粤东某工程循环水泵房流道物理模拟研究分析

水利水电工程设计DWRHE .2013年 第32卷第3期粤东某工程循环水泵房流道物理模拟研究分析袁淮中吕会娇郑慧洋禹胜颖摘要通过模型试验研究了粤东某工程在不同潮位、不同泵组运行等组合工况下的泵流道内部水力特性。流道和循环泵吸水管内水流平稳，水面无大波动，循环系在各工况下运行，泵的性能指标不会受到影响;不同潮位、不同工况组合下吸水泵开、停时水面波动较小，泵吸水口淹没度满足水泵正常运转要求，并有一定的安全余幅，不影响泵室的安全运行。研究结果可作为工程设计的依据。关键词水泵流道物理模拟研究分析中图分类号TV131.6 文献标识码 A文章编号 1007- -6980(2013)03 -022-03同工况下过滤网水流尽可能对称和渐变，在泵室1工程概况内不形成影响水泵正常运行的水面竖向进气漩涡粵东某工程的功能是接卸液化天然气，卸送和水下淹没漩涡，模型按照重力相似准则设计，至其储罐储存，再通过海水加热进行气化，气化反映黏性力影响的雷诺数大于某个临界值。后的天然气经天然气输气管线外送至用户。一期(1)模型按流体重力相似准则设计,要求模工程建设规模为200万/a;二期工程建设后预计型与原型:佛汝德数相等。规模将达到500万Ua。该工程一、二期及远期工(F)=|-=)=1程海水泵规划共安装水泵8台(含2台消防泵)、进水流道4组(每3台水泵2组进水流道)。海水取(2)要求反映水流黏性力影响的吸水管雷诺水口工程一期工程使用流道2组，安装海水泵3数、吸水管径向雷诺数和泵室内行进水流雷诺数台。每台海水泵设计取水流量为6800 m/h，最大大于某个临界值，以消除模型缩尺对水流漩涡相供水流量时的运行方式为二用一-备(其他运行工况随似性的影响。供气量、海水温度情况变化),消防泵火灾状态下使Rs='d.，R=l, R,=4s用，流量为2200 m/h。建筑物的工艺流程为:取水暗管-→进水间检修闸门→拦污栅-→旋转滤网→式中: u--吸水管内平均流速;缓冲池-+海水泵-→接收站海水加热系统。d---吸水管直径;吸水管流量;2试验目的及内容_吸水管人口处淹没深度;由于海水泵正常运行的进水流量变幅很大，u。-- -水泵室内行进流速;进水流态复杂，通过模型试验，研究在不同潮位、泵室水深;不同泵组运行等组合工况下的泵流道内部水力特g--重力加速度;性，重点模拟研究泵吸水室漩涡以及泵吸水口进v一-水体 运动黏滞系数。流流态等情况，以确定在设计工况下泵吸水口淹(3)要求反映水体表面张力影响的韦伯数Wb没度是否满足水泵正常运转要求;预测取水口工大于某个临界值，以消除模型缩尺对水面漩涡进程进水流道的流态情况，提出改善进水流道的流气相似性的影响。态(防止漩涡)的措施，以达到确保取水口工程海w_=u's水泵长期安全、经济运行。式中:ρ--水休密府中国煤化工3模型设计当模型YHCNMH G韦泊数w.>3.1设计依据根据试验目的与要求，试验着重研究解决不0.6x103时，模型缩尺对水面漩涡及进气量相似性袁准中等。粤东某工程循环水泵房流道物理模拟研究分析●23.的影响可忽略不计。限2循泵房开、停泵试验组次表当模型泵室行进水流雷诺数R,>3.0x10*时,组次编号朝位/m单泵流量/m'.s-)运行组合模型缩尺不会影响水下淹没漩涡的相似性。A-Y5G53.061.89同时关闭5台A-Y0K5同时开启5台当模型吸水管雷诺数R>1.0x105时，模型吸.水管进口水头损失将同原体相似。