某核电厂二期工程循环水泵房水流特性试验研究

第7期广东水利水电No. 72014年7月GUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWERJul. 2014某核电厂二期_工程循环水泵房水流特性试验研究吉红香，邱静，黄本胜，林美兰(广东省水利水电科学研究院，广东省水动力学应用研究重点实验室,河口水利技术国家地方联合工程实验室，广东广州510635 )摘要: 针对某核电厂二期工程循环水泵房前池和流道的水流特性，根据引水明渠引水水流特点，结合物理模型试验,在前池采用多种整流措施，优化各水工建筑物的体形尺寸，有效改善了吸水室内水流流态及流速分布的不均匀性,并提出有利于循环水泵安全、高效运行,投资较省的工程措施。关键词:核电厂;水流特性;模型试验;泵房中图分类号: TV131.3文献标志码: B文章编号: 1008 -0112(2014)07 -0040-04某核电厂规划设计6x1 000 MW级核电机组，厂二期 工程的循环水泵房位于取水明渠的中部，循区- -次规划，分期建设。- -期工程建设2 x1250 MW环水泵房前设有前池，长为30.0 m,宽为110.3 m,核电机组，现已开始建设施工。二期工程循环水泵房池内设有跨池大桥的2个桥墩，前池与取水明渠呈正设计与一期工程相同,循环水泵房流道内已采用一期交。取水明渠底宽100.0 m，为梯形断面，边坡坡度工程优化设计方案。-期工程采用弯道式进水”，二为1 :2.0,在二期工程进水前池的上游还预留三期工期工程采用侧向引水，本文主要针对二期工程进行试程循环水泵房取水口，一期工程循环水泵房则位于明验研究。渠末端，如图1所示。52-10上800100 120↓I-I三期取水茶房二职森水泵房一期取术泵房110.31108|I二期模型试验范围中国煤化工图1循环水泵房布置示意(单MYHCNM HG收稿日期: 2014-04-11; 修回日期: 2014-06-16作者简介:吉红香(1979)， 女，硕士，高级工程师，主要从事水力学及河流动力学研究。●40.2014年7月第7 期吉红香，等:某核电厂二期工程循环水泵房水流特性试验研究No.7 Jul. 20141模型设计和制作修改方案首先尝试了在流道内采取措施调整流态,泵房前池和流道设置的目的是要保证水流能均匀但效果均不理想。后在前池分别设置三角墩和导流墙平稳地进入水泵吸水室，避免回流和涡流的产生，从等多方案比较发现，在二期工程前池内设置导流墙,而避免给水泵的正常运行带来不利的影响。将明渠水流导向二期进水前池的右侧，从而达到改善为保证研究建筑物上、下游过渡段的衔接能得到原方案主流从前池左侧进入、右侧为大范围回流的流较好的模拟，真实反映试验研究段本身可能出现的各态。经过若干方案的试验验证，得到方案5和方案6种流态。根据某核电厂二期工程循环水泵房的引水明效果较好(见图2、图3)。渠、前池及泵房流道的具体布置确定模型的范围(包括一、二期工程引水明渠、二期工程循环水泵的进水前池、循环水泵吸水室及与其衔接的排水管的过渡段)，模型呈“丁”字状(见图1)。采用模型几何比尺L4λ/=10，由此得模型各水力比尺21为:流速比尺λv=_ ll山Tλ/=3.16,流量比尺λo=λ着=316.23。本试验的涡流观测采用日本机械工程师协会标准(1984版)规定的表面涡的相似条件-3，即λv=(入1)22=1.59, λ。=(入)?2=158. 49。2原方案试验成果分析在99%低潮位下，一、二期工程同时供水和二期图2方案5(注: 从左至右水泵编号为1"~6* )(单位: m)单独供水工况对比试验表明:首先调整桥墩中心线与2个相邻进水孔隔墙中心1)同时向一、二期工程供水时，引水明渠和二期线对齐，用2条长约101m和99m的导流墙将前池宽工程的进水前池的断面平均流速相对较大，受弯道水度均匀分为3个通道，导流墙头部伸人明渠尾部与泵流的影响，二期泵房前池的进流明显不均匀，主流偏房相连。前池在导流墙的导流作用下，进入3个通道，向左侧进人进水流道前沿，并形成明显的水面波动,前池大范围的回流消失，3个小区域出现小回流，流前池的右侧则形成大范围的回流。进水流道的进口出道内流态明显改善，只在胸墙附近出现1 ~2级表面现斜向入流，且左右两侧明显不均匀，导致吸水室内涡，能够满足设计要求。