调压井底孔对水轮机调节系统过渡过程的影响

调压井是水电站建设的重要工程措施,本文在对带调压井的水轮机调节系统开展的计算分析中,采用流量、力矩的特征矩阵法描述水轮机特性、详细考虑了水轮机调速器非线性特性(如主配压阀速度特性、接力器开关时间整定引起的严重的非线性特性等),用实际甩负荷过渡过程算例说明调压井底孔阻尼对水轮机调节系统振荡特性的衰减、调压井内水位涌升的重要影响。

广西桂林抽水蓄能电站下水库泄洪建筑物综合比选

泄洪建筑物作为保障抽水蓄能电站大坝安全的重要水工建筑物,其设计的合理性直接影响到整个工程的安全性和经济性。针对桂林抽水蓄能电站下水库深切的“V”形谷地形、泄洪量较大、开挖边坡较高等问题,笔者结合工程水文和地质条件,从枢纽布置、施工条件、工程投资角度对下水库泄洪建筑物布置方案进行了综合比选,最终采用左岸自由溢流竖井式泄洪洞+右岸泄洪放空洞的布置方案。该研究成果可为类似工程的泄洪建筑物设计提供参考。

基于CFD的底部上翘角度对直管式出水流道水流性能的影响研究

为优化直管式出水流道的设计型式,以通吕运河大型低扬程泵站为例,建立几何比尺为11的三维泵装置模型,选用六面体结构化网格划分计算域,并进行全流道定常数值计算,探究了不同底部上翘角度对直管式出水流道水流性能的影响。结果表明,底部水平时,直管式出水流道水流性能一般,对内流流动的调整作用不明显;随着底部上翘角度的增大,出水流道水力性能呈先优后劣的变化趋势,存在水力性能最优的阈值角度,为1.5°;当底部上翘角度为阈值角度时,出水流道前段的涡通量降幅明显,后段流速均匀度最高。不同的底部上翘角度对直管式出水流道的水流性能有着较大影响,采用合适的底部上翘角度能够提高出水流道的水力性能,增强对水流的调整作用。研究成果为直管式出水流道的水力设计提供了一定的参考。

回转式阳极炉液面下出铜方式的开发与应用

回转式阳极炉在阳极铜浇铸作业过程中存在铜水落差高、飞溅大、铜水温降大、浇铸结束后残余废铜多的问题。为了解决这些问题,贵溪冶炼厂设计了一种滑板出铜装置。实现了阳极炉底部出铜,大幅降低了出铜过程铜水落差、减少了废铜产出量,减少了铜二次冶炼成本。减少了燃料单耗,杜绝了铜水带渣可能,阳极板产品质量得到提升。

三峡大坝导流底孔闸门流激振动水弹性模型试验研究

为了解决三峡大坝导流底孔弧形闸门的流激振动问题 ,采用完全水弹性相似模型研究了闸门的流激振动。介绍了闸门振动水弹性相似原理、水弹性相似材料的性质、闸门水弹性模型模态分析及模型振动试验结果。试验结果表明 :闸门在无侧止水或侧止水损坏情况下淹没出流时 ,将产生强烈的自激振动 ;闸门两侧缝被封堵以后 ,在同样的淹没出流情况下 ,只产生轻微振动 ;闸门产生强烈振动的主要原因是闸门侧缝射流和下游紊动水流汇合后在门侧形成了自激振荡系统的结果 ;消除侧缝射流 。

向家坝导流底孔平面封堵闸门流激振动问题研究

向家坝水电站导流底孔平面封堵闸门拟采用液压张紧钢绞索设备进行启闭。这是水电系统首次采用该设备,由于该设备启闭闸门速度慢,且门体大、水头高,故闸门的流激振动安全问题备受关注。采用1∶30的水弹性模型试验和有限元计算相结合的方法,获得了试验与计算相互验证的闸门动力特性参数和闸门结构的静、动应力以及闸门上的脉动压力特性、振动特性等研究成果。表明:闸门在启闭过程中不会发生水力共振,闸门的振动比较小,是安全的。研究发现,门后负压对闸门安全运行有较大负面影响,门后增设通气孔改善了闸门的受力条件并减小了启闭力,据此建议门后增设通气孔。由于闸门摩擦力大,建议给闸门添加配重,以便顺利关闭。

三峡导流底孔弧形闸门泄洪振动与控制研究

从优化闸门结构形式入手,进一步研究了闸门的减振措施。对闸门优化方案的1/20全水弹性模型进行了流激振动试验,检验优化方案的减振效果,并评估了其方案对闸门动力特性的影响。试验结果表明,闸门的优化方案使减振效果十分显著,可供其他类似的潜孔式闸门借鉴。

