底流消能诱发泄洪闸闸墩振动问题分析和减振措施研究

底流式泄洪闸在大流量泄洪时常伴随着闸墩剧烈振动。针对泄洪闸闸墩振动问题,以某水电站为例,基于水弹性物理模型试验和原型观测,提出改善闸墩结构和优化水库调度方案的两种减振措施。物理模型试验为研究闸墩振动提供了数据支撑,而原型观测结果验证了模型试验的可靠性。结果表明:当泄流量为5400 m^(3)/s时,通过优化水库调度,采用“低孔+表孔”联合泄洪的方式,表孔的泄流量从单独泄洪时的5400 m^(3)/s转变为联合泄洪时的低孔泄流量3481 m^(3)/s+表孔泄流量1919 m^(3)/s,表孔闸墩的振动位移标准差可从182.3μm减小到51.7μm,振动削减效果为71.6%;当表孔泄流量为10030 m^(3)/s时,通过对闸墩进行加固,闸墩的振动位移标准差可由288.8μm减小到129.6μm,振动削减效果为55.1%。

低弗劳德数条件下尾坎坡度对消力池内流场结构的影响

低水头、大流量条件下泄洪,易形成低弗劳德数水流,对下游河床和边坡造成冲刷风险。基于某水利枢纽工程,采用数值模拟的方法,应用RNG k-ε数值模型,研究了不同尾坎坡度体型下消力池内低弗劳德数水跃的流场特征。研究结果表明:低弗劳德数来流条件下,消力池内形成的淹没式水跃沿水流方向可分为核心区、发展区和回流区;核心区在水深方向上按流速特性又分为射流内层、射流外层、旋滚内层和旋滚外层;不同尾坎坡度的消力池中,均遵循时均压强沿程增大、临底流速自收缩断面后沿程减小的规律;尾坎坡度变陡会使得水跃的旋滚起始断面向上游移动,旋滚终止断面向下游移动,从而使得旋滚长度增大;当尾坎坡度为1∶3时,尾坎斜坡段临底流速梯度为0,当尾坎坡度小于1∶3时,尾坎斜坡段临底流速梯度为负,当坡度大于1∶3时,流速梯度为正,其原因是尾坎坡度变陡使得尾坎对水体的阻力在平行于尾坎坡面方向的分量减小,从而使得流速梯度逐渐增大。研究成果可为类似工程中消力池的设计选型提供参考。

土坝溢洪道底流消能计算成果分析

分析佛山市某水库2019年和2020年2次溢洪道底流消能计算过程及计算成果,采用溢洪道设计规范和水力计算手册2种方法,对同一工程的消能防冲进行复核,其计算结果存在的差异及原因。为降低中小型水库除险加固工程的经济成本,结合该水库溢洪道现状,提出计算消能工的跃前水头应采用考虑泄流沿程水头损失的能量方程分段求和法,该方法更贴合实际工况,在保证安全的前提下可以降低工程实施成本。

非对称入流复合消力池消能体型研究

为了适应工程地形所需的复合底流消力池以其布置形式简单、工程投资小等优点,在中小型水库工程中得到广泛应用,但其在非对称入流条件下普遍存在水流流态复杂、消能率低等各种问题。基于抚宁抽水蓄能电站下库泄洪消能建筑物,采用水力学模型试验与数值模拟相结合的方法,对复合消力池消能体型及入流方式进行了研究。结果表明:将传统消力池的均匀对称入流方式调整为适宜的非对称方式后,既扩大了消力池水流入水的空间范围,又保留了三元水跃高消能率的优点,同时也解决了因入流不均匀及消力池体型不对称而产生的消力池内水流旋转问题。通过模型试验和数值计算发现,这种底流消能体型布置方式极大提高了入射水体与下游水垫的剪切碰撞作用,降低了消力池临底流速与底板压强,且流态稳定,适于工程不同工况的安全运行,也使消力池总消能率提升了约10%。

