某核電廠(chǎng)一期工程循環(huán)水泵房進(jìn)水流道物理模型試驗研究

第10期廣東水利水電No. 102010年10月.CUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWEROct. 2010某核電廠(chǎng)-.期工程循環(huán)水泵房進(jìn)水.流道物理模型試驗研究吉紅香,邱靜,林美蘭,王麗雯(廣東省水利水電科學(xué)研究院,廣東省水動(dòng)力學(xué)應用研究重點(diǎn)實(shí)驗室,廣東廣州510610)摘要:根據相關(guān)試驗研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗,以理論分析結合物理模型試驗,針對某核電廠(chǎng)一期工程循環(huán)水泵房進(jìn)水流道的水流特性,采用多種整流措施，優(yōu)化各水工建筑物的體形尺寸,有效改善了吸水室內水流流態(tài)及流速分布的不均勻性,實(shí)現吸水室均勻、平穩、無(wú)渦的水流流態(tài),提出有利于循環(huán)水泵安全、高效運行、投資較省的泵房工程布置方案。關(guān)鍵詞:核電廠(chǎng);循環(huán)水;進(jìn)水流道;流態(tài);物理模型中圖分類(lèi)號:TV136*.2文獻標識碼:B文章編號:1008 -0112(2010) 10 -0020 -04前言某核電廠(chǎng)一期工程建設的2x1 250MWe核電機.組,其循環(huán)冷卻水通過(guò)引水明渠在港池內取水,2臺機組共用I座循環(huán)水泵房,設6臺循環(huán)水泵。循環(huán)水泵房的進(jìn)水明渠在前池前約呈90°轉彎,為了驗證引水明渠公、與進(jìn)水前池的銜接是否合理,了解彎道水流對進(jìn)水前池和吸水室的影響,以及鼓型濾網(wǎng)側面進(jìn)水、中間出水的結構,是否會(huì )導致水流易在吸水室內造成偏流.回流及漩渦等不良流態(tài),從而產(chǎn)生有害的漩渦等,需要進(jìn)行物理模型試驗研究。根據試驗月的,針對工程布置的特點(diǎn),按重力相似圖1 循環(huán)水泵房平面布置及模型范圍示意(單位:mm)準則設計正態(tài)物理模型,模型比尺為L(cháng)=10。模型范圍布均勻對稱(chēng)與否.有無(wú)表面帶氣核漩渦及周壁漩渦來(lái)判包括-期工程引水明渠段、循環(huán)水泵房及其前池部分別，同時(shí)兼顧吸水室其它部位流態(tài)和水泵吸水室流動(dòng)是(見(jiàn)圖1)。否平穩及盡量減小水頭損失等要求。由于本研究還牽涉到的渦流問(wèn)題,考慮渦流流態(tài)的1.1優(yōu)化試驗 思路“縮尺效應”,為安全起見(jiàn),在進(jìn)行渦流觀(guān)測時(shí)適當增大由于某核電廠(chǎng)取水明渠底寬為80m,前池寬為流速進(jìn)行研究。根據日本機械工程師協(xié)會(huì )制定的水泵110.3m,循環(huán)水泵房采用潛沒(méi)進(jìn)水的方式,對比其他類(lèi)進(jìn)水流道試驗標準中提出“對于模型整體流態(tài)應該按似工程雖取水量大,但明渠及前池內過(guò)水斷面較大,前照佛汝德數相似準則設計和運行,對于表面渦流,模型池平均流速約為0. 24m/s,水流由明渠進(jìn)人前池后僅在流速應該采用幾何比尺的0.2次方,對于水內渦流,模局部產(chǎn)生回流,對循環(huán)水泵房流道內的取水分配影響不型流速應該采用幾何比尺的0次方”。本試驗的渦流太大。觀(guān)測模擬條件:λ.=λ{Q2 ,A,=λ2°。因此試驗的重點(diǎn)為流道內的整流T程方案優(yōu)化,.1方案優(yōu)化試驗及成果分析如在流道內布置T程措施不能滿(mǎn)足設計對水流流態(tài)的本試驗各方案的優(yōu)化主要以水泵吸水室的流速分要求，則再研究前池的工程措施。