B-Y2K3.132台运行开3台C-Y2K32台运行开3台.3.2模型比尺及相似性C-Y0K5-0.171.8采用正态模型，模型比尺L,=10，用有机玻璃5试验成果及 分析制作，以便于观测水流流态。按照流体重力相似准则，流速比尺: v,=VL, =3.16;时间比尺: t,=根据试验要求，对循泵房流道及循泵房开停L/v,=3.16;流量比尺: Qz=x,xL,xL,=316.23。泵等试验工况进行了试验，得出了流道及吸水室3.3模型布置与制作流速、吸水管喇叭口相对压强水头及开停泵时的模型由进水前池、进水闸室、拦污栅、滤网吸水室内水位变化等试验成果。室、泵室、水泵、矩形量水堰和蝶阀组成。模型5.1流道及 吸水室流速用离心泵进行抽水和供水，出水用管道与模型前经实测，旋转滤网内外、进水闸室胸墙前后.池相连，组成-一个闭路循环，整体模型布置如图1及吸水室内流速均较小，最大流速发生在低潮位所示。时过滤网后的胸墙位置，最大值为0.52 m/s。吸水室内流速小、流态稳定，水面无大波动。分析得出，不同潮位、不同工况组合下各布置测点处流速较小，同一垂线上流速沿深度方向分布梯度变。包的化较均匀，底部流速相对较大，由下向上流速变小。图2给出了高潮位时5台泵同时运行时的各着一包的哪竹布置测点流速。。0.35 t◆滤网外霜肅: 0.30图1整体模型布置图21[-进水闸室0.104胸前后4试验工况0.05-●泵室胸墙后0.3 1.0 1.7 2.4 3.1 3.8 4.54.1 循泵房流道试验距底板距离/m根据提供的该工程运行组合，结合试验模拟图2高潮位时5台泵同时运行时的各布置测点流速图(工况: A-5(3.06 m))的特点，选择5个典型运行组合和3个典型潮位5.2吸水管喇叭口相对 压强水头进行试验。循泵房流道试验工况共13组次，具体试验中观察到，水泵吸水管内水流流态顺直工况见表1。且平稳，吸水室内未发现漩涡产生。图3给出了表1循泵房流道试验工况表高潮位下、5台泵组运行时的吸水管喇叭口喉颈处运行流量/流道相对压力分布曲线。从图上可以看出, 8个测点的泵数(m'.s")h=3.06m h=1.13m h=-0.17m1台工艺泵1-C-1压力分布基本均匀，各点的相对压力偏差不大。5.5[2台工艺泵21.89x2A-2B-2C-= 5.0一3台工艺泵31.89x3A-3B-3C-3水4.5-4台工艺泵41.89x4B-4年t5台工艺泵+ 5+1 1.89x5+0.61A-5B-5C-51台消防泵中国煤化工注: h为潮位。YHCNMHG2.54.2循泵房开停泵试验345678循泵房开、停泵试验组次见表2。團3高潮位5 台泵运行时的吸水管喇叭口喉颈处压力分布图水利水电工程设计DWRHE .2013年 第32卷第3期5.3水面线循环泵吸水管内水流流态顺直且平稳，吸水室内水流经过胸墙、拦污栅及旋转滤网后的水头无表面吸气漩涡和水下漩涡产生，可知循环泵在损失较小，在0.02~0.06 m之间，其中过滤网的水各工况下运行，泵的性能指标不会受到影响。头损失较小，均在0.01-~0.02 m之间。可见流道沿(2)吸水室内流速小、流态稳定，水面无大.程水头损失较小，水面比较平稳，未见大的波动。波动。不同潮位、不同工况组合下各布置测点处流5.4 吸水室进气漩涡的校核试验速较小，同一垂线上流速沿深度方向分布梯度变化鉴于目前国内外还没有关于漩涡模拟试验的较均匀，底部流速相对较大。