臺州電廠(chǎng)循環(huán)水泵前池泥沙淤積模型試驗研究

第22卷第2期水利水電科技進(jìn)展2002年4月臺州電廠(chǎng)循環(huán)水泵前池泥沙淤積模型試驗研究胡明' 蔡付林1，章恒全1付堅鋼2( 1.河海大學(xué)水利水電工程學(xué)院江蘇南京210098 ;2.臺州電廠(chǎng)浙江臺州317000)摘要:針對臺州電廠(chǎng)循環(huán)水泵前池各種可能的改造方案進(jìn)行了模型試驗根據模型試驗的結果確定了工程量小可明顯改善循環(huán)水泵工作條件的改造方案.試驗結果表明根據椒江泥沙特點(diǎn)所確定的泥沙運動(dòng)相似條件及所選擇的模型沙是合理的所取得的試驗成果對工程設計有-定的指導意義.關(guān)鍵詞:電廠(chǎng)循環(huán)水泵前池泥沙淤積模型試驗中圖分類(lèi)號:TV732. 1文獻標識碼A文章編號:1006 7647 2002 )2 0034-03臺州電廠(chǎng)位于浙江省椒江市前所鎮東側南鄰入原椒江,自1980年籌建以來(lái),已分別完成了四期工程,度比尺為15的幾何正態(tài)模型,即:λ=^原=15,模是浙江東部沿海的一個(gè)重要電力中心.但臺州電廠(chǎng)型按重力相似準則設計.由長(cháng)度比尺可推求其他參取水口受到自然條件限制采用明渠引水,由于進(jìn)水數比尺流量比尺λ0=292=871.42流速比尺λ。=量不足、水質(zhì)差致使一、二期工程循環(huán)水泵前池淤積少=3.87壓力比尺λp = λ= 15水流時(shí)間比尺入,嚴重,低潮位時(shí),水泵運行不正常效率低.鑒于此,=λY2=3.87.有必要對一、二期工程循環(huán)水泵前池進(jìn)行改造,以改1.2泥沙運動(dòng)相似條件 及模型沙選擇善水流條件減少淤積增加進(jìn)水量,保證循環(huán)水泵椒江河段泥沙以海域來(lái)沙為主流域來(lái)沙較少在各種條件下都能正常工作.懸沙濃度高平均含沙量在4~ 8kg/m3在取水口處為了尋求合理的前池改造方案,使其泥沙淤積的淤積主要由懸沙沉積所致.不影響循環(huán)水泵的正常工作,同時(shí)又盡可能地減少在用模型研究懸沙運動(dòng)問(wèn)題時(shí)為了使流道中改造工程量,試驗中選擇了四種可能的改造方案:泥沙的淤積相似模型沙的選擇應使其符合沉降相①將一、二期工程前池與三期工程前池隔墻部分拆似條件其沉降速度比尺:除②將一、二期工程前池與三期工程前池隔墻全部λw=入。.(劍)=入。=3.87(1)拆除③在一、二期工程前池增開(kāi)新的進(jìn)水口④既式中:An為水深比尺;據此可得模型沙的中值粒徑拆除一、二期工程前池與三期工程前池隔墻,同時(shí)又比尺:在一、二期工程前池增開(kāi)新的進(jìn)水口.試驗分清水和渾水(泥沙淤積)試驗兩個(gè)階段.λd=(2)通過(guò)清水試驗觀(guān)測以上各種可能的改造方案的水流流態(tài)量測前池內各主要部位的流速分布籍此分析式中λy_ y為模型沙浮容重比尺.進(jìn)水流道及前池中可能的泥沙淤積情況,選擇出較為了使模型與原型懸沙運動(dòng)相似，還必須滿(mǎn)足為合理的前池改造方案;對清水試驗初步選定的改揚動(dòng)相似,根據沙玉清1門(mén)的研究,當 泥沙粒徑d≤造方案進(jìn)行渾水(泥沙淤積)試驗,以確定各進(jìn)水流0.08 mm時(shí)其揚動(dòng)流速小于起動(dòng)流速,即床面泥沙道及前池中各部位的淤積情況,確定達到淤積平衡一旦被起動(dòng)就浮于水中成為懸移質(zhì)泥沙.為了滿(mǎn)的時(shí)間和淤積量,以檢驗改造方案的合理性.足淤積量和淤積部位相似模型主要應滿(mǎn)足沉降相似和水流挾沙能力相似.1模型設計中國煤化工量比尺相等即1.1模型律及模型 比尺YHCNMHGλr,^s =^s=(3)根據循環(huán)水泵前池的布置及尺寸,試驗采用長(cháng)λy,-r作者簡(jiǎn)介胡明( 1959- -)男江西南昌人副教授碩士主要從事水電站水力學(xué)研究.34.式中x;為挾沙量比尺;x,為含沙量比尺;\y為泥典型的水泵運行組合，對各種改造方案及改造前的沙容重比尺.前池流速場(chǎng)進(jìn)行了量測.實(shí)測結果表明平均高潮位根據上述懸沙運動(dòng)相似條件選擇電木粉為模與保證率97%低潮位情況下，改造前的前池中的水型沙電木粉的沙粒容重為15 kN/m3淤積干容重為流流速差別較大對于下層水流而言最大流速值分5kN/m2 ,天然沙淤積干容重約為12kN/m'，天然沙別為0. 