1、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2、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3、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4、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335382kg)，高标号砼可提高抗冲蚀能力34倍；减少水灰比，一般不超过0.40.42；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5、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0.81.2倍，抗拉强度约为1.41.6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520%。通常抗空蚀性能提高9倍以上，抗压提高12倍，极限拉伸量可提高3倍左右。（2）聚合物树脂混凝土(砂浆)6、: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7、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式（1）为了减免溢流坝闸墩后面的空蚀破坏，可使闸墩尾部放宽，形成所谓“宽尾墩”，使绕流宽尾墩的水流形成超空穴，在超空穴的尾部形成掺气。（2）为了减免消能工的空蚀破坏，可使消能工的体型便于掺气。（3）在溢流面上设置的掺气设施是目前运用和研究最多的一种。4表面不平整产生空蚀破坏当高速水流流过表面粗糙不平的过流壁面时，壁面8、上的局部突出或凹下均可造成水流与固体壁面分离，造成局部压强降低。当流场中局部压强下降至水的蒸汽压强时，将发生空化，形成空泡水流。空泡进入高压区时会突然溃灭，对边避产生巨大的高频冲击力。这种冲击力造成的边避破坏称为空蚀。结合一些实际工程调查表明，凡泄水建筑物表面有明显的凹凸不平，过流流速大于15m20m/s时，一般都有可能在其下游发生空蚀破坏。流速愈大，发生破坏的可能性也愈大。某些试验表明，空蚀破坏强度与水流速度的57次方成正比。空蚀破坏表现为冲击破坏的特征，表面呈针孔壮或蜂窝状。空蚀坑范围以外的混凝土则仍比较坚硬。泄水建筑物的过流壁面，由于施工问题，出现局部不平整往往难以避免，在高速水流作用下，成为诱发空蚀的根源。一般说，在高速水流情况下，对过流壁面平整度提出适当的限制是完全必要的，至少从一个方面为防治空蚀破坏创造了有利条件。不平整度的控制和处理标准是高水头泄水建筑物设计面对的主要问题之一。目前仍无具有规范性的统一标准。在美国，经过几次严重的空蚀破坏事故之后，对过流壁面提出了严格个要求。如垂直水流方向的凸坎或错台不允许大于3.2mm;平行水流方向的错台则不许大于6.3mm。参考文献1周建平,杨泽艳,陈观福.我国高坝建设的现状和面临的挑战J水利学报,2006,(12) .2贾金生,李新宇,郑璀莹.特高重力坝考虑高压水劈裂影响的初步研究J水利学报, 2006,(12) . 4 / 4