产生回流和旋涡，漩涡卷入水体的气核可能会造成水泵的振动”，直接影响水泵运行效率，甚至影响水泵的安全运行。.......9.92年2)仅对二期供水时前池回流范围缩小至前池右侧，强度较小，对泵房流态影响小，流道内流态较稳9.4 t86.. 16.白定，这也说明了-期工程引水对二期工程前池流态的影响是显著存在的，而且这种影响与一期引水的流量、明渠内的流速大小成正比。3修改方案效果分析由原方案的试验结果可知，二期工程循环水泵房流态受- -期工程引水影响较显著，原有流道内的整流中国煤化工难以改变前池的流态，也无法使吸水流道内水流达到[HCN MHG: m)均均、平稳、无涡的要求，必须调整前池流态，尽量与方案5相比，方案6导流墙缩短至91.9 m和减弱其回流强度、缩小回流范围。因此，修改方案试89.8 m,工程量较节省。流道内只在胸墙附近出现1验的重点为前池的整流工程方案。~2级表面涡，能够满足设计要求。●41●2014年7月第7 期广东水利水电No.7 Jul. 2014由各修改方案效果的对比可见，只有方案5和方会出现1~2级表面涡，表面涡距离水泵吸水口较远,案6的整流方案能够对二期泵房进水前池的水流流态不会对水泵运行造成明显影响，满足设计要求。进行较为有效的调整，使水流顺着导墙较均匀地进人综合技术经济的比较结果，选择方案6为本次前进水流道的进口前沿。试验显示:方案5、方案6效池整流工程的推荐方案。果相近，但方案6的导流墙比方案5短，工程量更节5各方 案水头损失比较省。优化方案6在前池内设置导流墙(长度为91.5 m试验对引水明渠至泵房进水口前沿的水头损失进和89.8 m,导流墙顶高程为-2.5 m)后,并结合吸水行了测量，该部分水头损失包括明渠分流、桥墩、导流道内的整流方案(采用一期工程的研究成果，在鼓流墙、前池沿程和局部损失。典型工况及典型水文组.形滤网出口扩散段内设置3个导流墩，导流墩的顶部合的水头损失比较见表1，可见推荐方案前池的整流设置2根消涡梁)，水泵吸水流道内流态平稳、流速措施造成的水头损失均很小。均匀，其面层回流强度较弱，只在靠近胸墙附近偶而表1各方案前池内的水头损失比较原方案推荐方案工况潮位泵房左侧AH/m泵房右侧AH/m二期工程单独供水99%低潮位0.010. 010. 000.001%高潮位-0.010.030.02-期增加供水工况,同时平均低潮位/二期工程2台机组运行平均高潮位-0.02△H-引水明渠至泵房进水口前沿的水头损失，-表示水位壅高。5推荐方案的试验成果分析5.2不同工况组合的流速和流态5.1涡流试验针对推荐方案中不同水位、不同的开机组合试验由于涡流流态在水工模型试验的“缩尺效应”更为显示:泵站流道最不利的工况为冬季99%低潮位下2显著，1984年8本机械工程师协会制定的水泵进水流台循环水泵供1台发电机组，这时的单泵流量较大。道试验标准中提出“对于模型整体流态应该按照佛汝尤其是右侧的4"、6* 泵开启和5"、6*泵开启组次，受德数相似准则设计和运行，对于表面涡流，模型流速弯道水流影响，右侧通道较容易在转弯后形成表面回应该采用几何比尺的0.2次方”[41。本次试验涡流模流流态，并在泵房进口胸墙前形成因绕流引起的表面拟流量是普通组次流量的2倍。对单流道进行了加大漩涡甚至涡带。试验显示:在该工况下，流道进口前流量的涡流试验，观测流道内的水流流态，检验推荐流速分布较均匀，回流、漩涡未对流道左右侧进口的方案的整流效果及其工程可行性。流量分配造成影响，而且，经过拦污栅、鼓形滤网及加大流量涡流试验表明:水流经胸墙和导流墩后鼓形滤网出口的导流墩调整后，流道内流速分布较均进入吸水流道，在胸墙后形成稳定的水平轴向环流，匀。当左侧的1"、3"泵开启和1"、2"泵开启时,左侧在吸水室内胸墙底高程以上的水流为负向流，胸墙底通道右侧回流流态仍存在，但泵房进口胸墙前的漩涡高程以下的中、下层基本为正向流。流道内无强回流出现的频率明显降低，强度亦有所减弱，泵房底孔处及诱导漩涡等较强剪切运动的流态，也没有出现3级流速分中国煤化工流速对称分布，基本以上漏斗涡。胸墙后吸水流道上层水流存在--定强度均均。MYHCNMHG1"、3"、4"、6*4台水负向流，形成局部顺时针回流，并有较小的水面涡,泵供2台机组发电时，右侧通道表面出现弱回流。但无空气吸人。整个流道内水面较为平稳，没有出现受弯道水流影响，前池3个通道内只出现局部小较大的波动，也无水内涡和底部涡出现。