為了對比各方案水中國煤化工收稿日期:2010-09 -20.C.HCNMHG作者簡(jiǎn)介:吉紅香( 1979- ),女,碩土,T程師,主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)刀字研元?！?0.2010年10月第10期吉紅香,等:某核電廠(chǎng)-期工程循環(huán)水泵房進(jìn)水流道物理模型試驗研究No.10 Oet. 2010流流態(tài)及流速分布，各方案試驗均在同一個(gè)流道進(jìn)行,計要求。本次試驗選擇2*流道進(jìn)行不同方案的整流措施的試驗1.2 流道方案對比分析對比分析，提出推薦方案;然后再對流道整流推薦方試驗模擬廠(chǎng)家提供的水泵外形尺寸和阻渦結構,并案進(jìn)行各工況及不同潮位組合條件下的整體試驗流態(tài)分別進(jìn)行方案I ~5的試驗研究,各流道方案的比較及及流速的觀(guān)測，檢驗整流方案的合理性及能否滿(mǎn)足設說(shuō)明見(jiàn)表1。表1各流道整流方案比較及 說(shuō)明號方案布置方案說(shuō)明100縮短鼓型濾網(wǎng)至循泵流道后墻的距離5.58m.鼓型濾網(wǎng)出口擴散方案1段由設計的1.5m增加至3.5m,擴散角由設計的45°改為23°在方案I的基礎上,增加3個(gè)沿流道中心線(xiàn)對稱(chēng)的流線(xiàn)型導流墩,方案25+墩長(cháng)為3. 0m,墩厚為0.3m,墩頂高程為-7. 7m,導流墩位于鼓網(wǎng)胸墻正下方方案3調整了方案2的3個(gè)流線(xiàn)型導流墩墩位,墩長(cháng)為3. 0m,墩方案3厚為0.3m,仍以流道中心線(xiàn)對稱(chēng)布置,墩頂高程為-7. 7m流道整流方案4設置3個(gè)邊長(cháng)為1. 0m的三角墩,在流道中呈.方案4“品”字形布置,導流墩頂高程依然為-7.70m方案5將方案3的3個(gè)流線(xiàn)型導流墩墩厚改為0. 5m,墩長(cháng)為方案5口-3. Om,墩位不變,仍以流道中心線(xiàn)對稱(chēng)布置墩頂商程為-7.7m水流經(jīng)過(guò)3.5m長(cháng)的擴散段,出口寬度由5. 0m變軸環(huán)流)。為8.0m,在9%潮位下，平均流速由濾網(wǎng)出口的試驗測量了各方案流道距離水泵中軸線(xiàn)3. 0D0.87m/s降低為擴散段末端的0.47m/s,流速變化較(CS4)和1.5D( CS5)斷面沿水深5層平面流速分布及大。由于濾網(wǎng)出口擴散段的擴散角較大，受慣性力的作各垂線(xiàn)流速分布,各方案面、底層流速分布見(jiàn)圖2。試用,水流從濾網(wǎng)出口不能在較短距離進(jìn)行較好的擴散,驗表|中國煤化工和方案5中CS4、CS5流速分布不均勻,表層流速更在流道內形成偏流,使不斷面MY HCN M H G垂線(xiàn)平均流速與斷面同流速的水體之間發(fā)生剪切運動(dòng),形成較強的回流(立平均流還倆差相對較小，偏差小于30% ,距離水泵較近.21●2010年10月第10期廣東水利水電No. 10 Oc. 2010的CS5斷面各垂線(xiàn)平均流速與斷面平均流速偏差小于流流態(tài) 流速分布和水頭損失,方案3和方案5均能使25%。流道內水流流態(tài)達到設計要求,流道內測點(diǎn)流速偏差值較小,方案3與方案5產(chǎn)生的水頭損失增加值在0. 03FQE的二月O的.~0. 04m,不會(huì )因流道內水頭損失過(guò)大而對水泵的運行費用產(chǎn)生不利影響(見(jiàn)表2)。方案5中導流墩墩體高E的為6.0m,墩身為0.5m,符合結構設計要求。因此,本次試驗結合物理模型試驗成果以及結構設計的要求,將方方需3案5作為本次試驗的推薦方案。1.3推薦方案試驗成果分析CSA (CSS推薦方案導流墩設置在鼓網(wǎng)出口的擴散段,不會(huì )明顯地減少鼓網(wǎng)出口的過(guò)流面積,對濾網(wǎng)出口水流進(jìn)行疏113E5理、整流,使水流均勻、平穩擴散;水流通過(guò)胸墻底部后再經(jīng)3個(gè)導流墩整流、導流,在胸墻后能形成-一個(gè)更穩定的水平軸向環(huán)流,起到均勻調整表層水流結構的作用圖2各方案流速分 布示意(見(jiàn)圖3)。