预应力锚固闸墩有限元分析研究

应用大型通用有限元软件ANSYS,对某工程拱坝底孔的外伸悬臂式预应力闸墩进行了三维有限元计算,通过与无预应力闸墩结构对比,分析了由于上下游悬臂和闸墩预应力锚索的布置对坝体应力的影响,表明上、下游悬臂对坝体泄水孔进、出口侧壁应力影响较大,预应力的施加改善了闸墩和大梁的应力状态,但对预留竖井周围的应力分布影响较大。

基于光纤测温反演喷涂聚氨酯的导流底孔等效表面放热系数

为了解导流底孔采用聚氨酯发泡材料的保温效果,结合在建的溪洛渡水电站混凝土坝工程,在距离导流底孔边墙不同深度处埋设分布式光纤,实时在线监测喷涂聚氨酯的导流底孔温度分布,分别采用日变化温度和日平均温度反演了喷涂聚氨酯的导流底孔等效表面放热系数。结果表明,喷涂2cm聚氨酯发泡材料的导流底孔等效表面放热系数为3.79kJ/(m2·h·℃);相对于日变化温度,采用日平均温度进行反演等效表面放热系数更稳定,且数值可信。

通仓浇筑常态混凝土和碾压混凝土重力坝的劈头裂缝和底孔超冷问题

不少重力坝在上游面产生了几十米深的严重劈头裂缝，首次指出这与通仓浇筑有密切关系，由于坝内没有纵缝，因而没有接缝灌浆前的二期水管冷却，水库蓄水时，坝内温度仍然很高，而水温较低，产生了较大的内外温差，使得在施工过程中上游面已出现的表面裂缝扩展成为深层劈头裂缝。目前，碾压混凝土重力坝的高度不大，似乎还没有报导过严重劈头裂缝，但碾压混凝土重力坝也是通仓浇筑的，没有二期水管冷却，今后随着坝高的增加，对碾压混凝土重力坝产生劈头裂缝的问题也应给予重视．对于通仓浇筑的常态混凝土重力坝和碾压混凝土重力坝，由于基础约束区域扩大，底孔超冷可能产生巨大的温度应力，并引起严重裂缝．为了防止裂缝，需要采取严格的温度控制措施．针对三峡大坝通仓浇筑方案，进行了详细的计算分析，计算结果证实了上述判断．

浑水水力分离清水装置进口及底孔对流场影响的数值模拟

为研究浑水水力分离清水装置的进口尺寸、进口流速和底孔孔径发生改变时对流速场的影响,采用重整化群k-ε模型对装置内的清水流场进行了3维数值模拟。模拟结果表明:流量不变的情况下进口尺寸的增加将会增加柱体区的切向流速和锥体区的径向流速,装置对进口流速的变化较为敏感,因此处理较大流量时应该优先考虑增加进口尺寸;底孔孔径的增加将会增加锥体区的切向及轴向流速,有利于装置中泥沙的排除,但同时将会导致清水溢出量减少。

向家坝导流底孔回填混凝土温度动态预测

导流底孔回填混凝土水泥含量高,温控难度大,一般需要埋设冷却水管进行通水冷却。针对导流底孔回填混凝土的特点,从动态预测角度出发,将有热源水管冷却计算式结合混凝土浇筑仓实测温度,根据浇筑仓当前实测温度动态更新有热源水管冷却计算式中的Ti,然后进行未来n天混凝土浇筑仓温度动态预测,以指导和调控现场通水措施。向家坝导流底孔回填混凝土温度动态预测的实例分析表明,建议的温度动态预测式是可行的。

向家坝大型导流底孔封堵闸门水力学试验研究

向家坝枢纽导流底孔属临时建筑,用后封堵。但闸门尺寸大、水头高,若采用固定卷扬机启闭,启闭设备的容量和自重均较大,建造较为困难;若采用液压张紧提升系统启闭,此项技术又从未用于水工闸门的启闭操作,且闸门在启闭过程中经历的水力条件较为复杂。为了弄清在两种不同启闭方式过程中闸门水力学条件的变化情况,通过导流底孔封堵闸门水力学模型试验,进行了两个启闭方案下底孔内流态、压力特性以及闸门启闭力的对比试验研究。结果表明,采用液压提升系统和固定卷扬机系统进行导流洞封堵的方案均可行;推荐了与不同启闭设备方案相适应的导流底孔体形。但考虑到液压张紧提升系统方案在经济性、工期和缆机资源占用等方面的优势,建议设计采用该启闭系统方案。

