粵東某工程循環(huán)水泵房流道物理模擬研究分析

水利水電工程設計DWRHE .2013年 第32卷第3期粵東某工程循環(huán)水泵房流道物理模擬研究分析袁淮中呂會(huì )嬌鄭慧洋禹勝穎摘要通過(guò)模型試驗研究了粵東某工程在不同潮位、不同泵組運行等組合工況下的泵流道內部水力特性。流道和循環(huán)泵吸水管內水流平穩，水面無(wú)大波動(dòng)，循環(huán)系在各工況下運行，泵的性能指標不會(huì )受到影響;不同潮位、不同工況組合下吸水泵開(kāi)、停時(shí)水面波動(dòng)較小，泵吸水口淹沒(méi)度滿(mǎn)足水泵正常運轉要求，并有一定的安全余幅，不影響泵室的安全運行。研究結果可作為工程設計的依據。關(guān)鍵詞水泵流道物理模擬研究分析中圖分類(lèi)號TV131.6 文獻標識碼 A文章編號 1007- -6980(2013)03 -022-03同工況下過(guò)濾網(wǎng)水流盡可能對稱(chēng)和漸變，在泵室1工程概況內不形成影響水泵正常運行的水面豎向進(jìn)氣漩渦粵東某工程的功能是接卸液化天然氣，卸送和水下淹沒(méi)漩渦，模型按照重力相似準則設計，至其儲罐儲存，再通過(guò)海水加熱進(jìn)行氣化，氣化反映黏性力影響的雷諾數大于某個(gè)臨界值。后的天然氣經(jīng)天然氣輸氣管線(xiàn)外送至用戶(hù)。一期(1)模型按流體重力相似準則設計,要求模工程建設規模為200萬(wàn)/a;二期工程建設后預計型與原型:佛汝德數相等。規模將達到500萬(wàn)Ua。該工程一、二期及遠期工(F)=|-=)=1程海水泵規劃共安裝水泵8臺(含2臺消防泵)、進(jìn)水流道4組(每3臺水泵2組進(jìn)水流道)。海水取(2)要求反映水流黏性力影響的吸水管雷諾水口工程一期工程使用流道2組，安裝海水泵3數、吸水管徑向雷諾數和泵室內行進(jìn)水流雷諾數臺。每臺海水泵設計取水流量為6800 m/h，最大大于某個(gè)臨界值，以消除模型縮尺對水流漩渦相供水流量時(shí)的運行方式為二用一-備(其他運行工況隨似性的影響。供氣量、海水溫度情況變化),消防泵火災狀態(tài)下使Rs='d.，R=l, R,=4s用，流量為2200 m/h。建筑物的工藝流程為:取水暗管-→進(jìn)水間檢修閘門(mén)→攔污柵-→旋轉濾網(wǎng)→式中: u--吸水管內平均流速;緩沖池-+海水泵-→接收站海水加熱系統。d---吸水管直徑;吸水管流量;2試驗目的及內容_吸水管人口處淹沒(méi)深度;由于海水泵正常運行的進(jìn)水流量變幅很大，u。-- -水泵室內行進(jìn)流速;進(jìn)水流態(tài)復雜，通過(guò)模型試驗，研究在不同潮位、泵室水深;不同泵組運行等組合工況下的泵流道內部水力特g--重力加速度;性，重點(diǎn)模擬研究泵吸水室漩渦以及泵吸水口進(jìn)v一-水體 運動(dòng)黏滯系數。流流態(tài)等情況，以確定在設計工況下泵吸水口淹(3)要求反映水體表面張力影響的韋伯數Wb沒(méi)度是否滿(mǎn)足水泵正常運轉要求;預測取水口工大于某個(gè)臨界值，以消除模型縮尺對水面漩渦進(jìn)程進(jìn)水流道的流態(tài)情況，提出改善進(jìn)水流道的流氣相似性的影響。態(tài)(防止漩渦)的措施，以達到確保取水口工程海w_=u's水泵長(cháng)期安全、經(jīng)濟運行。式中:ρ--水休密府中國煤化工3模型設計當模型YHCNMH G韋泊數w.>3.1設計依據根據試驗目的與要求，試驗著(zhù)重研究解決不0.6x103時(shí)，模型縮尺對水面漩渦及進(jìn)氣量相似性袁準中等?；洊|某工程循環(huán)水泵房流道物理模擬研究分析●23.的影響可忽略不計。限2循泵房開(kāi)、停泵試驗組次表當模型泵室行進(jìn)水流雷諾數R,>3.0x10*時(shí),組次編號朝位/m單泵流量/m'.s-)運行組合模型縮尺不會(huì )影響水下淹沒(méi)漩渦的相似性。A-Y5G53.061.89同時(shí)關(guān)閉5臺A-Y0K5同時(shí)開(kāi)啟5臺當模型吸水管雷諾數R>1.0x105時(shí)，模型吸.水管進(jìn)口水頭損失將同原體相似。