試驗對進(jìn)水流道攔污柵前與吸水頭部之間的水頭胸墻損失進(jìn)行了測量,該部分水頭損失包括了攔污柵、濾網(wǎng)、流道沿程、胸墻和導流墩等構筑物的局部和沿程損失。號99%低潮位和平均低潮位時(shí),方案1、方案3、方案4和方案5的水頭損失比較見(jiàn)表2。水流方向流速分布示意表2各潮位下進(jìn)水流道整流措施水頭損失 比較潮佗Jj案I方案3方案4方案54>導流墩/nH/m H;/m 0H/m H./m △H/m H,/m OH/m99%低潮位0.13 0.16 0.03 0.14 0.01 0.17 0.04圖3整流墩后水流流速 分布示意平均低潮位0.13 0.16 0.03 0.14 0.01 0.16 0.03試驗顯示:在99%低潮位時(shí),水流從兩側進(jìn)人鼓型注:H為各方案水頭損失增加值;△H=H- H。濾網(wǎng)進(jìn)口,再從濾網(wǎng)正面出流,前行至擴散段,遇胸墻后由表2可以看出:各潮位下整流方案引起的水頭損從其底部導流墩之間較均勻地分流和擴散,進(jìn)人吸水失均較小。99%低潮位時(shí),方案1(即流道內不增設任室,在胸墻后形成穩定的水平軸向的環(huán)流流態(tài)。水流經(jīng)何工程措施)的水頭損失為0. 13m;在平均低潮位下流過(guò)胸墻和導流墩整流后，吸水室內的流態(tài)有了較為明顯道內的損失為0.l3m,多年平均潮位和1%高潮位運行的改善,特別是在平均低潮位時(shí)水流較為均勻、穩定,流時(shí),方案1的水頭損失更小。與方案1比較,在9%低速的脈動(dòng)較小。胸墻后流道面層水流運動(dòng)緩慢,流道內潮位、多年平均低潮位時(shí),方案3由于整流措施所增加水流較為平靜。水泵周用水流流態(tài)平穩，只在胸墻附近的水頭損失均為0.03m,方案4增加的整流措施的水頭有水面渦出現，吸水室未見(jiàn)有表面漩渦出現。損失增加值均為0.01m,而方案5的水頭損失增加值為加大流量渦流模擬試驗表明:水流經(jīng)胸墻和導流墩0.04m和0.03m。后進(jìn)入吸水流道,在胸墻后形成穩定的水平軸向環(huán)流，根據流速流態(tài)的分析可知:雖然流道內整流墩等工在吸水室內-7. 7m高程以上的水流為負向流, -7.7m程措施會(huì )造成--定的水頭損失,但水流經(jīng)過(guò)整流、導流高程以下的中、下層基本為正向流。流道內亦無(wú)強回流工程措施后,流速分布更趨均勻,流速也有所降低,水體及誘導漩渦等較強剪切運動(dòng)的流態(tài),也沒(méi)有出現漏斗動(dòng)能減小勢能增加,吸水室的水位相應升高,在- -定程渦。胸墻后吸水流道上層水流出現局部順時(shí)針回流,并度減小了整流墩等工程措施的阻水影響?？梢?jiàn),各整流較中國煤化工, 整個(gè)流道內水面較為方案均不會(huì )使流道內水頭損失過(guò)大,對水泵的運行費用平冰內渦和底部渦出現。影響較小。0H.CNMHG流速測量和渦流模擬對比分析方案1、方案3、方案4和方案5試驗的水試驗表明,流道內尤明顯渦體出現,斷面流速分布較均●22●2010年10月第10期吉紅香,等:某核電廠(chǎng)一期工程循環(huán)水泵房進(jìn)水流道物理模型試驗研究No. 10 Oct. 2010勻,滿(mǎn)足循環(huán)水泵房吸水室的流態(tài)要求,在渦流試驗中,礎使流道內水流為有壓流動(dòng),未對流道內的流速分布產(chǎn)流態(tài)基本穩定,不會(huì )在吸水頭部附近出現水面渦,在胸生明顯不利影響。墻附近存在的較弱回流,其距水泵較遠,不會(huì )對水泵運綜上,各種運行工況、不同開(kāi)機組合的試驗表明:泵行產(chǎn)生影響。房進(jìn)口胸墻前的弱回流不會(huì )對流道內的水流流態(tài)造成1.4 推薦方案在不同運行工況下的流速流態(tài)明顯的影響。在各T.