西龙池抽水蓄能电站竖井式进出水口水力学试验研究

进， 出水 口的作 用 水头及 外界条 件 不 断变化 ， 上 水库 水 流变得 十分 复杂 ， 可 能 产生 水 使 有 库环 流或形成 漩涡 。因此 ， 水 库 进， 上 出水 口的水 力设 计 应满 足 ：１进 流时 ， 流 由井 孔 （） 水 四周 均匀进人 管道 ， 要求各级 水位 下进 流时拦枵栅 处 流速分 布均匀 ， 且不 产生 有害 的漩 提
上水库进 ， 出水 口设 计为竖 井式 ， 这种 型式在 国内大 型工 程中应 用较 少 。据 调查 只有 碧敬寺抽 水 蓄能电站 设 计 时采 用 了该 种 型 式并 做 过 模 型试 验 ， 没有 建 成 及 运行 实 例 。 但 因此 ， 本文通 过物理 模型试验 对 这 种竖 井 式进， 出水 口的 水力 特 性进 行 研究 ， 括 发 电 和 包 抽水 两种 工况进， 出水 口流速 分布 、 水头损 失 、 涡等 。 漩
＝
在原 型中因 雷诺数 船 、 伯数 耽 都 足 够大 ， 性力 和表 面 张力 对 环 流 与漩 涡 产 生 韦 牯
丰 文 干 ２０ 年 ３月 ２日嘘 ｌ ０１ ｌ
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高 学平 等 ： 龙 池抽 水 蓄 能 电站 竖 井 式 进 出水 口水 力 学试 验 研 究 西
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二 、 型设 计及 制 作 模
２ １ 模 型 设 计 ．
抽 水蓄能 电站上 水库进 ， 出水 口的设 计 ， 重要 的是 在发 电进 流 时 ， 止吸 气璇 涡的 最 防 出现 ； 在抽水 出流时 ， 要求 井孔 四周 水流 均 匀扩散 ， 流速均 匀 分 布 ， 免 反 向流 速 的 产生 。 避 模 型设 计应满 足漩 涡运动 与流速分 布相 似 。 要达 到上述 要求 ， 在水力学 特性上 做到模 型 与原型 的相 似 ， 过严 格的流体 力学 运 动 通 方程推 导可 知 ， 必须考虑 ６个 制约 因素 的相 似 ， 即反 映 重力 作 用 的佛 汝德 数 （ ）反 映牯 ， 滞力作 用 的雷诺数 （ ） 反映表 面 张力作 用 的韦 伯数 （ ） 反 映环 流 作用 的环 流强 度 参 ， 耽 ，
高 学平 张效 先
（ 天津大学建 筑工 程学 院
李昌良
天津 ３０ ７ ） ０ ０ ２
王 志 国 张 红 梅 沈 安 琪
（ 国家 电力公 司北 京勘测设 计研 究 院
提 要
北京
ｌＯ ２ ） ＯＯ ４
西 龙 池 抽水 蓄能 电站 上 库 拟 采 用设 盏 板 的竖 井 式 进 ， 水 口， 种 型 式 在 国 内 大 型 工 程 出 这 中应 用 鞍 少 。本 文 通 过 物 理 模 型 试 验 对 这 种 竖 井 式 进 ， 口 的 水 力 特 性 进 行 了 探 讨 ， 括 发 出 包
没 深度和几何 边 界形状 相似 。
综台试 验 的要求 ， 型管道 选材及 试验 场地情况 等 ， 型几何 比尺及 相应 水力要 素的 模 模
比尺分 为： Ⅱ 几何 比尺 ＾ ：３ ７ 流速 比尺 ： ：６２ ； ９ １； ： ．６ 流量 比尺 。＝
９０ ．５ 糙率 比尺 ＾ ＝＾ ＝１８ 。 ６０ ６ ； ．４
统采用 一管 两机 ， 水主管 采 用钢 板 衬砌 ， 引 管径 为 ４７ ，ｍ。上 水库 设 两 个带 盖 板 的竖 井 式 进， 出水 口 ， 面位 置 于主坝 的右 岸坝 肩处 。进， 平 出水 口孔 口底 高 程 １６．ｍ， 口顶 高 程 ４１０ 孔
１６ ．ｍ， ４ ５５ 进水 口孔 高 ４ ５ 进 口沿洞 围设 ８个分 流墩 ， 部设 １ ｌ ｍ， 顶 Ｉ 厚钢筋混 凝 土盖板 。 ｌ 抽水蓄能 电站进 ， 出水 口具 有双 向水流 的水力特 性 ， 同时 库水位 变化 频繁 ， 幅较 大 ， 变
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２Ｏ Ｏ２年 第 １ 期
水 力 发 电 学 报 Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｄ Ｏ Ｌ Ｃ Ｐ ＣＥ Ｇ Ｎ Ｅ Ｉ Ｇ Ｏ Ｒ Ａ ＦＨＹ Ｒ６期
西龙 池 抽水 蓄 能 电站 竖 井式进 出水 口 水 力 学 试 验 研 究
数 （ ，、 Ⅳ ）相对 淹没 深度 （ｌ ） ｓｄ 以及 几 何边 界 条件 。然 而 由于 某 些参 数 之 间 的要 求本 身 又
是相 互矛盾 的 。 法 同时 满 足 。考 虑 到井 式 出／ 无 出水 口的水 流运 动 主要 受 重 力 作用 的控 制， 因此本模 型按 重力 相似准则 进行设 计 ， 并采用正 态模型 ， 以保证水 流垂线分布 、 口淹 孔
运动， 特别 是吸气漩 涡 ；２ 出流 时 ， （） 要求井孔 四周 水 流均匀扩散 ， 口处流 速分 布均 匀 ， 出 且 不产 生反 向流速 。 以免引起 拦污栅 的振 动及破 坏 ；３ 库 内水流 流态 良好 ， （） 水面波动 小 ；４ （）
各级 水位 下进， 出水 口水 头损失 均较 小。
电和抽水两种 工况 下进， 出水 口流速分布 、 水头损失、 漩涡萼。
关 ■ 词 设 盖板 竖井 式 进 出水 ｒ 抽 水 蓄 能 电站 水 头 损 失 流 速 分 布 】 漩 涡
一
、
前 言
西龙池抽 水蓄 能电站位 于 山西省忻 州地 区 ， 电站 安装 四台单 级 可逆 混流 式 水 泵水 轮
机组 ， 总装 机容量 １０ Ｍ ２０ Ｗ。上， 下水库均 利用 天然地 形 ， 采用 挖填 结合 的方式修 建 。上水
库正 常蓄水位 １９ ，ｍ， 水位 １６ ，ｍ； 水库 正常 蓄水位 ８７ Ｏ 死 水 位 ７ ８０ ４２３ 死 ４ ７０ 下 ３ ，ｍ， ９ ．ｍ。设 计水 头 ６４ Ｏ 发 电引用流量 Ｑ ｎ＝ ６ ２ ｍ ／， ２ ．ｍ， ５ ，５ ３ｓ抽水 引用 流量 Ｑ ： ６ ９ ／ 输水 系 ４ ，６ ｓ