循环水泵房侧向进水流道水力优化设计及模型试验 Optimum hydraulic design and model test for side-intake channel of circulating water pump house.pdfVIP

第1期 水利水运工程学报 No．1 2009年3月 HYDRO．SCIENCEANDENGINEERDiG Mar．2009 循环水泵房侧向进水流道水力优化设计及模型试验 赵建钧1，程璐1，冯春平2 (1．南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210029；2．铜山华润电 力有限公司彭城发电厂，江苏徐州221142) 摘要：论述r侧向进水条件下流道水流的水力特性及常用研究方法，并以彭城电厂循环水系统为例，采用物理 模型试验与数值模拟相结合的手段，优化设计泵房侧向进水流道．文章重点针对原设计方案下冷却塔集水池出 12：1及回水明沟内的不利流态，采用多种整流措施，有效改善了回水明沟内水流流态及吸水窀内流速分布的不均 匀性，优化后的推荐方案能够满足循泵安全稳定运行的要求，研究成果也为其它类似的大中型循环水泵1=程提 供了参考． 关 键 词：循环水泵；流道；旋涡；水力优化设计；模型试验 中图分类号：TVl31 文献标识码：A 循环水泵(以下简称循泵)的性能及可靠性很大程度受进水流道没汁的影响．稳定的水泵运行．[况要求 吸水喇叭口的进水断面水流均匀…．流道内如发生空气吸入涡或水中涡带，水泵会发生振动和噪卢，进一步 发展，则会造成水泵性能F降，甚至无法运行． 徐州彭城发电厂j期工程2×1000Mw超临界燃煤机组2台机组合用l座循环水泵房(以下简称循泵 房)，循泵房对称布置于两冷却塔之间，从冷却塔集水池至循泵房之间回水明沟在平面转向90。，循环水酬水 沟宽度由出[J的25m渐变至中央水泵房的18m，沟底深度由一2．0m渐变至一6．0111．该进水流道沿程宽度、 深度变化大，水流条件复杂，是典型的侧向进水式泵房流道．水流出冷却塔集水池后直冲回水沟弯段凹进一 侧，在弯道后、泵房前极易形成大范围的回流，以及垂直于泵房进fl的不稳定横流，对水泵安全运行构成 威胁． 1 侧向进水流道水力特性及研究现状 侧向进水的流动即水流的弯道流动，1876年，汤姆逊在试验中发现了弯道螺旋流，并对弯道环流的形成 和机理给出了物理描述和解释，引起了人们的关注．曲线运动中的水流质点除受重力作用外，还受到离心惯 性力的作用，在纵向、径向和竖向都具有流速，其运动特性主要表现在水面横比降、横向环流、附加切应力和 局部阻力、流速重分布等现象．弯道水流是三维流动，在沿水深方向上，面流与底流的向心加速度不一致，横 向环流增强-r层间动量交换；流速的蕈新分布使得水面变化非常复杂，出现菱形交叉的冲击波，在受到边墙 转向的阻碍作用下，还会造成水面的局部雍高；此外，由于凹岸和凸岸水面负比降的存在，水流会脱离边壁产 生分离流动．分离流、螺旋流、流速重分布等都将导致弯道水流的水头损失． 目前，描述横向流速沿垂线分布的公式主要有波达波夫公式和罗索夫斯基公式1．在理论分析的基础 一|：，通过野外观测、试验研究、数值分析等手段，弯道水流的研究已经取得丰硕成果．其中数值分析以其花费 收稿日期：2008—04—28 万方数据 48 水 利 水 运 工 程 学 报 2009年3月 少、周期短、可以直接对原型进行计算等优势越来越受到重视，然而由于弯道水流运动的三维特性，描述动力 特征的非线性方程组还不能求解出精确解，现存的弯道三维数学模型也仅为准三维模型．因此，在解决枢纽 布置，河、航道整治，取排水121选址等大型工程的复杂实际问题时，仅靠常规的理论分析和数学模拟方法不足以 取得令人满意的结果，还需采用更直接有效的物理模型试验，精确地模拟研究弯道水流的复杂三维动力特性． 为保证本期工程泵房流道具有良好的进水流态，本文将主要采用物理模型试验方法，通过选取合适的模 型比尺及相似准则建立侧向进水流道物理模型，直接测量和观测流场分布情况及漩涡、回流等水流现象；同 时建立流道二维数学模型，一方面对物理模型成果加以验证，另一方面在数学模型上初步甄选出流道优化设 计方案，通过物理模型的详细论证，最终确定合适有效的整流措施，最优化泵房进水条件，防止脱流、漩涡等 不利流态的发生． 2 循泵房流道物理模型设计 2．1模型比尺及范围 根据研究目的和要求，