邵罡北，楊勇

(山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西省長(zhǎng)治市，046021)

0 引言

某電廠受運(yùn)行工況和地理位置的限制，循環(huán)水泵房和機(jī)力通風(fēng)塔的水平距離僅10余m，縱向落差達(dá)4.6m，采用2次90°轉(zhuǎn)彎的暗涵流道來(lái)連接機(jī)力塔水池和吸水室，導(dǎo)致吸水前池進(jìn)流條件惡劣，影響水泵的運(yùn)行效率和安全。為合理設(shè)計(jì)流道形式，改善循環(huán)水泵進(jìn)口的水流流態(tài)，需要對(duì)冷卻塔至循環(huán)水泵房的流道進(jìn)行模型試驗(yàn)及研究。

1 循環(huán)水泵流道概況

該電廠循環(huán)水系統(tǒng)配有2臺(tái)循環(huán)水泵，合用1座循環(huán)水泵房，左、右兩側(cè)流道及泵房由分隔墻隔開(kāi)，吸水間內(nèi)左、右各布置1臺(tái)循環(huán)水泵。在現(xiàn)有場(chǎng)地條件下，泵房和機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的位置距離較近，機(jī)力塔水池至循環(huán)水泵房前池采用開(kāi)敞式溢流堰進(jìn)口和大轉(zhuǎn)彎暗涵連接方式，如圖1所示。機(jī)力塔水池及流道進(jìn)口底部標(biāo)高為－2.5m，暗涵連接段為長(zhǎng)扭曲斜坡彎道形式，流道經(jīng)2次轉(zhuǎn)彎后進(jìn)入循環(huán)泵房前池。泵房底板標(biāo)高為 －7.1m，左、右暗涵縱坡坡度為1∶5.7 ～1∶3.0，兩側(cè)流道斷面均為2.5m ×2.5m。水泵為立式斜流泵，吸水喇叭口直徑為1.6m，喇叭口喉部直徑為0.75m，水泵軸線(xiàn)前吸水前池長(zhǎng)度約10.4m，每個(gè)吸水室寬度為3.2m。在現(xiàn)有流道設(shè)計(jì)布置方式下，流道及泵房吸水間內(nèi)進(jìn)流條件比較復(fù)雜［1］。

圖1 循環(huán)水泵流道系統(tǒng)平面布置Fig.1 Layout of the flow channel system for the circulation pump

2 研究目的及內(nèi)容

2.1 研究目的

對(duì)距離較短、落差較大的進(jìn)水流道進(jìn)行模型試驗(yàn)，研究和優(yōu)化進(jìn)流條件，提出合理的整流或?qū)Я鞔胧?，使水流平穩(wěn)順暢，達(dá)到最佳水泵進(jìn)水工況，為流道設(shè)計(jì)和水泵的安全可靠運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)達(dá)到降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。

2.2 研究?jī)?nèi)容

擬建立水泵流道水工模型進(jìn)行試驗(yàn)，主要研究?jī)?nèi)容如下:

(1)觀測(cè)機(jī)力塔水池后開(kāi)敞式明溝內(nèi)水流匯流形態(tài)，分析其對(duì)水泵進(jìn)水口進(jìn)水均勻性的影響，必要時(shí)實(shí)施優(yōu)化措施;

(2)研究進(jìn)口流道轉(zhuǎn)彎對(duì)循環(huán)水泵吸水室流態(tài)的影響，驗(yàn)證流道設(shè)計(jì)導(dǎo)流工程措施的合理性;

(3)試驗(yàn)研究確定循泵吸水室流道水流分布情況，觀測(cè)不同條件下吸水室表面渦和喇叭口附近的水內(nèi)渦情況，分析漩渦強(qiáng)度，判斷其對(duì)循泵運(yùn)行的影響;

(4)測(cè)試分析循環(huán)水泵喇叭口進(jìn)流流速分布和漩流強(qiáng)度，必要時(shí)提出合理可行的整流措施，優(yōu)化水泵進(jìn)水流場(chǎng)條件以滿(mǎn)足運(yùn)行要求。

