村官口水电站溢洪道空化数分布规律分析及抗空蚀措施研究

樊韬

【摘要】水电站溢洪道是水利设施的重要组成部分，其安全稳定状况直接决定了整个水利设施是否能够正常运行，而水电站溢洪道空蚀问题又是溢洪道安全稳定的重要隐患，因此，本文通过物理模型试验，以村官口水电站溢洪道为研究对象，对溢洪道空化数分布规律做了详细的研究，最后，根据研究结论提出了相应的改进措施，从改进效果来看，空化数显著降低，溢洪道内水流流态有明显的改善。

【关键词】空化数；物流模型；气核；空泡

1 工程概况

村官口水电站位于四川省内江市箜瓶村的清水河处，是荣枝河的二级支流，多年径流量约为85.52 m3/s， 村官口水库正常蓄水位为552.59m，设计与校核洪水流量分别为883.85m3/s与1099.8 m3/s。将村官口水电站溢洪道平面布置图绘于图1。

2 模型制作与设计

考虑到模型重力相似与阻力相似，考虑采用几何比尺为1：40的正态相似模型，根据换算关系，可轻易得出，流速比尺为1：6.82，流量比尺为1：88632.9，时间比尺为1：10.96。

本次模型在长沙理工大学水力实验室进行，为更好的观察水流，模型采用透明塑胶板制作，并在模型底板设置脉动压力传感器，将模型结构图绘于图2。

3 溢洪道空蚀特性分析

根据文献[1]来描述计算空化数：

式中， K为某处水流空化数；P为溢洪道底部水流脈动压力； 为水流中气化压强。选取15个代表断面，根据物理模型试验结果，将相关数据换算成原型单位（根据相应的比例尺进行换算），将各方案的设计工况与校核工况试验结果列于表1。

分析表1中数据可知：

（1）空化数由、共同决定，水流压强小、流速大的地方容易出现空化现象；

（2）空化现象容易发生在弯曲段、反弧段这类平面形态由明显变化的区域。在弯曲段，水流受离心力作用向外汇聚，导致水流横向移动，水流紊乱，空化数也急剧降低，逼近空化临界值0.35，而在反弧段，由于村官口水电站采用挑流方式消能，因此水流流速与脉动压力均大幅下降，由于前者下降福大远大于后者，因此空化数也呈下降趋势，发生空化可能性增大；

（3）在溢洪道顺直段，水流相对平顺，沿程水流流速、脉动压力变化较小，因此空化数相对较高，不容易发生空化现象。

4 优化措施与效果分析

本文考虑从两个角度来提高空化数，减小空化现象。一个角度是减少水流中空泡的数量，该方面通过打磨溢洪道底部，增加光滑度实现，另一个角度是采取措施，减缓空泡的溃灭，这方面措施采用增加通气孔来实现，在每个断面布设一个掺气孔，掺气浓度设为8.5%。将优化方案后的溢洪道空化情况列于表3。

对比优化前后空化数分布情况可知，采取优化方案，水流流速明显减小，空化数大幅提高，很好的改善了溢洪道空蚀现象。

5 结论

溢洪道空蚀部位主要产生在溢洪道边界形态由显著变化区域，采用打磨边界和掺气处理后，水流流速减小，空化数显著提高。本文研究结论可为同类工程提供参考与借鉴。

参考文献

[1]中华人民共和国水利部.SL253-2000溢洪道设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2000.

[2]姜伯乐，杨文俊，张晖.三峡T程表孔空化问题试验研究与原型验证[J].水力发电学报，2009，28（6）：71.74.