專利名稱：一種抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水工建筑物，具體說，是一種抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
抽水蓄能電站進/出水口是建于上、下水庫內(nèi)用于控制水流的工程設(shè)施，其功用是根據(jù)電力系統(tǒng)負荷要求合理分配水力機組的發(fā)電或抽水水量，保證電站安全經(jīng)濟運行。由于抽水蓄能電站具有抽水(水泵工況)和發(fā)電(水輪機工況)兩種運行工況，水流是雙向流動的，抽水蓄能電站的進水口和出水口合二為一，對上水庫在發(fā)電工況時為進水口，在抽水工況時為出水口，反之亦然，故統(tǒng)稱為進/出水口。目前國內(nèi)已建抽水蓄能電站進/出水口常為水平布置，通常這種形式的進/出水口布置受地形條件限制較大，開挖工程量較大。井式進/出水口可以布置在水庫底部的任何部位，布置靈活，同時對地形地質(zhì)條件要求相對較低，開挖工程量小，結(jié)構(gòu)一般為圓形斷面，水頭損失小，結(jié)構(gòu)受力簡單，利于工程施工和結(jié)構(gòu)安全，能較好的解決進/出水口過壩問題。作為抽水蓄能電站的關(guān)鍵技術(shù)之一，井式進/出水口在國內(nèi)外大中型抽水蓄能電站中都得到了應(yīng)用:英國的卡姆洛、法國的大屋、美國的巴德溪(Bad Creek)、卡賓溪(CabinCreek)、馬蒂朗(Muddy Run)、落基山(Rocky mountain)、日本的沼原等；國內(nèi)的西龍池(已運行)、馬山(可研完成)、溧陽(在建)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種簡化設(shè)計過程的抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)，包括蓋板、分流墩和豎井，豎井依次由豎直擴散段、豎直段、轉(zhuǎn)彎段和漸變段組成，蓋板的直徑為豎直擴散段擴散端直徑的1.1 1.5倍；豎直段的長度大于I倍的豎直段洞徑；轉(zhuǎn)彎段采用先擴后收縮的紡錘體體形，紡錘體最大斷面直徑為1.3 1.4倍的豎直段洞徑，轉(zhuǎn)彎段半徑大于2倍的豎直段洞徑；漸變段擴散比取1:11 1:13。所述豎直擴散段采用1/4橢圓形曲線。由蓋板和分流墩將進/出水口分為8個孔口，呈放射狀布置，每個孔口出口位置布置攔污柵，設(shè)置孔口底坎和蓋板中心分流錐，有利于孔口流速分布均勻和消除負流速。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種經(jīng)模型試驗、數(shù)值模擬和實際工程驗證的水力特性良好的井式進/出水口結(jié)構(gòu)，對今后的抽水蓄能電站井式進/出水口設(shè)計工作具有重要的借鑒作用和指導(dǎo)意義，社會經(jīng)濟效益顯著，具有推廣應(yīng)用價值。


圖1是本發(fā)明的抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)的俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明:如圖1、2所示，本發(fā)明的抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)，包括蓋板1、分流墩2和豎井，豎井依次由豎直擴散段4、豎直段5、轉(zhuǎn)彎段6和漸變段7組成，蓋板I的直徑為豎直擴散段4擴散端直徑的1.1 1.5倍；豎直段5的長度大于I倍的豎直段洞徑；轉(zhuǎn)彎段6采用先擴后收縮的紡錘體體形，紡錘體最大斷面直徑為1.3 1.4倍的豎直段洞徑，轉(zhuǎn)彎段6半徑大于2倍的豎直段5洞徑；漸變段7擴散比取1:11 1:13。