抽水蓄能电站进出水口临界淹没深度研究

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1、http://www.paper.edu.cn抽水蓄能电站进/出水口临界淹没深度研究王凯，陈方亮河海大学水利水电工程，江苏南京（210098）E-mail：kaiross@126.com摘要：通过某抽水蓄能电站的模型试验，研究计算临界淹没水深的gardo公式的gardo系数在不同范围内对应的弗汝德数的变化情况，利用模型试验的测量数据计算的结果与经验值的比较并分析了两者不同的原因，获得临界淹没水深的影响参数为实际工程提供参考.关键词：临界深度，漩涡，戈登公式，模型试验中图分类号：TV71．临界淹没深度的

2、概念在对进出水口临界淹没深度理论方面国内外都有研究，并且不少研究已经取得了很好的效果，在水利工程，水电站，泵站中得到广泛的应用。本文着重对抽水蓄能电站双向水流进出水口临界淹没深度做一些探讨，所谓抽水蓄能电站双向水流进出水口临界淹没深度是指对应某一流量下，进出水口前的一个必要的最小淹没深度。该水深要保证：①在进水口压力管[1]道中不能出现负压;②进水口前要避免出现串通的吸气漩涡。抽水蓄能电站和常规电站相比，水库具有溶剂小，水位变化频繁等特点。为了充分利用其库容，水库水位变幅常达十多米，死库容小，难以获得

3、足够的淹没深度，必须采用防涡梁，板等结构来消除吸气漩涡和拦污栅结构的震动。在进行进水口设计时，必须确定其在自由水面下的最小淹没深度，以保证边界上不出现负压，尽可能减少自由水面的漩涡以及避免夹气漩涡[1]。位于天然水体取水的取水泵房，受天然水体的水位变化，多采用可移动的取水装置，但对于一些较大流量和受地形地貌限制，采用固定取水方式，此时，由于天然水位变动，当水位降低到一定位置后，水面将产生强烈旋转的漩涡，阵发性的漩涡将挟大量空气进入水泵，称漩涡挟气，此时漩涡初生水深称漩涡挟气临界水深，喇叭口淹没深度称为

4、“临界淹没深度”。漩涡挟气现象在实际工程中是必须极力避免的，大量的气泡会对管道产生空化作用，由于管道内流体变成水气二相流，高速水流对管道产生冲击加大，如共振将发生严重事故。显然，取水流量越大，临界水深也越大，根据一些研究，可以认为在一定范围内，临界淹没深度与取水流量的关系式如下：h=0.23Q+1.26(中国水科院水环境研究所)，适用流量从2立方每秒到14立方每秒（实验验证范围）。2．临界淹没水深的计算公式计算临界淹没水深的公式较多，［1］有以进水口高度构成的公式，如Prosser公式；［2］有以流速

5、水头构成的公式，如Ф.Ф.ГубИН公式等等。各种公式相互之间差别也比较大，这主要是因为公式中考虑的主要影响因素有所不同。但目前在计算电站进水口前临界淹没水深方[2]面，[3]最常用的还是Gordon公式。2.1以进口高度构成的公式s′=na（2－1）-1-http://www.paper.edu.cn式中n为常数，s′为进水口中心线以上的淹没深度，a为闸门井处高度。2.2以流速水头构成的公式2tu≥3/2g（2－2）式中g为重力加速度，u为喇叭口处的流速，由该式确定的进水口淹没深度与上缘曲线有很大关

6、系。古宾在《水力发电站》中建议，为避免吸气旋涡，进水口上缘曲线的顶点应低于水库的最低水位。2.3最常用的Gordon公式1sva⎛⎞⎛⎞2=c⎜⎟−1⎜⎟mm⎝⎠⋅sm⎝⎠（2－3）式中：a为门高；s为从门顶算起的淹没水深；v是闸门处水流流速；c为综合影响系数。我国《水电站进水口设计规范》中计算进水口临界淹没水深采用的公式就是Gordon公式。规范中对c的取值有如下规定，正向引水时取c=0.55，侧向取水时取c=0.73。定义侧向进水的综合影响系数c值与正向进水的c值之比为侧向影响系数β，即β=0.7

7、3/0.55=1.327。上式量纲化为一，得vsacg/==kFrga（2－4）vF=rga式中:a为门高；，为Froude数；g为重力加速度，k为比例因数。Gardo公式还有一种形式也是常见的：1HC=Vd2（2－5）式中各参数：最小的淹没深度H，与引水道孔口高度d，以及闸门处的流速V。C的取值同式2－3中的c，具体参数如图1示-2-http://www.paper.edu.cn最低水位图1进（出）水口示意图Pennino等总结了13个侧式、井式进水口的模型试验,认为进水口的佛汝德数Fr<0123,

8、则不易出现吸气漩涡。'F=Vg/Hr<0.23（2－6）H'[3]。式中g——重力加速度，——进口中心线以上的最小淹没水深目前采用防止入流漩涡的工程措施主要有设置防涡梁、进口上部倾斜、改善进流情况等。根据国内的几个抽水蓄能电站的模型试验研究成果,在合理采用以上工程措施后,进水口的入流漩涡问题明显得到了改善。3．临界淹没深度的模型试验试验原型属纯抽水蓄能电站,总装机容量2400MW(6×400MW),由上，下水库、输水系统、地下厂房及开关站组成。上水库挡水