循环水泵房进水流道水力特性试验及研究

No. 102005华北电力技术NORTH CHINA ELECTRIC POWER5循环水泵房进水流道水力特性试验及研究李书恒',王念慎",郑大琼2(1.北京工业大学，北京100022;2. 中国水利水电科学研究院,北京100038)摘要:内蒙古托克托电厂二期工程循环水泵房因受场地限制设计了 两种不同的流道形式，其中3号机进水前池的底坡设计为23.7*,大于规范要求的底坡不宜陡于1 : 4,对这两种流道的模型试验结果表明,在7 m以上水深时3号机循环水泵能正常运行,但4号机进水流道流态及各项性能指标要明显优于3号机。由于4号机进水流道设计非常合理,对类似工程具有一定的推广价值。关键词:循环水泵;进水流道;流态;漩涡;预旋角;最小淹没深度中團分类号:TK284.7文献标识码:A文章编号:1003-9171(2005)10-0005-04Hydraulic Characteristic Test and Study onCirculating Water Pump StationLi Shu-heng' ,Wang Nian- shen2 ,Zheng Da-qiong2(1. Beijing Polytechnic University ,Beijing 100022 ,China ;2. China Institute of WaterResources and Hydropower Research , Beiing 100038 ,China)Abstract: Two different water inlet conduits are designed due to limitary space in circulating water pumpstation of Tuoketuo Thermal Power Plant . Base slope of unit 3 inlet forebay is designed at 23. 7° , whichsurpasses the standard of the required base slope that is not steeper than 1 ; 4. During model tests on twowater inlet conduits , the resulst shows that circulating water pump for unit 3 can work normally in 7 m abovewater depth and inlet conduit flow pattern and other performance index for unit 4 are obviously better thanthose of unit 3, which is worthful to similiar project because the inlet conduit design of unit 4 is veryreasonable.Key words: cireulating water pump; inlet conduit; flow pattern; vortex; pre-swirl angle; minimumsubmergence depth循环水泵是火电厂最重要的辅机之一,对电.于1:4(即14.04°)。为了验证流道内水流能否满厂的安全运行起着十分关键的作用,而循环水泵足设计规范要求,是否会发生气蚀以及水泵能否站进水流道形式的合理选择和设计,直接关系到安全稳定运行,中国水利水电科学研究院对这两流道内水头损失的大小和流态的好坏,对循环水种流道分别进行了模型试验,试验是在进水流道泵的安全和高效运行起着非常重要的作用,好的及泵房平面布置.主要部件尺寸给定的条件下,研进水流道形式应该尽可能地减少吸水间内部的水究以.上问题的。力损失,尽可能地消除吸水间内部的各种漩涡，能1工程概况使循环水泵的水力性能得到充分发挥。同时,进水流道形式的选择又直接影响到整个泵站的投资和内蒙古托克托电厂二期工程机组设计容量为施工难度。2X6 I中国煤化工号机)，以处理后内蒙古托克托电厂二期工程循环水泵房因受的黄:MHCNMHG:机两泵的再循环场地限制,设计了两种不同的流道形式,其中3号单元1。