循環(huán)水泵房進(jìn)水流道水力特性試驗及研究

總第97期電站鋪機Vol, 972006年6月第2期Power Station A uxiliary EquipmentJune. 2006,No. 2文章編號:1672-0210(2006)02 001004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2 ,鄭大瓊?(1.北京工業(yè)大學(xué)，北京10044;2. 中國水利水電科學(xué)研究院,北京100038)商要: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型式，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)似工程具有一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞:循環(huán)水泵;進(jìn)水流道;流態(tài);漩渦;預旋角;深度中圖分類(lèi)號:TH31文獻標識碼:AHydraulic Characteristic Test and Study on CirculatingWater Pump Station of Tuoketuo Thermal PlantLI Shuheng'，W ANG Nianshen'，ZHENG Daqiong*(1. Beijing Polytechnic University , Bejing 100044 ,China;2. China Institute of Water Resources and Hydropower Research , Beijing 100038 ,China)Abstract: Two different water inlet conduits are designed due to limitary space in circulating water pump station ofTuoketuo Thermal Plant. Base slope of 3# unit inlet forebay is designed 23. 7°, which surpasses the standard thatrequires base slope not steeper than 1:4. During model tests on two water inlet conduits, the results show thatcirculating water pumpof 3# unit can work normally in 7m water depth above and 4 # unit's inlet conduit flowpattern and other performance index are obviously better than those of 3# unit, which is worthful to similiar projectbecause the design of 4 # unit's inlet conduit is very reasonable.Key words:circulating water pump; inlet conduit;flow pattern; vortex;pre swirl angle; minimum submergence depth得到充分發(fā)揮。同時(shí),進(jìn)水流道形式的選擇又直接影1問(wèn)題的提出響到整個(gè)泵站的投資大小和施工難度。循環(huán)水泵是火電廠(chǎng)最重要的輔機之一,對電廠(chǎng)的內蒙古托克托電廠(chǎng)二期工程循環(huán)水泵房,因受安全運行起著(zhù)十分關(guān)鍵的作用。而循環(huán)水泵站進(jìn)水場(chǎng)地限制，設計了兩種不同的流道型式,其中3號機流道形式的合理選擇和設計，直接關(guān)系到流道內水頭循環(huán)水泵房進(jìn)水前池的底坡設計為23. 7°,大于泵損失的大小和流態(tài)的好壞,對循環(huán)水泵的安全和高效站設計規范要求的正向進(jìn)水的前池底坡不宜陡于運行,起著(zhù)非常重要的作用。優(yōu)化的進(jìn)水流道形式應1:4(即14.04)。為了驗證流道內水流能否滿(mǎn)足該盡可能的減少吸水間內部的水力損失,盡可能的消設計中國煤化工以及水泵能否安全除吸水間內部的各種漩渦,能使循環(huán)水泵的水力性能穩定究院對這兩種流道TYHCNMHG收稿8期:2005-06-06作者簡(jiǎn)介:李書(shū)恒(1976-),北京工業(yè)大學(xué),水利水電工程專(zhuān)業(yè),碩士研究生。