第10期廣東水利水電No. 102010年10月.CUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWEROct. 2010某核電廠-.期工程循環(huán)水泵房進水.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研究院,廣東省水動力學應(yīng)用研究重點實驗室,廣東廣州510610)摘要:根據(jù)相關(guān)試驗研究成果和實踐經(jīng)驗,以理論分析結(jié)合物理模型試驗,針對某核電廠一期工程循環(huán)水泵房進水流道的水流特性,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(nèi)水流流態(tài)及流速分布的不均勻性,實現(xiàn)吸水室均勻、平穩(wěn)、無渦的水流流態(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;循環(huán)水;進水流道;流態(tài);物理模型中圖分類號:TV136*.2文獻標識碼:B文章編號:1008 -0112(2010) 10 -0020 -04前言某核電廠一期工程建設(shè)的2x1 250MWe核電機.組,其循環(huán)冷卻水通過引水明渠在港池內(nèi)取水,2臺機組共用I座循環(huán)水泵房,設(shè)6臺循環(huán)水泵。循環(huán)水泵房的進水明渠在前池前約呈90°轉(zhuǎn)彎,為了驗證引水明渠公、與進水前池的銜接是否合理,了解彎道水流對進水前池和吸水室的影響,以及鼓型濾網(wǎng)側(cè)面進水、中間出水的結(jié)構(gòu),是否會導(dǎo)致水流易在吸水室內(nèi)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,需要進行物理模型試驗研究。根據(jù)試驗月的,針對工程布置的特點,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(shè)計正態(tài)物理模型,模型比尺為L=10。模型范圍布均勻?qū)ΨQ與否.有無表面帶氣核漩渦及周壁漩渦來判包括-期工程引水明渠段、循環(huán)水泵房及其前池部分別，同時兼顧吸水室其它部位流態(tài)和水泵吸水室流動是(見圖1)。否平穩(wěn)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題,考慮渦流流態(tài)的1.1優(yōu)化試驗 思路“縮尺效應(yīng)”,為安全起見,在進行渦流觀測時適當增大由于某核電廠取水明渠底寬為80m,前池寬為流速進行研究。根據(jù)日本機械工程師協(xié)會制定的水泵110.3m,循環(huán)水泵房采用潛沒進水的方式,對比其他類進水流道試驗標準中提出“對于模型整體流態(tài)應(yīng)該按似工程雖取水量大,但明渠及前池內(nèi)過水斷面較大,前照佛汝德數(shù)相似準則設(shè)計和運行,對于表面渦流,模型池平均流速約為0. 24m/s,水流由明渠進人前池后僅在流速應(yīng)該采用幾何比尺的0.2次方,對于水內(nèi)渦流,模局部產(chǎn)生回流,對循環(huán)水泵房流道內(nèi)的取水分配影響不型流速應(yīng)該采用幾何比尺的0次方”。本試驗的渦流太大。觀測模擬條件:λ.=λ{Q2 ,A,=λ2°。因此試驗的重點為流道內(nèi)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(nèi)布置T程措施不能滿足設(shè)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作者簡介:吉紅香( 1979- ),女,碩土,T程師,主要從事水力學及河流動刀字研元?！?0.2010年10月第10期吉紅香,等:某核電廠-期工程循環(huán)水泵房進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流道進行,計要求。本次試驗選擇2*流道進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?zāi)M廠家提供的水泵外形尺寸和阻渦結(jié)構(gòu),并案進行各工況及不同潮位組合條件下的整體試驗流態(tài)分別進行方案I ~5的試驗研究,各流道方案的比較及及流速的觀測，檢驗整流方案的合理性及能否滿足設(shè)說明見表1。表1各流道整流方案比較及 說明號方案布置方案說明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(shè)計的1.5m增加至3.5m,擴散角由設(shè)計的45°改為23°在方案I的基礎(chǔ)上,增加3個沿流道中心線對稱的流線型導(dǎo)流墩,方案25+墩長為3. 0m,墩厚為0.3m,墩頂高程為-7. 7m,導(dǎo)流墩位于鼓網(wǎng)胸墻正下方方案3調(diào)整了方案2的3個流線型導(dǎo)流墩墩位,墩長為3. 