循环水泵房进水流道水力特性试验及研究

总第97期电站铺机Vol, 972006年6月第2期Power Station A uxiliary EquipmentJune. 2006,No. 2文章编号:1672-0210(2006)02 001004循环水泵房进水流道水力特性试验及研究李书恒',王念慎2 ,郑大琼?(1.北京工业大学，北京10044;2. 中国水利水电科学研究院,北京100038)商要:托克托电厂二期工程循环水泵房，因受场地限制，设计了两种不同的流道型式，其中3号机进水前池的底坡设计为23.7° ,大于规范要求的底坡不宜陡于1 : 4,对这两种流道的模型试验结果表明,在7 m以上水深时,3号机循环水泵能正常运行,但4号机进水流道流态及各项性能指标要明显优于3号机。由于4号机进水流道设计非常合理,对类似工程具有一定的借鉴作用。关键词:循环水泵;进水流道;流态;漩涡;预旋角;深度中图分类号:TH31文献标识码:AHydraulic Characteristic Test and Study on CirculatingWater Pump Station of Tuoketuo Thermal PlantLI Shuheng'，W ANG Nianshen'，ZHENG Daqiong*(1. Beijing Polytechnic University , Bejing 100044 ,China;2. China Institute of Water Resources and Hydropower Research , Beijing 100038 ,China)Abstract: Two different water inlet conduits are designed due to limitary space in circulating water pump station ofTuoketuo Thermal Plant. Base slope of 3# unit inlet forebay is designed 23. 7°, which surpasses the standard thatrequires base slope not steeper than 1:4. During model tests on two water inlet conduits, the results show thatcirculating water pumpof 3# unit can work normally in 7m water depth above and 4 # unit's inlet conduit flowpattern and other performance index are obviously better than those of 3# unit, which is worthful to similiar projectbecause the design of 4 # unit's inlet conduit is very reasonable.Key words:circulating water pump; inlet conduit;flow pattern; vortex;pre swirl angle; minimum submergence depth得到充分发挥。同时,进水流道形式的选择又直接影1问题的提出响到整个泵站的投资大小和施工难度。循环水泵是火电厂最重要的辅机之一,对电厂的内蒙古托克托电厂二期工程循环水泵房,因受安全运行起着十分关键的作用。而循环水泵站进水场地限制，设计了两种不同的流道型式,其中3号机流道形式的合理选择和设计，直接关系到流道内水头循环水泵房进水前池的底坡设计为23. 7°,大于泵损失的大小和流态的好坏,对循环水泵的安全和高效站设计规范要求的正向进水的前池底坡不宜陡于运行,起着非常重要的作用。优化的进水流道形式应1:4(即14.04)。