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公伯峡水电站右岸泄洪洞方案分析及研究

石四存  
【摘要】:旋流泄洪洞是由导流洞改建成永久泄洪洞的一种新型消能工型式。这种泄洪洞一般由上部引水洞、竖井、起旋器、消能室(或水垫塘)和退水隧洞等部分组成。本论文结合公伯峡水电站右岸泄洪洞改建,从技术、经济、地质、施工以及公伯峡水电站目前的实际出发,对原“龙抬头”泄洪洞方案、旋流泄洪洞方案进行了对比论证认为,公伯峡水电站右岸泄洪洞采用旋流式泄洪洞是可行的。结合旋流式泄洪洞的特性、类型,并重点论证了水平旋流泄洪洞方案比竖井旋流泄洪洞方案在公伯峡水电站应用更具有明显的优势。 水平旋流泄洪洞国内尚无工程实例。它的消能机理集中的表现在以下三个方面:贴壁螺旋流运动的旋转流速沿径向变化梯度较大,不同流层的剪切力较大,致使内外层水体交换掺气、碰撞消耗了大部分能量,如起旋器的耗能率高达30~40%;螺旋流运动中水流质点的运动轨迹ds远大于旋流洞长度dx,等于延伸了旋流洞长度,加大了沿程阻力损失;水流螺旋流运动,产生了洞壁附加压力,等于增加了旋流洞内的壁面摩擦阻力。 通过分析旋流式泄洪洞的水流流态、泄洪能力、螺旋强度分布特性,并讨论了竖井-旋流泄洪洞的水力计算方法。通过大量的试验研究,优化泄洪洞的结构。提出了公伯峡水电站右岸水平旋流泄洪洞的优化方案,同时通过试验详细分析了公伯峡水电站水平旋流泄洪洞的水力学特性,如泄洪能力、消能率、通气量大小、掺气浓度分布、流速分布、时均压力和脉动压力分布特性等。采用水平旋流泄洪洞的计算方法,对水平旋流泄洪洞的泄洪能力进行了演算,计算和试验结果基本吻合。水平旋流方案在公伯峡水电站的右岸导流洞改建泄洪洞工程的成功应用,其研究成果对国内旋流式消能工的研究和应用将会起到积极的推动作用。


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