1循環(huán)水泵房進(jìn)水流道水力特性試驗及研究電站輔機總第97期(2006 No. 2)分別進(jìn)行了模型試驗,試驗是在進(jìn)水流道及泵房平我國尚未頒布專(zhuān)門(mén)的有關(guān)泵站整體模型試驗的面布置.主要部件尺寸給定的條件下,研究以上問(wèn)題試驗標準或試驗規程,本試驗標準參照文獻3E8IL0,的。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λ;= 10.0模型布置圖,見(jiàn)圖22工程概況，~圖4。內蒙古托克托電廠(chǎng)二期工程機組設計容量為2(1)流態(tài)相似條件X 600 MW(廠(chǎng)內編號為3號機、4號機),以處理后一般流態(tài)按重力相似條件進(jìn)行試驗,即Froude的黃河水為冷卻水水源,采用1機2泵的再循環(huán)單數相似，流量比尺元制,見(jiàn)圖1。其循環(huán)水系統流道包括冷卻塔集水λo=λ:°=316.23。池、引水渠(內設攔污柵)、前池、吸水間和循環(huán)水泵整個(gè)流道從冷卻塔出口開(kāi)始到循環(huán)水泵進(jìn)口管進(jìn)口。2臺機組共4臺循環(huán)水泵,型號為88LKXA-均為有機玻璃制成,這樣便于觀(guān)察泵房?jì)人鞯牧?4的立式斜流泵，主要的運行工況為:熱季為2臺態(tài)。有機玻璃糙率為0. 0088,按重力相似推算,入。循環(huán)水泵并聯(lián)運行,流量Q= 8.56m*/s,泵出口壓=x.+=1. 4678,換至原型為0. 0117 ,接近原型混凝力H=0. 245 MPa,必需氣蝕余量≤12.0m,效率η土糙率0.012,滿(mǎn)足糙率相似的要求。> 85%。冷季或汽輪機低負荷時(shí)為一臺循環(huán)水泵運(2)漩渦相似條件行,流量Q=11.5m*/s=41 400t/h,泵出口壓力H對于泵房流道進(jìn)水渠、前池、吸水間內水流水面= 0. 184 MPa,必需氣蝕余量≤13.0 m,效率n>渦的發(fā)生和觀(guān)察,按日本機械學(xué)會(huì )有關(guān)標準試驗,即83%。泵房底板高程-8. 7m,冷卻水塔正常水位流量比尺-0.5m。.λo=λξ2= 158.49。雖然漩渦相似準則,并沒(méi)有得到國際上作為進(jìn)來(lái)自9號冷卻塔行泵站流道試驗標準的認同，但模擬漩渦相似時(shí)模型流量要比重力相似的模型流量大很多,因而模型試驗中,水面流態(tài)比按重力相似觀(guān)測的結果要惡化。換言之,盡管按λo=xE:2的準則試驗的結果,避免出現吸水間不利流態(tài)的要求來(lái)控制泵的運行條件偏于來(lái)保守,但試驗結果具有重要的參考意義。(3)水流均勻和穩定性的判據無(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,在圖1原型泵房平面布置圖任何情況下,吸水間水下均不得出現有害的水內渦和底部渦。3試驗工況及試驗標準4參數測量表1試驗工況.運行流量單泵流量4.1流量量測編號季節工況「原型「模型型用矩形薄壁堰作為流量量測的工具,堰寬0.30|Q(m2/s)| Q(/s) |Q(m2/s)| Q(I/s)1夏季2泵1機17.12 54.148.56| 27.07m,堰高0. 25 m,流量計算公式為:2冬季1泵1機11.50 36.3711.50 36.37Qm =mob V2gH專(zhuān),其中流量系數:mo= (0.4053春秋季3泵2機25.28 79.948.43| 26. 66+ 0.0027)[1+0 55(H -)274冬季1泵1機12.84| 40. 6012.84| 40. 60中國煤化工5春秋季|3泵2機 25.28 159. 518.43| 53. 17式中:堰.上水頭;H=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 )標準濮渦0.1~0. oIn; p-嶇間。TYHCNMHG相似準則進(jìn)行試驗。4.2預旋角電站輔機總第97期(2006 No.2)表2各種漩渦形式類(lèi)別級別名稱(chēng)形態(tài)圖號0無(wú)旋渦未形成旋渦,僅有回流。1水面渦水面有旋渦,渦心不下陷。2表面凹陷渦水面僅形成較小凹面,并不卷入空氣。水3漏斗形表面渦渦面形成漏斗狀,但未吸入空氣。4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入,水下時(shí)有小氣泡?？