一种抽水蓄能电站用岔管的制作方法

本发明涉及抽水蓄能技术领域，具体涉及一种抽水蓄能电站用岔管。

背景技术：

抽水蓄能电站与火电站、水电站等配套建设，主要用于电网负荷调节，维护电网运行稳定性，利用电网中负荷低谷时的电力，由下水库抽水到上水库蓄能，待电网高峰负荷时，放水回到下水库发电。

岔管是抽水蓄能电站上/下水库与发电机组连接的必需结构，在电站运行过程中由于其结构原因产生较大的双向水头损失，造成抽水蓄能电站发电效率低，抽水储能消耗能量大，其中产生的经济损失不可小觑。

近年来，水电站向高水头大容量发展，对岔管结构稳定性的要求提高，月牙肋钢岔管结构可靠制作简单，逐步替代了传统的三梁式和贴边式等岔管。月牙肋钢岔管体型设计主要包含布置型式、分岔角选择和肋宽比设计3个方面的内容，其优劣直接关系到电站的运行效率和长期的经济效益。水头损失产生的主要原因是中间的月牙肋板与支管相连形成的局部尖锐空间，水流由于惯性撞击板面回流，在局部尖锐空间里形成涡旋回流区域。目前，研究人员已经利用cfd技术，分析了肋宽比、分岔角和分流比等对月牙肋岔管水头损失影响的规律，为岔管体型优化提供了依据。但是肋宽比、分岔角等因素可改变的空间很小，水头损失减小效果不明显，抽水蓄能电站建设正处于热潮，岔管水头损失造成的经济损失不可忽略，现有的体型优化依据不足以应对这种损失，在月牙肋岔管体型优化设计方面需要继续发展钻研，即提出抽水蓄能电站导流板岔管体型。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种抽水蓄能电站用岔管，能够减小抽水蓄能电站岔管部分的水头损失。

本发明所采用的技术方案是，一种抽水蓄能电站用岔管，包括有y形岔管，y形岔管内设置有月牙肋板及两个导流板；y形岔管包括有主管及分别与主管连通的两个支管，月牙肋板设置在两个支管内腔的联结界面处，月牙肋板包括内缘及外缘，内缘朝向主管的入水方向，外缘与两个支管的内管壁交界线贴合连接，两个导流板对称设置在月牙肋板两侧，导流板朝向水流的一侧面为抛物柱面，导流板的一端与支管内壁面贴合连接，导流板的另一端与月牙肋板的内缘贴合连接。

本发明的特点还在于，

抛物柱面满足方程：

其中：θ为导流板的脊母线与月牙肋板的夹角；

a为月牙肋板与岔管管壳相贯线竖直投影长度减去月牙肋板腰部断面宽度；

c为主管的轴线与两个支管的轴线的交点o与内缘的弦与内缘对称轴的交点o'之间的距离；

b为月牙肋板高度的一半。

月牙肋板的内缘为抛物线形，满足方程：

其中：a为月牙肋板与岔管管壳相贯线竖直投影长度减去月牙肋板腰部断面宽度；b为月牙肋板高度的一半。

导流板的板面上均匀分布有若干小孔。

本发明的有益效果是，能够减小抽水蓄能电站岔管部分的水头损失，增加发电效益，减少抽水成本，提高抽水蓄能电站的经济效益。

附图说明

图1是本发明一种抽水蓄能电站用岔管的结构示意图；

图2是本发明岔管中的月牙肋板尺寸图；

图3是图1中区域a放大图；

图4是图3中区域e的放大图；

图5为模拟试验验证中所使用的沿程分流示意图。

图中，1.主管，2.支管，3.月牙肋板，3-1.内缘,3-2.外缘，4.导流板,5.脊母线，6.岔管管壳相贯线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种包括有y形岔管，如图1-5所示，包括有y形岔管，y形岔管内设置有月牙肋板3及两个导流板4；y形岔管包括有主管1及分别与主管1连通的两个支管2，月牙肋板3设置在两个支管2内腔的联结界面处，月牙肋板3包括内缘3-1及外缘3-2，内缘3-1朝向主管1的入水方向，外缘3-2与两个支管2的内管壁交界线贴合连接，两个导流板4对称设置在月牙肋板3两侧，导流板4朝向水流的一侧面为抛物柱面，导流板4的一端与支管2内壁面贴合连接，导流板4的另一端与月牙肋板3的内缘3-1贴合连接。

