抽水蓄能电站进出水口分流墩不同布置形式的水头损失分析

金津丽 吕勋博

【摘要】抽水蓄能是提高供电质量及提高电力系统本身经济性最经济和运用最方便的手段。抽水蓄能电站进出水口的水力特性比较复杂，进出水口水头损失的大小直接关系到电站的经济效益。针对工程中采用较多的侧式进出水口扩散段分流墩布置形式进行了数值模拟进研究，研究结果可为进出水口分流墩布置的优化设计提供参考依据。

【关键词】抽水蓄能电站；进出水口；分流墩；水头损失

1、引言

抽水蓄能电站的进出水口水头损失的大小直接关系到电站的经济效益，因此，进出水口水力特性的研究一直以来都得到设计者和研究人员的重视。分流墩的布置是否得当是影响进出水口阻力系数大小的关键，分流墩可调整扩散段内平面流速分布，调整各孔道流量使之尽可能均匀分配。在分流墩的布置形上已建和待建电站主要有两种方式两墩三孔道式和三墩四孔道式。

2、分流墩布置

本次模拟研究抽水蓄能电站的进出水口扩散段分流墩分别采用凸形、平齐、凹形布置，这三种布置中，在中边墩共同起作用的断面（a-a、b-b、c-c），中孔与边孔宽度比依次为0.6297、0.6983、0.7858（见图1）。

3、数学模型建立

3.1 数学模型建立

采用比尺为1：60的抽水蓄能电站上库进/出水口模型进行数值模拟，模型呈对称布置。为了避免计算边界对计算结果准确性的影响，对进/出水口前的上水库作了适当的延长，引水管道也作了延伸，使管道长度满足大于20倍的管径。进/出水口扩散段是研究的主要对象，流态较复杂，对此段网格加密，采用的是四面体和锲形体混合网格，共剖分42万网格。库区水流对进/出水口内部流态的影响较小且水流较平稳，采用六面体网格剖分，网格尺寸较进/出水口扩散段大。水流入口采用速度进口，给定速度大小，v=3.5m/s，且初始流场速度假设为入流流场。

3.2 水头损失计算

水体的水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失两类。进出水口的水头损失主要是局部水头损失，其水头损失的大小是衡量进出水口水流条件优劣的重要指标。进出水口扩散段出流水头损失为：

式中：分别表示断面平均流速；为断面测压管水头（m）；为断面流速分布系数；为进水口段水头损失。

4、计算结果分析

根据数值计算结果，电站抽水工况下，同一流量条件下（42.22m3/s、49.26m3/s、56.30m3/s）水头损失随上库水位（18.8m、23.1m、27.6m）递增而线性递减，同一水位水头损失也随流量增加而线性递增，最大流量最小上库水深工况水头损失相对最大，最小流量最大上库水深工况水头损失相对最小；发电工况水头损失随流量增大而增加，随上库水深增大而增加，三种布置形式水头损失变化规律一致。最小流量最小上库水深工况水头损失最小，最大流量最大上库水深工况水头损失最大；抽水蓄能电站进出水口承受双向水流作用，蓄能机组每一个运行循环水流要以两种方式通过进出水口，哪一个流向的损失增大都将影响蓄能电站的总效率，因此必须综合考虑抽水工况与发电工况，得出较好的扩散段分流墩布置形式使总水头损失减到最低。根据数值计算结果，凸形布置水头损失相对最小，平齐布置居中，凹形布置水头损失最大。

5、结语

抽水蓄能电站中侧式进出水口的应用较为普遍，收缩流状态和扩散流状态下进出水口中的流速分布、水头损失存在着明显差别。蓄能机组每一个运行循环水流要以两种方式通过进出水口，哪一个流向的损失增大都将影响蓄能电站的总效率，因此必须综合考虑抽水工况与发电工况，得出较好的扩散段分流墩布置形式使总水头损失减到最低。文中通过对三种分流墩布置形式运行情况下进出水口抽水与发电总水头损失的研究对比，以凸形布置水头损失相对最小，平齐居中，凹形布置水头损失相对最大。

参考文献：

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