2.3 試驗(yàn)條件及工況

水泵設(shè)計(jì)正常運(yùn)行水位為－0.5m，水泵吸水喇叭口標(biāo)高為－6.3m，試驗(yàn)工況為正常運(yùn)行工況。每臺(tái)循環(huán)水泵流量為3.4m3/s(約12 000m3/h)，正常運(yùn)行水位為－0.5m。

3 模型設(shè)計(jì)

按照試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容，流道模型試驗(yàn)的重點(diǎn)是研究水泵進(jìn)流的均勻性和穩(wěn)定性。以設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，模擬范圍為開(kāi)敞式堰流進(jìn)口、暗涵彎道段及吸水泵房。模型按重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)，模型幾何比尺選取1∶7.5。模型中引水流道、循環(huán)水泵房、泵喇叭口及吸管、喇叭口下方的導(dǎo)流錐及阻渦板等均采用有機(jī)玻璃制作，便于全方位觀測(cè)流道水流流態(tài)。

模型按佛汝德相等法進(jìn)行設(shè)計(jì)［2］，即:

式中(F)r為流體內(nèi)慣性力與重力的比值，用佛汝德數(shù)來(lái)判別明渠水流的流態(tài)。

模型幾何比尺Lr=7.5，相應(yīng)地流速比尺2.739;流量比尺;時(shí)間比尺

水泵流道模型試驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)是漩渦模擬。水泵吸水池設(shè)計(jì)不當(dāng)時(shí)，會(huì)造成水泵吸水口附近出現(xiàn)漩渦。漩渦可分為表面漩渦和水下漩渦，表面漩渦強(qiáng)度為6級(jí)時(shí)，形成漏斗形帶氣核漩渦;水下漩渦強(qiáng)度達(dá)3級(jí)時(shí)，漩渦核心出現(xiàn)氣核，并隨水流進(jìn)入水泵喇叭口，再進(jìn)入水泵殼內(nèi)被水泵葉片擊碎，造成水泵的振動(dòng)和氣蝕。漩渦的模擬比較復(fù)雜，模型試驗(yàn)須考慮縮尺效應(yīng)，其中，徑向雷諾數(shù)及韋伯?dāng)?shù)定義如下:

式中:Rr為模型徑向雷諾數(shù);Wb為模型韋伯?dāng)?shù);Q為模型中吸水管流量，m3/s;D為吸水喇叭口直徑，m;ρ為水的密度，kg/m3;σ為水體表面張力，N/m;ν為水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，m2/s;u為吸水喇叭口的軸向速度，m/s。

循環(huán)水流道水泵吸水流量Q=3.4m3/s，吸水喇叭口直徑D=1.60m，對(duì)于比尺為1∶7.5的流道模型:

(1)模型特征徑向雷諾數(shù) Rr=12.81×104＞6.0×104;

(2)模型韋伯?dāng)?shù)Wb=1 060.7＞240。

經(jīng)計(jì)算比較，模型徑向雷諾數(shù)和韋伯?dāng)?shù)均遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的推薦值，比尺為1∶7.5的流道模型能夠滿(mǎn)足模擬漩渦相似的要求。

4 設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)

4.1 水流流態(tài)

(1)1號(hào)循環(huán)水泵流道。1號(hào)循環(huán)水泵流道上游機(jī)力塔水池來(lái)流較平穩(wěn)，水流經(jīng)分隔墻后繞流進(jìn)入寬2.5m的明溝，分隔墻后明溝內(nèi)水流存在回流現(xiàn)象。水流沿明溝行進(jìn)約7.6m后繞流90°匯入兩孔開(kāi)敞式寬頂堰型流道進(jìn)口。由于進(jìn)流彎曲和濾網(wǎng)閘墩的影響，堰后水流表面有較強(qiáng)的繞流漩渦現(xiàn)象，且偶爾出現(xiàn)第5類(lèi)表面漩渦現(xiàn)象［3］。經(jīng)進(jìn)口寬頂堰水流進(jìn)入暗涵段呈有壓流狀態(tài)，水流在暗涵段經(jīng)2次轉(zhuǎn)彎再次轉(zhuǎn)90°彎后進(jìn)入1號(hào)吸水前池。在淹沒(méi)較深的情況下，吸水室水面較平穩(wěn)，僅存在強(qiáng)度較低的表面漩渦，沒(méi)有出現(xiàn)通向吸水管的第3類(lèi)染色核漩渦;喇叭口附近雖沒(méi)有明顯的帶核附壁漩渦，但發(fā)現(xiàn)吸水管內(nèi)水流流線(xiàn)呈較大幅度的彎曲上升形態(tài)，說(shuō)明在上游分隔墻明溝繞流和彎道暗涵的雙重影響下，只要吸水室內(nèi)下部主流呈環(huán)流旋轉(zhuǎn)形態(tài)，吸水管喇叭口進(jìn)流就存在較強(qiáng)的旋流現(xiàn)象。

