在高壩水電站工程建設(shè)快速發(fā)展的同時(shí),電站下泄的低溫水體對(duì)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(jìn)水口前放置一定高度的疊梁門,使電站從水庫(kù)表層取水發(fā)電,從而減輕對(duì)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(shè)與保護(hù)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(shè)置,將改變電站進(jìn)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(jìn)水口分層取水水工模型試驗(yàn),對(duì)各庫(kù)水位條件下的疊梁門放置高度、進(jìn)口漩渦特性、疊梁門上的動(dòng)水壓力特性、疊梁門對(duì)電站進(jìn)水口段的局部水頭損失及壓力分布特性影響等進(jìn)行了研究;另外,針對(duì)疊梁門這種薄而高的輕型結(jié)構(gòu),還進(jìn)行了機(jī)組甩負(fù)荷對(duì)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(rèn)識(shí),可供采用類似分層取水設(shè)施的進(jìn)水口工程參考。

對(duì)擬建水庫(kù)的長(zhǎng)、短旁通洞排沙效果進(jìn)行了水工模型試驗(yàn)研究,試驗(yàn)中率定了旁通洞的泄流能力;觀測(cè)了旁通洞進(jìn)口及洞內(nèi)流態(tài);測(cè)量了長(zhǎng)、短旁通洞在正常水位下,宣泄不同流量時(shí)的含沙量等.試驗(yàn)結(jié)果表明：在閘門全開情況下,長(zhǎng)、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(zhǎng)旁通洞方案中水典型年過機(jī)年平均含沙量為51.3g/m3,短旁通洞方案中水典型年過機(jī)年平均含沙量為59.0g/m3.研究結(jié)果證明：長(zhǎng)、短旁通洞泄流能力均滿足分流要求、旁通洞進(jìn)口段與導(dǎo)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(zhǎng)旁通洞方案.

對(duì)擬建水庫(kù)的長(zhǎng)、短旁通洞排沙效果進(jìn)行了水工模型試驗(yàn)研究,試驗(yàn)中率定了旁通洞的泄流能力；觀測(cè)了旁通洞進(jìn)口及洞內(nèi)流態(tài)；測(cè)量了長(zhǎng)、短旁通洞在正常水位下,宣泄不同流量時(shí)的含沙量等。試驗(yàn)結(jié)果表明:在閘門全開情況下,長(zhǎng)、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(zhǎng)旁通洞方案中水典型年過機(jī)年平均含沙量為51.3g/m3,短旁通洞方案中水典型年過機(jī)年平均含沙量為59.0g/m3。研究結(jié)果證明:長(zhǎng)、短旁通洞泄流能力均滿足分流要求、旁通洞進(jìn)口段與導(dǎo)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(zhǎng)旁通洞方案。

本文通過對(duì)樂昌峽水電站進(jìn)行過渡過程計(jì)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(jì)算經(jīng)驗(yàn),為同類工程提供借鑒。

通過物理模型試驗(yàn),測(cè)試了發(fā)電和抽水兩種工況下惠州抽水蓄能電站上庫(kù)進(jìn)出水口的流速分布、各通道流量分配、進(jìn)出水口水頭損失及入流漩渦等水力參數(shù),并對(duì)庫(kù)盆流態(tài)進(jìn)行了觀測(cè).試驗(yàn)結(jié)果表明,惠州抽水蓄能電站上庫(kù)進(jìn)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(shè)計(jì)時(shí)參考.

針對(duì)布侖口水電站水力學(xué)模型試驗(yàn)中導(dǎo)流兼泄洪沖沙洞消力池中出現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)際情況,采用控制消力池尾坎位置的方法,通過1∶40水力學(xué)模型試驗(yàn),提出將尾坎往上游移動(dòng)5m,將尾坎始段位置與漸變段始段錯(cuò)開,從而提高躍后水深。試驗(yàn)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(yuǎn)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(kù)進(jìn)出水口試驗(yàn)任務(wù),對(duì)側(cè)式短進(jìn)出水口在不同工況下的流速分布、水頭損失、庫(kù)區(qū)流態(tài)等水流特性進(jìn)行了水力模型試驗(yàn)研究。對(duì)原設(shè)計(jì)體型成功進(jìn)行了優(yōu)化,使各項(xiàng)水力參數(shù)達(dá)到比較理想的效果,解決了抽水蓄能電站側(cè)式短進(jìn)出水口在出流時(shí)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(shè)置多重導(dǎo)水疊梁門,采用分層取水進(jìn)水口引水發(fā)電.通過水工模型試驗(yàn),對(duì)進(jìn)水口水流脈動(dòng)壓力進(jìn)行測(cè)試,分析了分層取水進(jìn)水口脈動(dòng)壓力的大小與分布規(guī)律,驗(yàn)證了這種設(shè)計(jì)方案的可行性,并為分層取水進(jìn)水口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了荷載依據(jù).

