浅谈国内旋流式内消能泄洪洞工程方案的研究

论述了竖井旋流型与水平旋流型内消能工在体型优化中的重点与方向，结合黄河公伯峡水电站右岸旋流内消能泄洪洞的方案的论证、试验研究与体型优化，进行了连接部位泄流能力的协调与匹配、通气孔的设计、消能率的构成、起旋器出口与旋流洞连接部位后的空化空蚀、洞子的衬砌标准与范围、下游水深的影响等问题的讨论。     

淹没出流型漩流竖井泄洪洞新型连接型式及水力特性研究

针对本文提出的一种新型淹没出流型漩流竖井泄洪洞开展模型试验研究,实现了在下游高水位情况下,旋流竖井高掺气水流通过导流洞时由无压向有压的平稳过渡衔接。通过在导流洞底部合适位置上设置挡坎、顶部设置排气孔和压坡等技术手段,先使水流在有限长度内剧烈混掺消能,其后通过挡坎和压坡的共同作用促使逸出的多余气体通过排气孔顺利排出。试验明确了各个流段不同的水流流态、功能及分区依据,并提出了相应的体型优化设计原则。试验结果表明导流洞内前半段为掺气水流,后半段基本上为清水状态,消能区冲击动压及脉动压力均方根最大值分别为150kPa和89kPa,总消能率能达到85%。为导流洞改建泄洪洞技术领域提供了一条新途径。     

泄洪洞内具有阻塞与扩散段的水平旋流消能方式水力特性的试验与数值模拟（1）

本文采用Realizable k-ε双方程紊流模型和VOF法,并结合模型试验,对一种新型的水平旋流复合式内消能泄洪洞的流态及水力特性进行了分析。结果表明:旋流洞段为空腔直径沿程变化的旋流,扩散段为气水混掺的旋转两相流;空腔直径沿程表现出分段变化的特点,在起旋室内与阻塞扩散段变化较大,在旋流洞段变化较平缓;旋流洞段壁面压强整体较大,但在旋流阻塞段迅速降低;旋流空腔负压沿程增大并在旋流阻塞起始点达到最大;旋流洞段发生空化空蚀可能性较小,而扩散段末端有出现空化空蚀的可能性,需加强结构设计或采用超空化体型。旋流阻塞的设置增大了旋流洞壁面压强,减小了空化空蚀的可能性。     

公伯峡水电站水平旋流泄洪洞试验研究

本文结合公伯峡水电站旋流泄洪洞水工模型试验研究 ,提出了水平旋流泄洪洞泄流能力、螺旋流流速沿程分布及其径向分布、壁面压力、通风量等计算方法。通过体型优化 ,较好地解决了起旋器与旋流洞连接拐角处的负压和掺气问题 ,有效地避免了空蚀破坏 ,可供同类工程设计参考     

淹没射流与水平旋流梯级内消能工的水力特性

为解决导流洞改建为单一内消能泄洪洞出现的空蚀问题,作用水头难以提高,运行方式和灵活性有限等工程实际问题,提出了一种新型“淹没射流与旋流梯级内消能工”。通过模型试验对其基本流态与水力特性进行量测和分析,结果表明：竖井水位是保证稳定运行的关键条件,当其高于射流尾水洞洞径的1.2倍后,各部分流态均趋于稳定;上游水位与下游水位均会影响竖井水位,其中上游水位影响更为显著;射流孔口和起旋器孔口的无量纲泄流量与其相对净作用水头均为线性增大关系;在射流段、水平旋流洞段与旋流阻塞扩散段,壁面压强沿程呈现出明显的分三段降低、各段稳定变化的特征。本文试验条件下,各段的最大压强水头差与总水头的比值分别为0.12、0.47和0.2,射流和旋流两级消能最大净作用水头占总水头的比例分别为0.13 ~ 0.15和0.59 ~ 0.80,最大孔口流速26.2 m/s,射流尾水和旋流扩散段的最大断面平均流速10.5 m/s,14.5 m/s,表明其具有良好的分级分段的消能特性,体型基本合理,但总作用水头尚有较大的提高余地,分级消能的比例尚需进一步优化。     

金盆水利枢纽工程溢洪洞水力设计

溢洪洞是水利枢纽工程中重要的泄洪建筑物之一,而且其泄洪流速一般都很高,很容易产生混凝土的空蚀破坏,从而影响建筑物的正常使用,选择合适的体型是溢洪洞防止空蚀破坏的首要环节,而防空蚀破坏的关键是溢洪洞高流速段洞内过流面压力分布不能产生超过混凝土允许的负压力。就金盆水利枢纽工程溢洪洞水力设计及所采取防空蚀破坏的措施进行了介绍。     

明流泄洪洞布置形式对水力特性影响的数值研究

采用t-e紊流模型,并结合VOF方法,对锦屏一级水电站泄洪洞明流段的两种布置方案进行了数值计算.计算中对壁面粗糙度的合理取值范围进行了分析讨论.并就其对计算结果的影响进行了定性分析.得到了按正常泄量泄洪时"龙落尾"和.龙抬头"泄洪洞内压力分布、空化数分布、沿程水深及平均动能的变化.通过比较,认为.龙落尾"式布置方式缩短了需要掺气保护的洞段长度,可降低工程空化空蚀破坏的风险程度;而"龙抬头"式布置方式的防空蚀性能稍好.出口水流的能量也小,对下游河道的消能防冲有利.     