(2)2號(hào)循環(huán)水泵流道。2號(hào)循環(huán)水泵流道上游進(jìn)口來(lái)流平穩(wěn)，且水流受分隔墻影響較小，兩孔開(kāi)敞式寬頂堰型流道進(jìn)口水流較均勻，在濾網(wǎng)閘墩尾部存在繞流漩渦現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為帶核表面漩渦現(xiàn)象。經(jīng)進(jìn)口寬頂堰水流進(jìn)入暗涵段后水流同樣呈有壓流狀態(tài)。在正常運(yùn)行水位淹沒(méi)較深的情況下，吸水室水面也較平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)通向吸水管的第3類(lèi)染色核及以上漩渦。喇叭口附近水流也沒(méi)有出現(xiàn)明顯的帶核漩渦，但同樣發(fā)現(xiàn)吸水管內(nèi)水流流線(xiàn)呈較大幅度彎曲上升形態(tài)，說(shuō)明吸水管喇叭口進(jìn)流也存在較強(qiáng)的螺旋流。

4.2 吸水管流速分布

在正常運(yùn)行水位－0.5m和設(shè)計(jì)流量3.4m3/s的運(yùn)行工況下，試驗(yàn)分別測(cè)量了1、2號(hào)循環(huán)水泵吸水管喇叭口喉管橫斷面上的8點(diǎn)流速，它們的分布特征值如表1所示。

表1 循環(huán)水泵吸水管喇叭口喉管斷面流速分布特征值Tab.1 Eigenvalue of velocity distribution in the cross-section of bellmouth of water suction pipe for the circulation pump

從表1可以看出:

(1)1號(hào)循環(huán)水泵吸水喇叭口喉管斷面上8個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)時(shí)均流速為7.91～8.23m/s;相應(yīng)各點(diǎn)時(shí)均流速與斷面平均流速的相對(duì)偏差為0.1%～2.0%;喉管斷面各測(cè)點(diǎn)流速波動(dòng)最大幅度與斷面平均流速的相對(duì)比值最高達(dá)3.6%。

(2)2號(hào)循環(huán)水泵吸水喇叭口喉管斷面上8個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)時(shí)均流速為7.64～8.19m/s;其時(shí)均流速與斷面平均流速的相對(duì)偏差為0.9% ～4.3%;喉管斷面各測(cè)點(diǎn)流速波動(dòng)最大幅度與斷面平均流速的相對(duì)比值最高為0.9%。

(3)1、2號(hào)循環(huán)水泵吸水喇叭口喉管處各測(cè)點(diǎn)時(shí)均流速與斷面平均流速的相對(duì)最大偏差均小于10%，且流速波動(dòng)最大幅度也均小于斷面平均流速的10%。相比較而言，1號(hào)循環(huán)水泵吸水喇叭口喉管處流速波動(dòng)幅度較2號(hào)循環(huán)水泵偏大一些。

4.3 水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度

試驗(yàn)在1、2號(hào)吸水室均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)高于第2類(lèi)的表面漩渦，但受泵房前池暗涵彎道進(jìn)流的影響，在吸水喇叭口和管內(nèi)存在因環(huán)流而生成的螺旋流，這種漩渦無(wú)論其方向與葉輪轉(zhuǎn)向是否相同，都能使水泵能耗增加，而且也可能引起水泵運(yùn)行時(shí)的噪音增大以及空化和磨損加重等危害［4］。