旋转滤网内外、胸墙统一标准，综合目前国内及美国、德国和日本等前后及吸水室内流速均较小，最大流速发生在低潮研究单位有关水泵流道的试验研究成果和实际工位时滤网后的前池胸墙位置,最大值为0.52 m/s。程运行状况，本项模型试验按流体重力相似准则(3) 不同潮位、各种工况的不同组合下的试设计，要求韦伯数和各特征雷诺数大于临界值,验研究表明，流道沿程水头损失较小，流道内水并用加大的流速比尺校核缩尺对水流漩涡的产生流平稳，水面无大波动。和存在状态的影响。(4)由于引水流量较小，不同潮位、不同工文献(认为，当进行水面漩涡试验时，其流速况组合下吸水泵开、停时水面波动较小，水位变比尺v,=L;,则流量比尺Q=158.49,相当于按重力化不剧烈。启动泵时，水面先降低，然后上升，相似准则要求的2.0倍。按此流量要求，对单泵流有一个微弱的波动过程，未形成大的波动，水面量1.89m/s,在满足吸水管最小淹没度要求的前降低高度小，可满足吸水泵最小淹没深度，并有提下，对吸水室水面漩涡进行了校核试验。试验-定的安全余幅;停泵时，水面缓馒均匀上升，中观察到在吸水室水面有间歇性初生凹涡生成，上升的高度不大，并很快趋于平稳，不影响泵室未见有下洩漩涡、断续进气、连续进气漩涡等有的安全运行。害漩涡存在，同时也未见水下淹没漩涡的存在。(5)建议加强对拦污栅和旋转滤网处的积污5.5水泵开、 停时的水位变化情况的监测，以防止堵塞较大时，水头损失超过由于引水流量较小，水泵开、停时水面波动设计标准和产生不对称水流，对泵的经济、安全较小，水位变化不剧烈。启动泵时，水面先降低,运行造成不利影响。然后上升，有一个微弱的波动过程，未形成大的参考文献波动;停泵时，水面缓慢均匀上升，很快趋于平[4]吕迎霄，李珊，袁淮中,粤东LNG接收站工程循环水泵房流道稳(见表3)。物理模型试验研究报告[R].天津:中交海岸工程水动力重点实验室，2012.表3不同潮位及运行组合下开、停泵时泵室水位变化值表[2]李瑞生.准格尔电厂二期扩建工程循环水流道物理模型试验研究组次编号潮位/m单泵流量/运行组合水位变化/m[R],北京:中国水利水电科学研究院，2000.(m'.g1)[3]赵顺安广东大唐潮州三百门电厂-期工程循环水泵进水流道水力A-Y5C53.061.89同时关闭5台.+0.53性能试验研究报告[R].北京:中国水利水电科学研究院, 2004.A-YOK5 3.06同时开启5台-0.57[4] Model Test Resul on Pump Intake for HIPDC FUZHOU POWERB-Y2K31.132台运行开3台-0.3PLANT,Mitsubishi Heavy Industres,LTD.TAKASAGO TechnicaC-Y2K3 -0.171.89 2 台运行开3台-0.43 .Institute, Japan,1986.C-Y0K5 -0.17同时开启5台.-0.75作者简介由表3可以看出，水位壅高不利工况为高潮袁淮中男助理工程师中水北方勘测设计研究有限责位5台泵突停，最大壅高0.53 m，不影响泵室的任公司 天津300222安全运行;水位降低不利工况为低潮位同时开启5吕会娇女助理工程师 中水北方勘测设计研究有限责台泵，最大降低0.75m,可满足吸水泵最小淹没郑慧洋男工程师中水北方勘测设计研究有限责任公任公司天津300222深度,并有一定的安全余幅。6结语禹胜颖女中国煤化工究有限责任公TYHCNMH G(1)吸水管喇叭口喉颈处压力分布基本均匀,(收稿日期2013-06-17)各点的相对压力偏差不大，吸水管来流对称均匀，