顧 莉，曾少岳，張苾萃，曾明軍

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，長(zhǎng)沙410014)

0 前 言

抽水蓄能電站進(jìn)/出水口主要有豎式和豎井式兩種布置形式，我國(guó)抽水蓄能電站多采用側(cè)式進(jìn)/出水口［1］。

側(cè)式進(jìn)/出水口基本布置成在平面和垂向均有擴(kuò)散的體型，并且多布置成三隔墩四流道或者兩隔墩三流道的形式，設(shè)計(jì)體型相對(duì)比較復(fù)雜。

另外，不同于常規(guī)水電站，抽水蓄能電站的進(jìn)/出水口需適應(yīng)發(fā)電和抽水兩種工況下的雙向水流運(yùn)動(dòng)，以及水位升降變化頻繁和由此而產(chǎn)生的邊界條件的變化，水力條件復(fù)雜。

根據(jù)前人的研究成果并結(jié)合工程試驗(yàn)研究表明:側(cè)式進(jìn)/出水口在出流工況下，水流在平面和立面上都處于擴(kuò)散狀態(tài)，容易發(fā)生偏流，以致于各流道流量分配不均勻，造成個(gè)別流道過(guò)柵流速偏大，影響攔污柵的安全運(yùn)行。

作者結(jié)合相關(guān)的抽水蓄能電站進(jìn)/出水口水力學(xué)模型試驗(yàn)的研究成果，認(rèn)為進(jìn)/出水口內(nèi)分流隔墩的布置對(duì)出流狀態(tài)下的分流影響甚大［2］。

本文以瓊中抽水蓄能電站上水庫(kù)進(jìn)/出水口為例，重點(diǎn)介紹其在出流工況下各流道分流特性的相關(guān)研究。

1 進(jìn)/出水口分流特性的試驗(yàn)研究

瓊中抽水蓄能電站上水庫(kù)共布置側(cè)式進(jìn)/出水口1個(gè)，采用三隔墩四流道的布置形式，由防渦梁段、擴(kuò)散段、閘門井段和漸變段組成。分流墩在擴(kuò)散段起始斷面的間距配置采用常規(guī)的設(shè)計(jì)［7］，即墩頭間距分配分別為0.28B、0.22B、0.22B、0.28B(B 為擴(kuò)散段起始斷面的總寬度)。設(shè)計(jì)方案平面和立面布置見(jiàn)圖1 所示。

將大流量抽水工況(3 臺(tái)機(jī)同時(shí)開(kāi)啟運(yùn)行)作為研究的控制工況。

3 臺(tái)機(jī)同時(shí)開(kāi)啟死水位和正常蓄水位運(yùn)行條件下的分流特性見(jiàn)表1。

試驗(yàn)成果表明:上水庫(kù)進(jìn)/出水口的原設(shè)計(jì)體型在出流條件下，各流道分流不均勻，出現(xiàn)了較為明顯的偏流現(xiàn)象。

分析其原因，兩邊隔墩墩頭距離擴(kuò)散段起始斷面留有一定的距離，來(lái)流進(jìn)入擴(kuò)散段后則具備一定的自由空間，加之來(lái)流經(jīng)上彎段后不同于平直的壓力隧洞水流特性，導(dǎo)致擴(kuò)散段內(nèi)水流不穩(wěn)定，流道中出現(xiàn)偏流［3－4］。

圖1 上水庫(kù)進(jìn)/出水口平面和立面布置示意圖

表1 抽水工況下各流道分流成果統(tǒng)計(jì)

可見(jiàn)在具體工程中，由于壓力隧洞、閘門井以及水庫(kù)等外部設(shè)計(jì)條件的不同，分流墩墩頭采用常規(guī)的間距配置不一定能獲得良好的水力特性。

2 不同隔墩布置形式對(duì)分流特性的影響

修改方案首先將邊墩后移至起始擴(kuò)散斷面，由于原設(shè)計(jì)方案邊流道偏流明顯，且①流道分流較多，故同時(shí)調(diào)整邊隔墩的軸線，減小邊隔墩軸線與進(jìn)/出水口中心線之間的角度，從而增大起始擴(kuò)散斷面處邊隔墩與中隔墩之間的間距，意在增大中間兩流道的分流量［5］。

