三峽水電站進水口試驗研究

1、三峽水電站進水口試驗研究            摘要：三峽水利樞紐分設(shè)左右兩座廠房，單機容量700MW，正常蓄水位175.00m。在廠房進水口研究上，長科院和清華大學(xué)都進行了各種水工模型試驗，研究了邊壁壓強分布、水頭損失和進口流態(tài)。雙孔方案在水頭損失、機組運行穩(wěn)定性等方面較單孔有利。無論單或雙孔，經(jīng)優(yōu)化后，水頭損失都減少了約15cm，年發(fā)電量約增加1.5萬kWh，具有巨大的經(jīng)濟效益。 關(guān)鍵詞：三峽水電站 進水口形式 水工模型試驗 單孔方案 雙孔方案   1

2、 概述三峽水利樞紐分設(shè)左、右岸兩座廠房，共裝26臺水輪發(fā)電機組。其中左岸廠房14臺，右岸廠房12臺，并在右岸山體內(nèi)預(yù)留后期擴機的6臺地下廠房位置。電站廠房為壩后式，每臺機組段長38.3m，單機容量為700MW，總裝機容量18200MW，年平均發(fā)電量846.8億kW·h。按初步設(shè)計：電站引水壓力鋼管為一機一管小喇叭單孔進水口；為壩下游坡淺槽背管布置；內(nèi)徑為12.4m；設(shè)計單機引用流量為996.4m3/s，平均流速達8.0m/s。三峽電站校核洪水位為180.40m，正常蓄水位(設(shè)計洪水位)為175.00m，防洪限制水位145.00m；初期正常蓄水位為156.00m，初期防洪限制水位為13

3、5.00m。電站的主要參數(shù)見表1。長科院1994年前對水平l進口、水平2進口、小斜1小進口、小斜2大進口等四個方案進行了比尺1：52.4的模型試驗。試驗研究了邊壁壓強分布、水頭損失和進口流態(tài)。表1 水電站主要參數(shù)項目單位初期后期裝機容量MW1820018200保證出力MW36004990單機容量MW700700機組臺數(shù)臺2626多年平均發(fā)電量億kW·h705.27846.8裝機利用小時h39604650    2007-04-23        電站保證率%9795

4、最大水頭m94113加權(quán)平均水頭m77.190額定水頭m80.680.6最小水頭m61*71相應(yīng)平均水頭的預(yù)想出力MW 18200*  圍堰發(fā)電時，最小水頭為56m。廠房專家組第一、二、三次會議，對水電站布置及設(shè)計主要原則進行了審議，建議通過水工模型試驗，進一步論證帶中墩的雙孔進水口方案的可行性和合理性。當時認為雙孔進水口具有如下優(yōu)點：閘門孔口過水面積增加，平均流速減少，有可能減少水頭損失；進口前沿寬度擴大，過欄污柵水流流速分布均勻，減小了阻塞的可能性；減少閘門尺寸和啟閉機容量，使運行方便可靠。國外已建的特大型水電站，進水口單、雙孔形式均有?？紤]到三峽水電站的重要性和發(fā)電效

5、益，應(yīng)進行兩種方案的研究，選擇最佳方案，以保證各種工況下均能安全、穩(wěn)定、高效地運行。為此，三峽總公司技委會分別委托長科院和清華大學(xué)進行了單、雙孔進水口兩種方案的大比尺模型試驗的對比研究，并根據(jù)試驗結(jié)果逐步對各方案進水口的體型進行優(yōu)化。雙孔方案各研究了三種體型，共6個模型，即單、單、單和雙、雙、雙。    2 模型設(shè)計2.1 模型比尺選擇由專家組確定模型的長度比尺11:30，相應(yīng)即可求得其它正態(tài)模型的比尺。2.2 試驗設(shè)備為了便于單、雙孔比較，兩個方案并列布置，各優(yōu)化方案模型則由其前一模型改裝而成。模型試驗場地寬6m，長16m，布置在室內(nèi)。試驗室供水能力為

6、300L/s模型需水量為196L/S模型模擬了一個機組段且進水口前為對稱進水。水庫用水泥砂槳抹面的磚砌水槽模擬，槽長4m，寬1.5m，深3.7m。進入水槽的水流經(jīng)過兩道水柵。水槽首部均有單獨的供、排、穩(wěn)水系統(tǒng)，以保證進水口前的行進水流平穩(wěn)對稱。模型自攔污柵墩首至蝸殼進口均用有機玻璃制作。為了便于進行流態(tài)觀察，將整個進水口做在水槽外，即進口前至攔污柵的兩側(cè)壁也用有機玻璃制作。有機玻璃的糙率    2007-04-23        nm0.0070.008，可滿足相似要求。攔污

7、柵用厚0.5mm的鐵皮制作，模型尾部模擬到機組的蝸殼進口。在模型中，外加長1.31m的直段，并通過長0.3m的錐管與30.5cm的鑄鐵閥門相接，用以控制流量。2.3 庫水位及壓強的量測上游水庫的水位及進水口、壓力管道的壓強均用測壓管量測。在水槽距進水口3.2m處引出8mm的銅管，然后用8mm的軟膠管引到測壓板的讀數(shù)玻璃管上，用于量測庫水位。進水口及管道壓強的量測，采用在有機玻璃壁上打穿6mm小孔，用6mm膠管連接到測壓板的讀數(shù)玻璃管上。2.4 流量測量流量用量水堰量測。水流從模型尾端的閥門流出后，經(jīng)過兩道穩(wěn)水柵穩(wěn)水，距出流處4m設(shè)銳緣矩形薄壁堰，堰寬0.8m。用雷伯克公式計算流量。3 單孔試驗

8、結(jié)果3.1 單孔模型的區(qū)別與聯(lián)系單孔的三個模型，是逐步改進的，其中單是三峽水電站進水口的原初步設(shè)計方案，因試驗中發(fā)現(xiàn)吸氣旋渦，故又進行了改進，變成單方案。單方案流態(tài)仍不理想，于是又進行了優(yōu)化，得到單方案。和單相比，單主要進行了如下改進：使進口上下對稱。進口下緣曲線胸墻斷面以前由圓弧改為臺階式。以改善進口前的流態(tài)。增大了淹沒深度，以減少旋渦發(fā)生。進口上、下側(cè)曲線均改為雙圓弧，這樣接近于橢圓曲線。同時進口開闊，閘門孔口前斷面積增大，以減小水頭損失。進口、漸變段及其后直管的傾角改為水平，促使進口真正做到上下對稱。增加起破漩作用的人字撐，以改進進水口前的流態(tài)。閘門槽寬度則由2.40m減為2.00m，以減小對水流的干擾，改善流態(tài)，減少水頭損失。3.2 三個模型試驗結(jié)果綜合分析三個模型均進行了進水口前流態(tài)、水頭損失和邊壁壓強分布的測試。壓強分布由測壓管測得，水頭損失系根據(jù)庫水位和斷面測壓管讀數(shù)由恒定流量方程求得，試驗中的水頭損失計算斷面如附圖所示。斷面1-1位于距進水口3.20m的上游水槽中，2-2斷面取在0十118.00樁號斷面(蝸殼進口斷面)。試驗中