某核电厂一期工程循环水泵房进水流道物理模型试验研究 某核电厂一期工程循环水泵房进水流道物理模型试验研究

某核电厂一期工程循环水泵房进水流道物理模型试验研究

  • 期刊名字:广东水利水电
  • 文件大小:457kb
  • 论文作者:吉红香,邱静,林美兰,王丽雯
  • 作者单位:广东省水利水电科学研究院
  • 更新时间:2020-07-10
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论文简介

第10期广东水利水电No. 102010年10月.CUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWEROct. 2010某核电厂-.期工程循环水泵房进水.流道物理模型试验研究吉红香,邱静,林美兰,王丽雯(广东省水利水电科学研究院,广东省水动力学应用研究重点实验室,广东广州510610)摘要:根据相关试验研究成果和实践经验,以理论分析结合物理模型试验,针对某核电厂一期工程循环水泵房进水流道的水流特性,采用多种整流措施,优化各水工建筑物的体形尺寸,有效改善了吸水室内水流流态及流速分布的不均匀性,实现吸水室均匀、平稳、无涡的水流流态,提出有利于循环水泵安全、高效运行、投资较省的泵房工程布置方案。关键词:核电厂;循环水;进水流道;流态;物理模型中图分类号:TV136*.2文献标识码:B文章编号:1008 -0112(2010) 10 -0020 -04前言某核电厂一期工程建设的2x1 250MWe核电机.组,其循环冷却水通过引水明渠在港池内取水,2台机组共用I座循环水泵房,设6台循环水泵。循环水泵房的进水明渠在前池前约呈90°转弯,为了验证引水明渠公、与进水前池的衔接是否合理,了解弯道水流对进水前池和吸水室的影响,以及鼓型滤网侧面进水、中间出水的结构,是否会导致水流易在吸水室内造成偏流.回流及漩涡等不良流态,从而产生有害的漩涡等,需要进行物理模型试验研究。根据试验月的,针对工程布置的特点,按重力相似图1 循环水泵房平面布置及模型范围示意(单位:mm)准则设计正态物理模型,模型比尺为L=10。模型范围布均匀对称与否.有无表面带气核漩涡及周壁漩涡来判包括-期工程引水明渠段、循环水泵房及其前池部分别,同时兼顾吸水室其它部位流态和水泵吸水室流动是(见图1)。否平稳及尽量减小水头损失等要求。由于本研究还牵涉到的涡流问题,考虑涡流流态的1.1优化试验 思路“缩尺效应”,为安全起见,在进行涡流观测时适当增大由于某核电厂取水明渠底宽为80m,前池宽为流速进行研究。根据日本机械工程师协会制定的水泵110.3m,循环水泵房采用潜没进水的方式,对比其他类进水流道试验标准中提出“对于模型整体流态应该按似工程虽取水量大,但明渠及前池内过水断面较大,前照佛汝德数相似准则设计和运行,对于表面涡流,模型池平均流速约为0. 24m/s,水流由明渠进人前池后仅在流速应该采用几何比尺的0.2次方,对于水内涡流,模局部产生回流,对循环水泵房流道内的取水分配影响不型流速应该采用几何比尺的0次方”。本试验的涡流太大。观测模拟条件:λ.=λ{Q2 ,A,=λ2°。因此试验的重点为流道内的整流T程方案优化,.1方案优化试验及成果分析如在流道内布置T程措施不能满足设计对水流流态的本试验各方案的优化主要以水泵吸水室的流速分要求,则再研究前池的工程措施。为了对比各方案水中国煤化工收稿日期:2010-09 -20.C.HCNMHG作者简介:吉红香( 1979- ),女,硕土,T程师,主要从事水力学及河流动刀字研元。●20.2010年10月第10期吉红香,等:某核电厂-期工程循环水泵房进水流道物理模型试验研究No.10 Oet. 2010流流态及流速分布,各方案试验均在同一个流道进行,计要求。本次试验选择2*流道进行不同方案的整流措施的试验1.2 流道方案对比分析对比分析,提出推荐方案;然后再对流道整流推荐方试验模拟厂家提供的水泵外形尺寸和阻涡结构,并案进行各工况及不同潮位组合条件下的整体试验流态分别进行方案I ~5的试验研究,各流道方案的比较及及流速的观测,检验整流方案的合理性及能否满足设说明见表1。表1各流道整流方案比较及 说明号方案布置方案说明100缩短鼓型滤网至循泵流道后墙的距离5.58m.鼓型滤网出口扩散方案1段由设计的1.5m增加至3.5m,扩散角由设计的45°改为23°在方案I的基础上,增加3个沿流道中心线对称的流线型导流墩,方案25+墩长为3. 