为了验证流道内水流能否满足该尽可能的减少吸水间内部的水力损失,尽可能的消设计中国煤化工以及水泵能否安全除吸水间内部的各种漩涡,能使循环水泵的水力性能稳定究院对这两种流道TYHCNMHG收稿8期:2005-06-06作者简介:李书恒(1976-),北京工业大学,水利水电工程专业,硕士研究生。1循环水泵房进水流道水力特性试验及研究电站辅机总第97期(2006 No. 2)分别进行了模型试验,试验是在进水流道及泵房平我国尚未颁布专门的有关泵站整体模型试验的面布置.主要部件尺寸给定的条件下,研究以上问题试验标准或试验规程,本试验标准参照文献3E8IL0,的。结合循环水泵运行参数和试验场地设备条件,确定本试验模型几何比尺λ;= 10.0模型布置图,见图22工程概况，~图4。内蒙古托克托电厂二期工程机组设计容量为2(1)流态相似条件X 600 MW(厂内编号为3号机、4号机),以处理后一般流态按重力相似条件进行试验,即Froude的黄河水为冷却水水源,采用1机2泵的再循环单数相似，流量比尺元制,见图1。其循环水系统流道包括冷却塔集水λo=λ:°=316.23。池、引水渠(内设拦污栅)、前池、吸水间和循环水泵整个流道从冷却塔出口开始到循环水泵进口管进口。2台机组共4台循环水泵,型号为88LKXA-均为有机玻璃制成,这样便于观察泵房内水流的流24的立式斜流泵，主要的运行工况为:热季为2台态。有机玻璃糙率为0. 0088,按重力相似推算,入。循环水泵并联运行,流量Q= 8.56m*/s,泵出口压=x.+=1. 4678,换至原型为0. 0117 ,接近原型混凝力H=0. 245 MPa,必需气蚀余量≤12.0m,效率η土糙率0.012,满足糙率相似的要求。> 85%。冷季或汽轮机低负荷时为一台循环水泵运(2)漩涡相似条件行,流量Q=11.5m*/s=41 400t/h,泵出口压力H对于泵房流道进水渠、前池、吸水间内水流水面= 0. 184 MPa,必需气蚀余量≤13.0 m,效率n>涡的发生和观察,按日本机械学会有关标准试验,即83%。泵房底板高程-8. 7m,冷却水塔正常水位流量比尺-0.5m。.λo=λξ2= 158.49。虽然漩涡相似准则,并没有得到国际上作为进来自9号冷却塔行泵站流道试验标准的认同，但模拟漩涡相似时模型流量要比重力相似的模型流量大很多,因而模型试验中,水面流态比按重力相似观测的结果要恶化。换言之,尽管按λo=xE:2的准则试验的结果,避免出现吸水间不利流态的要求来控制泵的运行条件偏于来保守,但试验结果具有重要的参考意义。(3)水流均匀和稳定性的判据无论是按重力相似还是按漩涡相似准则来进行观察,吸水间水面均不得出现大于4级的漏斗涡,在图1原型泵房平面布置图任何情况下,吸水间水下均不得出现有害的水内涡和底部涡。3试验工况及试验标准4参数测量表1试验工况.运行流量单泵流量4.1流量量测编号季节工况「原型「模型型用矩形薄壁堰作为流量量测的工具,堰宽0.30|Q(m2/s)| Q(/s) |Q(m2/s)| Q(I/s)1夏季2泵1机17.12 54.148.56| 27.07m,堰高0. 25 m,流量计算公式为:2冬季1泵1机11.50 36.3711.50 36.37Qm =mob V2gH专,其中流量系数:mo= (0.4053春秋季3泵2机25.28 79.948.43| 26. 66+ 0.0027)[1+0 55(H -)274冬季1泵1机12.84| 40. 6012.84| 40. 60中国煤化工5春秋季|3泵2机 25.28 159. 518.43| 53. 17式中:堰.上水头;H=注:1~4按重力相似准则进行试验,5按日本机械学会标准濮涡0.1~0. oIn; p-岖间。TYHCNMHG相似准则进行试验。4.2预旋角电站辅机总第97期(2006 No.2)表2各种漩涡形式类别级别名称形态图号0无旋涡未形成旋涡,仅有回流。1水面涡水面有旋涡,涡心不下陷。2表面凹陷涡水面仅形成较小凹面,并不卷入空气。水3漏斗形表面涡涡面形成漏斗状,但未吸入空气。4漏斗涡形成较深漏斗,可吸人微粒,未吸人空气。5间断性吸气涡空气被间断地吸入,水下时有小气泡。