為測(cè)試吸管內(nèi)水流的穩(wěn)定性，判斷其是否會(huì)發(fā)生漩渦，試驗(yàn)采用在管內(nèi)布置旋度計(jì)測(cè)量渦角的方法進(jìn)行。渦角是水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的指標(biāo)，渦角為吸管內(nèi)切向流速與軸向流速之比。一般水泵運(yùn)行規(guī)律認(rèn)為，渦角在小于5°范圍內(nèi)是允許的。吸水管內(nèi)水流渦角Θ按下式計(jì)算:

式中:u為旋度計(jì)處的平均軸向流速，m/s;d為旋度計(jì)處的管道內(nèi)徑，m;n為旋度計(jì)轉(zhuǎn)速，r/s。1、2號(hào)循環(huán)水泵吸水管內(nèi)的水流渦角實(shí)測(cè)值如表2所示。

表2 1、2號(hào)循環(huán)水泵吸水管內(nèi)渦角實(shí)測(cè)值Tab.2 The measured vortex angle of the water suction pipe in the No.1 and No.2 circulation pump

由表2可知，在該工況下，1、2號(hào)循環(huán)水泵吸水管內(nèi)實(shí)測(cè)渦角平均值分別為14.2°和10.2°，而短時(shí)間內(nèi)渦角最大值分別高達(dá)15.9°和13.6°。顯然，實(shí)測(cè)管內(nèi)水流渦角均大大超過(guò)水泵運(yùn)行的允許范圍，表明在現(xiàn)有流道布置和導(dǎo)流形式下，由于暗涵彎道出流在吸水室內(nèi)部產(chǎn)生較強(qiáng)的環(huán)流渦，1、2號(hào)循環(huán)水泵吸水管內(nèi)存在呈螺旋狀上升的水流，管內(nèi)水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度已過(guò)大。

5 優(yōu)化方案試驗(yàn)

從泵流道設(shè)計(jì)方案水力特性試驗(yàn)可知，在泵房水平長(zhǎng)度較短而落差較大的現(xiàn)有布置情況下，由于進(jìn)流彎道的影響，吸水室內(nèi)存在水內(nèi)環(huán)流漩渦并進(jìn)入吸水管內(nèi)，而導(dǎo)致吸水管內(nèi)水流呈較強(qiáng)的螺旋流形態(tài)，實(shí)測(cè)水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度大幅超過(guò)水泵運(yùn)行允許值。為此，從減弱和消除此水泵進(jìn)流的不利流態(tài)出發(fā)，采取相應(yīng)整流措施，進(jìn)行方案比較、優(yōu)化研究。

5.1 流道體型布置

試驗(yàn)在保持流道體型布置基本不變的基礎(chǔ)上，采取在吸水室前部布置1道胸墻的整流方式對(duì)流道進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)分別在距水泵吸水管軸線(xiàn)橫向距離L為2.5D和4D的2個(gè)部位設(shè)置胸墻進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)2種布置方式下，都是當(dāng)胸墻底部進(jìn)入吸水室主流較深后，才能明顯調(diào)整渦流形態(tài)并降低吸水管內(nèi)旋流，說(shuō)明胸墻底部尺寸是優(yōu)化吸水室流態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)。同時(shí)為保證水流經(jīng)胸墻后有足夠的調(diào)整空間，試驗(yàn)選取胸墻為L(zhǎng)=6.30m進(jìn)行方案比較(見(jiàn)圖2)，通過(guò)調(diào)整胸墻底部與吸水室底部之間的高度h，阻斷和調(diào)整彎道進(jìn)流產(chǎn)生的環(huán)流渦，達(dá)到使水泵喇叭口前進(jìn)流均勻、穩(wěn)定的目的。試驗(yàn)對(duì)1、2號(hào)循環(huán)水泵水流分別進(jìn)行了6種布置方案的整流效果及胸墻布置參數(shù)的比較，如表3所示。

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5.2 水流流態(tài)

