一种抽水蓄能电站井式进/出水口结构.pdf

1、10申请公布号CN103205954A43申请公布日20130717CN103205954ACN103205954A21申请号201310126382822申请日20130412E02B9/0620060171申请人中国水电顾问集团北京勘测设计研究院地址100024北京市朝阳区定福庄西街1号72发明人邱彬如王建华张沁成杜英奎高学平严旭东王志国关李海王晓春高永辉蒋逵超耿贵彪熊将刘海峰张红梅74专利代理机构天津市鼎和专利商标代理有限公司12101代理人李凤54发明名称一种抽水蓄能电站井式进/出水口结构57摘要本发明公开了一种抽水蓄能电站井式进/出水口结构，包括盖板、分流墩和竖井，竖井依次由竖直扩散

2、段、竖直段、转弯段和渐变段组成,盖板的直径为竖直扩散段扩散端直径的1115倍；竖直段的长度大于1倍的竖直段洞径；转弯段采用先扩后收缩的纺锤体体形，纺锤体最大断面直径为1314倍的竖直段洞径，转弯段半径大于2倍的竖直段洞径；渐变段扩散比取111113。本发明通过水工模型试验和数值模拟计算结果的对照，数值模拟计算可以较好地模拟井式进/出水口的水力学问题，可用于方案比选及优化。本发明提供了一种经模型试验、数值模拟和实际工程验证的水力特性良好的井式进/出水口结构，对今后的抽水蓄能电站井式进/出水口设计工作具有重要的借鉴作用和指导意义，社会经济效益显著，具有推广应用价值。51INTCL权利要求书1页说明

3、书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN103205954ACN103205954A1/1页21一种抽水蓄能电站井式进/出水口结构，包括盖板（1）、分流墩（2）和竖井，其特征在于，竖井依次由竖直扩散段（4）、竖直段（5）、转弯段（6）和渐变段（7）组成,盖板（1）的直径为竖直扩散段（4）扩散端直径的1115倍；竖直段（5）的长度大于1倍的竖直段洞径；转弯段（6）采用先扩后收缩的纺锤体体形，纺锤体最大断面直径为1314倍的竖直段洞径，转弯段（6）半径大于2倍的竖直段（5）洞径；渐变段（7）扩散比取111113。2根据权利要求

4、1所述的抽水蓄能电站井式进/出水口结构，其特征在于，所述竖直扩散段（4）采用1/4椭圆形曲线。3根据权利要求1所述的抽水蓄能电站井式进/出水口结构，其特征在于，由盖板（1）和分流墩（2）将进/出水口分为8个孔口，呈放射状布置，每个孔口出口位置布置拦污栅（3），并设置孔口底坎（8）和盖板中心分流锥（9）。权利要求书CN103205954A1/3页3一种抽水蓄能电站井式进/出水口结构技术领域0001本发明涉及水工建筑物，具体说，是一种抽水蓄能电站井式进/出水口结构。背景技术0002抽水蓄能电站进/出水口是建于上、下水库内用于控制水流的工程设施，其功用是根据电力系统负荷要求合理分配水力机组的发电或抽

5、水水量，保证电站安全经济运行。由于抽水蓄能电站具有抽水（水泵工况）和发电（水轮机工况）两种运行工况，水流是双向流动的，抽水蓄能电站的进水口和出水口合二为一，对上水库在发电工况时为进水口，在抽水工况时为出水口，反之亦然，故统称为进/出水口。0003目前国内已建抽水蓄能电站进/出水口常为水平布置，通常这种形式的进/出水口布置受地形条件限制较大，开挖工程量较大。0004井式进/出水口可以布置在水库底部的任何部位，布置灵活，同时对地形地质条件要求相对较低，开挖工程量小，结构一般为圆形断面，水头损失小，结构受力简单，利于工程施工和结构安全，能较好的解决进/出水口过坝问题。0005作为抽水蓄能电站的关键技

6、术之一，井式进/出水口在国内外大中型抽水蓄能电站中都得到了应用英国的卡姆洛、法国的大屋、美国的巴德溪（BADCREEK）、卡宾溪CABINCREEK、马蒂朗MUDDYRUN、落基山（ROCKYMOUNTAIN）、日本的沼原等；国内的西龙池（已运行）、马山（可研完成）、溧阳（在建）。发明内容0006本发明所要解决的技术问题是，提供一种简化设计过程的抽水蓄能电站井式进/出水口结构。0007为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种抽水蓄能电站井式进/出水口结构，包括盖板、分流墩和竖井，竖井依次由竖直扩散段、竖直段、转弯段和渐变段组成,盖板的直径为竖直扩散段扩散端直径的1115倍；竖直段的长度

7、大于1倍的竖直段洞径；转弯段采用先扩后收缩的纺锤体体形，纺锤体最大断面直径为1314倍的竖直段洞径，转弯段半径大于2倍的竖直段洞径；渐变段扩散比取111113。0008所述竖直扩散段采用1/4椭圆形曲线。0009由盖板和分流墩将进/出水口分为8个孔口，呈放射状布置，每个孔口出口位置布置拦污栅，设置孔口底坎和盖板中心分流锥，有利于孔口流速分布均匀和消除负流速。0010本发明的有益效果是本发明提供了一种经模型试验、数值模拟和实际工程验证的水力特性良好的井式进/出水口结构，对今后的抽水蓄能电站井式进/出水口设计工作具有重要的借鉴作用和指导意义，社会经济效益显著，具有推广应用价值。附图说明0011图1