空气被连续的吸人喇叭口内,水中可清晰地见到一条涡6连续性吸气涡管水中涡-端在喇叭口内,一端在吸水间底板或后墙的涡管水面降到喇叭口下缘喇叭口下旋锅与吸管同心吸人大同心涡量空气工程实践中往往有这样的现象,吸水间内水面导谎墩上不出现旋涡,但在吸管内,却实际存在着因环流而导馆被吸水网引水前池生成的旋涡。这种旋涡无论其方向与叶轮转向是否|底城29.7年一一集水池H花相同,都能使水泵效率降低，能耗增加,而且也是水底坡23.72泵运行时噪音、空化磨损的主要原因。各种漩涡形式见表2。为测试吸管内水流的稳定性,判断吸管内是否会发生旋涡，可用量测预旋角的方法进行判图23 号机流道模型平面布置圉别。预旋角等于吸管内切向流速与轴向流速之比，若预旋角过大,可认为吸管内存在呈螺旋状上升的中导德墩水流,一般认为预旋角在5°内是允许的。本试验在吸管喇叭口上部叶轮处安装一个特制一集水池.的可自由旋转的三叶旋桨,用来测试预旋角。桨间底坡23.71年夹角为120° ,其轴固定在吸管顶盖上。旋桨由有机玻璃制作,桨叶直径d=20 mm见图5,图6。本试验对主要工况进行了两个组次的预旋角测團34号机流道模型平面布置囝试，测试时间均为10 min。支斑T日特流锋吸水间引水前法支架r桨吐中国煤化工YHCNMH G_ V0Q7a. ↓图44 号机流道模型立面布置图.43|。 43.8 +圈5旋桨安装立面團(单 位:cm,高程单位:m)12循环水泵房进水流道水力特性试验及研究电站辅机总第97期(2006 No.2)泵吸鸳奖叶h2圈6旋桨平面團流量(m/s)固定流量为11. 50m2/s,泵房水深由8.20 m降:圉84号机允许最小淹没深度与流量关系到5.50m。固定泵房水深7.40m,流量从12. 84 m'/s减少5结论到8.04 m'/s.尽管3号机循环水泵房受场地限制，进水前池在相同流量变化或水深变化范围内,3号机组的底坡设计为23.7° ,超过了泵站设计规范,但根据泵房吸管的预旋角大部分测量值在3°~5*,而4号试验观察和研究,只要运行在7.0m以上水深是安.机组泵房吸管的预旋角大部分测量值在3°以下,均全可靠的,不会出现不利流态和有害漩涡,此流道设满足要求。计在工程上是可以采纳的。4.3不同流对应的最小淹没深度由于冷却塔集水池到泵房吸水间之间的衔接方水泵吸管喇叭口最小允许淹没深度的大小,是式不同,3号机水流流出集水池之后通过一收缩式判断循环水泵房进水流道工艺布置优劣和吸水管喇的斜坡(23.7°)由上部接人吸水间,对吸水间水面的叭口体型好坏的一个重要指标。- -般在水泵安装工扰动较大。而当集水池水位较低时,集水池出口水艺中,主要由水泵的汽蚀余量和吸水管喇叭口的最流以“跌水”方式与吸水间水流衔接，更加剧了吸水小允许淹没深度来控制水泵的安装高度。间水流的紊动。而4号机由集水池底部接入吸水本试验在不同流量情况下,对吸水间内水面产间,底部输水方管高达4. 5m,水流顺畅,对水面扰生初生漩涡的淹没深度h和产生初生漏斗型漩涡动较小,试验结果表明在最不利工况(表1工况5)的淹没深度h2进行了测试。由图7,图8可以看时,低于4m水深时才开始出现有害漩涡,因而4号.出，初生漩涡淹没深度h, 和初生漏斗型漩涡淹没深机的泵房流道型式明显优于3号机,可以提高运行度h;的值随流量的增加而增大,4号机所需最小淹效率、降低泵房安装高度和节省投资,同时施工也比没深度均明显小于3号机。较方便,对今后大型火电厂循环水泵房流道设计具有重要的参考价值。参考文献:[1] GB/ T50265297 -1997,泵站设计规范[S].[2] Cary Fain ,Cooling Tower Pump Intake, ASCE preprint80-651,October[S]. 1980.[3]皮积瑞,刘琼玲.火力发电厂循环水泵进水流槽试验研究报告[R].武汉水利电力学院、中南电力设计院，1988.流量(m's)[4] JSME S04-1984.水泵进水池模型试验法[R].围73 号机允许最小淹没深度与流关系[5]陈棒庭.水工模型试验[M].中国水利水电出版社,1985.中国煤化工欢迎投稿欢CNMHG13