两大因素造成了气垫的漏气损失:①气体溶解:气垫室水床的水最初是源自水库的。溶解于水中的空气在正常大气压下 (0.1MPa)已经达到饱和,但在气垫室的封闭环境下,气压远大于洞外正常大气压值,水体的溶气饱和度相应增大,自然就会有更多的空气溶于水中,这是造成气垫室内压缩气体的损失的原因之一;②气体从岩壁裂隙中向外界逃逸:当气垫气压大于围岩四周岩壁裂隙中的孔隙水压力时就会发生这种情况,其逸出量与岩壁的透气性以及气压高于孔隙水压的大小有关。后一种结果这里用超压比M 来表示,即室内气垫气压与岩层孔隙水水压之比。
表4和图8、图9、图10是几个水电站的漏气损失情况。图10表示几个水电站在运行10~547天时,气垫室内的平均漏气损失,但其中Osa水电站的漏气损失值是通过空压机的运行时间(与无空气压缩机工作条件下测得的漏气损失相比较)来测算的,而Tafjord水电站的漏气损失值是经过几个星期的试验测量得到的。
漏气程度还因电站不同而有差异:气压、气垫室围岩的几何结构、气室容积、水床平面面积、围岩透气性、超压比及与引水隧洞连接情况等。以上有些因素在图8有所反映:图8是漏气损失与气垫室贮气量之比。通过比较图8和图10,可以看出:Kvilldal水电站(气垫室容量最大)和Tafjord水电站(气垫室容量最小)因条件不同,漏气程度是很不一样的。两图都是从左到右按照超压比增大的顺序排列各个发电站的漏气损失。尽管由于各个水电站的具体情况不同而不能严格排序,但是我们还是可以从中看出,超压比高的水电站漏气损失总是偏大的(图10中白柱所示)。
图9 各水电站气垫室标准空气损失比
图9说明了标准化漏气损失率与和超压比的倒数——水压气压比的依赖关系。所谓标准化,是指表4和图10中的漏气损失率都是被气垫绝对气压值和水床的面积除后得到的。这样做的目的是为了获得各个水电站在理想状态下仅有水溶性气体损失的漏气损失常数。事实上,这些常数已经成为那些基本只有水溶性漏气损失的水电站 (有水幕的Jukla、Driva、Kvilldal水电站和有低水库Sima水电站)的主要指标。另外,这些水电站测算出的漏气损失值都与根据测量得到的Ulset水电站水床气体溶解度(Berg和Kjφrholt,1988)和引水隧洞、水床水体与气垫气体交换物理模型 (Selmer Olsen等,1973)推算的理论预测值吻合得很好。值得进一步研究的是:在Ulset水电站,实际测算得到的溶解率是分子扩散理论推测值的20~100倍。(www.xing528.com)
图9中所示超压比的倒数1/M 的测算是根据尽可能接近气垫室的岩体孔隙水压测量值得到的。除了Kvilldal水电站和Sima水电站在气垫运行期间记录了一些监测数据外,其他水电站很少记录,这是很遗憾的事。Jukla水电站的经验证明,在建造期间测得的孔隙水压值远小于运行期间的有效水压。由于有的气垫调压室是建造在地形倾斜的山地,如图11所示,这时的岩体的孔隙水压就会略微小于垂直方向上的岩体孔隙水压。当人们认为Tafjord、Ulset和Brattset水电站将出现超压时,即假定那里岩体的孔隙水水面接近于地表或就在地表。
图10 气垫室漏气损失
图11 倾斜山坡下超压比的估算H—气垫室气压的等效水柱
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