大单宽流量、低佛汝德数消力池优化设计研究

针对某水电站消力池原设计方案出现的大单宽流量、低佛汝德数水流消能问题,通过物理模型试验,对消力池的体型参数以及辅助消能工的布置形式进行优化,并对比分析各方案的水流流态和水力特性。试验结果表明:下挖式消力池与消能墩的联合消能方案(消力池下挖4.20 m并设置消能墩)可以有效改善消力池内水流流态,水位波动幅度下降,消力池出池流速明显减小,消能效果显著。

渐扩底流口旋流器分级性能试验研究

针对在磨矿分级系统中,旋流器高底流浓度易出现绳状排料现象,导致底流口堵塞,造成溢流跑粗,降低了分离精度等问题,提出了一种渐扩底流口结构,并对底流口结构进行试验研究,分析了在不同浓度下底流口渐扩角度对产物浓度、粒度、综合分级效率、底流产率等的影响规律。结果表明,随着旋流器进料浓度升高,底流排料散射角度减小,当进料浓度大于10%时,旋流器出现绳状排料现象,改用渐扩底流口可减轻绳状排料现象,旋流器底流排料散射角度随着底流口渐扩角度的增加呈现出先增加后减小的趋势;当旋流器进料浓度大于10%时,旋流器底流排料散射角度与旋流器分级性能呈整体对应关系,在不同的进料浓度下,合理选用相对应渐扩角度的底流口可以使旋流器分离效果达到最佳;在进料浓度为25%时,旋流器常规底流口溢流产物中+20μm粒级含量为62.44%;相较于常规底流口,渐扩底流口结构可使旋流器溢流中+20μm粒级含量降低22.54%;底流口渐扩角为60°时,旋流器-40μm粒级综合分级效率最高,相较于20°渐扩角底流口分级效率增加了15.72%。

趾墩-悬栅消力池水力特性分析

为了解决新疆某工程泄洪洞消力池流态紊乱、消能率低的问题,采用数值模拟方法,在设计及校核流量下,对传统消力池、悬栅消力池以及趾墩-悬栅消力池3种不同形式消力池水力特性进行系统性分析。结果表明:趾墩-悬栅联合消能工改善了消力池内水流流态,消力池发生淹没式水跃,其池内悬栅与悬栅间隙处涡量分布广泛,池内整体涡量分布比悬栅消力池分布更加均匀。在设计流量下,消能率为74.41%,相较于传统消力池消能率提高2.61%,相较于悬栅消力池消能率提高0.95%;在校核流量下,消能率为78.99%,相较于传统消力池消能率提高5.64%,相较于悬栅消力池消能率提高0.95%。

多路阀复合抗干扰性能分析及试验验证

为检测多路阀的复合抗干扰能力,利用AMESim软件对国内某厂家生产的多路阀进行了整体仿真,并将仿真与试验结果进行对比,以测试不同负载下多路阀负载端的流量情况。对比的结果表明:随着负载压力的升高,多路阀的泄漏增大;当负载力达到35 MPa时,LS回路的安全阀发生溢流,负载端检测的流量发生明显的下降;欠流量的工况下,高负载端的流量分流比要低于低负载端的流量分流比。

基于智能试验装置的磷尾砂絮凝沉降特性试验

为提高絮凝沉降试验的智能化水平和分析精准度,采用自主研发的尾砂智能浓密试验装置,进行了磷尾砂絮凝沉降特性试验。研究结果表明:尾砂浆进料浓度与固体通量之间呈倒对勾状的函数关系,在进料浓度10%~18%时对应的固体通量维持在高位;随着尾砂浆进料浓度增大,底流浓度和溢流水浊度均升高,最佳的尾砂浆进料浓度为15%,底流浓度超过72.7%;该尾砂智能浓密试验装置自动化操作和智能化分析提高了试验结果的精准度,可为矿山选择适当的絮凝沉降参数提供参考。

龙井湾水库泄洪消能型式比选与建筑物体型设计

泄洪消能型式选择是泄洪建筑物设计的主要内容,合理泄洪方案是整个水库枢纽安全防洪度汛的保障基础。为确保龙井湾水库泄洪建筑物能匹配开阔河谷、河岸泥岩夹层和泄流量小等特性,综合考虑坝型适应性、施工条件、农田影响和工程投资等因素,从泄水方式、消能防冲型式等方面,对泄洪建筑物布置及结构体型进行了分析计算。论证结果表明,坝身溢洪道自由溢流结合底流消能,具有良好工程匹配性和泄洪消能效果。

