首级过渡阶梯掺气面积对联合消能工的影响研究

宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池联合消能工在高水头泄水建筑物中具有较多的应用,但近年来发现,前几级阶梯面上存在较为严重的空化空蚀问题,因此阶梯面上的掺气则变得尤为重要。首级过渡阶梯的掺气面积对联合消能工的阶梯面掺气效果明显,通过水工模型试验,以阿海水电站为原型,使用四组不同掺气面积的首级过渡阶梯进行研究,现得出如下结论:首级过渡阶梯的掺气面积与掺气空腔长度呈正比,且对掺气减蚀起促进作用;首级过渡阶梯的掺气面积越大,阶梯面上的掺气量越大,阶梯面卷吸气体及减蚀越明显。

掺气坎与过渡阶梯联合作用对阶梯面掺气特性的影响研究

阶梯溢流坝面的掺气特性是联合消能工发展的桎梏,而掺气坎与过渡阶梯对阶梯面掺气特性有积极的影响,通过水工模型的方法,结合阿海水电站进行12组试验。研究掺气坎高度11.67、16.67 mm和角度8°、10°以及4种组合过渡阶梯联合作用下,对阶梯面掺气特性的影响。结果表明:掺气坎角度10°、高度16.67 mm这种体型比其他7组掺气坎体型更优,故掺气坎角度与高度适当增加可使水流下缘接触阶梯面的位置后移,掺气空腔长度、掺气面积以及掺气浓度亦随之增大;并且在此掺气坎体型的基础上,过渡阶梯设置为25 mm×33.33 mm(宽×高)的大阶梯,阶梯面掺气特性相对其他3种体型更优,故过渡阶梯体型适度增加,更有利于过渡阶梯进行掺气。通过12组试验的结果分析得出,前置掺气坎角度为10°、高度为16.67 mm、过渡阶梯设置为25 mm×33.33 mm(宽×高)的大阶梯时,阶梯溢流坝面的掺气特性为12种方案中相对最优。

高水头阶梯溢流坝掺气坎体型优化试验研究

针对阶梯溢流坝前端设置掺气坎,以提高坝面减蚀能力与坝体消能率的研究理论尚不成熟的现状,通过9组不同掺气坎的水工模型试验,采用极差与方差分析方法得出了掺气坎角度与高度对阶梯溢流坝联合消能方式水力特性的显著性影响.试验结果表明:与掺气坎高度相比,坎角度对台阶面最大负压影响较大.掺气坎角度为11.3°,坎高度为1.0,1.3 m时,台阶面最大负压最小,分别为-9.25,-8.56 kPa;掺气坎角度对影响反弧段时均压强的显著性不如掺气坎高度,而两者对消力池最小时均压强的显著性影响相差不大.当掺气坎角度为11.3°,高度为0.7,1.0 m时,上游水流对下游的冲刷强度较小,水体掺气充分,反弧段最大时均压强分别为424.44,431.73 kPa;根据坝体消能效果,掺气坎高度是影响阶梯溢流坝消能率的主要因素.根据各因素综合分析,推荐掺气坎角度为11.3°,高度为1.0 m时为最优坎型,其消能率为53.63%.

掺气坎组合首级台阶对阶梯溢流坝面的影响

为了避免阶梯溢洪道中前几级阶梯表面发生空蚀破坏,在对阶梯溢洪道的设计中加入掺气坎,形成前置掺气坎式阶梯溢洪道.通过对Y型宽尾墩+阶梯溢流坝+消力池的联合消能工过渡阶梯首级台阶台面取4个角度、前置掺气坎取2个角度共8种组合工况分别进行水工模型试验,改变水库流量,从空腔长度、水面线、负压、底板时均压力、消能率等方面,寻找改善水力特性的过渡台阶衔接体型.结果表明:掺气空腔随着首级阶梯台面角和掺气坎增大,与阶梯坝面分离空间更大,水流挑射更高,空腔更长且工况2的空腔长度均大于工况1的空腔长度;随着掺气坎和首级阶梯台面角增大,溢流坝阶梯面最大负压绝对值减小;消力池底板压力和水面线变化不大,消能率增大.在8个方案中,前置掺气坎角度为10°、首级阶梯台面角度0°时的方案5最优.