5.2.1 1號(hào)循環(huán)水泵流道

1號(hào)泵房流道內(nèi)設(shè)置胸墻后，正常水位－0.5m，水泵喇叭型進(jìn)水口的淹沒(méi)深度較大，各個(gè)比較方案胸墻前、后吸水室表面水流流態(tài)與設(shè)計(jì)方案相似，整個(gè)水面比較平穩(wěn)，但存在表面漩渦(1類(lèi))，有時(shí)出現(xiàn)表層粘性漩渦(2類(lèi))。吸水喇叭口附近及吸管內(nèi)的水流流態(tài)隨著胸墻底部高程變化，在胸墻底部高程－5.5m以上，隨著胸墻底部高程降低，吸水管內(nèi)的流線(xiàn)彎曲和擺動(dòng)幅度逐漸減弱。當(dāng)1號(hào)吸水室胸墻底部高程達(dá)－5.5m時(shí)，吸水管內(nèi)水流流線(xiàn)基本呈豎直上升的形態(tài)，沒(méi)有發(fā)生明顯的彎曲和擺動(dòng)，表明吸水管內(nèi)已不存在明顯螺旋流，喇叭口吸水進(jìn)流較均勻，喇叭口進(jìn)流壁面也沒(méi)有出現(xiàn)吸氣漩渦。

5.2.2 2號(hào)循環(huán)水泵流道

2號(hào)泵房流道內(nèi)設(shè)置胸墻后，吸水室的表面水流流態(tài)與1號(hào)泵房吸水室的流態(tài)相近。在正常水位－0.5m時(shí)，胸墻前、后吸水室表面都沒(méi)有出現(xiàn)明顯的吸氣漩渦。吸水喇叭口附近及吸管內(nèi)的水流流態(tài)在胸墻底部高程－5.0m以上，隨著胸墻底部標(biāo)高降低，吸水管內(nèi)的流線(xiàn)彎曲和擺動(dòng)幅度逐漸減弱，胸墻底部標(biāo)高低于－5.0m時(shí)，其流態(tài)隨高程的變化已不明顯。2號(hào)吸水室胸墻底部標(biāo)高降低至－5.3m時(shí)，吸水喇叭口附近及吸管內(nèi)示蹤流態(tài)，吸水管內(nèi)水流流線(xiàn)也沒(méi)有出現(xiàn)明顯的彎曲和擺動(dòng)，吸水管內(nèi)螺旋流態(tài)基本消失。

5.3 水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度

試驗(yàn)針對(duì)不同胸墻底部標(biāo)高方案進(jìn)行了吸水管旋轉(zhuǎn)渦角的對(duì)比，不同胸墻布置方案吸水管內(nèi)的水流渦角統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)表4，1、2號(hào)循環(huán)水泵吸水管內(nèi)渦角Θ與胸墻底部標(biāo)高的變化關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

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對(duì)于1號(hào)循環(huán)水泵吸水室在不同胸墻底部高程的情況下，實(shí)測(cè)吸水管渦角分析如下:

(1)當(dāng)胸墻底部高程在－4.6m時(shí)，吸水管內(nèi)實(shí)測(cè)旋流渦角與設(shè)計(jì)方案相比僅略微減小，水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度仍較高。說(shuō)明當(dāng)胸墻底部高于或接近彎道出口頂部時(shí)，胸墻底部沒(méi)有進(jìn)入吸水室前池的主流，還不足以擾亂并削弱彎道出流導(dǎo)致的環(huán)流渦。

(2)當(dāng)胸墻底部高程降低至－5.0m時(shí)，吸水管內(nèi)渦角迅速?gòu)?4.1°降低至6.9°，吸水管內(nèi)水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度大幅減小，但仍高于水泵運(yùn)行的允許值5°。

(3)胸墻底部高程繼續(xù)降低至－5.3m時(shí)，吸水管內(nèi)平均渦角已減小至0.7°，試驗(yàn)觀測(cè)旋度計(jì)偶爾出現(xiàn)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，吸水管內(nèi)水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度已遠(yuǎn)小于水泵運(yùn)行的允許值。

