專利名稱：一種抽水蓄能電站井式進(jìn)/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(jìn)/出水口結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
抽水蓄能電站進(jìn)/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(fù)荷要求合理分配水力機(jī)組的發(fā)電或抽水水量，保證電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于抽水蓄能電站具有抽水(水泵工況)和發(fā)電(水輪機(jī)工況)兩種運(yùn)行工況，水流是雙向流動(dòng)的，抽水蓄能電站的進(jìn)水口和出水口合二為一，對上水庫在發(fā)電工況時(shí)為進(jìn)水口，在抽水工況時(shí)為出水口，反之亦然，故統(tǒng)稱為進(jìn)/出水口。目前國內(nèi)已建抽水蓄能電站進(jìn)/出水口常為水平布置，通常這種形式的進(jìn)/出水口布置受地形條件限制較大，開挖工程量較大。井式進(jìn)/出水口可以布置在水庫底部的任何部位，布置靈活，同時(shí)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(jìn)/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(jìn)/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(yùn)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(jì)過程的抽水蓄能電站井式進(jìn)/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(jìn)/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(kuò)散段、豎直段、轉(zhuǎn)彎段和漸變段組成，蓋板的直徑為豎直擴(kuò)散段擴(kuò)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(kuò)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(kuò)散比取1:11 1:13。所述豎直擴(kuò)散段采用1/4橢圓形曲線。由蓋板和分流墩將進(jìn)/出水口分為8個(gè)孔口，呈放射狀布置，每個(gè)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(fù)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(yàn)、數(shù)值模擬和實(shí)際工程驗(yàn)證的水力特性良好的井式進(jìn)/出水口結(jié)構(gòu)，對今后的抽水蓄能電站井式進(jìn)/出水口設(shè)計(jì)工作具有重要的借鑒作用和指導(dǎo)意義，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明的抽水蓄能電站井式進(jìn)/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(jìn)/出水口結(jié)構(gòu)的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:如圖1、2所示，本發(fā)明的抽水蓄能電站井式進(jìn)/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(kuò)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(kuò)散段4擴(kuò)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(kuò)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(kuò)散比取1:11 1:13。所述豎直擴(kuò)散段4采用1/4橢圓形曲線。由蓋板I和分流墩2將進(jìn)/出水口分為8個(gè)孔口，呈放射狀布置，每個(gè)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(fù)流速。本發(fā)明的抽水蓄能電站的進(jìn)/出水口結(jié)構(gòu)的水力學(xué)特性滿足以下要求:a.在水流進(jìn)出時(shí)水頭損失小；b.進(jìn)流時(shí)水流由孔口四周均勻進(jìn)入流道，各孔口流量相差不大于10%;在不同水位時(shí)流量分配均勻，無有害吸氣漩渦；c.出流時(shí)孔口水流均勻擴(kuò)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(fù)流速存在或負(fù)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(yàn)和數(shù)值計(jì)算分析，結(jié)合工程實(shí)際，優(yōu)化進(jìn)/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(jìn)一步驗(yàn)證了本發(fā)明的井式進(jìn)/出水口的體型的正確性。以某抽水蓄能電站上水庫井式進(jìn)/出水口為例，進(jìn)行了模型試驗(yàn)驗(yàn)證:某抽水蓄能電站上水庫井式進(jìn)/出水口，蓋板直徑22.30m,豎直擴(kuò)散段擴(kuò)散端直徑16.50m,豎直擴(kuò)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(kuò)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(kuò)散比為1:13。根據(jù)模型試驗(yàn)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(yùn)行工況下，均未出現(xiàn)有害的吸氣型漩渦。經(jīng)模型試驗(yàn)驗(yàn)證，此抽水蓄能電站上水庫井式進(jìn)/出水口滿足水力特性要求。同時(shí)利用二維和三維的數(shù)值模擬計(jì)算，對進(jìn)/出水口體形進(jìn)行研究，并通過和物理模型試驗(yàn)結(jié)論的對照，可以認(rèn)為數(shù)值模擬計(jì)算能較好地模擬井式進(jìn)/出水口的水力學(xué)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(jì)算，對進(jìn)/出水口的體形進(jìn)行了深入的研究和探索，提出井式進(jìn)/出水口各部位滿足水力學(xué)條件要求的體形設(shè)計(jì)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(jìn)/出水口水力特性的研究，在井式進(jìn)/出水口體形設(shè)計(jì)時(shí)，孔口出流時(shí)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(jìn)/出水口各部分對水力特性的影響:影響井式進(jìn)/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(kuò)散程度、豎直擴(kuò)散段的擴(kuò)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(kuò)散段的擴(kuò)散程度、降低孔口高度及減小孔口寬度的橫向擴(kuò)散程度均可降低在抽水工況下的水頭損失，而同時(shí)會(huì)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(jìn)/出水口的壓力分布受體形影響很小；在抽水工況下孔口底板附近反向流速的產(chǎn)生是豎直擴(kuò)散段水流分離、水流自豎向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向水平運(yùn)動(dòng)時(shí)脫壁、以及沿孔口流動(dòng)的橫向擴(kuò)散綜合作用或單獨(dú)作用的效果；降低孔口高度、減小孔口寬度的橫向擴(kuò)散和擴(kuò)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(kuò)散段曲線和降低孔口高度能消除豎井?dāng)U散段內(nèi)的流動(dòng)分離。③體形設(shè)計(jì)原則:為防止進(jìn)流時(shí)產(chǎn)生有害的吸氣漩渦，同時(shí)有利于出流時(shí)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(kuò)散段擴(kuò)散端直徑的1.1 1.5倍；豎直擴(kuò)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(kuò)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(kuò)散比取1:11 1:13。④通過水工模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的對照，數(shù)值模擬計(jì)算可以較好地模擬井式進(jìn)/出水口的水力學(xué)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(jìn)/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(jìn)/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(yùn)行提供了保證。以上所述的實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，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(shí)施，不能僅以本實(shí)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(jìn)/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(kuò)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(kuò)散段(4)擴(kuò)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(kuò)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(kuò)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(jìn)/出水口結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述豎直擴(kuò)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(jìn)/出水口結(jié)構(gòu)，其特征在于，由蓋板(I)和分流墩(2)將進(jìn)/出水口分為8個(gè)孔口，呈放射狀布置，每個(gè)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(jìn)/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(kuò)散段、豎直段、轉(zhuǎn)彎段和漸變段組成,蓋板的直徑為豎直擴(kuò)散段擴(kuò)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(kuò)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(kuò)散比取1:11～1:13。本發(fā)明通過水工模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的對照，數(shù)值模擬計(jì)算可以較好地模擬井式進(jìn)/出水口的水力學(xué)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(yàn)、數(shù)值模擬和實(shí)際工程驗(yàn)證的水力特性良好的井式進(jìn)/出水口結(jié)構(gòu)，對今后的抽水蓄能電站井式進(jìn)/出水口設(shè)計(jì)工作具有重要的借鑒作用和指導(dǎo)意義，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有推廣應(yīng)用價(jià)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(xué)平, 嚴(yán)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(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院