2 通道布置的影响

为了各通道流量分配均匀、合理，文献[6]认为，进出水口若为四孔布置,则中间两孔与两侧边孔的最小宽度之比为 0.22:0.28。在这种布置条件下，试验表明四个通道的流量分配一 般在 23%～27%之间;若为三孔布置,则中孔与两侧边孔的间隔最好为 0.3:0.35。

3 弯道的影响

为满足布置要求，抽水蓄能电站管道设计时往往会设计弯道。弯道的设置又分为平面弯道和立面弯道两种。当管道内有弯道时，弯道后面的水流，由于靠近弯道外侧流速快、内侧 慢，导致弯道内外侧的压力差、离心力差等情况，从而发生两种副流而变为复杂水流。

平面弯道的设置如距离出水口较近，则可导致出水口各通道的出流出现偏流，直接引起出水口各通道流速和流量分配不均匀，增加出水口水头损失，带来电厂效益的下降。一般要 求连接进出水口的隧洞应有 30～40D 的直段，但根据惠州抽水蓄能电站的经验，出水口与 平面弯道间的直洞段距离 L 至少 L>40D 才能满足出水口的水力学设计要求。

立面弯道的设置距出水口较近则会出现出水口顶部为高流速区分布的情况。天荒坪抽水 蓄能电站下库出水口前设置了立面弯道，它距出水口距离 L<4D，试验中就出现了主流集中 在通道上部的情况。惠州抽水蓄能电站上库在距离出水口 L≈13D 的位置设置了两个对称的立面弯道，模型试验中没有出现出水口顶部流速过大的情况，流速分布比较均匀，究其原因， 主要是设置了两个对称的立面弯道，从而大部分消除了一个弯道给水流带来的偏流影响。

2.2入流漩涡问题

进/出水口的漩涡有两种，即立轴漩涡和横轴旋涡。立轴漩涡更容易造成进气，因此有 压进水口要有足够的淹没深度。为防止入流漩涡，通常需要设置防涡梁[3]，用来遮断漩涡的流心，防止其发展。

漩涡形成的主要条件有：(1)进水口淹没深度;(2)入流流速(或入流佛汝德数);(3)进水 口前缘行近流态(环流);(4)进水口体型和周边几何形状。以上因素彼此影响，使入流漩涡问 题更复杂化。戈登认为不出现吸气漩涡的最小淹没水深 S ，与引水道孔口高度 d ，以及闸 门处流速V 有关(见图 1)，即

式中 C 为与进水口几何形状有关的系数，进水口设计良好和水流对称时取 0.55;边界 复杂和侧向水流时取 0.73。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<0.23，则不易出现吸气漩涡。即

式中， g 为重力加速度; sm 为进口中心线以上的最小淹没深度。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 能电站的实际运行经验来看，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. 高压输水道设计的关键技术问题

抽水蓄能电站引水系统与常规水电站引水系统相比,具有下列特点：①工况转换多,包括 正常发电、不同机组甩负荷、正常抽水、水泵断电导叶拒动等以及运行状态可能发生的组合工况;②起停频繁，一般每天抽水 5～7h，发电 4～6h，有时根据电网情况,一天抽水发电 2 个循环，担负事故备用，几分钟内就得完成起动投入;③抽水发电双向水流作用;④由于电 站水头高，埋藏深，输水系统结构受到内外水压力大。国外对高压输水道的设计有以下问题 值得重视和研究。

3.1 岔管型式的选择问题

抽水蓄能电站的岔管内水流运动是双向的，即有发电时水流正向流动和抽水时反向流 动，此外还存在单机、双机等多种形式的组合，使得岔管内的水流情况比较复杂。鉴于常规 水电站(正向水流)岔管的体型与水力特性研究较多，这些经验常直接用于双向水流岔管的体型设计。这样拟定的岔管在反向水流条件下是否适应需作进一步研究。

通常认为月牙肋钢岔管是较适合于双向水流条件的钢岔管之一。月牙肋钢岔管通常设计 成对称型(Y 型)，但受布置等因素限制，也可是非对称性(y)型的。一般而言，主、之锥相贯处(最大偏折处)的管壁应力比前者大得多，成为钢岔管结构强度的控制点。此外，在抽水蓄能电站岔管的设计中，岔管处的水头损失在整个输水系统的能量损失中举足轻重，研 究岔管的合理体型以降低水头损失对于抽水蓄能电站运行有重要意义。对于普遍采用的对称 布置岔管而言，分岔角对岔管水头损失系数的影响处于主导地位，岔管的损失系数随着岔角的增大而显著增加，国内外通常采用的经验为：从水力特性方面考虑，分岔角不宜过大，以 小于 80 度为宜。从结构特性分析，分岔角以大于 60 度为宜。此外，肋宽比对水头损失系数 的影响也不可忽略，从岔管个够特性分析，肋宽比一般在 0.2～0.5 范围内。具体的取值应根 据实际情况而定。此外，于以上两方面的考虑，在岔管设计完成后，还需进行物理模型试验进行较核验证。

3.2 压力管道水力特性问题

抽水蓄能电站管道直径的选择类似于常规电站的做法，根据经验公式初步估算管道直 径，拟定几个方案进行综合技术经济比较后选定。但是有一点是应该注意的，即抽水蓄能电 站管道内水的流速比常规电站要大，在相同的条件下，其管道直径可比常规电站小。日本、 欧美国家大型抽水蓄能电站压力管道内的最大流速，在通过最大发电流量时均超过 10m/s， 基本上是他们的一般做法。该流速比我国大型抽水蓄能电站压力钢管的设计最大流速高。流速高则水头损失大，对抽水蓄能电站来说，最终要用增加抽水水量即抽水电费来补偿。欧美 和日本的抽水电价相对便宜一些，在经济直径计算时往往选择较小的直径，宁可水头损失大一些。我国目前情况与他们不同，压力钢管内的流速一般只有 5～8m/s，通过相同流量时管 径要大一些。其实对某些输水管道不长、水头损失总量不大的工程，适当提高输水道内的最 大流速以减少基本建设的一次性投资，减小压力钢管的制作难度，可能是更好的方案。在抽 水蓄能电站设计中，应在这方面进行详细的分析论证工作。

压力钢管内水压力的确定应分别对所选厂商机组的特性曲线进行计算，并比较其结果后 而得出最终结论。各部位内水压力取值为输水系统沿线最大水锤压力乘以放大系数而确定。