天科研探索與識(shí)創(chuàng)新可火電廠循環(huán)水泵站進(jìn)水流槽尺寸優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究口吳謀松李松盧巖李明哲(武漢大學(xué)水利水電學(xué)院湖北●武漢430072)摘要:根據(jù)實(shí)際模型,由水力相似原理,按照一定比例建立物理模型, 通過對(duì)進(jìn)水流槽不同尺寸進(jìn)行水流流態(tài)觀測(cè)分析,并進(jìn)行對(duì)比,得出最優(yōu)的流槽長(zhǎng)度,后墻距,淹沒深度,并得出水槽尺寸優(yōu)化的結(jié)論與建議。關(guān)鍵詞:模型流態(tài)長(zhǎng)度后墻距淹沒深度尺寸優(yōu)化中圖分類號(hào): TQ153文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 1007-3973 (2010) 06-087-021實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)水流槽長(zhǎng)度對(duì)水流流態(tài)有直接的影響，同時(shí)也影響到火電廠泵站開敞式進(jìn)水流槽典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主工程量。 現(xiàn)對(duì)不同流槽長(zhǎng)度下的流態(tài)進(jìn)行比較分析。要參數(shù)包括:濾網(wǎng)前進(jìn)水流槽長(zhǎng)度L,濾網(wǎng)后進(jìn)水流槽長(zhǎng)度L,觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，在易形成渦帶的喇叭口下方位置都存在一進(jìn)水流槽寬度B,喇叭管懸空高度P,后墻距T,淹沒深度H,個(gè)滯水區(qū)。 而隨著進(jìn)水流槽長(zhǎng)度減小,滯水區(qū)處渦量增加,產(chǎn)吸水管喇叭口直徑D.生附底旋渦的可能性越大(如圖2),因此,進(jìn)水流槽縮短后應(yīng)由于本研究的目的主要通過流場(chǎng)分析確定合理的進(jìn)水流采取防 止附底旋渦的工程措施。實(shí)驗(yàn)資料表明，在喇叭口下槽尺寸參數(shù)，為了簡(jiǎn)化,忽略濾網(wǎng)的阻水作用。不考慮水泵的方增 加導(dǎo)水錐可較好地防止附底旋渦，而對(duì)開敞式進(jìn)水流槽，運(yùn)行狀況，直接將水泵吸水管處理為-直管段, 并進(jìn)行延長(zhǎng)以增加導(dǎo)水錐較易設(shè)計(jì)及施工，故建議對(duì)大中型水泵在條件許使出口處流速和壓力已充分穩(wěn)定，滿足一一-一一-一的可情況下 都增設(shè)導(dǎo)水錐。條件。子[E.圍22.3不同后墻距方案的比較圖1開敞式進(jìn)水流槽結(jié)構(gòu)形式本研究分別進(jìn)行了不同進(jìn)水流槽長(zhǎng)度,不同后墻距,不同由表1可以看出，進(jìn)水管口阻力系數(shù)隨著比值TID的減喇叭管懸空高度，不同淹沒深度等多方面方案下的水流流態(tài)小而減小，當(dāng)T/D=0時(shí)(即緊靠后墻)阻力系數(shù)最小。從圖3比較來確定水流流態(tài)。的水流對(duì)比中也可明顯看出T=0時(shí)水流情況較T>0時(shí)者為參考到相關(guān)資料對(duì)離心泵進(jìn)水管道布置推薦的尺寸范圍，優(yōu)。在喇叭口下方位置都存在-一個(gè)滯水區(qū).隨著后墻距減小，.采用如下基本尺寸:進(jìn)水流槽寬度B=2.SD, 濾網(wǎng)前長(zhǎng)度滯水區(qū)處渦量有所增加。更重要的是，后墻距減小后易在后La4.0D,濾網(wǎng)后長(zhǎng)度L:=9.0D,懸空高度P-O.6D,淹沒深度側(cè)墻 上形成-個(gè)高渦量區(qū)點(diǎn)，在此易產(chǎn)生附壁渦帶。