天科研探索與識創(chuàng)新可火電廠循環(huán)水泵站進水流槽尺寸優(yōu)化實驗研究口吳謀松李松盧巖李明哲(武漢大學水利水電學院湖北●武漢430072)摘要:根據(jù)實際模型,由水力相似原理,按照一定比例建立物理模型, 通過對進水流槽不同尺寸進行水流流態(tài)觀測分析,并進行對比,得出最優(yōu)的流槽長度,后墻距,淹沒深度,并得出水槽尺寸優(yōu)化的結論與建議。關鍵詞:模型流態(tài)長度后墻距淹沒深度尺寸優(yōu)化中圖分類號: TQ153文獻標識碼: A文章編號: 1007-3973 (2010) 06-087-021實驗方案進水流槽長度對水流流態(tài)有直接的影響，同時也影響到火電廠泵站開敞式進水流槽典型結構如圖1所示。其主工程量。 現(xiàn)對不同流槽長度下的流態(tài)進行比較分析。要參數(shù)包括:濾網(wǎng)前進水流槽長度L,濾網(wǎng)后進水流槽長度L,觀測中發(fā)現(xiàn)，在易形成渦帶的喇叭口下方位置都存在一進水流槽寬度B,喇叭管懸空高度P,后墻距T,淹沒深度H,個滯水區(qū)。 而隨著進水流槽長度減小,滯水區(qū)處渦量增加,產吸水管喇叭口直徑D.生附底旋渦的可能性越大(如圖2),因此,進水流槽縮短后應由于本研究的目的主要通過流場分析確定合理的進水流采取防 止附底旋渦的工程措施。實驗資料表明，在喇叭口下槽尺寸參數(shù)，為了簡化,忽略濾網(wǎng)的阻水作用。不考慮水泵的方增 加導水錐可較好地防止附底旋渦，而對開敞式進水流槽，運行狀況，直接將水泵吸水管處理為-直管段, 并進行延長以增加導水錐較易設計及施工，故建議對大中型水泵在條件許使出口處流速和壓力已充分穩(wěn)定，滿足一一-一一-一的可情況下 都增設導水錐。條件。子[E.圍22.3不同后墻距方案的比較圖1開敞式進水流槽結構形式本研究分別進行了不同進水流槽長度,不同后墻距,不同由表1可以看出，進水管口阻力系數(shù)隨著比值TID的減喇叭管懸空高度，不同淹沒深度等多方面方案下的水流流態(tài)小而減小，當T/D=0時(即緊靠后墻)阻力系數(shù)最小。從圖3比較來確定水流流態(tài)。的水流對比中也可明顯看出T=0時水流情況較T>0時者為參考到相關資料對離心泵進水管道布置推薦的尺寸范圍，優(yōu)。在喇叭口下方位置都存在-一個滯水區(qū).隨著后墻距減小，.采用如下基本尺寸:進水流槽寬度B=2.SD, 濾網(wǎng)前長度滯水區(qū)處渦量有所增加。更重要的是，后墻距減小后易在后La4.0D,濾網(wǎng)后長度L:=9.0D,懸空高度P-O.6D,淹沒深度側墻 上形成-個高渦量區(qū)點，在此易產生附壁渦帶。因此,后H=1.5D,后墻距T=1.0D.墻距不宜過小。但總體而言，后墻距的變化對池中的主流影結合物理模型試驗對應的原型，根據(jù)水力相似原理,式中響不如其它尺寸大。D取88mm.2流態(tài)分析2.1基本方案的流態(tài)對基本方案,可觀測到在進水流槽濾網(wǎng)前部,水流平順進入后受擋板阻隔，繞流從兩側進入濾網(wǎng)，在擋板后形成兩對稱渦。由于濾網(wǎng)后斷面擴散，水流在擴散段邊壁處出現(xiàn)脫流，兩遭水管不斷位置時水速警倪側形成鉸大回流區(qū),回流區(qū)范圍長度約為6D.回流區(qū)首端的渦量明顯較周圍區(qū)域的大,由實驗觀測可知，在該處表面回流中國煤化工K流情況會將空氣帶入進水流槽,產生氣泡。在喇叭管正下方,有一明2.4 不.MYHCNMHG顯的滯水區(qū)，在此易產生渦帶進入吸水管?，F(xiàn)對不同喇叭管淹沒深度H下的水流流態(tài)進行比較分析。2.2不同進水流槽長度方案的比較如圖4所示，隨著淹沒深度的增加,雖然回流區(qū)范圍沒有一料協(xié)論壇●2010 年第6期(下)一由820科研探索與元知識創(chuàng)新明顯縮短,但回流區(qū)渦量減小，帶入進水流槽的空氣量減少。出的，并且在實驗中綜合考慮了各種因素對水流流態(tài)的影響，因此得出的結果是可信的。