第10期廣東水利水電No. 102010年10月.CUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWEROct. 2010某核電廠-.期工程循環(huán)水泵房進(jìn)水.流道物理模型試驗(yàn)研究吉紅香,邱靜,林美蘭,王麗雯(廣東省水利水電科學(xué)研究院,廣東省水動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州510610)摘要:根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),以理論分析結(jié)合物理模型試驗(yàn),針對(duì)某核電廠一期工程循環(huán)水泵房進(jìn)水流道的水流特性,采用多種整流措施，優(yōu)化各水工建筑物的體形尺寸,有效改善了吸水室內(nèi)水流流態(tài)及流速分布的不均勻性,實(shí)現(xiàn)吸水室均勻、平穩(wěn)、無(wú)渦的水流流態(tài),提出有利于循環(huán)水泵安全、高效運(yùn)行、投資較省的泵房工程布置方案。關(guān)鍵詞:核電廠;循環(huán)水;進(jìn)水流道;流態(tài);物理模型中圖分類號(hào):TV136*.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1008 -0112(2010) 10 -0020 -04前言某核電廠一期工程建設(shè)的2x1 250MWe核電機(jī).組,其循環(huán)冷卻水通過引水明渠在港池內(nèi)取水,2臺(tái)機(jī)組共用I座循環(huán)水泵房,設(shè)6臺(tái)循環(huán)水泵。循環(huán)水泵房的進(jìn)水明渠在前池前約呈90°轉(zhuǎn)彎,為了驗(yàn)證引水明渠公、與進(jìn)水前池的銜接是否合理,了解彎道水流對(duì)進(jìn)水前池和吸水室的影響,以及鼓型濾網(wǎng)側(cè)面進(jìn)水、中間出水的結(jié)構(gòu),是否會(huì)導(dǎo)致水流易在吸水室內(nèi)造成偏流.回流及漩渦等不良流態(tài),從而產(chǎn)生有害的漩渦等,需要進(jìn)行物理模型試驗(yàn)研究。根據(jù)試驗(yàn)月的,針對(duì)工程布置的特點(diǎn),按重力相似圖1 循環(huán)水泵房平面布置及模型范圍示意(單位:mm)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)正態(tài)物理模型,模型比尺為L(zhǎng)=10。模型范圍布均勻?qū)ΨQ與否.有無(wú)表面帶氣核漩渦及周壁漩渦來(lái)判包括-期工程引水明渠段、循環(huán)水泵房及其前池部分別，同時(shí)兼顧吸水室其它部位流態(tài)和水泵吸水室流動(dòng)是(見圖1)。否平穩(wěn)及盡量減小水頭損失等要求。由于本研究還牽涉到的渦流問題,考慮渦流流態(tài)的1.1優(yōu)化試驗(yàn) 思路“縮尺效應(yīng)”,為安全起見,在進(jìn)行渦流觀測(cè)時(shí)適當(dāng)增大由于某核電廠取水明渠底寬為80m,前池寬為流速進(jìn)行研究。根據(jù)日本機(jī)械工程師協(xié)會(huì)制定的水泵110.3m,循環(huán)水泵房采用潛沒進(jìn)水的方式,對(duì)比其他類進(jìn)水流道試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中提出“對(duì)于模型整體流態(tài)應(yīng)該按似工程雖取水量大,但明渠及前池內(nèi)過水?dāng)嗝孑^大,前照佛汝德數(shù)相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)和運(yùn)行,對(duì)于表面渦流,模型池平均流速約為0. 