火电厂循环水泵站进水流槽尺寸优化实验研究

天科研探索与识创新可火电厂循环水泵站进水流槽尺寸优化实验研究口吴谋松李松卢岩李明哲(武汉大学水利水电学院湖北●武汉430072)摘要:根据实际模型,由水力相似原理,按照一定比例建立物理模型, 通过对进水流槽不同尺寸进行水流流态观测分析,并进行对比,得出最优的流槽长度,后墙距,淹没深度,并得出水槽尺寸优化的结论与建议。关键词:模型流态长度后墙距淹没深度尺寸优化中图分类号: TQ153文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 06-087-021实验方案进水流槽长度对水流流态有直接的影响，同时也影响到火电厂泵站开敞式进水流槽典型结构如图1所示。其主工程量。 现对不同流槽长度下的流态进行比较分析。要参数包括:滤网前进水流槽长度L,滤网后进水流槽长度L,观测中发现，在易形成涡带的喇叭口下方位置都存在一进水流槽宽度B,喇叭管悬空高度P,后墙距T,淹没深度H,个滞水区。 而随着进水流槽长度减小,滞水区处涡量增加,产吸水管喇叭口直径D.生附底旋涡的可能性越大(如图2),因此,进水流槽缩短后应由于本研究的目的主要通过流场分析确定合理的进水流采取防 止附底旋涡的工程措施。实验资料表明，在喇叭口下槽尺寸参数，为了简化,忽略滤网的阻水作用。不考虑水泵的方增 加导水锥可较好地防止附底旋涡，而对开敞式进水流槽，运行状况，直接将水泵吸水管处理为-直管段, 并进行延长以增加导水锥较易设计及施工，故建议对大中型水泵在条件许使出口处流速和压力已充分稳定，满足一一-一一-一的可情况下 都增设导水锥。条件。子[E.围22.3不同后墙距方案的比较图1开敞式进水流槽结构形式本研究分别进行了不同进水流槽长度,不同后墙距,不同由表1可以看出，进水管口阻力系数随着比值TID的减喇叭管悬空高度，不同淹没深度等多方面方案下的水流流态小而减小，当T/D=0时(即紧靠后墙)阻力系数最小。从图3比较来确定水流流态。的水流对比中也可明显看出T=0时水流情况较T>0时者为参考到相关资料对离心泵进水管道布置推荐的尺寸范围，优。在喇叭口下方位置都存在-一个滞水区.随着后墙距减小，.采用如下基本尺寸:进水流槽宽度B=2.SD, 滤网前长度滞水区处涡量有所增加。更重要的是，后墙距减小后易在后La4.0D,滤网后长度L:=9.0D,悬空高度P-O.6D,淹没深度侧墙 上形成-个高涡量区点，在此易产生附壁涡带。因此,后H=1.5D,后墙距T=1.0D.墙距不宜过小。但总体而言，后墙距的变化对池中的主流影结合物理模型试验对应的原型，根据水力相似原理,式中响不如其它尺寸大。D取88mm.2流态分析2.1基本方案的流态对基本方案,可观测到在进水流槽滤网前部,水流平顺进入后受挡板阻隔，绕流从两侧进入滤网，在挡板后形成两对称涡。由于滤网后断面扩散，水流在扩散段边壁处出现脱流，两遭水管不断位置时水速警倪侧形成铰大回流区,回流区范围长度约为6D.回流区首端的涡量明显较周围区域的大,由实验观测可知，在该处表面回流中国煤化工K流情况会将空气带入进水流槽,产生气泡。在喇叭管正下方,有一明2.4 不.MYHCNMHG显的滞水区，在此易产生涡带进入吸水管。现对不同喇叭管淹没深度H下的水流流态进行比较分析。2.2不同进水流槽长度方案的比较如图4所示，随着淹没深度的增加,虽然回流区范围没有一料协论坛●2010 年第6期(下)一由820科研探索与元知识创新明显缩短,但回流区涡量减小，带入进水流槽的空气量减少。出的，并且在实验中综合考虑了各种因素对水流流态的影响，因此得出的结果是可信的。(5)除在泵站设计时合理确定进水池尺寸和进水管相对位置外，我们建议还可采取如下措施:同的漩润形态如果管口淹没深度H不足而出现漩涡时，可在进水管上加盖板或采取其它措施，如图5所示。