格林峡坝汛期泄洪和空蚀破坏

本文介绍格林峡泄洪洞在83年汛期泄洪、调度、和空蚀破坏的情况,可供科研、设计、施工、管理人员参考。     

泄洪洞出口体型对挑流消能效果的影响研究

为了宣泄洪水并提高泄洪灵活性,许多大型水利水电工程中布置了岸边泄洪洞,并且大都采用"挑流+水垫塘"的消能型式,因此泄洪洞出口的体型对消能效果有显著影响。本文结合某水电站工程实际,针对不同泄洪洞出口体型方案下的水垫塘消能效果进行了对比研究,分析了各体型方案下的消能效果,从水垫塘底板冲击压强、出水垫塘的水流流速等方面对消能效果进行了评价。并从中选取了最优的体型应用于工程设计,提高了泄洪洞水垫塘的消能效果,这对工程的安全运行十分有益。     

槽形挑坎结合局部陡坡型掺气坎设施在瀑布沟水电站泄洪洞中的应用

为解决大渡河瀑布沟水电站泄洪洞大流量低Fr数缓坡泄洪洞掺气坎空腔易回水问题,通过1:35水工模型试验,对新型的梯形槽坎+缓坡平台+局部陡坡型的掺气设施进行了对比试验研究.结果表明该形式的掺气设施是一种较优的布置形式,其适应的水位范围较大,掺气效果明显,无需加设排水设施;在库水位840m以上时各级掺气坎积水基本消除.进一步说明了该款掺气设施能适应本工程缓底坡、大流量及低Fr数流动的掺气要求.该体型掺气设施对类似工程的设计及修复具参考价值.     

利用中心孔补气合理有效地提升水轮发电机组的稳定性

涡带引起的压力脉动是混流式水轮机水力振动的主要原因。补气可以有效地干扰涡带的形成,仍而显著减小大的压力脉动,降低水轮机的振动,提升机组的稳定性。本文通过分析压力脉动产生的过程及补气的作用,介绍了常用中心孔补气结构,指出了应用中存在的问题,提出了改迚建议,以促迚中心孔补气方法的合理有效利用。     

水轮机主轴中心孔补气

水轮机在偏离最优工况运行时,水流的环量会使尾水管中心产生低压并形成涡带.此涡带引起尾水管压力脉动继而引起机组的振动和噪音.通过主轴中心孔补气,可减小尾水管内的真空度,破坏尾水管内的螺旋形涡带的形成和压力脉动、转轮的汽蚀等,从而保证机组的安全稳定运行.参 1     

超高水头大泄量竖井旋流泄洪洞的数值模拟研究

为了克服传统模型试验对竖井旋流泄洪洞复杂水力特性测试的局限性,本文基于VOF法采用Realizable k-ε双方程紊流模型,对某一超高水头、大泄量竖井旋流泄洪洞进行数值模拟,得到了水流流态、空腔直径、压强及旋流角等水力要素的分布规律,由模拟结果分析得出:竖井内旋转水流的水层厚度分布不均,主流水体,水层较厚,非主流水体,水层相对较薄。旋转水流切向流速的衰减梯度从上到下逐渐降低;在竖井前半段,轴向流速随竖井高度的降低增加较快,竖井中下段,主流水体的轴向流速增加明显,而非主流水体增加缓慢。利用试验测试数据对计算结果进行对比验证,结果表明计算值与实测值吻合良好,说明数值模拟方法可行。     

大型水轮发电机组临界转速现场识别技术

提出了一种从水轮机补气所激起的大轴摆度中识别水电机组临界转速的新方法，并对安康水电厂一号机组临界转速进行了现场识别。     

空化射流在管道清洗中的应用

在对空化射流的破坏机理进行分析的基础上，介绍了一种基于空化射流的管理清洗方法。该方法是通过首先将管内注入液体，然后在液体中加入一定程度的压力脉动，使管内不可压缩的液体中形成驻波，并开始在驻波中产生空化现象。由于空化现象产生的微小气泡溃灭，形成冲击波，打破管内壁与污染之间的粘合力，从而实现对管道的彻底清洗，最后，通过与环形管道清洗法比较，展示了该清洗方法的优越性及广阔的应用前景。     

天生桥一级水电厂机组稳定性分析

在大量现场试验基础上,全面分析了机组在不同水头、不同负荷下蜗壳进口、导叶后以及尾水锥管等处的水压脉动状况,以及水压脉动对机组各机架振动和大轴摆度的影响。试验结果表明机组存在两个水力振动区,小负荷振动区和涡带振动区。根据试验结果和电厂运行情况确定了机组在不同水头下的稳定运行区域。     

凝结水泵的汽蚀研究

针对顺能垃圾发电厂凝结水泵的汽蚀现象,分析了汽蚀产生的原因,提出对凝结水泵进行变频调速技术改造的方案,生产实践证明:改造解决了汽蚀对水泵的影响,取得了比较理想的效果.     

LPG输送泵的气蚀保护

液化石油气(LPG)是一种以C3和C4为主要组成的液态烃的混合物,具有热值高,易燃绕,燃烧清洁,成本低(较于清柴油发电)等优点,是一种很好的燃料,具有很高的经济价值。但由于其易气化的特点,若在输送过程中保护不当,极易造成液化石油气输送泵气蚀。苏丹吉利联合循环电站是世界第六家使用该燃料的发电厂,介绍了LPG泵气蚀保护的应用。