水闸底流消能常见辅助消能工型式综述

传统底流消能在低水头、低弗劳德数下的消能效率较低,为提高消能效率,辅助消能工应运而生。本文基于工程应用及研究现状,介绍了辅助消能工中常见的消力墩、宽尾墩、尾槛、悬栅以及联合辅助消能工的研究进展,给出了各辅助消能工的示意图、特点和适用条件。在消力池中加设辅助消能工是解决水闸消能最基本、最有效的方法之一,但在消力池中单独加设一种辅助消能工有时无法满足消能要求,而联合应用的辅助消能工可以达到更好的消能效果,进一步提高消能效率,同时可利用各自的优点弥补对方的缺点,使消能工更加持久耐用,从而保护水闸的安全运行。

高寒地区细粒尾矿堆坝方案研究

以小兴安岭地区某尾矿库为例,开展了全尾矿湿排堆坝、全尾矿池填法堆坝和旋流器分级堆坝试验。结果表明,旋流器分级堆坝具有对比优势,可有效提高坝前尾矿的排水固结能力、增大干滩长度和坝前区域尾矿的强度,同时可形成较大的沉积滩坡度、保证安全超高,改善坝体渗流条件、提高滩面承载能力和堆坝效率。通过细化旋流器分级堆坝工艺,采用非冬季堆坝、冬季放矿的宽体子坝堆筑方案可在一定程度上解决沉积滩含水量大、承载力低、无法尾砂堆筑子坝等问题,但在粗砂利用率、高等级尾矿库子坝宽度、冻土发育等方面仍存在不足。最终结合旋流器分级宽体子坝和模袋法两种堆坝工艺,有效解决了尾矿库堆坝所面临的主要问题,可作为高寒地区细粒尾矿堆坝的高效方案加以推广。

DETERMINING THICKENER UNDERFLOW CONCENTRATION AND UNIT AREA

ＤＥＴＥＲＭＩＮＩＮＧＴＨＩＣＫＥＮＥＲＵＮＤＥＲＦＬＯＷＣＯＮＣＥＮＴＲＡＴＩＯＮＡＮＤＵＮＩＴＡＲＥＡ￥ＫａｎｇＹｏｎｇ；ＨｕＸｉａｏｍｉｎ；ＤｅｎｇＣｈａｎｇｌｉｅ；ＬｕｏＱｉａｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｉｎｅｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，...

下游极低水位溢洪道消力池布置及优化研究

溢洪道消力池的消能问题是保障泄洪安全的关键,特别是极低下游河道水位给消能布置带来更大的难度.结合某高水头水库工程岸边溢洪道,采用物理模型试验的方法,分析了下游极低水位消力池布置与流态衔接方法;研究成果建立了下游河道水深、消力池池深与水跃跃后水深的控制方法,提出了优化消力池流态的工程措施.

尾砂物理特性对其絮凝沉降性能影响规律的研究

尾砂絮凝沉降是矿山尾砂浓密脱水的关键技术。给料尾砂的物理特性直接影响了絮凝沉降的性能。试验开展了给料浓度、中值粒径及-38μm粒级占比等物理特性对其沉降性能的影响。研究结果表明:在不同物理特性的尾砂中,絮凝剂单耗存在最佳值。在最佳絮凝剂单耗下,尾砂絮凝沉降速度与给料浓度、-38μm粒级占比呈负相关,与中值粒径呈正相关;尾砂沉降的底流浓度与给料浓度、中值粒径呈正相关,与-38μm粒级占比呈负相关;通过建立拟合方程并进行显著性分析,得出3个因素对絮凝沉降性能的影响,认为尾砂的粒度组成对絮凝沉降的性能影响较大,是絮凝沉降过程中尾砂需要考虑的主要因素。研究结果为实际生产中絮凝沉降的操作参数选择提供参考。