B-Y2K3.132臺運行開(kāi)3臺C-Y2K32臺運行開(kāi)3臺.3.2模型比尺及相似性C-Y0K5-0.171.8采用正態(tài)模型，模型比尺L,=10，用有機玻璃5試驗成果及 分析制作，以便于觀(guān)測水流流態(tài)。按照流體重力相似準則，流速比尺: v,=VL, =3.16;時(shí)間比尺: t,=根據試驗要求，對循泵房流道及循泵房開(kāi)停L/v,=3.16;流量比尺: Qz=x,xL,xL,=316.23。泵等試驗工況進(jìn)行了試驗，得出了流道及吸水室3.3模型布置與制作流速、吸水管喇叭口相對壓強水頭及開(kāi)停泵時(shí)的模型由進(jìn)水前池、進(jìn)水閘室、攔污柵、濾網(wǎng)吸水室內水位變化等試驗成果。室、泵室、水泵、矩形量水堰和蝶閥組成。模型5.1流道及 吸水室流速用離心泵進(jìn)行抽水和供水，出水用管道與模型前經(jīng)實(shí)測，旋轉濾網(wǎng)內外、進(jìn)水閘室胸墻前后.池相連，組成-一個(gè)閉路循環(huán)，整體模型布置如圖1及吸水室內流速均較小，最大流速發(fā)生在低潮位所示。時(shí)過(guò)濾網(wǎng)后的胸墻位置，最大值為0.52 m/s。吸水室內流速小、流態(tài)穩定，水面無(wú)大波動(dòng)。分析得出，不同潮位、不同工況組合下各布置測點(diǎn)處流速較小，同一垂線(xiàn)上流速沿深度方向分布梯度變。包的化較均勻，底部流速相對較大，由下向上流速變小。圖2給出了高潮位時(shí)5臺泵同時(shí)運行時(shí)的各著(zhù)一包的哪竹布置測點(diǎn)流速。。0.35 t◆濾網(wǎng)外霜肅: 0.30圖1整體模型布置圖21[-進(jìn)水閘室0.104胸前后4試驗工況0.05-●泵室胸墻后0.3 1.0 1.7 2.4 3.1 3.8 4.54.1 循泵房流道試驗距底板距離/m根據提供的該工程運行組合，結合試驗模擬圖2高潮位時(shí)5臺泵同時(shí)運行時(shí)的各布置測點(diǎn)流速圖(工況: A-5(3.06 m))的特點(diǎn)，選擇5個(gè)典型運行組合和3個(gè)典型潮位5.2吸水管喇叭口相對 壓強水頭進(jìn)行試驗。循泵房流道試驗工況共13組次，具體試驗中觀(guān)察到，水泵吸水管內水流流態(tài)順直工況見(jiàn)表1。且平穩，吸水室內未發(fā)現漩渦產(chǎn)生。圖3給出了表1循泵房流道試驗工況表高潮位下、5臺泵組運行時(shí)的吸水管喇叭口喉頸處運行流量/流道相對壓力分布曲線(xiàn)。從圖上可以看出, 8個(gè)測點(diǎn)的泵數(m'.s")h=3.06m h=1.13m h=-0.17m1臺工藝泵1-C-1壓力分布基本均勻，各點(diǎn)的相對壓力偏差不大。5.5[2臺工藝泵21.89x2A-2B-2C-= 5.0一3臺工藝泵31.89x3A-3B-3C-3水4.5-4臺工藝泵41.89x4B-4年t5臺工藝泵+ 5+1 1.89x5+0.61A-5B-5C-51臺消防泵中國煤化工注: h為潮位。YHCNMHG2.54.2循泵房開(kāi)停泵試驗345678循泵房開(kāi)、停泵試驗組次見(jiàn)表2。團3高潮位5 臺泵運行時(shí)的吸水管喇叭口喉頸處壓力分布圖水利水電工程設計DWRHE .2013年 第32卷第3期5.3水面線(xiàn)循環(huán)泵吸水管內水流流態(tài)順直且平穩，吸水室內水流經(jīng)過(guò)胸墻、攔污柵及旋轉濾網(wǎng)后的水頭無(wú)表面吸氣漩渦和水下漩渦產(chǎn)生，可知循環(huán)泵在損失較小，在0.02~0.06 m之間，其中過(guò)濾網(wǎng)的水各工況下運行，泵的性能指標不會(huì )受到影響。頭損失較小，均在0.01-~0.02 m之間?？梢?jiàn)流道沿(2)吸水室內流速小、流態(tài)穩定，水面無(wú)大.程水頭損失較小，水面比較平穩，未見(jiàn)大的波動(dòng)。波動(dòng)。不同潮位、不同工況組合下各布置測點(diǎn)處流5.4 吸水室進(jìn)氣漩渦的校核試驗速較小，同一垂線(xiàn)上流速沿深度方向分布梯度變化鑒于目前國內外還沒(méi)有關(guān)于漩渦模擬試驗的較均勻，底部流速相對較大。旋轉濾網(wǎng)內外、胸墻統一標準，綜合目前國內及美國、德國和日本等前后及吸水室內流速均較小，最大流速發(fā)生在低潮研究單位有關(guān)水泵流道的試驗研究成果和實(shí)際工位時(shí)濾網(wǎng)后的前池胸墻位置,最大值為0.52 m/s。