台州电厂循环水泵前池泥沙淤积模型试验研究

第22卷第2期水利水电科技进展2002年4月台州电厂循环水泵前池泥沙淤积模型试验研究胡明' 蔡付林1，章恒全1付坚钢2( 1.河海大学水利水电工程学院江苏南京210098 ;2.台州电厂浙江台州317000)摘要:针对台州电厂循环水泵前池各种可能的改造方案进行了模型试验根据模型试验的结果确定了工程量小可明显改善循环水泵工作条件的改造方案.试验结果表明根据椒江泥沙特点所确定的泥沙运动相似条件及所选择的模型沙是合理的所取得的试验成果对工程设计有-定的指导意义.关键词:电厂循环水泵前池泥沙淤积模型试验中图分类号:TV732. 1文献标识码A文章编号:1006 7647 2002 )2 0034-03台州电厂位于浙江省椒江市前所镇东侧南邻入原椒江,自1980年筹建以来,已分别完成了四期工程,度比尺为15的几何正态模型,即:λ=^原=15,模是浙江东部沿海的一个重要电力中心.但台州电厂型按重力相似准则设计.由长度比尺可推求其他参取水口受到自然条件限制采用明渠引水,由于进水数比尺流量比尺λ0=292=871.42流速比尺λ。=量不足、水质差致使一、二期工程循环水泵前池淤积少=3.87压力比尺λp = λ= 15水流时间比尺入,严重,低潮位时,水泵运行不正常效率低.鉴于此,=λY2=3.87.有必要对一、二期工程循环水泵前池进行改造,以改1.2泥沙运动相似条件 及模型沙选择善水流条件减少淤积增加进水量,保证循环水泵椒江河段泥沙以海域来沙为主流域来沙较少在各种条件下都能正常工作.悬沙浓度高平均含沙量在4~ 8kg/m3在取水口处为了寻求合理的前池改造方案,使其泥沙淤积的淤积主要由悬沙沉积所致.不影响循环水泵的正常工作,同时又尽可能地减少在用模型研究悬沙运动问题时为了使流道中改造工程量,试验中选择了四种可能的改造方案:泥沙的淤积相似模型沙的选择应使其符合沉降相①将一、二期工程前池与三期工程前池隔墙部分拆似条件其沉降速度比尺:除②将一、二期工程前池与三期工程前池隔墙全部λw=入。.(剑)=入。=3.87(1)拆除③在一、二期工程前池增开新的进水口④既式中:An为水深比尺;据此可得模型沙的中值粒径拆除一、二期工程前池与三期工程前池隔墙,同时又比尺:在一、二期工程前池增开新的进水口.试验分清水和浑水(泥沙淤积)试验两个阶段.λd=(2)通过清水试验观测以上各种可能的改造方案的水流流态量测前池内各主要部位的流速分布籍此分析式中λy_ y为模型沙浮容重比尺.进水流道及前池中可能的泥沙淤积情况,选择出较为了使模型与原型悬沙运动相似，还必须满足为合理的前池改造方案;对清水试验初步选定的改扬动相似,根据沙玉清1门的研究,当 泥沙粒径d≤造方案进行浑水(泥沙淤积)试验,以确定各进水流0.08 mm时其扬动流速小于起动流速,即床面泥沙道及前池中各部位的淤积情况,确定达到淤积平衡一旦被起动就浮于水中成为悬移质泥沙.为了满的时间和淤积量,以检验改造方案的合理性.足淤积量和淤积部位相似模型主要应满足沉降相似和水流挟沙能力相似.1模型设计中国煤化工量比尺相等即1.1模型律及模型 比尺YHCNMHGλr,^s =^s=(3)根据循环水泵前池的布置及尺寸,试验采用长λy,-r作者简介胡明( 1959- -)男江西南昌人副教授硕士主要从事水电站水力学研究.34.式中x;为挟沙量比尺;x,为含沙量比尺;\y为泥典型的水泵运行组合，对各种改造方案及改造前的沙容重比尺.前池流速场进行了量测.