1、防城港電廠循環(huán)水泵流道模型試驗(yàn)及水力優(yōu)化設(shè)計(jì)論文導(dǎo)讀：每臺(tái)機(jī)組配兩臺(tái)循環(huán)水泵。為保證循環(huán)水泵流道具有良好的進(jìn)水流態(tài)。原方案流態(tài)與流速分布。本工程通過物理模型試驗(yàn)方法。流態(tài)，防城港電廠循環(huán)水泵流道模型試驗(yàn)及水力優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵，流道，流態(tài)，模型試驗(yàn)，水力優(yōu)化設(shè)計(jì)1工程概況廣西防城港電廠規(guī)劃裝機(jī)容量4600MW，一期工程裝機(jī)容量2600MW，采用擴(kuò)大單元制直流供水系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組配兩臺(tái)循環(huán)水泵，4臺(tái)機(jī)組共用一座循環(huán)水泵房，泵房中采用側(cè)面進(jìn)水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)（網(wǎng)外進(jìn)水網(wǎng)內(nèi)出水）。相關(guān)研究成果表明，循環(huán)水泵房進(jìn)水流道的水力性能設(shè)計(jì)對(duì)循環(huán)水泵的性能和可靠性有很大影響，吸水喇叭口進(jìn)水?dāng)嗝嫠骶鶆蚴茄h(huán)水泵

2、穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件1。論文大全，流態(tài)。如果流道設(shè)計(jì)不合理，容易發(fā)生水面渦流或水中渦帶，以致水泵發(fā)生振動(dòng)和汽蝕，造成性能下降，甚至無法運(yùn)行2。同時(shí)，合理的設(shè)計(jì)方案對(duì)降低循環(huán)水泵房的土建費(fèi)用也有重要作用。為保證循環(huán)水泵流道具有良好的進(jìn)水流態(tài)，使循環(huán)水泵具有穩(wěn)定的運(yùn)行條件，本工程通過物理模型試驗(yàn)方法，對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)水流道進(jìn)行了水力性能試驗(yàn)研究3，預(yù)測(cè)旋渦的發(fā)生和防渦措施，并提出有利于循環(huán)水泵安全運(yùn)行并能節(jié)省投資的優(yōu)化方案。2物理模型設(shè)計(jì)循環(huán)水泵房流道模型設(shè)計(jì)為比尺1：10（）的正態(tài)模型。論文大全，流態(tài)。循環(huán)水泵流道試驗(yàn)?zāi)Ｐ头秶ú糠忠疁霞氨梅壳俺?、循環(huán)水泵房兩流道、循環(huán)水泵出水管道三部分，其中循環(huán)

3、水泵房前池及兩流道按實(shí)際模擬，循環(huán)水泵出水管道進(jìn)行簡化模擬。初步設(shè)計(jì)方案可見圖1。圖1 優(yōu)化方案流道平面布置圖綜合國內(nèi)外文獻(xiàn)，本試驗(yàn)主要考慮水流相似中的重力相似（佛汝德數(shù)相似）和阻力相似，即：另外，為保證模型中渦流的相似，采用增大模型佛汝德數(shù)的方法進(jìn)行觀測(cè)，參考日本TSJ渦輪機(jī)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（2005年版）的規(guī)定，表面渦流相似條件為：在本試驗(yàn)中，考慮到模型比尺為較小，采用該相似條件，模型流量已許大到2倍，這與一般水工模型試驗(yàn)中通常采用的增大流量1.53倍（即1.53倍的佛汝德數(shù)流速）一致，可以保證渦流模擬有一定的安全裕度。3試驗(yàn)結(jié)果及分析在97%設(shè)計(jì)低潮位下，兩機(jī)三泵運(yùn)行工況的總流量最大、水深小、較