周宁抽水蓄能电站下水库泄洪建筑物布置方案研究

针对周宁抽水蓄能电站调节库容小、洪水调节能力差,而且洪水的洪峰流量和洪量大等特点,用调整表孔、底孔结构尺寸的方式进行泄洪规模和表底孔泄洪能力分配的比选,探讨其泄洪建筑物的布置原则。不同方案的对比研究表明:最大下泄流量应以校核洪水下高水位时局部时段敞泄为原则进行设计,以减小闸门控制误差所造成的洪水雍高风险。对于调节能力差、洪水流量大的抽水蓄能电站工程,应布置表孔、底孔进行联合泄洪;底孔的布置应保证低水位时各频率洪水均得到快速下泄,避免在水位上升过程中出现滞洪现象;在总超泄能力满足泄洪要求的前提下,应选择表孔规模较大的方案,实现表孔和底孔泄流能力的优化分配。研究成果对调节能力差、洪水流量大的电站工程建设具有借鉴意义。

清江隔河岩大坝表孔深孔闸门及坝体泄洪振动与控制研究

通过原型观测试验获得了清江隔河岩大坝表孔、深孔闸门及坝体泄洪的实测数据。测试成果表明：在稳态工况下，表孔、深孔闸门运行平稳，大坝主体的振动很小？表孔闸门在3．3～7．0m开度时，出现了250s左右的拍振现象，但不会影响表孔闸门的运行安全、深孔闸门在03～6．0m开度时，山于深孔闸门侧止水严重漏水，出现了强烈振动，应当引起足够重视。

亭子口水电站跌坎消力池减压模型试验研究

采用1:40减压模型,通过测试流态、水下噪声和脉动压力等水力参数,对亭子口水电站闸墩尾部跌坎式底流消力池的空化空蚀特性进行了研究。成果表明:闸墩尾部区域存在强度为发展阶段的剪切流空化,采用8.00m高度的跌坎消力池后,消力池底板空蚀破坏的可能性较小;但消力池边墙与闸墩内壁侧扩距离较小时,边墙空蚀破坏的可能性较大;消力池边墙与闸墩内壁侧扩距离增至4.20m时,边墙空蚀破坏的可能性显著降低。

功果桥电站大坝底孔设计

对功果桥大坝底孔进行优化设计,以达到简化水工建筑物结构布置,降低大坝施工难度和提高工程效益的目的。对选定方案底孔进行体型及细部结构设计,并结合水工模型试验进行验证,确定设计的合理性。

某重力坝泄洪底孔水力特性的数值模拟研究

为了充分研究泄洪底孔的水力特性,利用FLUENT软件,采用标准k~ε紊流数值模型和体积分数法（VOF）自由表面追踪技术,对某重力坝泄洪底孔全程进行了三维数值模拟研究。数值模拟得到了设计和校核洪水位两种工况下,泄洪底孔的沿程水面线、压力以及流速分布等水力特性。数值模拟结果与模型试验数据对比分析显示,二者吻合较好。研究表明数值模拟在实际工程运用中是可行的。

碾压混凝土重力坝导流底孔有限元分析

以托口水电站碾压混凝土重力坝为例,采用三维有限元法对施工期碾压激振力的大小及常态混凝土顶板的厚度进行了敏感性分析,发现施工期顶板不宜太薄,建议取3 m,以减小实际工程中因碾压设备激振力较大导致顶板混凝土开裂的概率;并对后期下闸封堵分别计算了同一坝段两个底孔先后封堵和同时封堵两种工况的应力应变情况,先后封堵工况中底孔环向拉应力值及范围均有所增大,且在结构分缝处的错动变形明显比同时封堵工况大,对止水适应变形的要求更严格,建议实际工程中导流底孔尽可能同时封堵或相隔时间不宜太长。

底孔坝段温度应力场仿真研究

针对坝身开孔后削弱了混凝土坝结构的整体性、孔口周围易产生应力集中并可能导致产生温度裂缝的问题,采用三维有限单元法对底孔坝段施工全过程进行温度应力场仿真研究,计算考虑了通水冷却、混凝土的水化热温升以及弹性模量等对底孔坝段温度和应力的影响,并对比分析了不同方案下坝体温度应力。结果表明:方案4(约束区Tp=18℃,非约束区Tp=22℃,通水冷却)在采取通水冷却和控制混凝土浇筑温度措施后,高程1 624.5~1 631.5 m范围内垫层常态混凝土最高温度为33.8℃,最大温度应力为1.50 MPa;高程1 626.5~1 646.5 m范围内碾压混凝土最高温度为26.8℃,最大温度应力为1.32 MPa;高程1 646.5~1 692.0 m范围内闸室以上常态混凝土最高温度为36.5℃,最大温度应力为1.45 MPa,从而坝段各区域的最高温度均小于允许最高温度,最大应力小于该工程的允许拉应力。研究成果为混凝土坝底孔坝段施工温度控制提供借鉴。