底流消力池墩栅联合消能工水力特性数值模拟研究

针对低弗汝德数底流消力池消能不充分、流态紊乱及底板时均动水压强过大而造成失稳破坏的问题,通过采用数值模拟的方法,对传统消力池内分别加设趾墩-悬栅、消力墩-悬栅、T型墩-悬栅联合辅助消能工,分析各联合辅助消能工的水力特性及消能规律。结果表明:消力池内布置3种墩栅联合辅助消能工后,相较于传统消力池,水面流态趋于平稳,消力池底板最大时均动水压强分别减小了50%、25%、12.5%,消能率分别提高了3.13%、6.06%、5.24%;相较于同种墩型消力池(未加悬栅),消力池底板最大时均动水压强分别减小了20%、25%、12.5%,消能率分别提高了0.17%、3.05%、0.39%;趾墩、消力墩、T型墩与悬栅辅助消能工联合运用具有优势叠加效应。本研究可为解决同类底流消能问题提供参考。

扎拉水电站泄洪消能型式比选研究

扎拉水电站首部枢纽具有非对称狭窄河谷、建筑物布置紧凑、地质条件复杂、兼顾生态基流等多重约束的特点,泄洪消能型式比选是枢纽建筑物布置及水工设计的重点工作。结合工程特点,初步拟定了挑流和底流两种消能方案,通过水工模型试验(分析流态、压力特性、流速与河床冲刷),对建筑物布置、雾化、施工条件和技术经济条件等进行了比较。研究表明:底流消能方案消能充分、冲刷和雾化小、建筑物布置优且受泄洪影响小、施工条件更好,相比挑流方案虽经济性略差,但安全性更好、适应性高,最终选择底流消能作为推荐泄洪消能方案。相关成果可供类似工程的泄洪消能建筑物设计施工参考。

尾矿浓密优化控制技术研究及应用

某选矿厂浓密机控制主要采用人工手动控制,且浓密机生产过程的参数未知,流程上游波动大,浓密机底流浓度和絮凝剂添加控制不稳定,严重影响了浓缩效果和产品质量。同时,浓密机生产过程工艺机理复杂,浓密机的给矿性质波动频繁具有大滞后、非线性的特点,常规的控制方法难以达到良好的控制效果,从沉降原理分析,建立浓度软测量模型,基于专家系统实现优化设定,并设计开发尾矿浓密优化控制系统,实现浓密机工作状态识别与浓密机底流浓度控制,实现絮凝剂自动添加。

凹山选矿厂Φ63 m浓密机浓缩输尾工艺优化

凹山选矿厂为了降本增效,针对循环水水质差、尾矿流体输送成本高、工艺复杂和设备老旧等问题,将原有6台Φ50 m周边传动浓密机改为1台HRTΦ63 m高效浓密机,优选新的絮凝剂PAM(A456L)进行尾矿絮凝试验。通过将絮凝剂干尾用量降至20.13 g/t,浓密机底流浓度提高至40%以上,极大地缩短了工艺流程并减少了设备数量,明显改善了循环水水质,节约清水用量759万t/a,降低了尾矿和环水输送能耗,提高了自动化水平,实现了浓缩系统无人值守,优化了选厂人员结构,经济效益显著。

悬栅消力池压强特性研究及优化

为了解决悬栅消力池由于时均压强过大产生底板失稳及悬栅压强破坏的问题,采用数值模拟的方法,在设计及校核流量下,对4种不同布置形式悬栅消力池内水位差及压强场进行研究,并在稳水效果较好的方案4基础上提出趾墩-悬栅联合及圆化悬栅2种消力池优化方案。结果表明,趾墩-悬栅联合优化方案相较于方案4在设计及校核流量下,底板时均压强最大分别降低63%、50%,有效降低了消力池内悬栅上表面C与下表面D之间的时均压强差值∣Δp2∣;圆化悬栅优化方案可使悬栅处总压强分布更加均匀,避免悬栅局部破坏。故针对有压强要求的大流量悬栅消力池,建议选择趾墩-悬栅联合辅助消能工消能方式。