0m,墩厚为0.3m,墩顶高程为-7. 7m,导流墩位于鼓网胸墙正下方方案3调整了方案2的3个流线型导流墩墩位,墩长为3. 0m,墩方案3厚为0.3m,仍以流道中心线对称布置,墩顶高程为-7. 7m流道整流方案4设置3个边长为1. 0m的三角墩,在流道中呈.方案4“品”字形布置,导流墩顶高程依然为-7.70m方案5将方案3的3个流线型导流墩墩厚改为0. 5m,墩长为方案5口-3. Om,墩位不变,仍以流道中心线对称布置墩顶商程为-7.7m水流经过3.5m长的扩散段,出口宽度由5. 0m变轴环流)。为8.0m,在9%潮位下,平均流速由滤网出口的试验测量了各方案流道距离水泵中轴线3. 0D0.87m/s降低为扩散段末端的0.47m/s,流速变化较(CS4)和1.5D( CS5)断面沿水深5层平面流速分布及大。由于滤网出口扩散段的扩散角较大,受惯性力的作各垂线流速分布,各方案面、底层流速分布见图2。试用,水流从滤网出口不能在较短距离进行较好的扩散,验表|中国煤化工和方案5中CS4、CS5流速分布不均匀,表层流速更在流道内形成偏流,使不断面MY HCN M H G垂线平均流速与断面同流速的水体之间发生剪切运动,形成较强的回流(立平均流还俩差相对较小,偏差小于30% ,距离水泵较近.21●2010年10月第10期广东水利水电No. 10 Oc. 2010的CS5断面各垂线平均流速与断面平均流速偏差小于流流态 流速分布和水头损失,方案3和方案5均能使25%。流道内水流流态达到设计要求,流道内测点流速偏差值较小,方案3与方案5产生的水头损失增加值在0. 03FQE的二月O的.~0. 04m,不会因流道内水头损失过大而对水泵的运行费用产生不利影响(见表2)。方案5中导流墩墩体高E的为6.0m,墩身为0.5m,符合结构设计要求。因此,本次试验结合物理模型试验成果以及结构设计的要求,将方方需3案5作为本次试验的推荐方案。1.3推荐方案试验成果分析CSA (CSS推荐方案导流墩设置在鼓网出口的扩散段,不会明显地减少鼓网出口的过流面积,对滤网出口水流进行疏113E5理、整流,使水流均匀、平稳扩散;水流通过胸墙底部后再经3个导流墩整流、导流,在胸墙后能形成-一个更稳定的水平轴向环流,起到均匀调整表层水流结构的作用图2各方案流速分 布示意(见图3)。试验对进水流道拦污栅前与吸水头部之间的水头胸墙损失进行了测量,该部分水头损失包括了拦污栅、滤网、流道沿程、胸墙和导流墩等构筑物的局部和沿程损失。号99%低潮位和平均低潮位时,方案1、方案3、方案4和方案5的水头损失比较见表2。水流方向流速分布示意表2各潮位下进水流道整流措施水头损失 比较潮佗Jj案I方案3方案4方案54>导流墩/nH/m H;/m 0H/m H./m △H/m H,/m OH/m99%低潮位0.13 0.16 0.03 0.14 0.01 0.17 0.04图3整流墩后水流流速 分布示意平均低潮位0.13 0.16 0.03 0.14 0.01 0.16 0.03试验显示:在99%低潮位时,水流从两侧进人鼓型注:H为各方案水头损失增加值;△H=H- H。滤网进口,再从滤网正面出流,前行至扩散段,遇胸墙后由表2可以看出:各潮位下整流方案引起的水头损从其底部导流墩之间较均匀地分流和扩散,进人吸水失均较小。99%低潮位时,方案1(即流道内不增设任室,在胸墙后形成稳定的水平轴向的环流流态。水流经何工程措施)的水头损失为0. 13m;在平均低潮位下流过胸墙和导流墩整流后,吸水室内的流态有了较为明显道内的损失为0.l3m,多年平均潮位和1%高潮位运行的改善,特别是在平均低潮位时水流较为均匀、稳定,流时,方案1的水头损失更小。与方案1比较,在9%低速的脉动较小。胸墙后流道面层水流运动缓慢,流道内潮位、多年平均低潮位时,方案3由于整流措施所增加水流较为平静。水泵周用水流流态平稳,只在胸墙附近的水头损失均为0.03m,方案4增加的整流措施的水头有水面涡出现,吸水室未见有表面漩涡出现。损失增加值均为0.01m,而方案5的水头损失增加值为加大流量涡流模拟试验表明:水流经胸墙和导流墩0.04m和0.03m。后进入吸水流道,在胸墙后形成稳定的水平轴向环流,根据流速流态的分析可知:虽然流道内整流墩等工在吸水室内-7. 7m高程以上的水流为负向流, -7.7m程措施会造成--定的水头损失,但水流经过整流、导流高程以下的中、下层基本为正向流。流道内亦无强回流工程措施后,流速分布更趋均匀,流速也有所降低,水体及诱导漩涡等较强剪切运动的流态,也没有出现漏斗动能减小势能增加,吸水室的水位相应升高,在- -定程涡。