況組次中,特別是當水位低于平均泵房最不利的工況為冬季2臺循環(huán)水泵供1臺發(fā)潮位冬季運行工況的1機2泵運行時(shí),由于流道進(jìn)口電機組,此時(shí)的單泵流量較大,尤其是靠近凸岸5*和6'胸墻高程較低,進(jìn)口過(guò)流斷面較小，流速較大,容易在流兩泵開(kāi)啟運行工況,較容易在前池90°轉彎后形成前池道胸墻附近造成局部表面回流;但在推薦方案的整流作內的表面弱回流流態(tài),并在吸水流道進(jìn)口胸墻前形成因用下,流道內水泵吸水口附近流態(tài)仍平穩,流速分布亦繞流引起的表面漩渦甚至渦帶,但流道進(jìn)口前流速分布較均勻,滿(mǎn)足設計要求。仍較均勻,漩渦未對進(jìn)入鼓型濾網(wǎng)兩側的流量分配造成2結論影響。水流經(jīng)過(guò)導流墩調整后,漩渦被消除,流道內流1)本工程為彎道進(jìn)水式泵房流道,流態(tài)復雜,但前速分布均勻;在靠近凹岸1"和2*泵運行工況下,回流流池水流流速相對較小。優(yōu)化方案通過(guò)在吸水室內設置態(tài)仍存在,但吸水流道進(jìn)口胸墻前的漩渦出現的頻率明導流墩的工程措施,有效調整吸水室內水流流態(tài)及流速顯降低,強度亦有所減弱,泵房進(jìn)水口處流速分布基本分布,消除了循泵房吸水室內的不良流態(tài),流道內水流均勻,吸水室內流速分布也較為均勻;當開(kāi)啟4臺水泵流速分布較為均勻。供2臺機組發(fā)電時(shí),明渠內主流居中,凸岸附近前池內2)通過(guò)試驗對比分析優(yōu)化方案,推薦方案較簡(jiǎn)單表面呈現弱回流流態(tài),同流流速最大為-0.49m/s,回實(shí)用.T.程量小,整流后進(jìn)水水流條件能夠滿(mǎn)足循泵穩流在扭曲面附近消失。定運行要求,可為其它類(lèi)似工程設計提供參考。在春夏秋季,3臺水泵供1臺發(fā)電機,當1臺發(fā)電參考文獻:機發(fā)電.1臺發(fā)電機停機、4" ~6*泵開(kāi)啟時(shí),在6*流道進(jìn)[1]吉紅香.某核電廠(chǎng)--期T.程循環(huán)水泵房進(jìn)水流道物理模型口胸墻前出現偶發(fā)性的3級漏斗渦,并在前池出現局部試驗研究[R].廣州:廣東省水利水電科學(xué)研究院,2009.弱回流,流道內面流速底部流速分布較為均勻,而中層[2] 邱靜，杜滑.黃木勝,等.汕尾發(fā)電廠(chǎng)循環(huán)水泵房進(jìn)水前池流速分布欠均勻;而當1'~3*泵開(kāi)啟時(shí),前池流態(tài)平穩，及流道水力性能試驗研究[R].廣州:廣東省水利水電科學(xué)研究院,2004.流道進(jìn)口流速分布均勻,各流道粗格柵進(jìn)口前未見(jiàn)漩渦[3] 邱靜.杜洞,黃本勝,等.臺山發(fā)電廠(chǎng)一期工程循環(huán)水泵進(jìn)出現，流道內流態(tài)平順,各層流速分布均較為均勻。水流道水力性能試驗研究報告[R].廣州:廣東省水利水6臺泵全開(kāi)工況時(shí),前池水流平順,粗格柵進(jìn)口前電科學(xué)研究院,2002.的水流平穩,流速分布較為均勻。在99%低潮位和平[4]國家電力公 司電力規劃設計總院. DLGLI50 -1999火力發(fā)均低潮位下,僅在6"流道前明渠扭面段有弱回流出現，電廠(chǎng)循環(huán)水泵房進(jìn)水流道及其布置設計技術(shù)規定[S].流道進(jìn)水口內流速分布基本均勻，也未對吸水室內的流1999.速分布產(chǎn)生明顯不利影響;在平均潮位和1%高潮位[5]邱靜， 黃東，黃木勝,等,某大型泵站機組振動(dòng)原因分析及下,由于明渠內流量增大，主流偏右側,在6"流道進(jìn)口防振臨時(shí)工程措施[J].中國農村水利水電,2004,(12).前池出現局部弱同流,而在1流道前沿明渠邊出現回6]吳持恭 水力學(xué)[ M].北京:高等教育出版社,008.(本期責任編輯馬克俊)流,回流流速最大為-0. 19m/s,但流道進(jìn)水口內流速分布基本均勻。此時(shí),由于潮位較高,流道內的雙層基中國煤化工MYHCNMHG●23●