(4)當(dāng)胸墻底部高程降低至－5.5m及以下時(shí)，吸水管內(nèi)旋度計(jì)僅左右小幅度晃動(dòng)，轉(zhuǎn)速接近0，吸水管內(nèi)的平均渦角也為0°，說(shuō)明水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度已極低，水流螺旋上升形態(tài)已基本消除，對(duì)水泵運(yùn)行十分有利。

2號(hào)泵吸水室在前部相同位置布置胸墻后，隨胸墻底部高程的變化，吸水管水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的變化規(guī)律與1號(hào)泵基本相同。當(dāng)胸墻底部低于－4.6m后，吸水管內(nèi)水流渦角迅速降低。由于原設(shè)計(jì)方案2號(hào)泵吸水管內(nèi)水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度比1號(hào)泵稍弱，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)胸墻底部高程降至－4.9m時(shí)，實(shí)測(cè)渦角已減小至2.9°，已小于水泵運(yùn)行的允許范圍;胸墻底部高程降低至－5.0m及以下時(shí)，實(shí)測(cè)吸水管內(nèi)水流平均渦角均接近0°，吸水管內(nèi)的螺旋流已基本消除。

5.4 吸水管流速分布

為驗(yàn)證不同優(yōu)化方案下循環(huán)水泵喇叭口處的流速分布均勻性，針對(duì)1號(hào)循環(huán)水泵吸水室布置胸墻的2、5號(hào)比較方案，實(shí)測(cè)了吸水喇叭口喉管橫斷面上的8點(diǎn)流速，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表5。2號(hào)循環(huán)水泵3、5號(hào)比較方案的吸水喇叭口喉管橫斷面上的8點(diǎn)流速實(shí)測(cè)特征值見(jiàn)表6。

表5對(duì)1號(hào)循環(huán)水泵房2種比較方案吸水喇叭口喉管斷面流速特征值最大相對(duì)偏差進(jìn)行了比較，盡管不同比較方案的流速分布相對(duì)偏差均小于10%，但設(shè)置胸墻對(duì)吸水室流道進(jìn)行修改后，隨著胸墻底部高程的降低，吸水喇叭口喉管斷面各測(cè)點(diǎn)時(shí)均流速和流速波動(dòng)幅度與斷面平均流速的相對(duì)偏差總體均呈下降趨勢(shì)。當(dāng)設(shè)置胸墻且底部高程降低至－5.5m時(shí)，喇叭口喉管斷面各測(cè)點(diǎn)時(shí)均流速與平均流速的最大偏差從設(shè)計(jì)方案的2.1%降低至1.0%，其流速波動(dòng)幅度與平均流速的最大相對(duì)比值從設(shè)計(jì)方案的3.7%降低至0.2%，表明設(shè)置胸墻進(jìn)行流道優(yōu)化后，吸水管內(nèi)旋流強(qiáng)度大大降低，流速分布更為均勻穩(wěn)定［5］。

表5 1號(hào)泵吸水管喇叭口喉管斷面流速分布特征值Tab.5 Eigenvalue of velocity distribution in the cross-section of bellmouth of water suction pipe for the No.1 circulation pump

表6 2號(hào)泵吸水管喇叭口喉管斷面流速分布特征值Tab.6 Eigenvalue of velocity distribution in the cross-section of bellmouth of water suction pipe for the No.2 circulation pump

2號(hào)循環(huán)水泵房設(shè)計(jì)方案和2種比較方案吸水喇叭口喉管斷面流速特征變化與1號(hào)泵吸水管試驗(yàn)結(jié)果基本一致。當(dāng)設(shè)置胸墻且底部高程降低至－5.3m時(shí)，喇叭口喉管斷面各測(cè)點(diǎn)時(shí)均流速與平均流速的最大偏差從設(shè)計(jì)方案的4.4%降低至1.1%，其流速波動(dòng)幅度與平均流速的最大相對(duì)比值從設(shè)計(jì)方案的0.9%降低至0.2%，流道設(shè)置胸墻后流速分布也更加均勻。

5.5 優(yōu)化結(jié)果

從水流流態(tài)、喇叭口進(jìn)流流速分布及吸水管旋流強(qiáng)度的比較結(jié)果可知，在吸水室前部距水泵軸線(xiàn)橫向長(zhǎng)度6.3m處布置足夠深度的胸墻后，能夠有效消除上游彎道進(jìn)流引起的環(huán)流，水流經(jīng)胸墻調(diào)整后變得均勻穩(wěn)定［6］，從喇叭口進(jìn)流流速分布均勻性和水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度等來(lái)看:

