防城港电厂循环水泵流道模型试验及水力优化设计

论文导读：每台机组配两台循环水泵。为保证循环水泵流道具有良好的进水流态。原方案流态与流速分布。本工程通过物理模型试验方法。流态，防城港电厂循环水泵流道模型试验及水力优化设计。
关键词：循环水泵，流道，流态，模型试验，水力优化设计
 

1工程概况

广西防城港电厂规划装机容量4×600MW，一期工程装机容量2×600MW，采用扩大单元制直流供水系统，每台机组配两台循环水泵，4台机组共用一座循环水泵房，泵房中采用侧面进水旋转滤网（网外进水网内出水）。

相关研究成果表明，循环水泵房进水流道的水力性能设计对循环水泵的性能和可靠性有很大影响，吸水喇叭口进水断面水流均匀是循环水泵稳定运行的重要条件[1]。论文大全，流态。如果流道设计不合理，容易发生水面涡流或水中涡带，以致水泵发生振动和汽蚀，造成性能下降，甚至无法运行[2]。同时，合理的设计方案对降低循环水泵房的土建费用也有重要作用。

为保证循环水泵流道具有良好的进水流态，使循环水泵具有稳定的运行条件，本工程通过物理模型试验方法，对循环水泵进水流道进行了水力性能试验研究[3]，预测旋涡的发生和防涡措施，并提出有利于循环水泵安全运行并能节省投资的优化方案。

2物理模型设计

循环水泵房流道模型设计为比尺1：10（）的正态模型。论文大全，流态。循环水泵流道试验模型范围包括部分引水沟及泵房前池、循环水泵房两流道、循环水泵出水管道三部分，其中循环水泵房前池及两流道按实际模拟，循环水泵出水管道进行简化模拟。初步设计方案可见图1。

图1 优化方案流道平面布置图

综合国内外文献，本试验主要考虑水流相似中的重力相似（佛汝德数相似）和阻力相似，即：

另外，为保证模型中涡流的相似，采用增大模型佛汝德数的方法进行观测，参考日本TSJ涡轮机协会标准（2005年版）的规定，表面涡流相似条件为：

在本试验中，考虑到模型比尺为较小，采用该相似条件，模型流量已许大到2倍，这与一般水工模型试验中通常采用的增大流量1.5~3倍（即1.5~3倍的佛汝德数流速）一致，可以保证涡流模拟有一定的安全裕度。

3试验结果及分析

在97%设计低潮位下，两机三泵运行工况的总流量最大、水深小、较大、水流相对较难调整，本文即选取该工况作为原设计方案与优化设计方案的比选工况。论文大全，流态。

3.1原方案流态与流速分布

试验显示：由引入沟进入泵房前池的水流在前池扩散段虽未形成明显的回流，但由于未能充分扩散，循环水泵房内的流速分布形态较差，旋转滤网后水流发生强烈偏置，造成吸水室内形成大范围的回流和管外环流。论文大全，流态。论文大全，流态。水泵吸水喇叭口附近悬空高度处流速分布非常不均匀，横向流速梯度较大，在吸水喇叭口周围产生强烈的旋转，低水位时吸水室后墙处发生间断性吸气表面涡。吸水喇叭口前缘八点的流速可见表1，分析可知，吸水口周边八点的流速偏差可达28%，并且各测点流速的波动也较大，水流非常不稳定。

表1（原方案）喇叭口前缘八点流速

总之，在该方案下，吸水室内水流的稳定性和均匀性均较差，不能满足循环水泵的稳定运行要求。

3.2优化方案流态与流速分布

根据初步试验所发现的不足，结合以往工程经验，对原设计方案进行了一系列的改进，并经历了不断地整合优化，最终形成以下的设计方案：一是在前池扩散段设置消能横梁，横梁高1.40m，宽0.5m，顶部安装高程-6.50m，可以起到较好的消能作用，尽量使引水沟来水在进入循环水泵房前池前均匀扩散；二是在距水泵中心线上游2.0D处（D为喇叭口直径，下同）设置一道淹没胸墙，胸墙开孔高程-4.00m，以阻断吸水室内的表面回流通道，降低表面涡发生的机会。优化方案的平面布置可见图2。