兵泪小小示死仇迫也扣冷却塔集水池、引机循环水泵房进水前池的底坡设计为23.7°,大于水渠(内设拦污栅).前池、吸水间和循环水泵进泵站设计规范要求的正向进水的前池底坡不宜陡口。两台机组共4台循环水泵,是由长沙水泵厂生华北电力技术NORTH CHINA ELECTRIC POWERNo.10 2005表1试验工况运行流量单泵流量编号季节工况原型Q/模型Q/(m3.g-1)(1●s-1)(m3●5-1)(1.s-1)D2泵1机17. 1254. 148.5627. 07冬季1泵1机11. 5036. 37③春秋季3泵2机25.2879. 948. 4326. 6612. 8440. 6025. 28159. 5153. 17注;①~④按重力相似准则进行试验,⑤按日本机械学会标准漩涡相似准则进行试验。产的立式斜流泵,型号为88LKXA-24。主要的运.面涡的发生和观察等按日本机械学会有关标准试行工况为:热季为2台循环水泵并联运行,流量Q验，即流量比尺:入=λ22=158.49=8.56 m*/s= 30816 t/h,泵出口压力H=0.245虽然漩涡相似准则并没有得到国际上作为进MPa,必须气蚀余量不大于12.0 m ,效率》> 85%;行泵站流道试验标准的认同,但模拟漩涡相似时模冷季或汽轮机低负荷时为1台循环水泵运行,流型流量要比重力相似的模型流量大很多，因而模型量Q=11.5 m*/s=41 400 t/h,泵出口压力H=试验中水面流态要比按重力相似观测的结果要恶0.184 MPa,必须气蚀余量不大于13. 0 m,效率η化。换言之,尽管按)Q= 2，2“2准则(试验的结果避免>83%。泵房底板高程一8.7 m,冷却水塔正常水.出现吸水间不利流态)的要求来控制泵的运行条件位-0.5 m。试验工况见表1,原型泵房平面布置偏于保守,但试验结果具有重要的参考意义。见图1。2.3水流均匀和稳定性的判据自3号冷却塔无论是按重力相似还是按漩涡相似准则来进行观察,吸水间水面均不得出现大于4级的漏斗涡，在任何情况下吸水间水下均不得出现有害的水内涡和底部涡。各种漩涡的形态见表2。吸.导流墩引水=I←集水池,花墙中下图1原型泵房平面布置图2试验工况及试验标准图23号机流道模型平面布置图我国尚未颁布专门的有关泵站整体模型试验的试验标准或试验规程,本试验标准参照文献导流锥吸水间引水前池[2]、[3],结合循环水泵运行参数和试验场地设备条件,确定本试验模型几何比尺:h= 10.0。←集水池住车2.1流态相似条件切44440487.84 92 +-般流态按重力相似条件进行试验，即257.8Froude数相似,流量比尺:入Q=λ2.5=316.23。整个流道从冷却塔出口开始到循环水泵进口图34号机流道模型平面布置图管均用有机玻璃制作,这样便于观察泵房内水流中国煤化工的流态。有机玻璃糙率0.0088,按重力相似推算，MHCNMH G图见图2.3. 4号机λ=λ2/8=1. 467 8,换至原型为0.0117,接近原.型混凝土糙率0.012,满足糙率相似的要求。流道模型的立面布置图见图4.2.2漩涡相似条件3.1流量测量对于泵房流道进水渠、前池、吸水间内水流水用矩形薄壁堰作为流量测量的工具,堰宽No. 10 2005华北电力技术NORTH CHINA ELECTRIC POWER表2各种漩涡形 态表类别级别名称形态图描述0无旋涡未形成旋涡,仅有回流水面涡水面有旋涡,涡心不下陷表面凹陷润水面仅形成较小凹面,并不卷人空气3漏斗形表面涡￥涡面形成漏斗状,但未吸人空气水面祸漏斗涡形成较深漏斗,可吸人微粒,未吸人空气5间断性吸气涡空气被间断地吸人,水下时有小气泡号空气被连续地吸入喇叭口内,水中可清晰6连续性吸气涡地见到一条祸管-端在喇叭口内,-端在吸水间底板或水中涡后墙的涡管水面降到喇叭口下缘,喇叭口下旋涡与同心涡吸管同心,吸人大量空气.257.8_ 92矩形量水堰.z0.1-吸水间-0.42■引水前池集水池横型聚+Ot底板2-0.87>200支架导流惟2-0.97 .-77777?7777 777图44 号机流道模型立面布置图0. 30 m,堰高0. 25 m,流量计算公式为:角过大,可认为吸管内存在呈螺旋状上升的水流，Qm=mob V2gH3/2一般认为预旋角在5°内是允许的。其中流量系数:支社mo= (0. 405+0.0027).「1+0.55