昭平水电站船闸槛下分散输水系统水力特性

本文介绍了五强溪船闸二闸首于１９９６年１２月１２日～１３日进行的原型观测成果与分析．着重从高水头船闸输水系统不恒定流压力瞬态变化和反向弧门流激振动两方面，分析输水廊道突扩体发生空化空蚀的可能性，以及反向弧门流激振动的危害程度，并对其安全运行作出评估．

为了研究高水头船闸原型与模型试验的差异,更好的积累高水头船闸原型运行经验,对渠江金盘子船闸输水系统进行了水力学原型观测。结果表明:该船闸进出口、闸室内流态较好;闸室内船舶系缆力满足规范要求;闸室充、泄水的流量系数较模型增大12%～16%,与国内、外船闸输水系统研究基本一致;由于泄水阀门开启速度远大于设计和模型试验研究情况,因此,其廊道压力的负压值超出规范要求。并对此提出了改进意见。

结合实际工程,笔者就水电站技改工程中输水系统的设计,进行了详细的介绍,主要包括输水系统方案、进水口、引水隧洞、调压井、压力钢管的设计.

斑竹水电站航运过坝采有船闸方案。船闸建筑物由上游趸船导航结构，下游混凝土重力式导墙上、下坞式结构闸首及坞式结构闸室组成。输水方式采用分散输水系统－闸墙长廓道短支出流。经计算分析，闸室水力指标及船舶泊稳条件好。闸首、闸室钢筋混凝土结构布置合理，受力明确。

水力发电·2o02年·第11期 人在阿坝州领导的陪同下，考察了黑水河流域，并决定由四 川电力股份有限公司负责黑水河流域的水电开发；同年11 月，四川电力股份有限公司、四川岷江电力(集团)公司、汶川 川西电力有限责任公司共同组建四川黑水河水电开发有限 责任公司，开发黑水河水电资源，并签定了协议书，全面启动 黑水河流域水电前期开发工作。经过三年多的努力，做了大 量的前期工作，先后完成了《四川阿坝州黑水河流域水电规 划报告》、《竹格多、马桥电站项目建议书》、《竹格多水电站可 行性研究报告》，并通过了四川省计委、水利厅和省电力公司 等有关职能部门的审查和批复。 2o02年7月，四川电力股份有限公司、亚洲电力投资股 份公司(新加坡上市公司)、岷江电力股份公司、汶川川西电 力有限责任公司四家签定了中外合资企业四川黑水河水电 开发有限公司的合资合同，共同投资滚动开发黑水

针对高水头单级船闸,提出船闸输水系统设置内消能工的设想及总体布置原则.在分析各种典型内消能工消能原理和水力特性的基础上,确定了适合船闸输水消能特点的竖井式内消能工,并给出设置竖井式内消能工输水系统的具体布置和主要尺寸的确定方法.依托世界单级水头第三位的乌江银盘船闸工程,对该船闸设置竖井式内消能工输水系统方案进行布置和初步的计算分析.结果表明,竖井式内消能工可消耗大部分水流能量,并改善闸室内的水流条件,同时创造了稳定的通气条件,可大大优化阀门的工作条件,但输水时间稍长.

三峡永久船闸是目前世界上最大的通航建筑物,地下输水系统隧洞体形结构复杂,工程量浩大,施工质量要求高。承担此工程的三联总公司以全新的运营模式,科学化的管理圆满完成了工程建设,取得了良好的社会及经济效益。

结合富春江船闸改扩建工程具体条件,根据《船闸输水系统设计规范》的相关规定及要求,在对比分析大量资料的基础上,确定了富春江船闸输水系统型式及具体布置,重点研究了进水口布置方案,并进行了1∶30比尺的物理模型试验研究.结果表明,新船闸采用闸底长廊道输水系统布置型式是合适的,通过老船闸上闸首进水口及其闸室共同进水的方式是可行的,研究确定的阀门开启方式,船闸输水时间、船舶停泊条件及进出水口水流条件等水力指标满足设计及规范要求.

研究闸底三支廊道的输水条件,测试闸底三支廊道顶缝出水输水系统在不同水级时船闸的水力特性,闸室内水流条件,闸室内船舶停泊条件以及不同水级在不同阀门开启工况下,输水廊道压力的变化情况。

蜀山泵站枢纽船闸对引江济淮工程航运至关重要,是连通长江与淮河,确保引江济淮航运干线畅通的控制性工程,其闸室规模大、工作水头高、输水能量高,输水过程水力学问题是船闸设计的关键环节.结合工程地质和结构设计,船闸拟采用形式最为简单的闸墙长廊道侧支孔输水系统,输水过程船舶与船闸自身安全能否满足相关要求需要开展细致研究.通过比尺为1:25的物理模型试验,对其输水过程船舶停泊条件、水力特性及引航道水流条件开展研究.结果表明:在推荐的输水系统布置和阀门开启方式下,各项水力指标均能满足规范和设计要求.