0m,墩方案3厚為0.3m,仍以流道中心線對稱布置,墩頂高程為-7. 7m流道整流方案4設(shè)置3個邊長為1. 0m的三角墩,在流道中呈.方案4“品”字形布置,導(dǎo)流墩頂高程依然為-7.70m方案5將方案3的3個流線型導(dǎo)流墩墩厚改為0. 5m,墩長為方案5口-3. Om,墩位不變,仍以流道中心線對稱布置墩頂商程為-7.7m水流經(jīng)過3.5m長的擴散段,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流速分布,各方案面、底層流速分布見圖2。試用,水流從濾網(wǎng)出口不能在較短距離進行較好的擴散,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(nèi)形成偏流,使不斷面MY HCN M H G垂線平均流速與斷面同流速的水體之間發(fā)生剪切運動,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(nèi)水流流態(tài)達到設(shè)計要求,流道內(nèi)測點流速偏差值較小,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,不會因流道內(nèi)水頭損失過大而對水泵的運行費用產(chǎn)生不利影響(見表2)。方案5中導(dǎo)流墩墩體高E的為6.0m,墩身為0.5m,符合結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。因此,本次試驗結(jié)合物理模型試驗成果以及結(jié)構(gòu)設(shè)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(dǎo)流墩設(shè)置在鼓網(wǎng)出口的擴散段,不會明顯地減少鼓網(wǎng)出口的過流面積,對濾網(wǎng)出口水流進行疏113E5理、整流,使水流均勻、平穩(wěn)擴散;水流通過胸墻底部后再經(jīng)3個導(dǎo)流墩整流、導(dǎo)流,在胸墻后能形成-一個更穩(wěn)定的水平軸向環(huán)流,起到均勻調(diào)整表層水流結(jié)構(gòu)的作用圖2各方案流速分 布示意(見圖3)。試驗對進水流道攔污柵前與吸水頭部之間的水頭胸墻損失進行了測量,該部分水頭損失包括了攔污柵、濾網(wǎng)、流道沿程、胸墻和導(dǎo)流墩等構(gòu)筑物的局部和沿程損失。號99%低潮位和平均低潮位時,方案1、方案3、方案4和方案5的水頭損失比較見表2。水流方向流速分布示意表2各潮位下進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(dǎo)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,水流從兩側(cè)進人鼓型注:H為各方案水頭損失增加值;△H=H- H。濾網(wǎng)進口,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(dǎo)流墩之間較均勻地分流和擴散,進人吸水失均較小。99%低潮位時,方案1(即流道內(nèi)不增設(shè)任室,在胸墻后形成穩(wěn)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胸墻和導(dǎo)流墩整流后，吸水室內(nèi)的流態(tài)有了較為明顯道內(nèi)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水流較為均勻、穩(wěn)定,流時,方案1的水頭損失更小。與方案1比較,在9%低速的脈動較小。胸墻后流道面層水流運動緩慢,流道內(nèi)潮位、多年平均低潮位時,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(wěn)，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(xiàn)，吸水室未見有表面漩渦出現(xiàn)。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(dǎo)流墩0.04m和0.03m。后進入吸水流道,在胸墻后形成穩(wěn)定的水平軸向環(huán)流，根據(jù)流速流態(tài)的分析可知:雖然流道內(nèi)整流墩等工在吸水室內(nèi)-7. 7m高程以上的水流為負向流, -7.7m程措施會造成--定的水頭損失,但水流經(jīng)過整流、導(dǎo)流高程以下的中、下層基本為正向流。流道內(nèi)亦無強回流工程措施后,流速分布更趨均勻,流速也有所降低,水體及誘導(dǎo)漩渦等較強剪切運動的流態(tài),也沒有出現(xiàn)漏斗動能減小勢能增加,吸水室的水位相應(yīng)升高,在- -定程渦。胸墻后吸水流道上層水流出現(xiàn)局部順時針回流,并度減小了整流墩等工程措施的阻水影響。可見,各整流較中國煤化工, 整個流道內(nèi)水面較為方案均不會使流道內(nèi)水頭損失過大,對水泵的運行費用平冰內(nèi)渦和底部渦出現(xiàn)。