，水封形式和门槽水力学等关键性的技术指标和参数的对比分析，进行了生天桥一级水电站放空洞弧形工作闸门的选型设计。在１２０ｍ承压水头下采用液压伸缩式水封，刷新了潜孔弧形加门使用该种水封的国内记录，通过天生桥一级水电站放空洞弧形工作闸门及液压伸缩式水封的选型设计的实践，为我国高水头潜孔弧门的选型设计积累了经验。     

On-site studies of hydraulic parameters and ship berth conditions when emptying lock No. 6 of the Volga-Baltic Waterway

Conclusions