姚家平水利枢纽工程钢岔管结构型式选择与CFD研究

结合姚家平水利枢纽工程的总体布置,对主电站引水系统对称Y形和非对称Y形月牙肋钢岔管两种结构型式分别进行了三维有限元应力分析和CFD三维流场计算。计算结果表明:对称岔管两腰部位应力分布均匀,肋板尺寸较小;但在主支锥管相贯线内表面A点附近出现较大的应力集中现象,因此对称岔管满足强度所需的管壁厚度大于非对称岔管。在水力学方面,非对称岔管两支管的水头损失不相等,其中与主管同轴线的直支管水头损失最小,斜支管水头损失最大,但没超过对称岔管的0.358 m,说明从岔管部位水头损失和水流流态上看,非对称岔管也稍优于对称Y形岔管。综合考虑岔管结构和水力学特性以及工程地形等因素,建议姚家平水利枢纽工程中主电站引水发电系统选择非对称Y形岔管布置方案。

两种河床式水电站调度曲线的分析与研究

为了分析低水头、日调节或径流式水电站的出力情况,研究适用于水电站的发电调度运行方式曲线,笔者研究分析折线形和山峰形两种出力限制曲线,对两种曲线合理性进行分析和验证,并提出应用建议。结果表明,两种曲线均可以大幅提高水电站及电网调度对短期(日内)预想出力的预测精度。两种曲线均可适用于低水头、径流式水电站在不同水头条件的调度需求,有一定借鉴意义。

高流速大粒径漂卵石复杂条件下非通航河道疏浚施工技术研究

水电开发项目通过拓挖水电站下游河道以增加水头、提高装机容量可以取得良好的经济效益。然而,受河道水文气象、地质条件等现场复杂条件的影响,部分电站下游河道不具备拓挖条件。阐述了大渡河沙坪一级水电站下游河道治理工程,针对高流速、大粒径漂卵石复杂条件下非通航河道疏浚施工技术进行的研究,提出了复杂条件下河道疏浚技术难题的解决思路及方法,所取得的经验可为类似工程疏浚施工提供参考。

马尔康巴拉水电站近场区主要断裂活动性及对工程的影响

马尔康巴拉电站近场区内断层的活动性对工程的设计和坝址的选择极为重要。根据野外调查、ESR测年、断层泥石英形貌、地震活动性等综合分析,认为近场区除松岗断裂以外的其他断层在地表浅部晚更新世以来不具活动性,对工程建设基本不产生影响。松岗断裂中段深部小震频繁,地表未见活动证据,南段错断Ⅱ级阶地,因此中南段属于晚更新世活动断层,北段晚更新世以来不具活动性;日部断裂与松岗断裂中段一样属于深部黏滑浅部闭锁型断层,这种断层可能会在未来地震中产生较大的地表变形,工程建设应避开此类断裂。活动的松岗断裂中南段的潜在地震危险性评估表明,其可能诱发的地震震级约Ms=6.95。拟选的上坝址由于距松岗断裂的安全距离不够,岩石物理条件较差,下坝址的利用落差较小等综合因素考虑,建议选择中坝址更为合理。

数值模拟在溢洪道体形优化中的应用

利用k-ε双方程紊流模型,采取瞬态PISO算法求解压力—速度耦合的方法,结合VOF追踪自由表面对溢洪道体形进行数值模拟优化,得到了溢洪道内流态、沿程水深和底板压力的分布。通过物理模型试验验证,两者结果吻合较好,说明数值模拟方法能方便地应用于溢洪道体形优化。

高地震区大岗山水电站拱坝设计

大岗山拱坝坝高210 m,地质条件复杂,地震烈度高,拱坝设计具有挑战性。根据大岗山水电站地形地质条件,采用数值分析方法及模型试验,对大岗山拱坝体形、坝体应力、基础处理、坝肩抗滑稳定、抗震设计、温控设计等进行研究分析,结合现场施工以及监测资料表明:大岗山拱坝设计安全可靠、技术可行、经济合理。大岗山拱坝设计经验对地震烈度高、地质条件复杂的高拱坝设计具有一定的参考价值。