因此,后H=1.5D,后墻距T=1.0D.墻距不宜過小。但總體而言，后墻距的變化對(duì)池中的主流影結(jié)合物理模型試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的原型，根據(jù)水力相似原理,式中響不如其它尺寸大。D取88mm.2流態(tài)分析2.1基本方案的流態(tài)對(duì)基本方案,可觀測(cè)到在進(jìn)水流槽濾網(wǎng)前部,水流平順進(jìn)入后受擋板阻隔，繞流從兩側(cè)進(jìn)入濾網(wǎng)，在擋板后形成兩對(duì)稱渦。由于濾網(wǎng)后斷面擴(kuò)散，水流在擴(kuò)散段邊壁處出現(xiàn)脫流，兩遭水管不斷位置時(shí)水速警倪側(cè)形成鉸大回流區(qū),回流區(qū)范圍長(zhǎng)度約為6D.回流區(qū)首端的渦量明顯較周圍區(qū)域的大,由實(shí)驗(yàn)觀測(cè)可知，在該處表面回流中國(guó)煤化工K流情況會(huì)將空氣帶入進(jìn)水流槽,產(chǎn)生氣泡。在喇叭管正下方,有一明2.4 不.MYHCNMHG顯的滯水區(qū)，在此易產(chǎn)生渦帶進(jìn)入吸水管?，F(xiàn)對(duì)不同喇叭管淹沒深度H下的水流流態(tài)進(jìn)行比較分析。2.2不同進(jìn)水流槽長(zhǎng)度方案的比較如圖4所示，隨著淹沒深度的增加,雖然回流區(qū)范圍沒有一料協(xié)論壇●2010 年第6期(下)一由820科研探索與元知識(shí)創(chuàng)新明顯縮短,但回流區(qū)渦量減小，帶入進(jìn)水流槽的空氣量減少。出的，并且在實(shí)驗(yàn)中綜合考慮了各種因素對(duì)水流流態(tài)的影響，因此得出的結(jié)果是可信的。(5)除在泵站設(shè)計(jì)時(shí)合理確定進(jìn)水池尺寸和進(jìn)水管相對(duì)位置外，我們建議還可采取如下措施:同的漩潤(rùn)形態(tài)如果管口淹沒深度H不足而出現(xiàn)漩渦時(shí)，可在進(jìn)水管上加蓋板或采取其它措施，如圖5所示。圖4不同淹沒深度時(shí)的漩渦形態(tài)由實(shí)驗(yàn)可知，淹沒深度對(duì)水泵進(jìn)水性能具有決定性的影響,如果此值確定不當(dāng),池中將形成旋渦，甚至產(chǎn)生進(jìn)氣現(xiàn)象，使水泵效率降低。例如當(dāng)水中混有1%空氣時(shí),水泵效率下降●本下■帳 b *TA5%~15%,當(dāng)混入10%時(shí),水泵就不能工作了.除此,漩渦的出圍5現(xiàn)，還可能引起機(jī)組超載.汽蝕、振動(dòng)的噪音等不良后果。也可以在進(jìn)水池中不同部位加設(shè)擋板,如圖6所示。當(dāng)進(jìn)水管口淹沒較小時(shí),池中表層水流流速增大,水流紊亂,并在池中后部水域首先出水面凹陷的局部漩渦，如圖4(a)所示。當(dāng)H減小時(shí),表層水流速度加大，漩渦的旋轉(zhuǎn)速度也隨|印四之加大，漩渦區(qū)的壓力進(jìn)一步減小。 因此在大氣壓作用下,凹陷也逐漸向下延伸,隨著凹陷的加深,四周水流對(duì)其作用的壓a后墻隔板b管后隔板c水下隔板力也隨之增大.所以，漩渦隨水深增加而變成漏斗狀。由于空氣漏斗尾部受進(jìn)水管吸力的影響，開始向進(jìn)水管方向彎曲，且并從漏斗底部斷續(xù)向進(jìn)水管進(jìn)氣,如圖4(b)所示，這時(shí)的淹沒深度稱為臨界深度。此后如果再減小H值,就會(huì)形成連續(xù)向d水下隔杜8地底隔棱進(jìn)水管進(jìn)氣的漏斗漩渦,如圖4(d)所示。防渦措施之二顯然，為了保證泵站正常運(yùn)行，應(yīng)以池中不形成圖4(b)所示的斷續(xù)進(jìn)氣的漩渦為準(zhǔn)則，即管口的淹沒深度應(yīng)等于或大于其臨界深度。