調(diào)整后，墩頭間距分配分別為0.26B、0.24B、0.24B、0.26B。修改方案平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 修改方案隔墩平面布置圖

仍以3 臺(tái)機(jī)同時(shí)開(kāi)啟抽水工況作為控制工況，正常蓄水位和死水位下的分流成果見(jiàn)表2。試驗(yàn)成果表明:將邊隔墩后移至起始擴(kuò)散斷面，并調(diào)整起始擴(kuò)散斷面邊墩和中墩的間距分配比，對(duì)各流道的分流起了明顯的改善作用。

表2 邊墩后移方案各流道分流成果統(tǒng)計(jì)表

《水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5398—2007)中指出:

對(duì)于有3個(gè)分流隔墩的側(cè)式進(jìn)/出水口，中間隔墩縮短長(zhǎng)度與隧洞直徑之比約0.5。修改方案中中隔墩縮短的長(zhǎng)度為5.5 m，相當(dāng)于起始擴(kuò)散斷面長(zhǎng)度的0.68 倍。

為研究中隔墩不同的縮短長(zhǎng)度對(duì)流道分流是否產(chǎn)生影響，試驗(yàn)在修改方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)比研究了將中墩墩頭距起始擴(kuò)散斷面的距離調(diào)整至4 m(0.5 倍)和1.6 m(0.2 倍)兩個(gè)方案。

抽水工況下，3 臺(tái)機(jī)同時(shí)開(kāi)啟正常蓄水位和死水位運(yùn)行條件下，各流道的分流成果分別見(jiàn)表3 和表4。

試驗(yàn)成果表明:在試驗(yàn)范圍內(nèi)，中隔墩墩頭距起始斷面的距離越遠(yuǎn)，對(duì)流道分流均勻性的改善效果越佳。

同樣說(shuō)明:針對(duì)具體的工程，由于不同的來(lái)流條件，中隔墩后移的距離并不千篇一律，應(yīng)根據(jù)具體的試驗(yàn)成果決定［6］。

表3 正常蓄水位運(yùn)行條件下各流道的分流比

表4 死水位運(yùn)行條件下各流道的分流比

3 結(jié) 論

結(jié)論主要有以下2 點(diǎn):

1)瓊中抽水蓄能電站上水庫(kù)側(cè)式進(jìn)/出水口各流道的分流均勻性可通過(guò)調(diào)整分流隔墩的布置形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于三隔墩四流道的布置形式，宜將邊隔墩頂頭布置，且宜適當(dāng)調(diào)整起始擴(kuò)散斷面處邊隔墩與中隔墩之間的間距分配比。

2)三隔墩四流道布置形式的進(jìn)/出水口，中隔墩的布置對(duì)流道的分流同樣產(chǎn)生影響。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，墩頭距離起始擴(kuò)散斷面的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，改善效果越明顯。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T5208—2005 抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］. 北京:中國(guó)電力出版社，2006.

［2］孫雙科，柳海濤，李振中，孫春蕓. 抽水蓄能電站側(cè)式進(jìn)/出水口攔污柵斷面的流速分布研究［J］. 水利學(xué)報(bào)，2007，38(11):1329－1335.

［3］張?zhí)m丁. 響水澗抽水蓄能電站上、下庫(kù)進(jìn)(出)水口分流特性研究［J］. 水利水電科技進(jìn)展，2010，30(06):48－52.

［4］中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 江蘇省溧陽(yáng)抽水蓄能電站下水庫(kù)出(進(jìn))水口水力學(xué)模型試驗(yàn)報(bào)告［R］.長(zhǎng)沙:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2005.

［5］中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院. 河南省天池抽水蓄能電站下水庫(kù)進(jìn)/出水口水力學(xué)模型試驗(yàn)報(bào)告［R］.長(zhǎng)沙:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2010.

［6］中華人民共和國(guó)國(guó)家能源局.DL/T5398—2007，水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)電力出版社，2008.