(1)1號(hào)循環(huán)水泵吸水室布置的胸墻底部高程低于－5.3m，即胸墻底部距吸水室底部高度h＜1.8m時(shí)，水泵吸水管實(shí)測(cè)渦角開(kāi)始接近0°，水流旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度已極低，喇叭口喉管處進(jìn)流時(shí)均流速分布均勻性偏差指標(biāo)也降低至1.0%［7］，同時(shí)保持吸水室主流在較低流速范圍內(nèi)。推薦采用方案5，即胸墻底部高程為－5.5m(h=1.6m)。

(2)2號(hào)循環(huán)水泵吸水室布置的胸墻底部高程低于－5.0m，即胸墻底部距吸水室底部高度h＜2.1m時(shí)，水泵吸水管內(nèi)實(shí)測(cè)水流渦角也開(kāi)始接近0°，喇叭口喉管處進(jìn)流時(shí)均流速分布均勻性偏差指標(biāo)也降低至1.1%，滿(mǎn)足水泵進(jìn)流水流條件的要求，故推薦采用方案5，即胸墻布置底部高程為－5.3m(h=1.8m)。

6 結(jié)論

(1)在循環(huán)水泵房正常水位和流量的運(yùn)行工況下，1、2號(hào)循環(huán)水泵流道吸水室內(nèi)的水流流態(tài)大體相似，但受2次平面轉(zhuǎn)彎的暗涵進(jìn)流影響，在1、2號(hào)吸水管內(nèi)均發(fā)現(xiàn)水流彎曲上升的螺旋流現(xiàn)象，表明在吸水前池下部主流區(qū)存在較強(qiáng)旋度的環(huán)流渦。

(2)1、2號(hào)循泵吸水喇叭口喉管處時(shí)均流速與斷面平均流速的相對(duì)最大偏差均小于10%的允許范圍，但2臺(tái)泵吸水管內(nèi)實(shí)測(cè)渦角均較大，管內(nèi)存在較強(qiáng)的螺旋流，從而降低了水泵的運(yùn)行效率，導(dǎo)致水泵運(yùn)行發(fā)生較強(qiáng)振動(dòng)等危害，不利于水泵的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)在流道總體布置形式不變情況下，可采取在吸水室前部布置1道胸墻的整流方式對(duì)流道進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)不同的胸墻底部高程進(jìn)行比較、優(yōu)選，可以使1、2號(hào)循環(huán)水泵吸水管管內(nèi)渦角達(dá)到0°或接近于0°，基本消除喇叭口附近及吸管內(nèi)水流的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，使流速分布均勻。經(jīng)此優(yōu)化能較好地滿(mǎn)足水泵高效、穩(wěn)定的運(yùn)行要求。

［1］山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司.山西漳山發(fā)電廠一期空冷改造項(xiàng)目循環(huán)水流道試驗(yàn)報(bào)告［Z］.長(zhǎng)治市:山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，2010.

［2］嚴(yán)敬.工程流體力學(xué)［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，2007.

［3］DLGJ150—1999火力發(fā)電廠循環(huán)水泵房進(jìn)水流道其及布置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國(guó)電力出版社，1999.

［4］趙建鈞，程璐.循環(huán)水泵房側(cè)向進(jìn)水流道水力優(yōu)化設(shè)計(jì)及模型試驗(yàn)［J］.水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào)，2009(1):47-51.

［5］李書(shū)恒，王念慎.循環(huán)水泵房進(jìn)水流道水力特性試驗(yàn)及研究［J］.華北電力技術(shù)，2005(10):5-8.

［6］蔣小欣，李龍，王玲玲，等.雙向貫流泵裝置特性數(shù)值模擬［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，33(1):81-84.

［7］王二平，丁澤霖，王婧.新密電廠循環(huán)水流道體型優(yōu)化研究［J］.人民黃河，2008，30(10):84-86.