24m/s,水流由明渠進(jìn)人前池后僅在流速應(yīng)該采用幾何比尺的0.2次方,對(duì)于水內(nèi)渦流,模局部產(chǎn)生回流,對(duì)循環(huán)水泵房流道內(nèi)的取水分配影響不型流速應(yīng)該采用幾何比尺的0次方”。本試驗(yàn)的渦流太大。觀測(cè)模擬條件:λ.=λ{(lán)Q2 ,A,=λ2°。因此試驗(yàn)的重點(diǎn)為流道內(nèi)的整流T程方案優(yōu)化,.1方案優(yōu)化試驗(yàn)及成果分析如在流道內(nèi)布置T程措施不能滿足設(shè)計(jì)對(duì)水流流態(tài)的本試驗(yàn)各方案的優(yōu)化主要以水泵吸水室的流速分要求，則再研究前池的工程措施。為了對(duì)比各方案水中國(guó)煤化工收稿日期:2010-09 -20.C.HCNMHG作者簡(jiǎn)介:吉紅香( 1979- ),女,碩土,T程師,主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)刀字研元。●20.2010年10月第10期吉紅香,等:某核電廠-期工程循環(huán)水泵房進(jìn)水流道物理模型試驗(yàn)研究No.10 Oet. 2010流流態(tài)及流速分布，各方案試驗(yàn)均在同一個(gè)流道進(jìn)行,計(jì)要求。本次試驗(yàn)選擇2*流道進(jìn)行不同方案的整流措施的試驗(yàn)1.2 流道方案對(duì)比分析對(duì)比分析，提出推薦方案;然后再對(duì)流道整流推薦方試驗(yàn)?zāi)M廠家提供的水泵外形尺寸和阻渦結(jié)構(gòu),并案進(jìn)行各工況及不同潮位組合條件下的整體試驗(yàn)流態(tài)分別進(jìn)行方案I ~5的試驗(yàn)研究,各流道方案的比較及及流速的觀測(cè)，檢驗(yàn)整流方案的合理性及能否滿足設(shè)說(shuō)明見表1。表1各流道整流方案比較及 說(shuō)明號(hào)方案布置方案說(shuō)明100縮短鼓型濾網(wǎng)至循泵流道后墻的距離5.58m.鼓型濾網(wǎng)出口擴(kuò)散方案1段由設(shè)計(jì)的1.5m增加至3.5m,擴(kuò)散角由設(shè)計(jì)的45°改為23°在方案I的基礎(chǔ)上,增加3個(gè)沿流道中心線對(duì)稱的流線型導(dǎo)流墩,方案25+墩長(zhǎng)為3. 0m,墩厚為0.3m,墩頂高程為-7. 7m,導(dǎo)流墩位于鼓網(wǎng)胸墻正下方方案3調(diào)整了方案2的3個(gè)流線型導(dǎo)流墩墩位,墩長(zhǎng)為3. 0m,墩方案3厚為0.3m,仍以流道中心線對(duì)稱布置,墩頂高程為-7. 7m流道整流方案4設(shè)置3個(gè)邊長(zhǎng)為1. 0m的三角墩,在流道中呈.方案4“品”字形布置,導(dǎo)流墩頂高程依然為-7.70m方案5將方案3的3個(gè)流線型導(dǎo)流墩墩厚改為0. 5m,墩長(zhǎng)為方案5口-3. Om,墩位不變,仍以流道中心線對(duì)稱布置墩頂商程為-7.7m水流經(jīng)過3.5m長(zhǎng)的擴(kuò)散段,出口寬度由5. 0m變軸環(huán)流)。為8.0m,在9%潮位下，平均流速由濾網(wǎng)出口的試驗(yàn)測(cè)量了各方案流道距離水泵中軸線3. 0D0.87m/s降低為擴(kuò)散段末端的0.47m/s,流速變化較(CS4)和1.5D( CS5)斷面沿水深5層平面流速分布及大。由于濾網(wǎng)出口擴(kuò)散段的擴(kuò)散角較大，受慣性力的作各垂線流速分布,各方案面、底層流速分布見圖2。