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:托克托電廠二期工程循環(huán)水泵房，因受場地限制，設(shè)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(shè)計為23.7° ,大于規(guī)范要求的底坡不宜陡于1 : 4,對這兩種流道的模型試驗結(jié)果表明,在7 m以上水深時,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(biāo)要明顯優(yōu)于3號機。由于4號機進(jìn)水流道設(shè)計非常合理,對類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(yù)旋角;深度中圖分類號:TH31文獻(xiàn)標(biāo)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,進(jìn)水流道形式的選擇又直接影1問題的提出響到整個泵站的投資大小和施工難度。循環(huán)水泵是火電廠最重要的輔機之一,對電廠的內(nèi)蒙古托克托電廠二期工程循環(huán)水泵房,因受安全運行起著十分關(guān)鍵的作用。而循環(huán)水泵站進(jìn)水場地限制，設(shè)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(shè)計，直接關(guān)系到流道內(nèi)水頭循環(huán)水泵房進(jìn)水前池的底坡設(shè)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(shè)計規(guī)范要求的正向進(jìn)水的前池底坡不宜陡于運行,起著非常重要的作用。優(yōu)化的進(jìn)水流道形式應(yīng)1:4(即14.04)。為了驗證流道內(nèi)水流能否滿足該盡可能的減少吸水間內(nèi)部的水力損失,盡可能的消設(shè)計中國煤化工以及水泵能否安全除吸水間內(nèi)部的各種漩渦,能使循環(huán)水泵的水力性能穩(wěn)定究院對這兩種流道TYHCNMHG收稿8期:2005-06-06作者簡介:李書恒(1976-),北京工業(yè)大學(xué),水利水電工程專業(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門的有關(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,研究以上問題試驗標(biāo)準(zhǔn)或試驗規(guī)程,本試驗標(biāo)準(zhǔn)參照文獻(xiàn)3E8IL0,的。結(jié)合循環(huán)水泵運行參數(shù)和試驗場地設(shè)備條件,確定本試驗?zāi)Ｐ蛶缀伪瘸擀?= 10.0模型布置圖,見圖22工程概況，~圖4。內(nèi)蒙古托克托電廠二期工程機組設(shè)計容量為2(1)流態(tài)相似條件X 600 MW(廠內(nèi)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(shù)相似，流量比尺元制,見圖1。其循環(huán)水系統(tǒng)流道包括冷卻塔集水λo=λ:°=316.23。池、引水渠(內(nèi)設(shè)攔污柵)、前池、吸水間和循環(huán)水泵整個流道從冷卻塔出口開始到循環(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,這樣便于觀察泵房內(nèi)水流的流24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,滿足糙率相似的要求。> 85%。冷季或汽輪機低負(fù)荷時為一臺循環(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(nèi)水流水面= 0. 184 MPa,必需氣蝕余量≤13.0 m,效率n>渦的發(fā)生和觀察,按日本機械學(xué)會有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)則,并沒有得到國際上作為進(jìn)來自9號冷卻塔行泵站流道試驗標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)同，但模擬漩渦相似時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)比按重力相似觀測的結(jié)果要惡化。換言之,盡管按λo=xE:2的準(zhǔn)則試驗的結(jié)果,避免出現(xiàn)吸水間不利流態(tài)的要求來控制泵的運行條件偏于來保守,但試驗結(jié)果具有重要的參考意義。(3)水流均勻和穩(wěn)定性的判據(jù)無論是按重力相似還是按漩渦相似準(zhǔn)則來進(jìn)行觀察,吸水間水面均不得出現(xiàn)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(xiàn)有害的水內(nèi)渦和底部渦。3試驗工況及試驗標(biāo)準(zhǔn)4參數(shù)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(jié)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,其中流量系數(shù):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(zhǔn)則進(jìn)行試驗,5按日本機械學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)濮渦0.1~0. oIn; p-嶇間。TYHCNMHG相似準(zhǔn)則進(jìn)行試驗。4.2預(yù)旋角電站輔機總第97期(2006 No.2)表2各種漩渦形式類別級別名稱形態(tài)圖號0無旋渦未形成旋渦,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,水下時有小氣泡?？諝獗贿B續(xù)的吸人喇叭口內(nèi),水中可清晰地見到一條渦6連續(xù)性吸氣渦管水中渦-端在喇叭口內(nèi),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踐中往往有這樣的現(xiàn)象,吸水間內(nèi)水面導(dǎo)謊墩上不出現(xiàn)旋渦,但在吸管內(nèi),卻實際存在著因環(huán)流而導(dǎo)館被吸水網(wǎng)引水前池生成的旋渦。這種旋渦無論其方向與葉輪轉(zhuǎn)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泵運行時噪音、空化磨損的主要原因。各種漩渦形式見表2。為測試吸管內(nèi)水流的穩(wěn)定性,判斷吸管內(nèi)是否會發(fā)生旋渦，可用量測預(yù)旋角的方法進(jìn)行判圖23 號機流道模型平面布置圉別。預(yù)旋角等于吸管內(nèi)切向流速與軸向流速之比，若預(yù)旋角過大,可認(rèn)為吸管內(nèi)存在呈螺旋狀上升的中導(dǎo)德墩水流,一般認(rèn)為預(yù)旋角在5°內(nèi)是允許的。本試驗在吸管喇叭口上部葉輪處安裝一個特制一集水池.的可自由旋轉(zhuǎn)的三葉旋槳,用來測試預(yù)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見圖5,圖6。本試驗對主要工況進(jìn)行了兩個組次的預(yù)旋角測團(tuán)34號機流道模型平面布置囝試，測試時間均為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(tuán)(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(tuán)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(jié)論到8.04 m'/s.盡管3號機循環(huán)水泵房受場地限制，進(jìn)水前池在相同流量變化或水深變化范圍內(nèi),3號機組的底坡設(shè)計為23.7° ,超過了泵站設(shè)計規(guī)范,但根據(jù)泵房吸管的預(yù)旋角大部分測量值在3°~5*,而4號試驗觀察和研究,只要運行在7.0m以上水深是安.機組泵房吸管的預(yù)旋角大部分測量值在3°以下,均全可靠的,不會出現(xiàn)不利流態(tài)和有害漩渦,此流道設(shè)滿足要求。計在工程上是可以采納的。4.3不同流對應(yīng)的最小淹沒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深度的大小,是式不同,3號機水流流出集水池之后通過一收縮式判斷循環(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重要指標(biāo)。- -般在水泵安裝工擾動較大。而當(dāng)集水池水位較低時,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深度來控制水泵的安裝高度。間水流的紊動。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(nèi)水面產(chǎn)間,底部輸水方管高達(dá)4. 5m,水流順暢,對水面擾生初生漩渦的淹沒深度h和產(chǎn)生初生漏斗型漩渦動較小,試驗結(jié)果表明在最不利工況(表1工況5)的淹沒深度h2進(jìn)行了測試。由圖7,圖8可以看時,低于4m水深時才開始出現(xiàn)有害漩渦,因而4號.出，初生漩渦淹沒深度h, 和初生漏斗型漩渦淹沒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(jié)省投資,同時施工也比沒深度均明顯小于3號機。較方便,對今后大型火電廠循環(huán)水泵房流道設(shè)計具有重要的參考價值。參考文獻(xiàn):[1] GB/ T50265297 -1997,泵站設(shè)計規(guī)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(shè)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