所述豎直擴散段4采用1/4橢圓形曲線。由蓋板I和分流墩2將進/出水口分為8個孔口，呈放射狀布置，每個孔口出口位置布置攔污柵3，設(shè)置孔口底坎8和蓋板中心分流錐9，有利于孔口流速分布均勻和消除負流速。本發(fā)明的抽水蓄能電站的進/出水口結(jié)構(gòu)的水力學特性滿足以下要求:a.在水流進出時水頭損失?。籦.進流時水流由孔口四周均勻進入流道，各孔口流量相差不大于10%;在不同水位時流量分配均勻，無有害吸氣漩渦；c.出流時孔口水流均勻擴散，各孔口流量相差不大于10%;出口流速在各孔口均勻分布，各孔口流速不均勻系數(shù)(過柵最大流速與過柵平均流速的比值)應(yīng)不大于2，宜小于1.6 ；d.在孔口范圍內(nèi)沒有負流速存在或負流速區(qū)范圍控制在最小。本發(fā)明在收集和分析國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，通過水工模型試驗和數(shù)值計算分析，結(jié)合工程實際，優(yōu)化進/出水口體形結(jié)構(gòu)，確定最終體形結(jié)構(gòu)尺寸。并根據(jù)原型觀測資料的對比分析，進一步驗證了本發(fā)明的井式進/出水口的體型的正確性。以某抽水蓄能電站上水庫井式進/出水口為例，進行了模型試驗驗證:某抽水蓄能電站上水庫井式進/出水口，蓋板直徑22.30m,豎直擴散段擴散端直徑16.50m,豎直擴散段采用1/4橢圓形曲線，豎直段洞徑5.2m,豎直段長度12.38m，轉(zhuǎn)彎段采用先擴后收縮的紡錘體體形，紡錘體最大斷面直徑為7.20m，轉(zhuǎn)彎段半徑11.50m，漸變段擴散比為1:13。根據(jù)模型試驗成果，在抽水工況下，正向流速平均值范圍為0.574m/s 0.991m/s，孔口底板局部有反向流速，但數(shù)值較小，影響范圍較小，各孔口流量分配在9.6% 15.1%之間；在發(fā)電工況下，斷面平均速度為0.551m/s 0.653m/s，各孔口流量分配在10.2% 14.0%之間，在各運行工況下，均未出現(xiàn)有害的吸氣型漩渦。經(jīng)模型試驗驗證，此抽水蓄能電站上水庫井式進/出水口滿足水力特性要求。同時利用二維和三維的數(shù)值模擬計算，對進/出水口體形進行研究，并通過和物理模型試驗結(jié)論的對照，可以認為數(shù)值模擬計算能較好地模擬井式進/出水口的水力學問題，可用于方案比選及優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬計算，對進/出水口的體形進行了深入的研究和探索，提出井式進/出水口各部位滿足水力學條件要求的體形設(shè)計基本原則和各參數(shù)的合理范圍。(4)本發(fā)明的主要技術(shù)成果:
①通過對井式進/出水口水力特性的研究，在井式進/出水口體形設(shè)計時，孔口出流時控制過柵流速為0.8 1.0m是合適的，抽水工況下出口的流速不均勻系數(shù)應(yīng)小于2.0。②井式進/出水口各部分對水力特性的影響:影響井式進/出水口水頭損失的主要因素是蓋板的大小、孔口的高低和擴散程度、豎直擴散段的擴散程度、豎直段的長度、轉(zhuǎn)彎段的轉(zhuǎn)彎半徑。加大蓋板尺寸、減小豎直擴散段的擴散程度、降低孔口高度及減小孔口寬度的橫向擴散程度均可降低在抽水工況下的水頭損失，而同時會增大在發(fā)電工況下的水頭損失；無論在發(fā)電還是抽水工況下，井式進/出水口的壓力分布受體形影響很?。辉诔樗r下孔口底板附近反向流速的產(chǎn)生是豎直擴散段水流分離、水流自豎向運動轉(zhuǎn)向水平運動時脫壁、以及沿孔口流動的橫向擴散綜合作用或單獨作用的效果；降低孔口高度、減小孔口寬度的橫向擴散和擴大蓋板均能對減小孔口底板附近反向流速起到很好的效果；收縮豎直擴散段曲線和降低孔口高度能消除豎井擴散段內(nèi)的流動分離。