試用,水流從濾網(wǎng)出口不能在較短距離進(jìn)行較好的擴(kuò)散,驗(yàn)表|中國(guó)煤化工和方案5中CS4、CS5流速分布不均勻,表層流速更在流道內(nèi)形成偏流,使不斷面MY HCN M H G垂線平均流速與斷面同流速的水體之間發(fā)生剪切運(yùn)動(dòng),形成較強(qiáng)的回流(立平均流還倆差相對(duì)較小，偏差小于30% ,距離水泵較近.21●2010年10月第10期廣東水利水電No. 10 Oc. 2010的CS5斷面各垂線平均流速與斷面平均流速偏差小于流流態(tài) 流速分布和水頭損失,方案3和方案5均能使25%。流道內(nèi)水流流態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,流道內(nèi)測(cè)點(diǎn)流速偏差值較小,方案3與方案5產(chǎn)生的水頭損失增加值在0. 03FQE的二月O的.~0. 04m,不會(huì)因流道內(nèi)水頭損失過大而對(duì)水泵的運(yùn)行費(fèi)用產(chǎn)生不利影響(見表2)。方案5中導(dǎo)流墩墩體高E的為6.0m,墩身為0.5m,符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。因此,本次試驗(yàn)結(jié)合物理模型試驗(yàn)成果以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求,將方方需3案5作為本次試驗(yàn)的推薦方案。1.3推薦方案試驗(yàn)成果分析CSA (CSS推薦方案導(dǎo)流墩設(shè)置在鼓網(wǎng)出口的擴(kuò)散段,不會(huì)明顯地減少鼓網(wǎng)出口的過流面積,對(duì)濾網(wǎng)出口水流進(jìn)行疏113E5理、整流,使水流均勻、平穩(wěn)擴(kuò)散;水流通過胸墻底部后再經(jīng)3個(gè)導(dǎo)流墩整流、導(dǎo)流,在胸墻后能形成-一個(gè)更穩(wěn)定的水平軸向環(huán)流,起到均勻調(diào)整表層水流結(jié)構(gòu)的作用圖2各方案流速分 布示意(見圖3)。試驗(yàn)對(duì)進(jìn)水流道攔污柵前與吸水頭部之間的水頭胸墻損失進(jìn)行了測(cè)量,該部分水頭損失包括了攔污柵、濾網(wǎng)、流道沿程、胸墻和導(dǎo)流墩等構(gòu)筑物的局部和沿程損失。號(hào)99%低潮位和平均低潮位時(shí),方案1、方案3、方案4和方案5的水頭損失比較見表2。水流方向流速分布示意表2各潮位下進(jìn)水流道整流措施水頭損失 比較潮佗Jj案I方案3方案4方案54>導(dǎo)流墩/nH/m H;/m 0H/m H./m △H/m H,/m OH/m99%低潮位0.13 0.16 0.03 0.14 0.01 0.17 0.04圖3整流墩后水流流速 分布示意平均低潮位0.13 0.16 0.03 0.14 0.01 0.16 0.03試驗(yàn)顯示:在99%低潮位時(shí),水流從兩側(cè)進(jìn)人鼓型注:H為各方案水頭損失增加值;△H=H- H。濾網(wǎng)進(jìn)口,再?gòu)臑V網(wǎng)正面出流,前行至擴(kuò)散段,遇胸墻后由表2可以看出:各潮位下整流方案引起的水頭損從其底部導(dǎo)流墩之間較均勻地分流和擴(kuò)散,進(jìn)人吸水失均較小。99%低潮位時(shí),方案1(即流道內(nèi)不增設(shè)任室,在胸墻后形成穩(wěn)定的水平軸向的環(huán)流流態(tài)。水流經(jīng)何工程措施)的水頭損失為0. 13m;在平均低潮位下流過胸墻和導(dǎo)流墩整流后，吸水室內(nèi)的流態(tài)有了較為明顯道內(nèi)的損失為0.l3m,多年平均潮位和1%高潮位運(yùn)行的改善,特別是在平均低潮位時(shí)水流較為均勻、穩(wěn)定,流時(shí),方案1的水頭損失更小。與方案1比較,在9%低速的脈動(dòng)較小。胸墻后流道面層水流運(yùn)動(dòng)緩慢,流道內(nèi)潮位、多年平均低潮位時(shí),方案3由于整流措施所增加水流較為平靜。