高水頭、大直徑、深埋藏新型鋼筋混凝土隔壁式岔管研究

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在抽水蓄能電站設(shè)計(jì)中,大多數(shù)要遇到高水頭、大直徑、深埋藏承受抽水和發(fā)電雙向水流、一管多機(jī)供水的分岔結(jié)構(gòu)。目前常用的分岔結(jié)構(gòu)型式,如“Y”形、“卜”形、球形分岔結(jié)構(gòu),只有在單向過流時(shí)流態(tài)較好,不能保證抽水和發(fā)電雙向過流時(shí)均有較好的流態(tài);同時(shí),由于結(jié)構(gòu)深埋藏,承受較高的外水壓力,常規(guī)的“Y”形、“卜”形等這種缺省結(jié)構(gòu),抗外壓能力均較差,需要采取較多的工程措施來保證結(jié)構(gòu)的抗外壓穩(wěn)定。此外,在承受高水頭的鋼岔管的設(shè)計(jì)中,常用的分岔結(jié)構(gòu)型式,由于結(jié)構(gòu)缺省,受力條件差,往往需要很厚的鋼板,給這種岔管的制作、安裝帶來了很大的困難。因此找到一種結(jié)構(gòu)受力條件好的結(jié)構(gòu)型式,是解決這類問題的一個(gè)有效途徑。
    隔壁式岔管是從球岔演變而來的,它將一個(gè)圓形主管根據(jù)支管的多少和過流量的大小用隔壁分割為若干扇形管,再將扇形管漸變?yōu)閳A形支管。一般隔壁式岔管由漸擴(kuò)管、隔壁管、變形管三部分組成(見圖依托工程隔壁式岔管形體圖)。據(jù)定性分析,這種型式的岔管分岔靈活;結(jié)構(gòu)對稱,無缺省,承受內(nèi)、外水壓力能力強(qiáng);水流流線接近平行,雙向過流條件好。在原能源部科學(xué)技術(shù)司和中電聯(lián)科技工作部“電力科學(xué)發(fā)展基金”的資助下,華東勘測設(shè)計(jì)研究院和河海大學(xué)對這種結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了深入的研究。研究成果表明,隔壁式岔管將一個(gè)圓形主管根據(jù)支管多少和過流量大小,用隔壁分割為若干扇形支管,再漸變?yōu)閳A形支管,布置緊湊,分岔靈活。
    隔壁式岔管主、支管流向一致,雙向水流時(shí)流態(tài)平順,抽水和發(fā)電工況的水頭損失系數(shù)相近。在三管同時(shí)發(fā)電和抽水工況下,因流線平順、水流碰撞少,綜合水頭損失系數(shù)低于同規(guī)模的“Y”形岔管;二管運(yùn)行時(shí)綜合水頭損失系數(shù)比“Y”形岔管相近;一管運(yùn)行時(shí),由于流線的變化劇烈,水頭損失系數(shù)比“Y”形岔管大,但由于此時(shí)岔管內(nèi)流速較小,造成的能量損失也相對較小。因此,隔壁式岔管總的水流條件還是比較好的。
    結(jié)構(gòu)計(jì)算分析表明,對高水頭埋藏式岔管,內(nèi)水壓力主要靠圍巖承擔(dān),內(nèi)部襯砌的體型對結(jié)構(gòu)的受力影響不大,外水壓力往往是設(shè)計(jì)的控制情況。隔壁式岔管因結(jié)構(gòu)對稱、完整、外形無缺省,內(nèi)部又有隔壁支撐,抗外壓能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通“Y”形和“卜”形分岔型式。
    鋼筋混凝土隔壁式岔管在布置、結(jié)構(gòu)和水力學(xué)方面較普通“Y”形和“卜”形岔管具有一定的優(yōu)勢,水力學(xué)試驗(yàn)表明,若這種結(jié)構(gòu)在依托工程中應(yīng)用,每個(gè)岔管每年可少耗電23萬kW.h,經(jīng)濟(jì)效益明顯,具有應(yīng)用前景。