8、是本发明的抽水蓄能电站井式进/出水口结构示意图。说明书CN103205954A2/3页40012图2是本发明的抽水蓄能电站井式进/出水口结构的俯视图。具体实施方式0013下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明0014如图1、2所示，本发明的抽水蓄能电站井式进/出水口结构，包括盖板1、分流墩2和竖井，竖井依次由竖直扩散段4、竖直段5、转弯段6和渐变段7组成,盖板1的直径为竖直扩散段4扩散端直径的1115倍；竖直段5的长度大于1倍的竖直段洞径；转弯段6采用先扩后收缩的纺锤体体形，纺锤体最大断面直径为1314倍的竖直段洞径，转弯段6半径大于2倍的竖直段5洞径；渐变段7扩散比取111113

9、。0015所述竖直扩散段4采用1/4椭圆形曲线。0016由盖板1和分流墩2将进/出水口分为8个孔口，呈放射状布置，每个孔口出口位置布置拦污栅3，设置孔口底坎8和盖板中心分流锥9，有利于孔口流速分布均匀和消除负流速。0017本发明的抽水蓄能电站的进/出水口结构的水力学特性满足以下要求0018A在水流进出时水头损失小；0019B进流时水流由孔口四周均匀进入流道，各孔口流量相差不大于10；在不同水位时流量分配均匀，无有害吸气漩涡；0020C出流时孔口水流均匀扩散，各孔口流量相差不大于10；出口流速在各孔口均匀分布，各孔口流速不均匀系数（过栅最大流速与过栅平均流速的比值）应不大于2，宜小于16；002

10、1D在孔口范围内没有负流速存在或负流速区范围控制在最小。0022本发明在收集和分析国内外相关资料的基础上，通过水工模型试验和数值计算分析，结合工程实际，优化进/出水口体形结构，确定最终体形结构尺寸。并根据原型观测资料的对比分析，进一步验证了本发明的井式进/出水口的体型的正确性。0023以某抽水蓄能电站上水库井式进/出水口为例，进行了模型试验验证某抽水蓄能电站上水库井式进/出水口,盖板直径2230M，竖直扩散段扩散端直径1650M，竖直扩散段采用1/4椭圆形曲线,竖直段洞径52M,竖直段长度1238M，转弯段采用先扩后收缩的纺锤体体形，纺锤体最大断面直径为720M，转弯段半径1150M，渐变段扩

11、散比为113。根据模型试验成果，在抽水工况下，正向流速平均值范围为0574M/S0991M/S，孔口底板局部有反向流速，但数值较小，影响范围较小，各孔口流量分配在96151之间；在发电工况下，断面平均速度为0551M/S0653M/S，各孔口流量分配在102140之间，在各运行工况下，均未出现有害的吸气型漩涡。经模型试验验证，此抽水蓄能电站上水库井式进/出水口满足水力特性要求。0024同时利用二维和三维的数值模拟计算，对进/出水口体形进行研究，并通过和物理模型试验结论的对照，可以认为数值模拟计算能较好地模拟井式进/出水口的水力学问题，可用于方案比选及优化。在此基础上，通过数值模拟计算，对进/出

12、水口的体形进行了深入的研究和探索，提出井式进/出水口各部位满足水力学条件要求的体形设计基本原则和各参数的合理范围。0025（4）本发明的主要技术成果说明书CN103205954A3/3页50026通过对井式进/出水口水力特性的研究，在井式进/出水口体形设计时，孔口出流时控制过栅流速为0810M是合适的，抽水工况下出口的流速不均匀系数应小于20。0027井式进/出水口各部分对水力特性的影响影响井式进/出水口水头损失的主要因素是盖板的大小、孔口的高低和扩散程度、竖直扩散段的扩散程度、竖直段的长度、转弯段的转弯半径。加大盖板尺寸、减小竖直扩散段的扩散程度、降低孔口高度及减小孔口宽度的横向扩散程度均可

13、降低在抽水工况下的水头损失，而同时会增大在发电工况下的水头损失；无论在发电还是抽水工况下，井式进/出水口的压力分布受体形影响很小；在抽水工况下孔口底板附近反向流速的产生是竖直扩散段水流分离、水流自竖向运动转向水平运动时脱壁、以及沿孔口流动的横向扩散综合作用或单独作用的效果；降低孔口高度、减小孔口宽度的横向扩散和扩大盖板均能对减小孔口底板附近反向流速起到很好的效果；收缩竖直扩散段曲线和降低孔口高度能消除竖井扩散段内的流动分离。0028体形设计原则为防止进流时产生有害的吸气漩涡，同时有利于出流时的孔口流速分布，设置盖板、孔口底坎和盖板中心分流锥。0029盖板的直径宜取竖直扩散段扩散端直径的1115

14、倍；竖直扩散段推荐采用1/4椭圆形曲线；竖直段的长度大于1倍的竖直段洞径；转弯段推荐采用先扩后收缩的纺锤体体形，纺锤体最大断面直径为1314倍的竖直段洞径，转弯段半径大于2倍的竖直段洞径；渐变段扩散比取111113。0030通过水工模型试验和数值模拟计算结果的对照，数值模拟计算可以较好地模拟井式进/出水口的水力学问题，可用于方案比选及优化。0031某抽水蓄能电站采用本发明的井式进/出水口结构，较好地适应了工程地形地质条件，简化了进/出水口与防渗结构的连接，且具有良好的水力特性，为工程的安全运行提供了保证。0032以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。说明书CN103205954A1/1页6图1图2说明书附图CN103205954A