桐子林水电站明渠导流方案优化研究

欠宽阔覆盖层河道采用明渠导流宣泄大流量时,施工度汛所面临的水力学问题突出。对桐子林水电站导流明渠3种布置方案进行了系统模型试验。研究表明:底宽44 m明渠方案出口流速高达17 m/s,消能防冲难度极大,采用钢筋石笼和四面体防护失事风险很高;若在明渠末端增加消力池,由于明渠水流弗氏数Fr<1.5,消能效果无法提高,明渠出口流速仍达13 m/s;结合闸坝地基采用地下连续墙加固等措施,可将明渠宽度增加至62 m,明渠出口流速减小至10 m/s,钢筋石笼和四面体稳定性大大提高,能够有效解决明渠出口消能防冲问题。试验表明,采用宽明渠方案是解决大单宽流量明渠出口下游消能防冲的有效方法。

当卡水电站消力池的优化试验研究

当卡水电站属于中低水头水电站,其泄水建筑物具有水头低、佛氏数低等特点,通过模型试验发现原设计方案存在消力池体型欠佳、池内水流流态紊乱、消能效果差及坎后二次跌落水流大等问题,为此对消力池体型进行了优化设计,通过不同方案的优化比选,提出了将溢流堰和泄洪闸后消力池隔开、降低泄水闸底板高程、加宽泄水闸消力池宽度、减少消力池长度和适当提高尾坎高度等措施,有效地解决了原设计方案的不足,且降低了工程造价。

小河水电站溢洪道体型优化试验研究

小河水电站溢洪道试验泄流能力大于设计泄流能力,整体布置方案优化后泄流能力满足设计要求,并大大减小了工程量。针对溢流堰闸墩后产生的水冠以及出口消能段存在的问题,通过模型试验进行体型优化,取得了较为理想的成果。①中墩由原来4.0 m改成3.0 m厚并在其后部以流线形尾墩相连接,基本消除了水冠,大大降低了冲击波高,泄槽水流稳定;②经过窄缝式挑坎和斜切挑坎试验方案比较,斜切坎能够很好地适应溢洪道轴线与下游河道流态衔接,同时达到了消能和改善下游河道流态的目的。

二滩拱坝设计与优化

在二滩双曲拱坝设计过程中，对拱坝体形优化、坝体断面设计、坝体强度与坝肩稳定设计准则等一些关键技术问题进行了深入研究，其设计思想、设计方法和设计原则借鉴了国家“七五”“八五”重点科技攻关和国际咨询的结果，可供同类工程参考。

溪洛渡大型地下厂房关键部位开挖围岩稳控技术

在大型地下厂房洞室群开挖过程中,主体大型洞室关键部位开挖及局部稳定控制工艺是关乎工程顺利进行的重点。以溪洛渡水电站为例,重点介绍了大型地下厂房关键部位开挖体型的设计、开挖顺序的研究及局部稳定控制工艺。工程实践表明,从设计至施工各阶段所采取的措施使地下厂房开挖过程顺利,围岩变形较小;所采取的开挖设计方案及施工工艺适当、可靠,可供同类工程参考借鉴。

大岗山水电站深孔闸墩U形预应力锚索优化设计

大岗山水电站的高拱坝深孔闸墩预应力锚固设计技术性强且质量要求高,锚索布置、锚索预应力体系和预应力损失确定是设计中的重点和难点。目前预应力锚索设计多在工程经验基础上采用半经验方式进行,系统、详细地介绍了大岗山水电站深孔闸墩U形有粘结预应力锚索设计思路,对有粘结锚索的拉锚系数和预应力长期损失系数的取值进行了讨论,指出设计中除了要重点关注悬臂闸墩根部和支铰大梁的拉应力外,还应特别关注锚头部位的压应力集中现象。