4、大、水流相對(duì)較難調(diào)整，本文即選取該工況作為原設(shè)計(jì)方案與優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的比選工況。論文大全，流態(tài)。3.1原方案流態(tài)與流速分布試驗(yàn)顯示：由引入溝進(jìn)入泵房前池的水流在前池?cái)U(kuò)散段雖未形成明顯的回流，但由于未能充分?jǐn)U散，循環(huán)水泵房內(nèi)的流速分布形態(tài)較差，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后水流發(fā)生強(qiáng)烈偏置，造成吸水室內(nèi)形成大范圍的回流和管外環(huán)流。論文大全，流態(tài)。論文大全，流態(tài)。水泵吸水喇叭口附近懸空高度處流速分布非常不均勻，橫向流速梯度較大，在吸水喇叭口周圍產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)，低水位時(shí)吸水室后墻處發(fā)生間斷性吸氣表面渦。吸水喇叭口前緣八點(diǎn)的流速可見表1，分析可知，吸水口周邊八點(diǎn)的流速偏差可達(dá)28%，并且各測(cè)點(diǎn)流速的波動(dòng)也較大，水流非常不穩(wěn)

5、定。表1（原方案）喇叭口前緣八點(diǎn)流速 測(cè)點(diǎn)編號(hào) 流速（m/s） 偏差（%） 1 0.79 -18 2 1.08 13 3 0.68 -28 4 1.01 5 5 1.00 5 6 1.20 26 7 0.75 -22 8 1.14 19 平均 0.96 總之，在該方案下，吸水室內(nèi)水流的穩(wěn)定性和均勻性均較差，不能滿足循環(huán)水泵的穩(wěn)定運(yùn)行要求。 3.2優(yōu)化方案流態(tài)與流速分布根據(jù)初步試驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的不足，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，并經(jīng)歷了不斷地整合優(yōu)化，最終形成以下的設(shè)計(jì)方案：一是在前池?cái)U(kuò)散段設(shè)置消能橫梁，橫梁高1.40m，寬0.5m，頂部安裝高程-6.50m，可以起到較好的消能作

6、用，盡量使引水溝來水在進(jìn)入循環(huán)水泵房前池前均勻擴(kuò)散；二是在距水泵中心線上游2.0D處（D為喇叭口直徑，下同）設(shè)置一道淹沒胸墻，胸墻開孔高程-4.00m，以阻斷吸水室內(nèi)的表面回流通道，降低表面渦發(fā)生的機(jī)會(huì)。優(yōu)化方案的平面布置可見圖2。圖2 優(yōu)化方案流道平面布置圖優(yōu)化方案的試驗(yàn)顯示：流道進(jìn)口流速分布基本對(duì)稱，濾網(wǎng)前內(nèi)外側(cè)進(jìn)口垂向流速分布基本接近，網(wǎng)后水流也基本對(duì)稱，吸水室內(nèi)水面平穩(wěn)，水位波動(dòng)較小，沒有出現(xiàn)明顯的回流和管外環(huán)流，也未發(fā)現(xiàn)大于二級(jí)的表面渦和水內(nèi)渦。從示蹤絲線來看，無論是喇叭口周邊八點(diǎn)還是葉輪室進(jìn)口附近，絲線擺動(dòng)幅度均不大于10o，雙泵運(yùn)行時(shí)，兩流道內(nèi)絲線擺動(dòng)基本對(duì)稱且時(shí)間上也基本是同步

7、的。吸水喇叭口前緣八點(diǎn)的流速可見表2，最大流速偏差-12%，遠(yuǎn)小于原方案的偏差（-28%）。表2（優(yōu)化方案）喇叭口前緣八點(diǎn)流速 測(cè)點(diǎn)編號(hào) 流速（m/s） 偏差（%） 1 0.98 -3 2 0.95 -6 3 0.90 -11 4 0.90 -12 5 0.89 -11 6 1.05 4 7 1.11 10 8 1.12 11 平均 0.99 選取吸水喇叭口上游距喇叭口中心線1.0D、2.0D斷面的流速分布作為比較，兩斷面不同高度測(cè)點(diǎn)的流速分布比較可見圖3、圖4，由圖可以看出，原方案中兩斷面的流速分布比較雜亂，且偏差較大，而優(yōu)化方案的流速分布更為均勻和穩(wěn)定。兩斷面喇叭口懸空高度處的流速比較可見