范围的弱回流，但不会对流道内的流态造成明显的不●42.2014年7月第7 期吉红香，等:某核电厂二期工程循环水泵房水流特性试验研究No.7 Jul. 2014利影响。通过吸水流道整流墩的整流作用，流道内水参考文献:泵吸水口附近流态较为平稳，流道内无明显涡体出现，[1] 吉红香，邱静，林美兰，等某核电厂一期工程循环水断面流速分布较均匀，可满足循环水泵房吸水室的流泵房进水流道物理模型试验研究[J].广东水利水电,2010(10): 20-23.态要求。2] 吴持恭.水力学[M].北京:高等教育出版社，2008.6结语核电厂循环水泵房本身结构复杂，流道试验与一[3]邱静，杜涓，黄本胜，等汕尾发电厂循环水泵房前池及流道优化研究[A]/中国力学学会，《水动力学研究与般水工模型试验相比，具有模型比尺小、水流边界复进展》编委会，中国造船工程学会，等.第七届全国水动杂的特点。在前池设置导流墙能有效调整吸水室内水力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集:下流流态及流速分布，消除了循泵房吸水室内的不良流册.2005.态，流道内水流流速分布较为均匀。[4] 邱静，杜涓，黄本胜，等.台山发电厂一期工程循环水通过试验发现:尽管泵房本身是左右对称布置,泵进水流道水力性能试验研究[J].广东水利水电,各个流道内的设计也完全-一样，但因前池进水工况直接影响泵房流道内的流态，在规划该类物理模型时应[5] 邱静，黄东，黄本胜，等某大型泵站机组振动原因分注意明渠和前池进水的情况，结合前池流态进行整体析及防振临时工程措施[J].中国农村水利水电, 2004(12): 103- 105.模型试验。(本文责任编辑 王瑞兰)Model Test on Flow Characteristics of A Nuclear Power Plant Circulating Water Pump HouseJI Hongxiang, QIU Jing，HUANG Bensheng，LIN Meilan( Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower,Guangdong Provincial Key Laboratory of Hydrodynamics ResearchEstuarine Water Technology National and Regional United Engineering Laboratory，Guangzhou 510635，China)Abstract: Uniform distribution and irrotational stability of flow is the guarantee of circulating water pump safe and efficient opera -tion. In the present paper，the nuclear power plant 自circulating water pump house characteristics and the flow behavior are ana -lyzed. By combining theory analysis with physical model test， according to the bifurcation flow hydraulic characteristic ，varielty ofrectification measures have been analyzed and compared while optimizing the shape dimensions of the hydraulic structures， and anoptimal scheme has been suggested to effectively improve the indoor water the flow regime and velocity distribution inhomogeneityKey words: nuclear power plant; flow characteristic ; model test ; pump house中国煤化工MHCNM HG●43●