52 m/s和1. 49 m/s.而不同的水泵運行組合容重約為26.5kN/m'故干容重比尺λy。=2.4.對前池中的流速分布只會(huì )造成局部影響，對整體影由1993年12月實(shí)測水文資料懸沙中值粒徑響不是很大.這也說(shuō)明不同的水泵運行組合對前池多在0.01~0.02mm內取水口附近淤積物中值粒中泥沙的淤積分布會(huì )造成-定的影響,，但對總的淤徑約為0.02mm,泥沙顆粒中較細部分沉降速度積量的影響不會(huì )太大.小在取水明渠內不易沉積下來(lái)在達到淤積平衡狀比較各改造方案的流場(chǎng),雖然不同程度上對現態(tài)時(shí)取水口內的淤積主要由較粗顆粒泥沙組成.有的淤積情況都有所改善,但有些方案還會(huì )造成新由原型沙的級配曲線(xiàn)確定選用原型沙的中值粒的淤積或因工程量大影響發(fā)電等，綜合比較將一、二徑ds為0.02mm,由式(2)所給的懸沙粒徑比尺入期前池與三期前池隔墻部分拆除,即將與前池底寬=1.08.于是可得模型沙的中值粒徑為0. 0185 mm,相同的隔墻從上到下拆除,保留前池邊坡上的部分其他相應的挾沙能力比尺和沖淤時(shí)間比尺分別為隔墻.從工程施工角度看此方案的改造工程量最小.圖1分別為平均高潮位時(shí)前池上層水流的流λ3 = λ,=一° = 0.54 λ，不= 17.23速分布矢量圖.隔墻部分拆除后的流場(chǎng)與原流場(chǎng)相考慮到在高潮位時(shí)淤積的泥沙在低潮位時(shí)有可比并無(wú)明顯的變化.對于底層的水流而言在1號能被沖起故所選的模型沙應滿(mǎn)足起動(dòng)相似,即起動(dòng)和9號循環(huán)水泵流道前隔墻附近區域原方案中的流速較低淤積嚴重,但在部分拆除隔墻以后,該區流速比尺應等于流速比尺2。=λ。=3.87.原型沙和模型沙(電木粉)的起動(dòng)流速均采用竇域的流速明顯加大在保證率97%低潮位情況下,由原來(lái)的0.076m/s提高到0. 29m/s.對于改善三期國仁公式2]計算:前池在1號和2號泵前的淤積以及1號和2號泵在.所=0.2651n(1.1號)(二"Igd+低潮位時(shí)的搶水現象有明顯的作用./20.196+ ghe). (4)進(jìn)水門(mén)1.0 m/s進(jìn)水門(mén)、期工我前池式中i為起動(dòng)流速xcm/s;h為水深cm;o為床面泥沙顆粒的粗糙高度cm ie為粘結力參數.cm/32 ,原型沙εh =2.56cm'/z2電木粉εx=0.2em2/2 ;δ 為薄膜水厚度,cmδ=0.21x10-4cm;d為泥沙的粒6號5號4號3號2號1994 X號 7號徑mm.(a)改造前式4)計算的天然沙和模型沙的起動(dòng)流速見(jiàn)1.0 mVs表1起動(dòng)流速比尺與模型律所要求的流速比尺基湖工程前池三期工程前池本-致.表1起動(dòng)流速計算 值天然沙模型沙h/cmy(cm 5川)n(cm :1)6號5號4母3號2號1號9號8號 7號6.12119.0040.825. 35()改造后7.27129.9048.527.7111.27 .163.2075.134.9613.74181.4091.638. 97圖1循環(huán)水泵前池水流流速分布矢量圖2試驗成果及分析中國煤化工前池相連通這樣造成兩條YCNMHG-、二期明渠的流量2.1改造方案的確定相對減小而三期明渠的進(jìn)水量則增加它一部分仍在試驗中分別在平均高潮位( v4. 27 m )和保證用于供應8號和9號泵另一部分則用于補充1號率97%低潮位(V-0.88m情況下選擇了兩種較為和2號泵的取水量,可解決1號和2號泵同時(shí)運行時(shí)的水量不足問(wèn)題.程前池部分連通的改造方案對改善原前池中主要淤2.2泥沙淤積積部位的淤積有明顯的作用.為了驗證模型設計及模型沙的相似比尺是否選參考文獻:擇得當通過(guò)對改造方案前的模型進(jìn)行了實(shí)際放水驗證其淤積平衡時(shí)間和淤積部位與臺州電廠(chǎng)1999[1]沙玉清.泥沙運動(dòng)學(xué)引論[ M]北京:中國工業(yè)出版社,年10月前池淤積的實(shí)測結果相比基本上是一致1965 .的.說(shuō)明模型設計及模型沙的選擇是合理的.[2]竇國仁.全沙模型相似律及設計實(shí)例J].水利水運科圖2為 1號、4 號和9號泵停機,2號、3號、5技情報,1977(3)(收稿日期2001-10-09編輯熊水斌)號、6號、7號和8號泵運行43h(相當原型30d左右)改造方案前池內淤積達到基本平衡后的泥沙淤簡(jiǎn)訊積三維分布圖.