循環(huán)水泵房進(jìn)水流道水力特性試驗及研究

No. 102005華北電力技術(shù)NORTH CHINA ELECTRIC POWER5循環(huán)水泵房進(jìn)水流道水力特性試驗及研究李書(shū)恒',王念慎",鄭大瓊2(1.北京工業(yè)大學(xué)，北京100022;2. 中國水利水電科學(xué)研究院,北京100038)摘要:內蒙古托克托電廠(chǎng)二期工程循環(huán)水泵房因受場(chǎng)地限制設計了 兩種不同的流道形式，其中3號機進(jìn)水前池的底坡設計為23.7*,大于規范要求的底坡不宜陡于1 : 4,對這兩種流道的模型試驗結果表明,在7 m以上水深時(shí)3號機循環(huán)水泵能正常運行,但4號機進(jìn)水流道流態(tài)及各項性能指標要明顯優(yōu)于3號機。由于4號機進(jìn)水流道設計非常合理,對類(lèi)似工程具有一定的推廣價(jià)值。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵;進(jìn)水流道;流態(tài);漩渦;預旋角;最小淹沒(méi)深度中團分類(lèi)號:TK284.7文獻標識碼:A文章編號:1003-9171(2005)10-0005-04Hydraulic Characteristic Test and Study onCirculating Water Pump StationLi Shu-heng' ,Wang Nian- shen2 ,Zheng Da-qiong2(1. Beijing Polytechnic University ,Beijing 100022 ,China ;2. China Institute of WaterResources and Hydropower Research , Beiing 100038 ,China)Abstract: Two different water inlet conduits are designed due to limitary space in circulating water pumpstation of Tuoketuo Thermal Power Plant . Base slope of unit 3 inlet forebay is designed at 23. 7° , whichsurpasses the standard of the required base slope that is not steeper than 1 ; 4. During model tests on twowater inlet conduits , the resulst shows that circulating water pump for unit 3 can work normally in 7 m abovewater depth and inlet conduit flow pattern and other performance index for unit 4 are obviously better thanthose of unit 3, which is worthful to similiar project because the inlet conduit design of unit 4 is veryreasonable.Key words: cireulating water pump; inlet conduit; flow pattern; vortex; pre-swirl angle; minimumsubmergence depth循環(huán)水泵是火電廠(chǎng)最重要的輔機之一,對電.于1:4(即14.04°)。為了驗證流道內水流能否滿(mǎn)廠(chǎng)的安全運行起著(zhù)十分關(guān)鍵的作用,而循環(huán)水泵足設計規范要求,是否會(huì )發(fā)生氣蝕以及水泵能否站進(jìn)水流道形式的合理選擇和設計,直接關(guān)系到安全穩定運行,中國水利水電科學(xué)研究院對這兩流道內水頭損失的大小和流態(tài)的好壞,對循環(huán)水種流道分別進(jìn)行了模型試驗,試驗是在進(jìn)水流道泵的安全和高效運行起著(zhù)非常重要的作用,好的及泵房平面布置.主要部件尺寸給定的條件下,研進(jìn)水流道形式應該盡可能地減少吸水間內部的水究以.上問(wèn)題的。力損失,盡可能地消除吸水間內部的各種漩渦，能1工程概況使循環(huán)水泵的水力性能得到充分發(fā)揮。同時(shí),進(jìn)水流道形式的選擇又直接影響到整個(gè)泵站的投資和內蒙古托克托電廠(chǎng)二期工程機組設計容量為施工難度。2X6 I中國煤化工號機)，以處理后內蒙古托克托電廠(chǎng)二期工程循環(huán)水泵房因受的黃:MHCNMHG:機兩泵的再循環(huán)場(chǎng)地限制,設計了兩種不同的流道形式,其中3號單元1。