[实用新型]一种有压输水管道弯道

说明书

本实用新型公开了一种有压输水管道弯道，其包括依次连接的上游顺直段、突扩段、下游顺直段，突扩段的外侧和内侧分别相对上游顺直段和下游顺直段的外侧和内侧向外扩展形成扩展区域，使上游顺直段出口处的管道断面面积小于突扩段进口处的管道断面面积，下游顺直段进口处的管道断面面积小于突扩段出口处的管道断面面积，且上游顺直段的出口端与突扩段的进口端突扩连接，突扩段的出口端与下游顺直段的进口端突缩连接。本实用新型能改善有压弯管内水流断面流速分布，削减抽水蓄能电站进/出水口扩散段水流偏流现象，满足相邻流道流量分配比和拦污栅断面过栅流速等设计指标要求。

技术领域

本实用新型涉及水力发电工程水力学范畴，特别是一种有压输水管道弯道。

背景技术

随着陆上风电、海上风电、太阳能电站等可再生能源的高速发展，以及核电站建设的稳步推进，抽水蓄能电站作为提高电力系统运行效率、保证核电站运行安全的重要措施，是电力系统中不可缺少的重要组成部分。抽水蓄能电站输水系统通常由上游进/出水口、有压输水管道、下游进/出水口三部分组成。由于受到工程地质条件、枢纽建筑物总体布置、施工条件及工程投资等方面的限制，输水管道通常需要利用弯道连接上下游输水管道(见图1)。

弯道水流运动特征与顺直水流有很大的差别，水质点除受重力作用之外，还受到离心力和惯性力的作用，水流具有向弯道凹岸(外侧)挤压的趋势，产生径向流动和垂向流动，并由此叠加形成次生螺旋流，弯道凹岸(外侧)流速显著高于弯道凸岸(内侧)流速，弯道断面流速分布不均匀，明显具有非均匀流动/偏流特性。尤其，当弯道紧邻电站进/出水口、非均匀流动进入/流出到进/出水口时，往往造成相邻流道流量分配比、拦污栅断面流速等设计指标不能满足规程规范的要求。通过对大量抽水蓄能电站进/出水口偏流现象的分析研究发现，弯道水流断面流速分布不均匀是造成偏流的一个重要原因。

目前，改善明渠弯道水流流态的方法，通常是在泄槽内设置特殊结构物，利用结构物的导控作用改变弯道水流流向及水面高程，主要结构物有：底板横向超高、底板导流墙/折流坎、分流墩及丁坝等，但，上述导控措施基本不具备改善弯道水流断面流速分布的功能，且都是针对某一特定工程，针对明渠弯道，不具有普适性，难以推广应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有抽水蓄能电站有压输水管道弯道水流断面流速分布不均，易在进/出水口扩散段出现水流偏流现象的不足，本实用新型提供一种能改善弯道水流断面流速分布，削减抽水蓄能电站进/出水口扩散段水流偏流现象，满足相邻流道流量分配比和拦污栅断面过栅流速等设计指标的抽水蓄能电站有压输水管道弯道。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种有压输水管道弯道，其包括依次连接的上游顺直段、突扩段、下游顺直段，突扩段的外侧和内侧分别相对上游顺直段和下游顺直段的外侧和内侧向外扩展形成扩展区域，使上游顺直段出口处的管道断面面积小于突扩段进口处的管道断面面积，下游顺直段进口处的管道断面面积小于突扩段出口处的管道断面面积，且上游顺直段的出口端与突扩段的进口端突扩连接，突扩段的出口端与下游顺直段的进口端突缩连接。

本实用新型利用输水管道弯道壁面突扩(突然扩大)和突缩(突然缩小)的方式打断了弯道外侧过流壁面的连续性，使之成为非连续曲面，扰乱了原有流场的连续性，从而促使水流在突扩段内侧(凸岸)具有压力减小的趋势，削弱水流向突扩段外侧(凹岸)挤压的趋势，使原有顺直弯道的径向流速、竖向流速均受到较大程度的抑制，次生螺旋流结构大幅减少。同时，由于突扩段扩展区域水流的剪切、卷吸、掺混作用增强，弯道外侧(凹岸)流速降低，断面流速分布均匀性显著改善。

优选地，所述突扩段的断面为椭圆曲线，且突扩段的外侧曲线与内侧曲线采用不同的椭圆曲线方程，外侧椭圆曲线的长半轴大于内侧椭圆曲线的长半轴，外侧椭圆曲线的短半轴等于内侧椭圆曲线的短半轴。

优选地，所述上游顺直段的直径与下游顺直段的直径相同。

优选地，所述突扩段的外侧曲线满足以下要求：