水泵周用水流流態(tài)平穩(wěn)，只在胸墻附近的水頭損失均為0.03m,方案4增加的整流措施的水頭有水面渦出現(xiàn)，吸水室未見有表面漩渦出現(xiàn)。損失增加值均為0.01m,而方案5的水頭損失增加值為加大流量渦流模擬試驗(yàn)表明:水流經(jīng)胸墻和導(dǎo)流墩0.04m和0.03m。后進(jìn)入吸水流道,在胸墻后形成穩(wěn)定的水平軸向環(huán)流，根據(jù)流速流態(tài)的分析可知:雖然流道內(nèi)整流墩等工在吸水室內(nèi)-7. 7m高程以上的水流為負(fù)向流, -7.7m程措施會(huì)造成--定的水頭損失,但水流經(jīng)過整流、導(dǎo)流高程以下的中、下層基本為正向流。流道內(nèi)亦無(wú)強(qiáng)回流工程措施后,流速分布更趨均勻,流速也有所降低,水體及誘導(dǎo)漩渦等較強(qiáng)剪切運(yùn)動(dòng)的流態(tài),也沒有出現(xiàn)漏斗動(dòng)能減小勢(shì)能增加,吸水室的水位相應(yīng)升高,在- -定程渦。胸墻后吸水流道上層水流出現(xiàn)局部順時(shí)針回流,并度減小了整流墩等工程措施的阻水影響。可見,各整流較中國(guó)煤化工, 整個(gè)流道內(nèi)水面較為方案均不會(huì)使流道內(nèi)水頭損失過大,對(duì)水泵的運(yùn)行費(fèi)用平冰內(nèi)渦和底部渦出現(xiàn)。影響較小。0H.CNMHG流速測(cè)量和渦流模擬對(duì)比分析方案1、方案3、方案4和方案5試驗(yàn)的水試驗(yàn)表明,流道內(nèi)尤明顯渦體出現(xiàn),斷面流速分布較均●22●2010年10月第10期吉紅香,等:某核電廠一期工程循環(huán)水泵房進(jìn)水流道物理模型試驗(yàn)研究No. 10 Oct. 2010勻,滿足循環(huán)水泵房吸水室的流態(tài)要求,在渦流試驗(yàn)中,礎(chǔ)使流道內(nèi)水流為有壓流動(dòng),未對(duì)流道內(nèi)的流速分布產(chǎn)流態(tài)基本穩(wěn)定,不會(huì)在吸水頭部附近出現(xiàn)水面渦,在胸生明顯不利影響。墻附近存在的較弱回流,其距水泵較遠(yuǎn),不會(huì)對(duì)水泵運(yùn)綜上,各種運(yùn)行工況、不同開機(jī)組合的試驗(yàn)表明:泵行產(chǎn)生影響。房進(jìn)口胸墻前的弱回流不會(huì)對(duì)流道內(nèi)的水流流態(tài)造成1.4 推薦方案在不同運(yùn)行工況下的流速流態(tài)明顯的影響。在各T.況組次中,特別是當(dāng)水位低于平均泵房最不利的工況為冬季2臺(tái)循環(huán)水泵供1臺(tái)發(fā)潮位冬季運(yùn)行工況的1機(jī)2泵運(yùn)行時(shí),由于流道進(jìn)口電機(jī)組,此時(shí)的單泵流量較大,尤其是靠近凸岸5*和6'胸墻高程較低,進(jìn)口過流斷面較小，流速較大,容易在流兩泵開啟運(yùn)行工況,較容易在前池90°轉(zhuǎn)彎后形成前池道胸墻附近造成局部表面回流;但在推薦方案的整流作內(nèi)的表面弱回流流態(tài),并在吸水流道進(jìn)口胸墻前形成因用下,流道內(nèi)水泵吸水口附近流態(tài)仍平穩(wěn),流速分布亦繞流引起的表面漩渦甚至渦帶,但流道進(jìn)口前流速分布較均勻,滿足設(shè)計(jì)要求。仍較均勻,漩渦未對(duì)進(jìn)入鼓型濾網(wǎng)兩側(cè)的流量分配造成2結(jié)論影響。水流經(jīng)過導(dǎo)流墩調(diào)整后,漩渦被消除,流道內(nèi)流1)本工程為彎道進(jìn)水式泵房流道,流態(tài)復(fù)雜,但前速分布均勻;在靠近凹岸1"和2*泵運(yùn)行工況下,回流流池水流流速相對(duì)較小。