③體形設(shè)計原則:為防止進流時產(chǎn)生有害的吸氣漩渦，同時有利于出流時的孔口流速分布，設(shè)置蓋板、孔口底坎和蓋板中心分流錐。蓋板的直徑宜取豎直擴散段擴散端直徑的1.1 1.5倍；豎直擴散段推薦采用1/4橢圓形曲線；豎直段的長度大于I倍的豎直段洞徑；轉(zhuǎn)彎段推薦采用先擴后收縮的紡錘體體形，紡錘體最大斷面直徑為1.3 1.4倍的豎直段洞徑，轉(zhuǎn)彎段半徑大于2倍的豎直段洞徑；漸變段擴散比取1:11 1:13。④通過水工模型試驗和數(shù)值模擬計算結(jié)果的對照，數(shù)值模擬計算可以較好地模擬井式進/出水口的水力學問題，可用于方案比選及優(yōu)化。⑤某抽水蓄能電站采用本發(fā)明的井式進/出水口結(jié)構(gòu)，較好地適應(yīng)了工程地形地質(zhì)條件，簡化了進/出水口與防滲結(jié)構(gòu)的連接，且具有良好的水力特性，為工程的安全運行提供了保證。以上所述的實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，不能僅以本實施例來限定本發(fā)明的專利范圍，即凡本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)，包括蓋板(I)、分流墩(2)和豎井，其特征在于，豎井依次由豎直擴散段(4)、豎直段(5)、轉(zhuǎn)彎段(6)和漸變段(7)組成，蓋板(I)的直徑為豎直擴散段(4)擴散端直徑的1.1 1.5倍；豎直段(5)的長度大于I倍的豎直段洞徑；轉(zhuǎn)彎段(6)采用先擴后收縮的紡錘體體形，紡錘體最大斷面直徑為1.3 1.4倍的豎直段洞徑，轉(zhuǎn)彎段(6)半徑大于2倍的豎直段(5)洞徑；漸變段(7)擴散比取1:11 1:13。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述豎直擴散段(4)采用1/4橢圓形曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)，其特征在于，由蓋板(I)和分流墩(2)將進/出水口分為8個孔口，呈放射狀布置，每個孔口出口位置布置攔污柵(3)，并設(shè)置孔口底坎(8)和蓋板中心分流錐(9)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種抽水蓄能電站井式進/出水口結(jié)構(gòu)，包括蓋板、分流墩和豎井，豎井依次由豎直擴散段、豎直段、轉(zhuǎn)彎段和漸變段組成,蓋板的直徑為豎直擴散段擴散端直徑的1.1～1.5倍；豎直段的長度大于1倍的豎直段洞徑；轉(zhuǎn)彎段采用先擴后收縮的紡錘體體形，紡錘體最大斷面直徑為1.3～1.4倍的豎直段洞徑，轉(zhuǎn)彎段半徑大于2倍的豎直段洞徑；漸變段擴散比取1:11～1:13。本發(fā)明通過水工模型試驗和數(shù)值模擬計算結(jié)果的對照，數(shù)值模擬計算可以較好地模擬井式進/出水口的水力學問題，可用于方案比選及優(yōu)化。本發(fā)明提供了一種經(jīng)模型試驗、數(shù)值模擬和實際工程驗證的水力特性良好的井式進/出水口結(jié)構(gòu)，對今后的抽水蓄能電站井式進/出水口設(shè)計工作具有重要的借鑒作用和指導(dǎo)意義，社會經(jīng)濟效益顯著，具有推廣應(yīng)用價值。
文檔編號E02B9/06GK103205954SQ20131012638
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月12日
發(fā)明者邱彬如, 王建華, 張沁成, 杜英奎, 高學平, 嚴旭東, 王志國, 關(guān)李海, 王曉春, 高永輝, 蔣逵超, 耿貴彪, 熊將, 劉海峰, 張紅梅 申請人:中國水電顧問集團北京勘測設(shè)計研究院