[發明專利]一種調整水流均勻的隧洞平面轉彎結構

在審

• 申請號: 202211128194.4
• 申請日: 2022-09-16
• 公開（公告）號: CN115305885A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 高學平;劉帥;劉殷竹;朱洪濤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E02B9/02
• 分類號: E02B9/02;E02B9/04;E02B8/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種調整水流均勻的隧洞平面轉彎結構，用于側式進/出水口，該結構包括轉彎前直隧洞段、平面轉彎段、轉彎后直隧洞長度段，其中：平面轉彎段的轉彎角度保持不變，轉彎半徑增加至30倍輸水隧洞洞徑，轉彎后直隧洞長度減小至大于10倍輸水隧洞洞徑。與現有技術相比，本發明可有效調整隧洞平面轉彎水流均勻，改善出流工況下水流進入進/出水口時的偏流現象，使進/出水口各孔口流量分配滿足設計要求；解決了當輸水隧洞平面轉彎段距進/出水口較近時所帶來的水力學問題，突破已有工程經驗，可在輸水隧洞存在平面轉彎段的實際工程中得到推廣和應用。

技術領域

本發明屬于水利工程應用技術領域，特別是涉及一種調整隧洞平面轉彎水流均勻的設計方法。

背景技術

抽水蓄能電站憑借其調峰填谷、調頻調相、儲能、系統備用以及黑啟動等多種功能成為現代電力系統中有效的調節工具。進/出水口作為抽水蓄能電站水道系統的重要組成部分，布置形式分為豎井式和側式，側式進/出水口在工程中應用較多。抽水蓄能電站設計規范《NB/T 10072-2018》指出靠近進/出水口的壓力隧洞宜避免彎道，或將彎道布置在離進/出水口較遠處，以減少壓力隧洞彎道水流對進/出水口出流帶來的不利影響。然而受地形地質等條件的限制，實際工程中輸水隧洞平面上轉彎布置情況不可避免。當輸水隧洞的平面轉彎段距進/出水口較近時，將會直接影響出流工況進/出水口的水力特性。因此，對輸水隧洞平面轉彎水流進行調整具有重要意義。

當輸水隧洞的平面轉彎段距進/出水口較近時，國內部分學者提出了調整平面轉彎水流所需的直隧洞長度。例如，1)當進/出水口附近輸水隧洞存在平面轉彎段，一般要求轉彎后直隧洞長度為30～40倍洞徑。2)通過物理模型試驗發現進/出水口與平面轉彎段間的直隧洞長度至少大于40倍洞徑時進/出水口水力特性才能滿足規范設計要求。但是實際工程受到工程平面布置的限制，平面轉彎后直隧洞長度往往不能增加，如果直接增加直隧洞長度會改變轉彎前后隧洞的平面布置，加大引水隧洞段工程的施工量，增加施工成本。因此，應深入探究輸水隧洞平面轉彎的轉彎角度、轉彎半徑、轉彎后直隧洞長度對轉彎段內流動影響，提出較優的轉彎角度、轉彎半徑和轉彎后直隧洞長度組合，進而調整轉彎段后的水流。

發明內容

本發明提出一種調整隧洞平面轉彎水流均勻的設計方法，在不改變轉彎前后隧洞平面布置的前提下，增大輸水隧洞平面轉彎段的轉彎半徑，從而調整轉彎段后的水流，改善水流進入進/出水口時的偏流現象。

本發明利用以下技術方案實現：

一種調整水流均勻的隧洞平面轉彎結構，用于側式進/出水口，該結構包括轉彎前直隧洞段、平面轉彎段、轉彎后直隧洞長度段，其中：平面轉彎段的轉彎角度保持不變，轉彎半徑增加至30倍于輸水隧洞洞徑，轉彎后直隧洞長度減小至10倍于輸水隧洞洞徑以上。

與現有技術相比，本發明能夠達成以下有益技術效果：

1)可有效調整隧洞平面轉彎水流均勻，改善出流工況下水流進入進/出水口時的偏流現象，使進/出水口各孔口流量分配滿足設計要求；

2)解決了當輸水隧洞平面轉彎段距進/出水口較近時所帶來的水力學問題，突破已有工程經驗，可在輸水隧洞存在平面轉彎段的實際工程中得到推廣和應用。

附圖說明

圖1為側式進/出水口設計體型及布置平面示意圖；

圖2為優化后的側式進/出水口設計體型及布置平面示意圖；

附圖標記：

1、轉彎前直隧洞段，2、為平面轉彎段，3、轉彎角度，4、為轉彎半徑；5、轉彎后直隧洞，6、側式進/出水口，7、出流工況水流方向，81、82、83、84、孔口；

1′、優化的轉彎前直隧洞段，2′、優化的平面轉彎段，3′、優化的轉彎角度，4′、為優化的轉彎半徑；5′、優化的轉彎后直隧洞，6、側式進/出水口，7、出流工況水流方向。

具體實施方式