创建第一空间直角坐标系，如图1、3所示。主管1的轴线与两个支管2的轴线交点o为坐标原点，z轴与导流板4脊母线5平行，指向支管2，x轴与z轴垂直，xoz面为月牙肋板3及导流板4的对称面，y轴与z轴、x轴正交，射出纸张面为正方向。(导流板脊母线5是岔管的主管轴线和支管轴线形成的平面与导流板曲面的交线)

导流板4在该第一空间直角坐标系下是一个母线平行于z轴，准线为抛物线的抛物柱面。

抛物柱面满足方程：

其中：θ为导流板4的脊母线5与月牙肋板3的夹角；

a为月牙肋板3与岔管管壳相贯线竖直投影长度减去月牙肋板3腰部断面宽度；

c为主管1的轴线(fo)与两个支管2的轴线(og、oh)的交点o与内缘3-1的弦与内缘3-1对称轴的交点o'之间的距离；

b为月牙肋板3高度的一半。

创建第二平面直角坐标系，如图2、4所示。月牙肋板3内缘3-1的弦与内缘3-1对称轴(o'x')的交点o'为坐标原点；

月牙肋板3的内缘3-1满足方程：

其中：a为月牙肋板3与岔管管壳相贯线竖直投影长度减去月牙肋板3腰部断面宽度；b为月牙肋板3高度的一半。

导流板4的板面上均匀分布有若干小孔。导流板4主要作用是改变岔管内水流流态，厚度小，所以板面上均匀分布直径为5mm的小孔，用来平衡导流板两侧水压力。

工作原理：本发明提供的导流板4将月牙肋板3与支管2交界处的尖锐区域封闭，一边贴合月牙肋板3的內缘3-1，一边贴合支管2内壁面。起分流作用时，水从中间分开，直接顺着导流板4面平顺过渡，流入支管2，减小涡旋回流区域，改善水流流态，从而减小水头损失。起汇流作用时，水由两个支管2向主管1汇集，导流板4将水从支管2平滑引入主管1，减弱水流撞击月牙肋板面形成冲击，避免水体内部形成回流。

模拟试验验证：

在catia中建立两个三维模型，一个是不加导流板的原岔管模型，一个是本发明的加导流板的岔管模型，模型比例均为1:1；模拟试验验证中所使用的沿程分流示意图如图5所示；

模型建好后导入ansys进行流体数值模拟，入水口流速选用4m/s、5m/s、6m/s，输出求解结果，得到入口流速、入口压强和出口流速、出口压强，利用伯努利方程求岔管处的水头损失，公式如下：

式中：z为位置高度，本模拟z1＝z2＝z3；

p为断面的平均压强；

v为断面的平均速度；

hw1-2为1-1断面和2-2断面的水头损失；

hw1-3为1-1断面和3-3断面的水头损失。

岔管水头损失计算结果如下表：

表1发电工况水头损失变化表

表2抽水工况水头损失变化表

从表1-2可以看出，加设导流板的岔管与传统岔管相比，其在抽水蓄能电站运行过程中能减少岔管部分的局部水头损失。

以某抽水蓄能电站为例，电站经济流速为5m/s，原体型无导流板，岔管段抽水工况的水头损失为63.6cm，发电工况水头损失44.3cm，设计年发电销售收入151767万元；若采用本发明的岔管，岔管在抽水工况时能够减小29.62％的水头损失，发电工况时减小12.43％的水头损失，该电站初期只需要投入40万元用来加设导流板，每年的发电销售收入就可以增加153万元，经济效益明显提高。

本发明的优点：加设导流板的岔管与传统岔管相比，其在抽水蓄能电站运行过程中不仅能减少岔管部分的局部水头损失，增加抽水蓄能电站的经济效益，而且能降低月牙肋板受到的水压力，保护肋板免受冲刷，延长抽水蓄能电站中岔管的使用寿命。只需在月牙肋板两边加设导流板，就能减少水头损失，制作工艺简单方便，在抽水蓄能电站项目建设过程中具有广泛的推广与实用价值。