優(yōu)化方案通過在吸水室內(nèi)設(shè)置態(tài)仍存在,但吸水流道進(jìn)口胸墻前的漩渦出現(xiàn)的頻率明導(dǎo)流墩的工程措施,有效調(diào)整吸水室內(nèi)水流流態(tài)及流速顯降低,強(qiáng)度亦有所減弱,泵房進(jìn)水口處流速分布基本分布,消除了循泵房吸水室內(nèi)的不良流態(tài),流道內(nèi)水流均勻,吸水室內(nèi)流速分布也較為均勻;當(dāng)開啟4臺(tái)水泵流速分布較為均勻。供2臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí),明渠內(nèi)主流居中,凸岸附近前池內(nèi)2)通過試驗(yàn)對(duì)比分析優(yōu)化方案,推薦方案較簡(jiǎn)單表面呈現(xiàn)弱回流流態(tài),同流流速最大為-0.49m/s,回實(shí)用.T.程量小,整流后進(jìn)水水流條件能夠滿足循泵穩(wěn)流在扭曲面附近消失。定運(yùn)行要求,可為其它類似工程設(shè)計(jì)提供參考。在春夏秋季,3臺(tái)水泵供1臺(tái)發(fā)電機(jī),當(dāng)1臺(tái)發(fā)電參考文獻(xiàn):機(jī)發(fā)電.1臺(tái)發(fā)電機(jī)停機(jī)、4" ~6*泵開啟時(shí),在6*流道進(jìn)[1]吉紅香.某核電廠--期T.程循環(huán)水泵房進(jìn)水流道物理模型口胸墻前出現(xiàn)偶發(fā)性的3級(jí)漏斗渦,并在前池出現(xiàn)局部試驗(yàn)研究[R].廣州:廣東省水利水電科學(xué)研究院,2009.弱回流,流道內(nèi)面流速底部流速分布較為均勻,而中層[2] 邱靜，杜滑.黃木勝,等.汕尾發(fā)電廠循環(huán)水泵房進(jìn)水前池流速分布欠均勻;而當(dāng)1'~3*泵開啟時(shí),前池流態(tài)平穩(wěn)，及流道水力性能試驗(yàn)研究[R].廣州:廣東省水利水電科學(xué)研究院,2004.流道進(jìn)口流速分布均勻,各流道粗格柵進(jìn)口前未見漩渦[3] 邱靜.杜洞,黃本勝,等.臺(tái)山發(fā)電廠一期工程循環(huán)水泵進(jìn)出現(xiàn)，流道內(nèi)流態(tài)平順,各層流速分布均較為均勻。水流道水力性能試驗(yàn)研究報(bào)告[R].廣州:廣東省水利水6臺(tái)泵全開工況時(shí),前池水流平順,粗格柵進(jìn)口前電科學(xué)研究院,2002.的水流平穩(wěn),流速分布較為均勻。在99%低潮位和平[4]國(guó)家電力公 司電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院. DLGLI50 -1999火力發(fā)均低潮位下,僅在6"流道前明渠扭面段有弱回流出現(xiàn)，電廠循環(huán)水泵房進(jìn)水流道及其布置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].流道進(jìn)水口內(nèi)流速分布基本均勻，也未對(duì)吸水室內(nèi)的流1999.速分布產(chǎn)生明顯不利影響;在平均潮位和1%高潮位[5]邱靜， 黃東，黃木勝,等,某大型泵站機(jī)組振動(dòng)原因分析及下,由于明渠內(nèi)流量增大，主流偏右側(cè),在6"流道進(jìn)口防振臨時(shí)工程措施[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2004,(12).前池出現(xiàn)局部弱同流,而在1流道前沿明渠邊出現(xiàn)回6]吳持恭 水力學(xué)[ M].北京:高等教育出版社,008.(本期責(zé)任編輯馬克俊)流,回流流速最大為-0. 19m/s,但流道進(jìn)水口內(nèi)流速分布基本均勻。此時(shí),由于潮位較高,流道內(nèi)的雙層基中國(guó)煤化工MYHCNMHG●23●