諝獗贿B續的吸人喇叭口內,水中可清晰地見(jiàn)到一條渦6連續性吸氣渦管水中渦-端在喇叭口內,一端在吸水間底板或后墻的渦管水面降到喇叭口下緣喇叭口下旋鍋與吸管同心吸人大同心渦量空氣工程實(shí)踐中往往有這樣的現象,吸水間內水面導謊墩上不出現旋渦,但在吸管內,卻實(shí)際存在著(zhù)因環(huán)流而導館被吸水網(wǎng)引水前池生成的旋渦。這種旋渦無(wú)論其方向與葉輪轉向是否|底城29.7年一一集水池H花相同,都能使水泵效率降低，能耗增加,而且也是水底坡23.72泵運行時(shí)噪音、空化磨損的主要原因。各種漩渦形式見(jiàn)表2。為測試吸管內水流的穩定性,判斷吸管內是否會(huì )發(fā)生旋渦，可用量測預旋角的方法進(jìn)行判圖23 號機流道模型平面布置圉別。預旋角等于吸管內切向流速與軸向流速之比，若預旋角過(guò)大,可認為吸管內存在呈螺旋狀上升的中導德墩水流,一般認為預旋角在5°內是允許的。本試驗在吸管喇叭口上部葉輪處安裝一個(gè)特制一集水池.的可自由旋轉的三葉旋槳,用來(lái)測試預旋角。槳間底坡23.71年夾角為120° ,其軸固定在吸管頂蓋上。旋槳由有機玻璃制作,槳葉直徑d=20 mm見(jiàn)圖5,圖6。本試驗對主要工況進(jìn)行了兩個(gè)組次的預旋角測團34號機流道模型平面布置囝試，測試時(shí)間均為10 min。支斑T日特流鋒吸水間引水前法支架r槳吐中國煤化工YHCNMH G_ V0Q7a. ↓圖44 號機流道模型立面布置圖.43|。 43.8 +圈5旋槳安裝立面團(單 位:cm,高程單位:m)12循環(huán)水泵房進(jìn)水流道水力特性試驗及研究電站輔機總第97期(2006 No.2)泵吸鴛獎葉h2圈6旋槳平面團流量(m/s)固定流量為11. 50m2/s,泵房水深由8.20 m降:圉84號機允許最小淹沒(méi)深度與流量關(guān)系到5.50m。固定泵房水深7.40m,流量從12. 84 m'/s減少5結論到8.04 m'/s.盡管3號機循環(huán)水泵房受場(chǎng)地限制，進(jìn)水前池在相同流量變化或水深變化范圍內,3號機組的底坡設計為23.7° ,超過(guò)了泵站設計規范,但根據泵房吸管的預旋角大部分測量值在3°~5*,而4號試驗觀(guān)察和研究,只要運行在7.0m以上水深是安.機組泵房吸管的預旋角大部分測量值在3°以下,均全可靠的,不會(huì )出現不利流態(tài)和有害漩渦,此流道設滿(mǎn)足要求。計在工程上是可以采納的。4.3不同流對應的最小淹沒(méi)深度由于冷卻塔集水池到泵房吸水間之間的銜接方水泵吸管喇叭口最小允許淹沒(méi)深度的大小,是式不同,3號機水流流出集水池之后通過(guò)一收縮式判斷循環(huán)水泵房進(jìn)水流道工藝布置優(yōu)劣和吸水管喇的斜坡(23.7°)由上部接人吸水間,對吸水間水面的叭口體型好壞的一個(gè)重要指標。- -般在水泵安裝工擾動(dòng)較大。而當集水池水位較低時(shí),集水池出口水藝中,主要由水泵的汽蝕余量和吸水管喇叭口的最流以“跌水”方式與吸水間水流銜接，更加劇了吸水小允許淹沒(méi)深度來(lái)控制水泵的安裝高度。間水流的紊動(dòng)。而4號機由集水池底部接入吸水本試驗在不同流量情況下,對吸水間內水面產(chǎn)間,底部輸水方管高達4. 5m,水流順暢,對水面擾生初生漩渦的淹沒(méi)深度h和產(chǎn)生初生漏斗型漩渦動(dòng)較小,試驗結果表明在最不利工況(表1工況5)的淹沒(méi)深度h2進(jìn)行了測試。由圖7,圖8可以看時(shí),低于4m水深時(shí)才開(kāi)始出現有害漩渦,因而4號.出，初生漩渦淹沒(méi)深度h, 和初生漏斗型漩渦淹沒(méi)深機的泵房流道型式明顯優(yōu)于3號機,可以提高運行度h;的值隨流量的增加而增大,4號機所需最小淹效率、降低泵房安裝高度和節省投資,同時(shí)施工也比沒(méi)深度均明顯小于3號機。較方便,對今后大型火電廠(chǎng)循環(huán)水泵房流道設計具有重要的參考價(jià)值。參考文獻:[1] GB/ T50265297 -1997,泵站設計規范[S].[2] Cary Fain ,Cooling Tower Pump Intake, ASCE preprint80-651,October[S]. 1980.[3]皮積瑞,劉瓊玲.火力發(fā)電廠(chǎng)循環(huán)水泵進(jìn)水流槽試驗研究報告[R].武漢水利電力學(xué)院、中南電力設計院，1988.流量(m's)[4] JSME S04-1984.水泵進(jìn)水池模型試驗法[R].圍73 號機允許最小淹沒(méi)深度與流關(guān)系[5]陳棒庭.水工模型試驗[M].中國水利水電出版社,1985.中國煤化工歡迎投稿歡CNMHG13