水电站建筑物防止和减免空蚀的措施.docxVIP

PAGE1 / NUMPAGES1 水电站建筑物防止和减免空蚀的措施 研究 摘要：我国是世界上建坝最多的国家，在水工建筑物破坏中，泄水建筑物的破坏最为普遍。泄水建筑物承担着卸载上游来水的作用，同时它受到下泄水流、特别是高速水流的冲刷作用。 本文对水电站建筑物防止和减免空蚀的措施进行了研究。 关键词：水工建筑空蚀措施 目前，国内外水工界在建坝过程中遇到的重要问题，随着大坝高度的不断刷新，尤其是对于高泄量、高流速的泄洪设施的设计，如泄流面的抗冲刷问题、抗磨蚀问题、抗气蚀问题。水工建筑物，尤其是泄水建筑物的损坏、破坏时有发生，有的工程造成了巨大的经济损失。研究空蚀问题是为了减免空蚀现象的发生。发生空蚀机率最多的部位是坝面、底孔、过流壁面不平整处、消能工及门槽等。 1改善泄水建筑物过流边壁的轮廓 泄水建筑物过流边壁的轮廓，包括泄流建筑物的体型突变(大尺度不平顺)，以及溢流面的光滑平整状况，泄水建筑物的合理体型应该同时满足这两个条件。 水流中发生空化现象，是由局部压力降低超过临界压力而产生的，这与过流壁面的大尺度轮廓体型有极密切的关系，容易发生空蚀的部位是其局部可能产生低压区域。主要有：溢流面的边界不平顺及局部不平整突体后面，溢流坝或明流泄洪洞反弧段后面平直段，深孔进水口、泄水管或尾水管弯段凸缘，有压管道收缩段，闸门槽后的边墙及闸墩，泄水管分岔段，消力墩顶部、两侧及下游底板，差动式鼻坎的侧壁等。减免空蚀的措施： 1、改善过流壁面的轮廓体型，降低初生空化数 高速水流对溢流面上存在的曲率变化十分敏感，泄流时有可能导致水流的严重分离，从而形成明显的低压区，使该区初生空化数显著增大，因而极易产生空化水流。降低初生空化数的方法是通过设计优化曲面边壁的体型，使过流边界体型合理，以提高过流壁面上压强分布值。主要体型有：采用深孔明流泄水道进水口，溢流坝面采用反弧型式。 2、改善高水头闸门槽体型，减弱漩涡空化强度 对于高水头的大型平板闸门，门槽及槽内主轨道的空蚀破坏问题尤为突出，门槽内的空化初生条件，不仅取决于槽内水流运动的结构，还与水流过槽的紊动特性、槽的体型等有关。 3、采用具有减免空蚀性能的消能工型式 常用的消能形式主要有挑流、面流和底流，与之对应的消能工型式有挑坎、掺气坎(槽)、齿坎和辅助消能工。 2增强泄水建筑物过流壁面材料的抗蚀性能 增强泄水建筑物过流壁面材料的抗蚀性能，是防止和避免泄水建筑物空蚀破坏的主要措施之一。目前采用的主要抗蚀材料有：金属、砼(包括砂浆)、环氧、铸石等。 1、提高水工混凝土的抗空蚀强度 国内外的研究结果表明，采用以下措施有助于提高砼抗冲蚀能力：采用高水泥标号和高水泥用量(每m3砼用水泥335~382kg)，高标号砼可提高抗冲蚀能力3~4倍；减少水灰比，一般不超过0.4~0.42；粗骨料粒径不大于40mm，并尽可能采用碎石；砂子在骨料中所占的比例应为最优比例；采用表面真空作业或真空作业加磨石子；保证试件的28天的极限拉伸性能的增加不少于1x10-5；在严寒地区采用抗冻标号高的砼。 2、采用纤维混凝土 为了增加砼内部的连接力、提高韧性，可以用各种纤维加入砼内部。最适用的钢纤维含量不应超过砼体积的2%，钢纤维砼的抗压强度约为普通砼的0.8~1.2倍，抗拉强度约为1.4~1.6倍，韧性可达普通砼的30倍，抗空蚀性能可提高30%。 3、采用聚合物混凝土 （1）聚合物水泥混凝土(砂浆)，即由普通硅或砂浆中搀入一部分聚合物代替水泥，其具有较高的强度和较好的抗空蚀性能，影响其强度的重要因素为“聚灰比”，即聚合物与水泥间的质量比，一般为5~20%。通常抗空蚀性能提高9倍以上，抗压提高1~2倍，极限拉伸量可提高3倍左右。 （2）聚合物树脂混凝土(砂浆):即聚合物为粘合料与骨料结合而成，完全不使用水泥。具有优越的耐酸性，还能克服水泥存在的弱点。由于岩石的矿物成份与树脂之间会产生化学作用，故其骨料的选用很重要。聚合物树脂混凝土(砂浆)是聚合物硅中强度最高，耐酸性较强的材料，其缺点是造价高、制造工艺复杂。 （3）聚合物浸渍混凝土(砂浆)，此类硅价格昂贵，尚未推广。 3在水中搀入适量空气减免空蚀 研究表明，向泄水建筑物的近壁面处水流通气，是一种经济而有效的减蚀措施。试验研究表明，即使砼的抗压强度很高，也会发生空蚀问题:而在水中搀入相当于水流流量的5.9%的空气时，便可以减免空蚀。 1、选择掺气设施布置型式时应注意的原则 （1）在各种工况下，均应保持挑坎水舌下有足够的空腔，以保证水流具有尽可能合适的掺气浓度和良好的气泡分布状态。 （2）通气设施在任何情况下都不应被水充填、淹没以防碍供气。 （3）力求水流平顺，壁面恶化水流流态或增大对底板的过分冲击。 （4）通气设施的体型力求简单，便于施工、具有足够的强度及工作的可靠性。 2、通常的掺气减蚀工程型