龍開口水電站水庫(kù)調(diào)節(jié)庫(kù)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(duì)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(yàn)為手段,以堰面流態(tài)、水舌形態(tài)及沖坑尺寸作為判別標(biāo)準(zhǔn),通過多個(gè)試驗(yàn)方案的分析比較,闡明寬尾墩挑流聯(lián)合消能方式運(yùn)用于此工程的優(yōu)越性,并對(duì)寬尾墩的兩種體型進(jìn)行比較,對(duì)寬尾墩的具體尺寸進(jìn)行了適當(dāng)?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(shè)計(jì)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(jī)組和模型調(diào)速器的整體物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ?通過大波動(dòng)、小波動(dòng)和水力干擾過渡過程試驗(yàn),得到了詳細(xì)的水錘壓力、調(diào)壓室涌波、小波動(dòng)和水力干擾特性參數(shù),為工程設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。

通過1∶40的整體水工模型試驗(yàn),對(duì)某水電站表孔溢洪洞的泄流能力進(jìn)行驗(yàn)證。通過觀測(cè)分析各工況下表孔溢洪洞進(jìn)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(yàn)結(jié)果,對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dá)到設(shè)計(jì)要求。

福生水電站采用底流式消力池消能。其特點(diǎn)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(yùn)行工況有無限制、泄流能力及消能效果能否滿足設(shè)計(jì)要求就需要進(jìn)行深入研究。經(jīng)過斷面模型試驗(yàn),優(yōu)化了輔助消能工布置,改善了流態(tài),縮短了池長(zhǎng),提出了翻板門小洪水工況下的不穩(wěn)定流范圍,為設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

根據(jù)工程建設(shè)的需要對(duì)某泄水陡坡進(jìn)行水工模型試驗(yàn),驗(yàn)證其總體布置和建筑物結(jié)構(gòu)布置的合理性,分析原設(shè)計(jì)體型存在的主要問題,對(duì)泄水陡坡體型進(jìn)行優(yōu)化,且在消力池內(nèi)設(shè)置了消能懸柵,并進(jìn)行體型優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)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(shè)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(kù)采用側(cè)式進(jìn)出水口,一期尾水隧洞與進(jìn)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(yàn)對(duì)下庫(kù)進(jìn)出水口水力特性進(jìn)行研究,測(cè)試包括發(fā)電和抽水兩種工況下進(jìn)出水口流速分布、各通道流量分配、進(jìn)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(kù)出水口流速分布不均和出流偏流等問題。

本文針對(duì)拉西瓦水電站引/尾水管道系統(tǒng),修建了一個(gè)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(jī)改變導(dǎo)葉啟閉時(shí)間,觀測(cè)了機(jī)組增甩負(fù)荷時(shí)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(jìn)口處的水錘壓力過程線。利用模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)資料,率定出調(diào)壓室阻抗孔局部阻力系數(shù)的計(jì)算公式,使數(shù)值計(jì)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(yàn)吻合良好。再用數(shù)值計(jì)算彌補(bǔ)物理模型不能回答尾水管進(jìn)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(shè)計(jì)可放棄彈性相似準(zhǔn)則的結(jié)論,使模型材料不受限制。計(jì)算在缺乏水輪機(jī)特性曲線的條件下,數(shù)值求解轉(zhuǎn)動(dòng)方程也可得到機(jī)組最大轉(zhuǎn)速及其過程線。

針對(duì)龔嘴水電站增容改造后在低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行時(shí)存在壓力脈動(dòng)和噪聲較大的問題,采用大軸中心孔補(bǔ)氣模型試驗(yàn)方法,在1號(hào)機(jī)組開展頂蓋強(qiáng)迫補(bǔ)氣試驗(yàn),并在真機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明:選擇合適的相對(duì)補(bǔ)氣量時(shí),壓力脈動(dòng)的混頻和主頻相對(duì)幅值均顯著下降,對(duì)降低部分負(fù)荷區(qū)域的壓力脈動(dòng)和噪聲具有很好的效果。該方法對(duì)其他中低水頭電站的尾水管補(bǔ)氣措施有一定參考價(jià)值。

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

采用1:40減壓模型,通過測(cè)試流態(tài)、水下噪聲和脈動(dòng)壓力等水力參數(shù),對(duì)亭子口水電站閘墩尾部跌坎式底流消力池的空化空蝕特性進(jìn)行了研究。成果表明:閘墩尾部區(qū)域存在強(qiáng)度為發(fā)展階段的剪切流空化,采用8.00m高度的跌坎消力池后,消力池底板空蝕破壞的可能性較小;但消力池邊墻與閘墩內(nèi)壁側(cè)擴(kuò)距離較小時(shí),邊墻空蝕破壞的可能性較大;消力池邊墻與閘墩內(nèi)壁側(cè)擴(kuò)距離增至4.20m時(shí),邊墻空蝕破壞的可能性顯著降低。

豎井式進(jìn)出水口在抽水蓄能電站上庫(kù)的應(yīng)用和研究情況在國(guó)內(nèi)較少。本文結(jié)合某抽水蓄能電站上庫(kù)模型試驗(yàn)任務(wù),利用模型試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算方法,對(duì)某體型進(jìn)出水口的發(fā)電和抽水各種工況下的進(jìn)出水口流速分布、水頭損失、旋渦等水流特征進(jìn)行了分析研究。從堰型和防渦梁角度進(jìn)行了體型優(yōu)化,提出了階梯防渦梁的優(yōu)化體型。該研究?jī)?nèi)容,對(duì)于雙向水流的流道研究,具有重要的參考價(jià)值。

糯扎渡水電站截流模型試驗(yàn)研究——通過水力學(xué)模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了糯扎渡水電站設(shè)計(jì)的戧堤位置布置，研究確定了截流流量、預(yù)進(jìn)占長(zhǎng)度，并對(duì)在截流流量1220m3／s下，戧堤進(jìn)占各區(qū)段的龍口水力特性和拋投材料的使用情況進(jìn)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(fù)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(jì)性,為論證其整體布置方案的合理性,開展模型試驗(yàn)研究,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)體型布置,改善水力特性及消能區(qū)沖刷情況,為工程設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供科學(xué)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(jì)又安全的新型支撐結(jié)構(gòu),其原理是利用一定長(zhǎng)度的注漿長(zhǎng)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(yàn),了解巖壁吊車梁的超載能力、在荷載作用下應(yīng)力的分布并優(yōu)化設(shè)計(jì)。