胸墙后吸水流道上层水流出现局部顺时针回流,并度减小了整流墩等工程措施的阻水影响。可见,各整流较中国煤化工, 整个流道内水面较为方案均不会使流道内水头损失过大,对水泵的运行费用平冰内涡和底部涡出现。影响较小。0H.CNMHG流速测量和涡流模拟对比分析方案1、方案3、方案4和方案5试验的水试验表明,流道内尤明显涡体出现,断面流速分布较均●22●2010年10月第10期吉红香,等:某核电厂一期工程循环水泵房进水流道物理模型试验研究No. 10 Oct. 2010匀,满足循环水泵房吸水室的流态要求,在涡流试验中,础使流道内水流为有压流动,未对流道内的流速分布产流态基本稳定,不会在吸水头部附近出现水面涡,在胸生明显不利影响。墙附近存在的较弱回流,其距水泵较远,不会对水泵运综上,各种运行工况、不同开机组合的试验表明:泵行产生影响。房进口胸墙前的弱回流不会对流道内的水流流态造成1.4 推荐方案在不同运行工况下的流速流态明显的影响。在各T.况组次中,特别是当水位低于平均泵房最不利的工况为冬季2台循环水泵供1台发潮位冬季运行工况的1机2泵运行时,由于流道进口电机组,此时的单泵流量较大,尤其是靠近凸岸5*和6'胸墙高程较低,进口过流断面较小,流速较大,容易在流两泵开启运行工况,较容易在前池90°转弯后形成前池道胸墙附近造成局部表面回流;但在推荐方案的整流作内的表面弱回流流态,并在吸水流道进口胸墙前形成因用下,流道内水泵吸水口附近流态仍平稳,流速分布亦绕流引起的表面漩涡甚至涡带,但流道进口前流速分布较均匀,满足设计要求。仍较均匀,漩涡未对进入鼓型滤网两侧的流量分配造成2结论影响。水流经过导流墩调整后,漩涡被消除,流道内流1)本工程为弯道进水式泵房流道,流态复杂,但前速分布均匀;在靠近凹岸1"和2*泵运行工况下,回流流池水流流速相对较小。优化方案通过在吸水室内设置态仍存在,但吸水流道进口胸墙前的漩涡出现的频率明导流墩的工程措施,有效调整吸水室内水流流态及流速显降低,强度亦有所减弱,泵房进水口处流速分布基本分布,消除了循泵房吸水室内的不良流态,流道内水流均匀,吸水室内流速分布也较为均匀;当开启4台水泵流速分布较为均匀。供2台机组发电时,明渠内主流居中,凸岸附近前池内2)通过试验对比分析优化方案,推荐方案较简单表面呈现弱回流流态,同流流速最大为-0.49m/s,回实用.T.程量小,整流后进水水流条件能够满足循泵稳流在扭曲面附近消失。定运行要求,可为其它类似工程设计提供参考。在春夏秋季,3台水泵供1台发电机,当1台发电参考文献:机发电.1台发电机停机、4" ~6*泵开启时,在6*流道进[1]吉红香.某核电厂--期T.程循环水泵房进水流道物理模型口胸墙前出现偶发性的3级漏斗涡,并在前池出现局部试验研究[R].广州:广东省水利水电科学研究院,2009.弱回流,流道内面流速底部流速分布较为均匀,而中层[2] 邱静,杜滑.黄木胜,等.汕尾发电厂循环水泵房进水前池流速分布欠均匀;而当1'~3*泵开启时,前池流态平稳,及流道水力性能试验研究[R].广州:广东省水利水电科学研究院,2004.流道进口流速分布均匀,各流道粗格栅进口前未见漩涡[3] 邱静.杜洞,黄本胜,等.台山发电厂一期工程循环水泵进出现,流道内流态平顺,各层流速分布均较为均匀。水流道水力性能试验研究报告[R].广州:广东省水利水6台泵全开工况时,前池水流平顺,粗格栅进口前电科学研究院,2002.的水流平稳,流速分布较为均匀。在99%低潮位和平[4]国家电力公 司电力规划设计总院. DLGLI50 -1999火力发均低潮位下,仅在6"流道前明渠扭面段有弱回流出现,电厂循环水泵房进水流道及其布置设计技术规定[S].流道进水口内流速分布基本均匀,也未对吸水室内的流1999.速分布产生明显不利影响;在平均潮位和1%高潮位[5]邱静, 黄东,黄木胜,等,某大型泵站机组振动原因分析及下,由于明渠内流量增大,主流偏右侧,在6"流道进口防振临时工程措施[J].中国农村水利水电,2004,(12).前池出现局部弱同流,而在1流道前沿明渠边出现回6]吴持恭 水力学[ M].北京:高等教育出版社,008.(本期责任编辑马克俊)流,回流流速最大为-0. 19m/s,但流道进水口内流速分布基本均匀。此时,由于潮位较高,流道内的双层基中国煤化工MYHCNMHG●23●

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