程運行狀況，本項模型試驗按流體重力相似準則(3) 不同潮位、各種工況的不同組合下的試設計，要求韋伯數和各特征雷諾數大于臨界值,驗研究表明，流道沿程水頭損失較小，流道內水并用加大的流速比尺校核縮尺對水流漩渦的產(chǎn)生流平穩，水面無(wú)大波動(dòng)。和存在狀態(tài)的影響。(4)由于引水流量較小，不同潮位、不同工文獻(認為，當進(jìn)行水面漩渦試驗時(shí)，其流速況組合下吸水泵開(kāi)、停時(shí)水面波動(dòng)較小，水位變比尺v,=L;,則流量比尺Q=158.49,相當于按重力化不劇烈。啟動(dòng)泵時(shí)，水面先降低，然后上升，相似準則要求的2.0倍。按此流量要求，對單泵流有一個(gè)微弱的波動(dòng)過(guò)程，未形成大的波動(dòng)，水面量1.89m/s,在滿(mǎn)足吸水管最小淹沒(méi)度要求的前降低高度小，可滿(mǎn)足吸水泵最小淹沒(méi)深度，并有提下，對吸水室水面漩渦進(jìn)行了校核試驗。試驗-定的安全余幅;停泵時(shí)，水面緩饅均勻上升，中觀(guān)察到在吸水室水面有間歇性初生凹渦生成，上升的高度不大，并很快趨于平穩，不影響泵室未見(jiàn)有下洩漩渦、斷續進(jìn)氣、連續進(jìn)氣漩渦等有的安全運行。害漩渦存在，同時(shí)也未見(jiàn)水下淹沒(méi)漩渦的存在。(5)建議加強對攔污柵和旋轉濾網(wǎng)處的積污5.5水泵開(kāi)、 停時(shí)的水位變化情況的監測，以防止堵塞較大時(shí)，水頭損失超過(guò)由于引水流量較小，水泵開(kāi)、停時(shí)水面波動(dòng)設計標準和產(chǎn)生不對稱(chēng)水流，對泵的經(jīng)濟、安全較小，水位變化不劇烈。啟動(dòng)泵時(shí)，水面先降低,運行造成不利影響。然后上升，有一個(gè)微弱的波動(dòng)過(guò)程，未形成大的參考文獻波動(dòng);停泵時(shí)，水面緩慢均勻上升，很快趨于平[4]呂迎霄，李珊，袁淮中,粵東LNG接收站工程循環(huán)水泵房流道穩(見(jiàn)表3)。物理模型試驗研究報告[R].天津:中交海岸工程水動(dòng)力重點(diǎn)實(shí)驗室，2012.表3不同潮位及運行組合下開(kāi)、停泵時(shí)泵室水位變化值表[2]李瑞生.準格爾電廠(chǎng)二期擴建工程循環(huán)水流道物理模型試驗研究組次編號潮位/m單泵流量/運行組合水位變化/m[R],北京:中國水利水電科學(xué)研究院，2000.(m'.g1)[3]趙順安廣東大唐潮州三百門(mén)電廠(chǎng)-期工程循環(huán)水泵進(jìn)水流道水力A-Y5C53.061.89同時(shí)關(guān)閉5臺.+0.53性能試驗研究報告[R].北京:中國水利水電科學(xué)研究院, 2004.A-YOK5 3.06同時(shí)開(kāi)啟5臺-0.57[4] Model Test Resul on Pump Intake for HIPDC FUZHOU POWERB-Y2K31.132臺運行開(kāi)3臺-0.3PLANT,Mitsubishi Heavy Industres,LTD.TAKASAGO TechnicaC-Y2K3 -0.171.89 2 臺運行開(kāi)3臺-0.43 .Institute, Japan,1986.C-Y0K5 -0.17同時(shí)開(kāi)啟5臺.-0.75作者簡(jiǎn)介由表3可以看出，水位壅高不利工況為高潮袁淮中男助理工程師中水北方勘測設計研究有限責位5臺泵突停，最大壅高0.53 m，不影響泵室的任公司 天津300222安全運行;水位降低不利工況為低潮位同時(shí)開(kāi)啟5呂會(huì )嬌女助理工程師 中水北方勘測設計研究有限責臺泵，最大降低0.75m,可滿(mǎn)足吸水泵最小淹沒(méi)鄭慧洋男工程師中水北方勘測設計研究有限責任公任公司天津300222深度,并有一定的安全余幅。6結語(yǔ)禹勝穎女中國煤化工究有限責任公TYHCNMH G(1)吸水管喇叭口喉頸處壓力分布基本均勻,(收稿日期2013-06-17)各點(diǎn)的相對壓力偏差不大，吸水管來(lái)流對稱(chēng)均勻，