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(nèi)尤明顯渦體出現(xiàn),斷面流速分布較均●22●2010年10月第10期吉紅香,等:某核電廠一期工程循環(huán)水泵房進水流道物理模型試驗研究No. 10 Oct. 2010勻,滿足循環(huán)水泵房吸水室的流態(tài)要求,在渦流試驗中,礎(chǔ)使流道內(nèi)水流為有壓流動,未對流道內(nèi)的流速分布產(chǎn)流態(tài)基本穩(wěn)定,不會在吸水頭部附近出現(xiàn)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,不會對水泵運綜上,各種運行工況、不同開機組合的試驗表明:泵行產(chǎn)生影響。房進口胸墻前的弱回流不會對流道內(nèi)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,由于流道進口電機組,此時的單泵流量較大,尤其是靠近凸岸5*和6'胸墻高程較低,進口過流斷面較小，流速較大,容易在流兩泵開啟運行工況,較容易在前池90°轉(zhuǎn)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(nèi)的表面弱回流流態(tài),并在吸水流道進口胸墻前形成因用下,流道內(nèi)水泵吸水口附近流態(tài)仍平穩(wěn),流速分布亦繞流引起的表面漩渦甚至渦帶,但流道進口前流速分布較均勻,滿足設(shè)計要求。仍較均勻,漩渦未對進入鼓型濾網(wǎng)兩側(cè)的流量分配造成2結(jié)論影響。水流經(jīng)過導(dǎo)流墩調(diào)整后,漩渦被消除,流道內(nèi)流1)本工程為彎道進水式泵房流道,流態(tài)復(fù)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)化方案通過在吸水室內(nèi)設(shè)置態(tài)仍存在,但吸水流道進口胸墻前的漩渦出現(xiàn)的頻率明導(dǎo)流墩的工程措施,有效調(diào)整吸水室內(nèi)水流流態(tài)及流速顯降低,強度亦有所減弱,泵房進水口處流速分布基本分布,消除了循泵房吸水室內(nèi)的不良流態(tài),流道內(nèi)水流均勻,吸水室內(nèi)流速分布也較為均勻;當開啟4臺水泵流速分布較為均勻。供2臺機組發(fā)電時,明渠內(nèi)主流居中,凸岸附近前池內(nèi)2)通過試驗對比分析優(yōu)化方案,推薦方案較簡單表面呈現(xiàn)弱回流流態(tài),同流流速最大為-0.49m/s,回實用.T.程量小,整流后進水水流條件能夠滿足循泵穩(wěn)流在扭曲面附近消失。定運行要求,可為其它類似工程設(shè)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*泵開啟時,在6*流道進[1]吉紅香.某核電廠--期T.程循環(huán)水泵房進水流道物理模型口胸墻前出現(xiàn)偶發(fā)性的3級漏斗渦,并在前池出現(xiàn)局部試驗研究[R].廣州:廣東省水利水電科學研究院,2009.弱回流,流道內(nèi)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)電廠循環(huán)水泵房進水前池流速分布欠均勻;而當1'~3*泵開啟時,前池流態(tài)平穩(wěn)，及流道水力性能試驗研究[R].廣州:廣東省水利水電科學研究院,2004.流道進口流速分布均勻,各流道粗格柵進口前未見漩渦[3] 邱靜.杜洞,黃本勝,等.臺山發(fā)電廠一期工程循環(huán)水泵進出現(xiàn)，流道內(nèi)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臺泵全開工況時,前池水流平順,粗格柵進口前電科學研究院,2002.的水流平穩(wěn),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(guī)劃設(shè)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(xiàn)，電廠循環(huán)水泵房進水流道及其布置設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].流道進水口內(nèi)流速分布基本均勻，也未對吸水室內(nèi)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原因分析及下,由于明渠內(nèi)流量增大，主流偏右側(cè),在6"流道進口防振臨時工程措施[J].中國農(nóng)村水利水電,2004,(12).前池出現(xiàn)局部弱同流,而在1流道前沿明渠邊出現(xiàn)回6]吳持恭 水力學[ 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,但流道進水口內(nèi)流速分布基本均勻。此時,由于潮位較高,流道內(nèi)的雙層基中國煤化工MYHCNMHG●23●