在进行西江航运干线桂平二线船闸闸底长廊道输水系统布置和水力分析的基础上,建立了1∶30输水系统整体物理模型,重点研究了34m宽闸室单根主廊道的闸室水流条件和船舶系缆力。实验研究表明:输水水力特性满足相关规范要求,且设计值与模型实验值吻合较好,经过调整后的闸室出水布置可以满足闸室停泊条件要求,实验达到了预期的目标。

永久船闸输水系统衬砌混凝土是薄壁结构,其温控工作较为复杂.根据其温度与应力分析模型,分析了其表面和内部温度、应力的变化规律,为薄壁混凝土的洞室衬砌提供参考,具有重要的现实意义.

采用目前广泛使用的面向对象程序设计方法,运用opengl技术,并结合计算机图形学理论,开发了水电站输水系统水力过渡过程的可视化仿真系统.应用该系统可以动态演示水电站输水系统水力瞬变过程压力、流量等物理量的变化,对实际工程应用有一定的参考价值.

结合我国现有水利枢纽船闸输水系统型式的特点，重点介绍了峡江水利枢纽船闸输水系统布置方案比选，为今后国内类似水利工程提供了一定的参考价值

大藤峡水利枢纽通航建筑物拟采用单级船闸方案,其设计水头及闸室规模均处于世界单级船闸前列,输水系统水力学问题尤为突出,成为制约其单级船闸方案是否可行的关键因素.通过引入的相关输水能量指标参数,将大藤峡船闸单级方案与国内外典型高水头船闸进行了水力学综合比较,并对其引航道水流条件进行了初步分析.结果表明:国内外现有的船闸输水系统布置及取、泄水方案能够解决大藤峡船闸的相关水力学技术难题,采用单级布置方案是可行的,但需开展详尽深入的专题研究.

根据《船闸输水系统设计规范》和柳江红花船闸的特点,确定输水系统型式;计算输水阀门处廊道断面面积;在调查和分析大量资料的基础上,设计确定柳江红花船闸输水系统的布置型式及关键尺寸,水力计算表明设计的系统输水水力特性满足要求。

为了减小水电站输水系统过渡过程中产生的水锤压力,常常会在输水系统中设置调压室。通过基于不考虑水体弹性的理论推导以及考虑水体弹性的数值模拟,对无调压室及有调压室两种方案下输水系统小波动的过渡过程进行比较分析,以便较为全面地对设置调压室或不设置调压室是否会对水电站输水系统小波动的过渡过程产生影响展开研究。研究结果表明:在相同布置条件下,无调压室及有调压室两种方案的输水系统的小波动过渡过程均是稳定的；设置有调压室的输水系统小波动的过渡过程要优于未设置调压室的输水系统小波动的过渡过程。从研究结果来看,设置调压室对水电站输水系统的小波动过渡过程具有改善作用。

结合溪洛渡水电站引水发电系统整体水工模型试验，揭示了水电站三机一室一洞典型尾水系统布置条件下的一些特殊的水力动态特性，试验表明，模型试验中所发现的一些动态水力特性，如调压室涌波的伴生振荡、明满流的发生条件、调压室不同连接型式对水锤波的反射等，对工程设计的影响是重要的．其研究成果可为工程设计提供更为可靠的设计依据．

目前水电站明钢管可靠度评估主要结合跨中管壁部位进行计算,但并未充分反映其他部位对结构可靠性的影响。为此需考虑钢材强度参数、静水压力、水锤和焊缝系数的随机特性,建立水电站明钢管跨中管壁、支承环近旁管壁边缘、加劲环及其近旁管壁、支承环及其近旁管壁4个基本部位的强度安全功能函数,给出了基于jc法的管道结构可靠度评估方法。按当前设计方法确定的明钢管结构,加劲环及其近旁管壁和支承环及其近旁管壁的可靠指标低于目标可靠指标,不能充分保障结构强度安全,存在局部失效的风险。

对气垫式调压室的电站输水系统的水力-机械微小波动稳定问题进行了初步分析,讨论了调速器参数、气体多变指数、气室高度、气室压力、运行水头对稳定性的影响,为气垫调压室的合理设计、安全运行提供了科学依据。

对单元总体方程进行了局部修改,使方程的求解具有唯一性和更高的可靠性。提出水电站恒定流数值计算只有四种给定条件,每种条件都能保证计算结果的唯一性;计算实例证明,相同工况条件下根据四种给定条件求解的计算结果非常吻合。

对于引水式电站来说，输水系统是整个工程的重要组成部分，在工程投资中占据极大的比重。常规输水系统包含引水隧洞、调压室以及压力管道三部分。一道桥水电站的特点为“高水头、小流量和长输水道”。对比分析了“低压输水”与“高压输水”方案的优劣，并阐述和论证了高压隧洞不衬砌与高压长输水系统取消调压室的可行性。一道桥水电站最终采用了“高压输水”方案，从而成为国内少有并具有特色的“高压长输水不衬砌隧洞并且无调压室”的高水头电站之一。