小湾水电站高拱坝设计与基础处理

小湾拱坝高达294.5m,总水推力为176520kN。拱坝应力水平高,最大主压应力按10MPa控制。工程位于强地震区,拱坝抗震设防要求高。通过可行性研究、初步设计以及国家"九五"科技攻关等一系列研究,逐步解决了小湾拱坝体形优化、坝踵防裂防渗、抗震、泄洪消能、坝基基础处理和坝肩抗力体地质缺陷处理等关键技术。

基于C#.NET的贴边钢岔管设计的CAD系统开发与应用

针对水电站贴边钢岔管设计繁琐、工作量大等缺点,开发出了其计算机辅助设计系统。该系统实现了网格智能划分,并能人性化多项指标自由加密网格,生成ANSYS命令流与有限元软件对接;能够在完全独立于CAD系统之外设计,生成DXF文件与CAD软件对接;采用了三种功能模块分离的设计构架,同时采用了子父窗体设计,支持多模型任务同时运算等。最后运用该软件对招徕河水电站工程实例进行了分析,结果表明本系统具有设计速度快,精度高,实用性强等优点,能大大减小贴边岔管手工计算的工作量。

崖羊山水电站大断面地下矩形调压室设计创新

崖羊山水电站上游式大断面地下矩形调压室,断面尺寸43.5m×15m,总高达69m,采用纵、横向无支撑的薄壁结构,由围岩和一次支护为主承担山岩压力和内外水压力,并合理布置了排水系统,较好解决了围岩和结构结的稳定问题,在国内属首次应用,节省了工程投资,又加快了施工进度。

乌东德水电站表孔体型优化研究

乌东德水电站坝址处河谷狭窄,覆盖层深厚,施工详图设计阶段拱坝厚高比增加,表、中孔相对位置发生变化,存在表孔自由溢流水体击打中孔弧门、表中孔水舌碰撞后形成的横向溅水冲击透水边坡及水垫塘底板冲刷较深等问题。通过1∶50水工整体模型试验及方案比选,对表孔出口位置、型式进行了优化研究,使表孔水舌横向扩散,纵向分层明晰,表中孔碰撞消能后水垫塘底板冲刷轻微,边坡横向溅水强度基本与自然降水相当。研究成果可为工程设计及安全运行提供技术支撑。

新型可调式滚压铜止水成型机设计与研制

在长河坝水电站施工中,针对目前滚压铜止水成型机成型规格单一、速度无法调节、剪断装置损伤已成型截面等问题,对设备进行了研究和改造设计,开发出了可调式滚压铜止水成型机。通过可调滚轮的调节和部分模块的更换,实现了一定范围内多种规格W型和F型铜止水的压制成型。生产试验表明:该成型机结构强度和刚度均符合要求,工作连续稳定、操作简便、生产效率高,铜止水带成型质量可靠。

潘口水电站进水口结构体型优化设计

介绍了潘口水电站进水口结构体型优化设计情况。优化方案将挡水胸墙位置下移并与闸室段形成结构整体,顶板采用圆弧曲线与闸室孔口直接相连,中墩通过联系梁和支撑结构与边墩、胸墙相连。与原设计方案相比,优化方案使结构布置简化且受力明确。根据计算成果,采用非杆系混凝土结构的线弹性应力图形法,确定了进水口底板的配筋形式。

转弯河段重力坝组合挑流消能建筑物体型优化试验研究

针对某大型水电站采用组合挑流消能方式时其消力池下游河道转弯、水流归槽难等问题,对2种泄洪消能建筑物体型布置方案的水力特性开展对比试验,获得挑流水舌及入水形态、消力池内流态及出池水流衔接等水力参数;通过体型优化,获得了满足设计要求的推荐方案,消除原设计方案中消力池底部冲刷严重,出池水流偏离主河槽且与下游河道衔接不佳,河道水位波动较大等不利水力学条件。

混流可逆式水泵水轮机“S”形特性研究

以宝泉抽水蓄能电站机组为对象,从模型试验、现场试验以及CFD计算三个方面对水泵水轮机的"S"形特性进行了研究,着重讨论了模型与原型之间的相似性、"S"形特性对真机运行的影响以及"S"形特性的水力机理等问题。