在抽水蓄能電站設計中,大多數要遇到高水頭、大直徑、深埋藏承受抽水和發電雙向水流、一管多機供水的分岔結構。目前常用的分岔結構型式,如“Y”形、“卜”形、球形分岔結構,只有在單向過流時流態較好,不能保證抽水和發電雙向過流時均有較好的流態;同時,由于結構深埋藏,承受較高的外水壓力,常規的“Y”形、“卜”形等這種缺省結構,抗外壓能力均較差,需要采取較多的工程措施來保證結構的抗外壓穩定。此外,在承受高水頭的鋼岔管的設計中,常用的分岔結構型式,由于結構缺省,受力條件差,往往需要很厚的鋼板,給這種岔管的制作、安裝帶來了很大的困難。因此找到一種結構受力條件好的結構型式,是解決這類問題的一個有效途徑。
隔壁式岔管是從球岔演變而來的,它將一個圓形主管根據支管的多少和過流量的大小用隔壁分割為若干扇形管,再將扇形管漸變為圓形支管。一般隔壁式岔管由漸擴管、隔壁管、變形管三部分組成(見圖依托工程隔壁式岔管形體圖)。據定性分析,這種型式的岔管分岔靈活;結構對稱,無缺省,承受內、外水壓力能力強;水流流線接近平行,雙向過流條件好。在原能源部科學技術司和中電聯科技工作部“電力科學發展基金”的資助下,華東勘測設計研究院和河海大學對這種結構型式進行了深入的研究。研究成果表明,隔壁式岔管將一個圓形主管根據支管多少和過流量大小,用隔壁分割為若干扇形支管,再漸變為圓形支管,布置緊湊,分岔靈活。
隔壁式岔管主、支管流向一致,雙向水流時流態平順,抽水和發電工況的水頭損失系數相近。在三管同時發電和抽水工況下,因流線平順、水流碰撞少,綜合水頭損失系數低于同規模的“Y”形岔管;二管運行時綜合水頭損失系數比“Y”形岔管相近;一管運行時,由于流線的變化劇烈,水頭損失系數比“Y”形岔管大,但由于此時岔管內流速較小,造成的能量損失也相對較小。因此,隔壁式岔管總的水流條件還是比較好的。
結構計算分析表明,對高水頭埋藏式岔管,內水壓力主要靠圍巖承擔,內部襯砌的體型對結構的受力影響不大,外水壓力往往是設計的控制情況。隔壁式岔管因結構對稱、完整、外形無缺省,內部又有隔壁支撐,抗外壓能力遠遠大于普通“Y”形和“卜”形分岔型式。
鋼筋混凝土隔壁式岔管在布置、結構和水力學方面較普通“Y”形和“卜”形岔管具有一定的優勢,水力學試驗表明,若這種結構在依托工程中應用,每個岔管每年可少耗電23萬kW.h,經濟效益明顯,具有應用前景。(考試大編輯整理)