(5)除在泵站設計時合理確定進水池尺寸和進水管相對位置外，我們建議還可采取如下措施:同的漩潤形態(tài)如果管口淹沒深度H不足而出現(xiàn)漩渦時，可在進水管上加蓋板或采取其它措施，如圖5所示。圖4不同淹沒深度時的漩渦形態(tài)由實驗可知，淹沒深度對水泵進水性能具有決定性的影響,如果此值確定不當,池中將形成旋渦，甚至產生進氣現(xiàn)象，使水泵效率降低。例如當水中混有1%空氣時,水泵效率下降●本下■帳 b *TA5%~15%,當混入10%時,水泵就不能工作了.除此,漩渦的出圍5現(xiàn)，還可能引起機組超載.汽蝕、振動的噪音等不良后果。也可以在進水池中不同部位加設擋板,如圖6所示。當進水管口淹沒較小時,池中表層水流流速增大,水流紊亂,并在池中后部水域首先出水面凹陷的局部漩渦，如圖4(a)所示。當H減小時,表層水流速度加大，漩渦的旋轉速度也隨|印四之加大，漩渦區(qū)的壓力進一步減小。 因此在大氣壓作用下,凹陷也逐漸向下延伸,隨著凹陷的加深,四周水流對其作用的壓a后墻隔板b管后隔板c水下隔板力也隨之增大.所以，漩渦隨水深增加而變成漏斗狀。由于空氣漏斗尾部受進水管吸力的影響，開始向進水管方向彎曲，且并從漏斗底部斷續(xù)向進水管進氣,如圖4(b)所示，這時的淹沒深度稱為臨界深度。此后如果再減小H值,就會形成連續(xù)向d水下隔杜8地底隔棱進水管進氣的漏斗漩渦,如圖4(d)所示。防渦措施之二顯然，為了保證泵站正常運行，應以池中不形成圖4(b)所示的斷續(xù)進氣的漩渦為準則，即管口的淹沒深度應等于或大于其臨界深度。實驗表明,當淹沒深度H≤0.75D時表面旋渦已延伸至喇叭管,將空氣帶入泵內;淹沒深度H≤1.0D時表面旋渦都易將空氣帶入泵內,故淹沒深度應大于1.25D.3結論與建議本研究采用對火電廠循環(huán)水泵房開敞式進水流槽的流動進行了觀測，以研究不同尺寸組合對進水流槽中流態(tài)的影響，從而為優(yōu)化開敞式進水流槽的水力設計、改善進水流槽的內部流態(tài)提供技術依據(jù)。由實驗中的觀測結果分析得出如下結論與建議。圖6(1)實驗進行了進水流槽濾網(wǎng)后不同長度的方案比較。綜合考慮以.上因素以及工程投資，建議進水流槽長度L2參考文獻:取(6.0-8.0) D為宜;在采取適當整流措施后可縮短進水流槽[1] DLGJ150 199《火力發(fā)電廠循環(huán)水泵房進水流道及其布長度L2到5.5D.置設計技術規(guī)定X試行)[S].國家電力公司電力規(guī)劃設計總(2)實驗進行了后墻距T的不同方案比較。院, 1999綜合考慮以上因素以及工程投資，建議進水流槽后墻距[2] GBT 5026-.97《泵站設計規(guī)范>[S]北京:中國計劃出版社，仍取T=(0.65-1.0)D為宜.為消除后壁滯水區(qū),并考慮到方便1997.施工,后壁形狀可采取多邊形(見圖1)。[3] GB/T 50013-2006窒外給水設計規(guī)范》{S].北京:中國計劃(3)實驗進行了喇叭管懸空高度P的方案比較.出版社,2006.綜合考慮，建議喇叭管懸空高度取P=(0.3- 0.8)D為宜。[4] ANSI9.8- 1998, Pump Intake Design, Published By Hydraulic另外,建議對大中型水泵，在條件許可情況下都在喇叭管下方Instiute ,9 Sylvan Way , Parsippany ,Nj 07054 3802.增設導水錐以消除附底旋渦。[5]劉竹溪,劉景植.水泵及水泵站(M1.北京:中國水利水電出版(4)實驗進行了喇叭管淹沒深度H=0.SD、0.75D、 1.0D、1.25D、1.5D、2.0D的不同方案的比較。[6]中國煤化工國建筑工業(yè)出版社，綜合考慮以上因素以及工程投資，建議進水流槽喇叭管0H.CNMHG最小淹沒深度取1.S0D.[7]田家山.水泵及水泵站IMI.上海:上海交通大學出版社,由于本實驗結果是在對實驗現(xiàn)象的不斷觀測與總結中得2003.88由科協(xié)論壇●2010年第6期(下)一