图2 优化方案流道平面布置图

优化方案的试验显示：流道进口流速分布基本对称，滤网前内外侧进口垂向流速分布基本接近，网后水流也基本对称，吸水室内水面平稳，水位波动较小，没有出现明显的回流和管外环流，也未发现大于二级的表面涡和水内涡。从示踪丝线来看，无论是喇叭口周边八点还是叶轮室进口附近，丝线摆动幅度均不大于10o，双泵运行时，两流道内丝线摆动基本对称且时间上也基本是同步的。吸水喇叭口前缘八点的流速可见表2，最大流速偏差-12%，远小于原方案的偏差（-28%）。

表2（优化方案）喇叭口前缘八点流速

选取吸水喇叭口上游距喇叭口中心线1.0D、2.0D断面的流速分布作为比较，两断面不同高度测点的流速分布比较可见图3、图4，由图可以看出，原方案中两断面的流速分布比较杂乱，且偏差较大，而优化方案的流速分布更为均匀和稳定。两断面喇叭口悬空高度处的流速比较可见表3、表4，可以看出，原方案的流速分布偏差较大，最大可达61%（1.0D断面，5号点），而优化方案的流速分布横向偏差很小，最大偏差14%（2.0D断面，5号点），此时流速的绝对偏差仅为0.04m/s。

对优化方案进行其他工况的试验表明，循环水泵房进水流道吸水室内水流基本均匀，吸水喇叭口附近流速分布横向偏差较小，喇叭口前缘径向流速分布偏差小于17%，喇叭口喉部轴向流速偏差小于5%，喉部水流预旋强度基本满足小于3o的要求。可以确定，循环水泵房进水流道优化方案布置可以满足循环水泵的运行要求。

图3 1.0D断面垂向各测点流速比较

图4 2.0D断面垂向各测点流速比较

表31.0D断面喇叭口悬空高度处流速比较

表4 2.0D断面喇叭口悬空高度处流速比较

3.3经济性分析

根据循环水泵房进水流道的设计规范[4]，对网外进水网内出水，侧向布置的旋转滤网，若不采取合适的整流措施，清污设备至吸水池后墙的距离宜采用9倍喇叭口直径，使流道中水流有一个稳定过程。论文大全，流态。这样，本工程前池的长度应比优化方案长5.75m。经计算，非整流方案的前池及泵房需多用混凝土3000 m3，土方开挖多10000m3，土建工程投资约多500万元（不包括占地费用）。

4主要结论

（1）通过循环水泵房流道物理模型试验，对引水沟来水的扩散消能、旋转滤网及吸水室的水流流态、吸水喇叭口进水断面的流速分布等进行了试验研究与分析，并最终形成形成了优化方案。

（2）优化方案不仅可有效解决原设计方案的不足，有利于循环水泵的安全稳定运行，并且可以节省循环水泵房的土建投资约500万元。

（3）该电厂一期工程两台机组已于2007年全部投产，截止目前运行良好。2009年，该地区发生风暴潮，最大波高达3.40m，循环水泵房前池波高不到0.20m，吸水室内水流的稳定性较好，能够满足循环水泵的运行要求。

参考文献：
[1]西北电力设计院.电力工程水务设计手册[M]. 北京: 中国电力出版社，2005: 331 - 332.
[2]吴持恭主编.水力学.第4版[M]. 北京: 高等教育出版，2008.
[3]南京水利科学研究院.防城港电厂循环水泵房流道物理模型试验研究报告[R]. 2005.11.
[4]DLGJ150—1999，火力发电厂循环水泵房进水流道及其布置设计技术规定[S].