图4不同淹没深度时的漩涡形态由实验可知，淹没深度对水泵进水性能具有决定性的影响,如果此值确定不当,池中将形成旋涡，甚至产生进气现象，使水泵效率降低。例如当水中混有1%空气时,水泵效率下降●本下■帐 b *TA5%~15%,当混入10%时,水泵就不能工作了.除此,漩涡的出围5现，还可能引起机组超载.汽蚀、振动的噪音等不良后果。也可以在进水池中不同部位加设挡板,如图6所示。当进水管口淹没较小时,池中表层水流流速增大,水流紊乱,并在池中后部水域首先出水面凹陷的局部漩涡，如图4(a)所示。当H减小时,表层水流速度加大，漩涡的旋转速度也随|印四之加大，漩涡区的压力进一步减小。 因此在大气压作用下,凹陷也逐渐向下延伸,随着凹陷的加深,四周水流对其作用的压a后墙隔板b管后隔板c水下隔板力也随之增大.所以，漩涡随水深增加而变成漏斗状。由于空气漏斗尾部受进水管吸力的影响，开始向进水管方向弯曲，且并从漏斗底部断续向进水管进气,如图4(b)所示，这时的淹没深度称为临界深度。此后如果再减小H值,就会形成连续向d水下隔杜8地底隔棱进水管进气的漏斗漩涡,如图4(d)所示。防涡措施之二显然，为了保证泵站正常运行，应以池中不形成图4(b)所示的断续进气的漩涡为准则，即管口的淹没深度应等于或大于其临界深度。实验表明,当淹没深度H≤0.75D时表面旋涡已延伸至喇叭管,将空气带入泵内;淹没深度H≤1.0D时表面旋涡都易将空气带入泵内,故淹没深度应大于1.25D.3结论与建议本研究采用对火电厂循环水泵房开敞式进水流槽的流动进行了观测，以研究不同尺寸组合对进水流槽中流态的影响，从而为优化开敞式进水流槽的水力设计、改善进水流槽的内部流态提供技术依据。由实验中的观测结果分析得出如下结论与建议。图6(1)实验进行了进水流槽滤网后不同长度的方案比较。综合考虑以.上因素以及工程投资，建议进水流槽长度L2参考文献:取(6.0-8.0) D为宜;在采取适当整流措施后可缩短进水流槽[1] DLGJ150 199《火力发电厂循环水泵房进水流道及其布长度L2到5.5D.置设计技术规定X试行)[S].国家电力公司电力规划设计总(2)实验进行了后墙距T的不同方案比较。院, 1999综合考虑以上因素以及工程投资，建议进水流槽后墙距[2] GBT 5026-.97《泵站设计规范>[S]北京:中国计划出版社，仍取T=(0.65-1.0)D为宜.为消除后壁滞水区,并考虑到方便1997.施工,后壁形状可采取多边形(见图1)。[3] GB/T 50013-2006窒外给水设计规范》{S].北京:中国计划(3)实验进行了喇叭管悬空高度P的方案比较.出版社,2006.综合考虑，建议喇叭管悬空高度取P=(0.3- 0.8)D为宜。[4] ANSI9.8- 1998, Pump Intake Design, Published By Hydraulic另外,建议对大中型水泵，在条件许可情况下都在喇叭管下方Instiute ,9 Sylvan Way , Parsippany ,Nj 07054 3802.增设导水锥以消除附底旋涡。[5]刘竹溪,刘景植.水泵及水泵站(M1.北京:中国水利水电出版(4)实验进行了喇叭管淹没深度H=0.SD、0.75D、 1.0D、1.25D、1.5D、2.0D的不同方案的比较。[6]中国煤化工国建筑工业出版社，综合考虑以上因素以及工程投资，建议进水流槽喇叭管0H.CNMHG最小淹没深度取1.S0D.[7]田家山.水泵及水泵站IMI.上海:上海交通大学出版社,由于本实验结果是在对实验现象的不断观测与总结中得2003.88由科协论坛●2010年第6期(下)一