“江海論壇一可持 續發(fā)展中的水環(huán)境"學(xué)術(shù)研討會(huì )在河海大學(xué)舉行由東部資源環(huán)境與可持續發(fā)展研究中心四個(gè)成員單位河海大學(xué)、南京大學(xué)、南京農業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院南京分院聯(lián)合創(chuàng )辦的江海論壇”首次學(xué)術(shù)研討會(huì )2002年3月29日在河海大學(xué)舉行,本次研討會(huì )的主題是可持續發(fā)展中的水環(huán)境”.會(huì )議由河海大學(xué)副校長(cháng)嚴以新教授主持校長(cháng)姜弘道教授致歡迎辭,中科院、工程院院士王思敬、汪集旸、盧耀如、周君亮、孫鐵珩、吳中如、王穎及來(lái)自全國的數十名資源環(huán)境專(zhuān)家參加了圖2循環(huán)水泵 前池改造方案泥沙淤積三維分布研討會(huì ).從實(shí)測結果看前池中泥沙主要淤積的區域在我國東部地區自然條件優(yōu)越人文素質(zhì)較高經(jīng)濟一、二期與三期前池之間的隔墻附近最大淤積厚度發(fā)展活躍引起世界矚目.但是東部在發(fā)展過(guò)程中,由達到1. 75 m位于三期前池明渠進(jìn)口擴散段右側順于種種因素使生態(tài)環(huán)境變得脆弱,尤其是水環(huán)境中出明渠水流方向,下同) ,另一個(gè)淤積相對集中的區域，現的問(wèn)題十分嚴重如不引起重視并加以解決或改善,為一、二期前池進(jìn)水明渠擴散段的左側.顯然淤積較必將制約經(jīng)濟社會(huì )的可持續發(fā)展.創(chuàng )辦江海論壇”旨多的區域都位于停止運行的水泵流道進(jìn)口前的部在聯(lián)合全國知名專(zhuān)家和政府有關(guān)部門(mén)領(lǐng)導結合國家位.比較圖1(b)與圖2，不難發(fā)現兩者之間的對應經(jīng)濟建設和社會(huì )發(fā)展亟需解決的重大問(wèn)題，對我國特關(guān)系是明顯的流速值相對較小的區域泥沙的淤積別是東部21世紀的資源環(huán)境與可持續發(fā)展問(wèn)題進(jìn)行量就較多流速值小于0.25 m/s的區域,泥沙的淤研究和交流使論壇成為國家級重大課題和重要項目的孵化器.積厚度多在1.5m以上.研討會(huì )上,院士和專(zhuān)家們分別就長(cháng)江、長(cháng)江三角雖然該改造方案不能消除淤積現象,但對重點(diǎn)洲、太湖流域的水資源、水環(huán)境保護及對可持續發(fā)展的部位的淤積程度可起到明顯的減輕作用,隔墻附近影響等問(wèn)題作了主題報告或專(zhuān)題發(fā)言.的淤積厚度改造后減小約0.7m.尤其是1號和2號泵前的淤積狀況有明顯的改善.第6屆全國土動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì )議將在南京召開(kāi)3結語(yǔ)由河海大學(xué)巖土工程研究所和南京水利科學(xué)研究院土工研究所承辦的第6屆全國土動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)a.對于臺州電廠(chǎng)的各種改造方案要完全避免會(huì )議”將于2002年5月18~20 日在南京召開(kāi),這是淤積都是不可能的,只能從中選擇不會(huì )影響循環(huán)水本世紀初第一次全國土動(dòng)力學(xué) 與巖土地震工程學(xué)術(shù)泵正常運行的淤積且改造工程量小而又便于施工的盛會(huì ).會(huì )議將就土的動(dòng)力特性與本構關(guān)系、土工建筑方案.物抗震分析與設計士T動(dòng)力測試技術(shù)及應用、土工b.驗證試驗表明在滿(mǎn)足水流和泥沙相似率的抗震1中國煤化工題,對國內外近年來(lái)前提下根據臺州電廠(chǎng)循環(huán)水泵和前池淤積是由懸的發(fā)MHCNM H G學(xué)術(shù)交流并邀請著(zhù)移質(zhì)引起的特點(diǎn),所確定的模型律和模型沙的選擇名的土動(dòng)力學(xué)與巖土地震工程專(zhuān)家就本學(xué)科的發(fā)展是合理的.作特邀報告.c.試驗所確定的將-、二期工程前池與三期工(本刊編輯部供稿)36.