兵淚小小示死仇迫也扣冷卻塔集水池、引機循環(huán)水泵房進(jìn)水前池的底坡設計為23.7°,大于水渠(內設攔污柵).前池、吸水間和循環(huán)水泵進(jìn)泵站設計規范要求的正向進(jìn)水的前池底坡不宜陡口。兩臺機組共4臺循環(huán)水泵,是由長(cháng)沙水泵廠(chǎng)生華北電力技術(shù)NORTH CHINA ELECTRIC POWERNo.10 2005表1試驗工況運行流量單泵流量編號季節工況原型Q/模型Q/(m3.g-1)(1●s-1)(m3●5-1)(1.s-1)D2泵1機17. 1254. 148.5627. 07冬季1泵1機11. 5036. 37③春秋季3泵2機25.2879. 948. 4326. 6612. 8440. 6025. 28159. 5153. 17注;①~④按重力相似準則進(jìn)行試驗,⑤按日本機械學(xué)會(huì )標準漩渦相似準則進(jìn)行試驗。產(chǎn)的立式斜流泵,型號為88LKXA-24。主要的運.面渦的發(fā)生和觀(guān)察等按日本機械學(xué)會(huì )有關(guān)標準試行工況為:熱季為2臺循環(huán)水泵并聯(lián)運行,流量Q驗，即流量比尺:入=λ22=158.49=8.56 m*/s= 30816 t/h,泵出口壓力H=0.245雖然漩渦相似準則并沒(méi)有得到國際上作為進(jìn)MPa,必須氣蝕余量不大于12.0 m ,效率》> 85%;行泵站流道試驗標準的認同,但模擬漩渦相似時(shí)模冷季或汽輪機低負荷時(shí)為1臺循環(huán)水泵運行,流型流量要比重力相似的模型流量大很多，因而模型量Q=11.5 m*/s=41 400 t/h,泵出口壓力H=試驗中水面流態(tài)要比按重力相似觀(guān)測的結果要惡0.184 MPa,必須氣蝕余量不大于13. 0 m,效率η化。換言之,盡管按)Q= 2，2“2準則(試驗的結果避免>83%。泵房底板高程一8.7 m,冷卻水塔正常水.出現吸水間不利流態(tài))的要求來(lái)控制泵的運行條件位-0.5 m。試驗工況見(jiàn)表1,原型泵房平面布置偏于保守,但試驗結果具有重要的參考意義。見(jiàn)圖1。2.3水流均勻和穩定性的判據自3號冷卻塔無(wú)論是按重力相似還是按漩渦相似準則來(lái)進(jìn)行觀(guān)察,吸水間水面均不得出現大于4級的漏斗渦，在任何情況下吸水間水下均不得出現有害的水內渦和底部渦。各種漩渦的形態(tài)見(jiàn)表2。吸.導流墩引水=I←集水池,花墻中下圖1原型泵房平面布置圖2試驗工況及試驗標準圖23號機流道模型平面布置圖我國尚未頒布專(zhuān)門(mén)的有關(guān)泵站整體模型試驗的試驗標準或試驗規程,本試驗標準參照文獻導流錐吸水間引水前池[2]、[3],結合循環(huán)水泵運行參數和試驗場(chǎng)地設備條件,確定本試驗模型幾何比尺:h= 10.0?！刈≤?chē)2.1流態(tài)相似條件切44440487.84 92 +-般流態(tài)按重力相似條件進(jìn)行試驗，即257.8Froude數相似,流量比尺:入Q=λ2.5=316.23。整個(gè)流道從冷卻塔出口開(kāi)始到循環(huán)水泵進(jìn)口圖34號機流道模型平面布置圖管均用有機玻璃制作,這樣便于觀(guān)察泵房?jì)人髦袊夯さ牧鲬B(tài)。有機玻璃糙率0.0088,按重力相似推算，MHCNMH G圖見(jiàn)圖2.3. 4號機λ=λ2/8=1. 467 8,換至原型為0.0117,接近原.型混凝土糙率0.012,滿(mǎn)足糙率相似的要求。流道模型的立面布置圖見(jiàn)圖4.2.2漩渦相似條件3.1流量測量對于泵房流道進(jìn)水渠、前池、吸水間內水流水用矩形薄壁堰作為流量測量的工具,堰寬No. 10 2005華北電力技術(shù)NORTH CHINA ELECTRIC POWER表2各種漩渦形 態(tài)表類(lèi)別級別名稱(chēng)形態(tài)圖描述0無(wú)旋渦未形成旋渦,僅有回流水面渦水面有旋渦,渦心不下陷表面凹陷潤水面僅形成較小凹面,并不卷人空氣3漏斗形表面渦￥渦面形成漏斗狀,但未吸人空氣水面禍漏斗渦形成較深漏斗,可吸人微粒,未吸人空氣5間斷性吸氣渦空氣被間斷地吸人,水下時(shí)有小氣泡號空氣被連續地吸入喇叭口內,水中可清晰6連續性吸氣渦地見(jiàn)到一條禍管-端在喇叭口內,-端在吸水間底板或水中渦后墻的渦管水面降到喇叭口下緣,喇叭口下旋渦與同心渦吸管同心,吸人大量空氣.257.8_ 92矩形量水堰.z0.1-吸水間-0.42■引水前池集水池橫型聚+Ot底板2-0.87>200支架導流惟2-0.97 .-77777?7777 777圖44 號機流道模型立面布置圖0. 30 m,堰高0. 25 m,流量計算公式為:角過(guò)大,可認為吸管內存在呈螺旋狀上升的水流，Qm=mob V2gH3/2一般認為預旋角在5°內是允許的。其中流量系數:支社mo= (0. 405+0.0027).「1+0.55