8、表3、表4，可以看出，原方案的流速分布偏差較大，最大可達(dá)61%（1.0D斷面，5號(hào)點(diǎn)），而優(yōu)化方案的流速分布橫向偏差很小，最大偏差14%（2.0D斷面，5號(hào)點(diǎn)），此時(shí)流速的絕對(duì)偏差僅為0.04m/s。 對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行其他工況的試驗(yàn)表明，循環(huán)水泵房進(jìn)水流道吸水室內(nèi)水流基本均勻，吸水喇叭口附近流速分布橫向偏差較小，喇叭口前緣徑向流速分布偏差小于17%，喇叭口喉部軸向流速偏差小于5%，喉部水流預(yù)旋強(qiáng)度基本滿足小于3o的要求。可以確定，循環(huán)水泵房進(jìn)水流道優(yōu)化方案布置可以滿足循環(huán)水泵的運(yùn)行要求。圖3 1.0D斷面垂向各測(cè)點(diǎn)流速比較圖4 2.0D斷面垂向各測(cè)點(diǎn)流速比較表31.0D斷面喇叭口懸空高度處流速比

9、較 方案 原方案 優(yōu)化方案 測(cè)點(diǎn)編號(hào) 流速（m/s） 偏差（%） 流速（m/s） 偏差（%） 1 0.16 -56 0.4 5 2 0.16 -56 0.4 5 3 0.35 -5 0.33 -13 4 0.57 56 0.37 -3 5 0.59 61 0.39 3 平均 0.37 0.38 表4 2.0D斷面喇叭口懸空高度處流速比較 方案 原方案 優(yōu)化方案 測(cè)點(diǎn)編號(hào) 流速（m/s） 偏差（%） 流速（m/s） 偏差（%） 1 0.16 -44 0.32 10 2 0.3 6 0.26 -10 3 0.27 -4 0.25 -14 4 0.39 36 0.3 3 5 0.3 7 0.33 1

10、4 平均 0.28 0.29 3.3經(jīng)濟(jì)性分析 根據(jù)循環(huán)水泵房進(jìn)水流道的設(shè)計(jì)規(guī)范4，對(duì)網(wǎng)外進(jìn)水網(wǎng)內(nèi)出水，側(cè)向布置的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，若不采取合適的整流措施，清污設(shè)備至吸水池后墻的距離宜采用9倍喇叭口直徑，使流道中水流有一個(gè)穩(wěn)定過程。論文大全，流態(tài)。這樣，本工程前池的長度應(yīng)比優(yōu)化方案長5.75m。經(jīng)計(jì)算，非整流方案的前池及泵房需多用混凝土3000 m3，土方開挖多10000m3，土建工程投資約多500萬元（不包括占地費(fèi)用）。4主要結(jié)論（1）通過循環(huán)水泵房流道物理模型試驗(yàn)，對(duì)引水溝來水的擴(kuò)散消能、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)及吸水室的水流流態(tài)、吸水喇叭口進(jìn)水?dāng)嗝娴牧魉俜植嫉冗M(jìn)行了試驗(yàn)研究與分析，并最終形成形成了優(yōu)化方案。（2）優(yōu)化方案不僅可有效解決原設(shè)計(jì)方案的不足，有利于循環(huán)水泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并且可以節(jié)省循環(huán)水泵房的土建投資約500萬元。（3）該電廠一期工程兩臺(tái)機(jī)組已于2007年全部投產(chǎn)，截止目前運(yùn)行良好。2009年，該地區(qū)發(fā)生風(fēng)暴潮，最大波高達(dá)3.40m，循環(huán)水泵房前池波高不到0.20m，吸水室內(nèi)水流的穩(wěn)定性較好，能夠滿足循環(huán)水泵的運(yùn)行要求。參考文獻(xiàn)：