实测结果表明平均高潮位根据上述悬沙运动相似条件选择电木粉为模与保证率97%低潮位情况下，改造前的前池中的水型沙电木粉的沙粒容重为15 kN/m3淤积干容重为流流速差别较大对于下层水流而言最大流速值分5kN/m2 ,天然沙淤积干容重约为12kN/m'，天然沙别为0. 52 m/s和1. 49 m/s.而不同的水泵运行组合容重约为26.5kN/m'故干容重比尺λy。=2.4.对前池中的流速分布只会造成局部影响，对整体影由1993年12月实测水文资料悬沙中值粒径响不是很大.这也说明不同的水泵运行组合对前池多在0.01~0.02mm内取水口附近淤积物中值粒中泥沙的淤积分布会造成-定的影响,，但对总的淤径约为0.02mm,泥沙颗粒中较细部分沉降速度积量的影响不会太大.小在取水明渠内不易沉积下来在达到淤积平衡状比较各改造方案的流场,虽然不同程度上对现态时取水口内的淤积主要由较粗颗粒泥沙组成.有的淤积情况都有所改善,但有些方案还会造成新由原型沙的级配曲线确定选用原型沙的中值粒的淤积或因工程量大影响发电等，综合比较将一、二径ds为0.02mm,由式(2)所给的悬沙粒径比尺入期前池与三期前池隔墙部分拆除,即将与前池底宽=1.08.于是可得模型沙的中值粒径为0. 0185 mm,相同的隔墙从上到下拆除,保留前池边坡上的部分其他相应的挟沙能力比尺和冲淤时间比尺分别为隔墙.从工程施工角度看此方案的改造工程量最小.图1分别为平均高潮位时前池上层水流的流λ3 = λ,=一° = 0.54 λ，不= 17.23速分布矢量图.隔墙部分拆除后的流场与原流场相考虑到在高潮位时淤积的泥沙在低潮位时有可比并无明显的变化.对于底层的水流而言在1号能被冲起故所选的模型沙应满足起动相似,即起动和9号循环水泵流道前隔墙附近区域原方案中的流速较低淤积严重,但在部分拆除隔墙以后,该区流速比尺应等于流速比尺2。=λ。=3.87.原型沙和模型沙(电木粉)的起动流速均采用窦域的流速明显加大在保证率97%低潮位情况下,由原来的0.076m/s提高到0. 29m/s.对于改善三期国仁公式2]计算:前池在1号和2号泵前的淤积以及1号和2号泵在.所=0.2651n(1.1号)(二"Igd+低潮位时的抢水现象有明显的作用./20.196+ ghe). (4)进水门1.0 m/s进水门、期工我前池式中i为起动流速xcm/s;h为水深cm;o为床面泥沙颗粒的粗糙高度cm ie为粘结力参数.cm/32 ,原型沙εh =2.56cm'/z2电木粉εx=0.2em2/2 ;δ 为薄膜水厚度,cmδ=0.21x10-4cm;d为泥沙的粒6号5号4号3号2号1994 X号 7号径mm.(a)改造前式4)计算的天然沙和模型沙的起动流速见1.0 mVs表1起动流速比尺与模型律所要求的流速比尺基湖工程前池三期工程前池本-致.表1起动流速计算 值天然沙模型沙h/cmy(cm 5川)n(cm :1)6号5号4母3号2号1号9号8号 7号6.12119.0040.825. 35()改造后7.27129.9048.527.7111.27 .163.2075.134.9613.74181.4091.638. 97图1循环水泵前池水流流速分布矢量图2试验成果及分析中国煤化工前池相连通这样造成两条YCNMHG-、二期明渠的流量2.1改造方案的确定相对减小而三期明渠的进水量则增加它一部分仍在试验中分别在平均高潮位( v4. 27 m )和保证用于供应8号和9号泵另一部分则用于补充1号率97%低潮位(V-0.88m情况下选择了两种较为和2号泵的取水量,可解决1号和2号泵同时运行时的水量不足问题.