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)淹沒深度H≤0.75D時(shí)表面旋渦已延伸至喇叭管,將空氣帶入泵內(nèi);淹沒深度H≤1.0D時(shí)表面旋渦都易將空氣帶入泵內(nèi),故淹沒深度應(yīng)大于1.25D.3結(jié)論與建議本研究采用對(duì)火電廠循環(huán)水泵房開敞式進(jìn)水流槽的流動(dòng)進(jìn)行了觀測(cè)，以研究不同尺寸組合對(duì)進(jìn)水流槽中流態(tài)的影響，從而為優(yōu)化開敞式進(jìn)水流槽的水力設(shè)計(jì)、改善進(jìn)水流槽的內(nèi)部流態(tài)提供技術(shù)依據(jù)。由實(shí)驗(yàn)中的觀測(cè)結(jié)果分析得出如下結(jié)論與建議。圖6(1)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了進(jìn)水流槽濾網(wǎng)后不同長(zhǎng)度的方案比較。綜合考慮以.上因素以及工程投資，建議進(jìn)水流槽長(zhǎng)度L2參考文獻(xiàn):取(6.0-8.0) D為宜;在采取適當(dāng)整流措施后可縮短進(jìn)水流槽[1] DLGJ150 199《火力發(fā)電廠循環(huán)水泵房進(jìn)水流道及其布長(zhǎng)度L2到5.5D.置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定X試行)[S].國(guó)家電力公司電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總(2)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了后墻距T的不同方案比較。院, 1999綜合考慮以上因素以及工程投資，建議進(jìn)水流槽后墻距[2] GBT 5026-.97《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范>[S]北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，仍取T=(0.65-1.0)D為宜.為消除后壁滯水區(qū),并考慮到方便1997.施工,后壁形狀可采取多邊形(見圖1)。[3] GB/T 50013-2006窒外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》{S].北京:中國(guó)計(jì)劃(3)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了喇叭管懸空高度P的方案比較.出版社,2006.綜合考慮，建議喇叭管懸空高度取P=(0.3- 0.8)D為宜。[4] ANSI9.8- 1998, Pump Intake Design, Published By Hydraulic另外,建議對(duì)大中型水泵，在條件許可情況下都在喇叭管下方Instiute ,9 Sylvan Way , Parsippany ,Nj 07054 3802.增設(shè)導(dǎo)水錐以消除附底旋渦。[5]劉竹溪,劉景植.水泵及水泵站(M1.北京:中國(guó)水利水電出版(4)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了喇叭管淹沒深度H=0.SD、0.75D、 1.0D、1.25D、1.5D、2.0D的不同方案的比較。[6]中國(guó)煤化工國(guó)建筑工業(yè)出版社，綜合考慮以上因素以及工程投資，建議進(jìn)水流槽喇叭管0H.CNMHG最小淹沒深度取1.S0D.[7]田家山.水泵及水泵站IMI.上海:上海交通大學(xué)出版社,由于本實(shí)驗(yàn)結(jié)果是在對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不斷觀測(cè)與總結(jié)中得2003.88由科協(xié)論壇●2010年第6期(下)一