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1、葛洲坝电站坝前流态及压差分析2010年4,El第2期葛洲坝电站坝前流态及压差分析总第154期葛洲坝电站坝前流态及压差分析闫世建(中水珠江规划勘测设计,广东广州510610)摘要:以葛洲坝电厂原型观测为基础,在对坝前流态做整体分析的基础上,分析坝前流态对拦污栅污物聚集及对拦污栅水头损失的影响.对葛洲坝电站21台机组进行原型观测后,分析得出:各机组拦污栅前后水位及进水口流态各不相同.因此造成拦污栅前后压差的原因不同,不能一概而论,须具体问题具体分析.同时提出在以后的工程设计中要考虑坝前流态对电站拦污栅污物排漂的影响及防治.
2、关键词:拦污栅;压差;流态;葛洲坝电站0前言葛洲坝水电站位于长江西陵峡出口,南津关以下3km处的湖北宜昌市境内,是长江干流上修建的第一座大型水电工程.坝址以上控制流域面积100万kIIl2,为长江总流域面积的55.5%.坝址处多年平均流量14300m3/s,平均年径流量4510亿m.葛洲坝水电站为长江干流上一座低水头径流式电站,由大江电站及二江电站机组组成,共装机21台,装机总容量达271.5万kW,多年平均发电量157亿kW?h.上游流域面积大,污物复杂,污物量大.这些污物到达葛洲坝后受拦污栅阻挡,聚集栅前,洪水期堆
3、积的厚度常达1m,水头差最大达6nl.极大地影响了电站的正常运行及效益.1涡流产生机理及电站右岸回流区旋涡形成原因分析1.1涡流产生机理工程实践表明,液体绕过凸形物体时,物体后面有许多旋涡形成,这种现象可用边界层的理论加以说明.在较高的压强作用下.液体向前流动,由于物体表面的阻滞作用,便形成了边界层,边界层内的特点是液体运动时,有能量损失.由于表面弯曲,因此主流只有离开曲面.以减缓水流扩散,下游液体随即填充主流所空出的区域.形成旋涡.由于液体的粘滞性,旋涡经过一段距离后,逐渐衰减,乃至消失.因此在一般工程上常把建筑物做
4、成椭圆形或流线形,使在流速较大时也不致产生边界层分离或者使分离接近于尾部.1.2电站右岸回流区旋涡形成原因分析上游水流流至大坝附近.则在大坝建筑物阻挡的作用下.流向岸边的发电进水口,形成回流,在不同水位和不同机组运行组合下.回流范围和环向流速均不相同,这种回流对产生旋涡有较大影响,加上回流水流的流速大,和电站进水口建筑物(棱角型建筑物)的影响,这两种作用下的水流在这个区域就产生了不间断的,很不稳定的旋涡,且不断地扩散.影响极大,对电站的安全运行造成威胁.这种旋涡对水电站运行极其有害.使机组产生震动和噪音,形成掺气水流,
5、影响过水流量,减少机组出力.污物通过旋涡过多地吸附到拦污栅上,会产生较大的水头损失,因此设计者总是要尽量防止旋涡产生.2压差水电站进水口设置拦污栅的目的.在于防止水流中所挟带的树木,杂草,杂物与泥沙混合物,冰块等污物进入水轮机.而拦污栅的布置,结构型式和过栅流速,进口的方向都是影响拦污栅水头损失的主要因素.2.1压差形成的原因由于液流内部质点之间有相对运动.因粘滞性的作用,产生切应力.当液体沿纵向边界流动时.只要局部边界的形状或大小改变.或有局部障碍,液流内部结构就急剧变化.液体质点间的相对运动加强,内摩擦增大,产生较
6、大的能量损失,这种发生在局部范围之内的水头损失称作局部水头损失.液流在通过拦污栅时.栅条对其有一个局部阻碍作用,产生局部水头损失,这是不可避免的;另外,拦污栅所拦截的污物,部分地堵塞栅孑L,使拦污栅232010年4月第2期殊缸轭代遣设第154原有的边界条件改变,加剧了对水流的阻碍作用.致使过栅的局部水头损失增加,这部分损失通过清除污物,可以全部或部分清除.2.2葛洲坝电站各机组压差分析葛洲坝水电站由大江电站及二江电站机组组成,共装机21台.其中1～7号机组位于二江.8～2l号机组位于大江,中间为大江泄洪段.在同一流量情
7、况下,经分析可得以下两点结论:丑)二江电站机组拦污栅的压差值明显大于大江电站:b)较小流量时,大江电站从8号机组到21号机组压差,总的趋势是降低.当流量较大时.因右岸排漂孔打开,河道中央到右岸有明显迫降,流速越来越大.受此影响,从14号机组开始.压差反而增大.2.3各机组压差差异及原因分析2.3.1二江电站机组拦污栅压差偏大的原因分析如图1所示,长江河道经西陵峡出口后突然扩大,且在转弯处有环向流速,正是这个环向流速使大量的污物在水流的作用下移动到二江这个位置,同时这种切向的速度使每个电站进水口形成一些局部涡流,这种局部
8、涡流使拦污栅的受力极不均匀,严重地影响拦污栅的寿命和机组的安全运行,并产生不利于大坝安全的震动.二江电站1～7号机组的污物问题最为严重,如图.2所示.★=江图1坝前区域水流流态分布示意图6,7号机组有很大的旋涡产生(如图3所示),主要是受旁边凸出建筑物的影响,同时在强大涡流的作用下,把大量污物推向了1号机组,6,7号机组的污物不是