程前池部分连通的改造方案对改善原前池中主要淤2.2泥沙淤积积部位的淤积有明显的作用.为了验证模型设计及模型沙的相似比尺是否选参考文献:择得当通过对改造方案前的模型进行了实际放水验证其淤积平衡时间和淤积部位与台州电厂1999[1]沙玉清.泥沙运动学引论[ M]北京:中国工业出版社,年10月前池淤积的实测结果相比基本上是一致1965 .的.说明模型设计及模型沙的选择是合理的.[2]窦国仁.全沙模型相似律及设计实例J].水利水运科图2为 1号、4 号和9号泵停机,2号、3号、5技情报,1977(3)(收稿日期2001-10-09编辑熊水斌)号、6号、7号和8号泵运行43h(相当原型30d左右)改造方案前池内淤积达到基本平衡后的泥沙淤简讯积三维分布图.“江海论坛一可持 续发展中的水环境"学术研讨会在河海大学举行由东部资源环境与可持续发展研究中心四个成员单位河海大学、南京大学、南京农业大学、中国科学院南京分院联合创办的江海论坛”首次学术研讨会2002年3月29日在河海大学举行,本次研讨会的主题是可持续发展中的水环境”.会议由河海大学副校长严以新教授主持校长姜弘道教授致欢迎辞,中科院、工程院院士王思敬、汪集旸、卢耀如、周君亮、孙铁珩、吴中如、王颖及来自全国的数十名资源环境专家参加了图2循环水泵 前池改造方案泥沙淤积三维分布研讨会.从实测结果看前池中泥沙主要淤积的区域在我国东部地区自然条件优越人文素质较高经济一、二期与三期前池之间的隔墙附近最大淤积厚度发展活跃引起世界瞩目.但是东部在发展过程中,由达到1. 75 m位于三期前池明渠进口扩散段右侧顺于种种因素使生态环境变得脆弱,尤其是水环境中出明渠水流方向,下同) ,另一个淤积相对集中的区域，现的问题十分严重如不引起重视并加以解决或改善,为一、二期前池进水明渠扩散段的左侧.显然淤积较必将制约经济社会的可持续发展.创办江海论坛”旨多的区域都位于停止运行的水泵流道进口前的部在联合全国知名专家和政府有关部门领导结合国家位.比较图1(b)与图2，不难发现两者之间的对应经济建设和社会发展亟需解决的重大问题，对我国特关系是明显的流速值相对较小的区域泥沙的淤积别是东部21世纪的资源环境与可持续发展问题进行量就较多流速值小于0.25 m/s的区域,泥沙的淤研究和交流使论坛成为国家级重大课题和重要项目的孵化器.积厚度多在1.5m以上.研讨会上,院士和专家们分别就长江、长江三角虽然该改造方案不能消除淤积现象,但对重点洲、太湖流域的水资源、水环境保护及对可持续发展的部位的淤积程度可起到明显的减轻作用,隔墙附近影响等问题作了主题报告或专题发言.的淤积厚度改造后减小约0.7m.尤其是1号和2号泵前的淤积状况有明显的改善.第6届全国土动力学学术会议将在南京召开3结语由河海大学岩土工程研究所和南京水利科学研究院土工研究所承办的第6届全国土动力学学术a.对于台州电厂的各种改造方案要完全避免会议”将于2002年5月18~20 日在南京召开,这是淤积都是不可能的,只能从中选择不会影响循环水本世纪初第一次全国土动力学 与岩土地震工程学术泵正常运行的淤积且改造工程量小而又便于施工的盛会.会议将就土的动力特性与本构关系、土工建筑方案.物抗震分析与设计士T动力测试技术及应用、土工b.验证试验表明在满足水流和泥沙相似率的抗震1中国煤化工题,对国内外近年来前提下根据台州电厂循环水泵和前池淤积是由悬的发MHCNM H G学术交流并邀请著移质引起的特点,所确定的模型律和模型沙的选择名的土动力学与岩土地震工程专家就本学科的发展是合理的.作特邀报告.c.试验所确定的将-、二期工程前池与三期工(本刊编辑部供稿)36.