第7期廣東水利水電No. 72014年7月GUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWERJul. 2014某核電廠二期_工程循環(huán)水泵房水流特性試驗(yàn)研究吉紅香，邱靜，黃本勝，林美蘭(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,河口水利技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510635 )摘要: 針對(duì)某核電廠二期工程循環(huán)水泵房前池和流道的水流特性，根據(jù)引水明渠引水水流特點(diǎn)，結(jié)合物理模型試驗(yàn),在前池采用多種整流措施，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,并提出有利于循環(huán)水泵安全、高效運(yùn)行,投資較省的工程措施。關(guān)鍵詞:核電廠;水流特性;模型試驗(yàn);泵房中圖分類號(hào): TV131.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B文章編號(hào): 1008 -0112(2014)07 -0040-04某核電廠規(guī)劃設(shè)計(jì)6x1 000 MW級(jí)核電機(jī)組，廠二期 工程的循環(huán)水泵房位于取水明渠的中部，循區(qū)- -次規(guī)劃，分期建設(shè)。- -期工程建設(shè)2 x1250 MW環(huán)水泵房前設(shè)有前池，長(zhǎng)為30.0 m,寬為110.3 m,核電機(jī)組，現(xiàn)已開始建設(shè)施工。二期工程循環(huán)水泵房池內(nèi)設(shè)有跨池大橋的2個(gè)橋墩，前池與取水明渠呈正設(shè)計(jì)與一期工程相同,循環(huán)水泵房流道內(nèi)已采用一期交。取水明渠底寬100.0 m，為梯形斷面，邊坡坡度工程優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。-期工程采用彎道式進(jìn)水”，二為1 :2.0,在二期工程進(jìn)水前池的上游還預(yù)留三期工期工程采用側(cè)向引水，本文主要針對(duì)二期工程進(jìn)行試程循環(huán)水泵房取水口，一期工程循環(huán)水泵房則位于明驗(yàn)研究。渠末端，如圖1所示。52-10上800100 120↓I-I三期取水茶房二職森水泵房一期取術(shù)泵房110.31108|I二期模型試驗(yàn)范圍中國(guó)煤化工圖1循環(huán)水泵房布置示意(單MYHCNM HG收稿日期: 2014-04-11; 修回日期: 2014-06-16作者簡(jiǎn)介:吉紅香(1979)， 女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)研究?！?0.2014年7月第7 期吉紅香，等:某核電廠二期工程循環(huán)水泵房水流特性試驗(yàn)研究No.7 Jul. 20141模型設(shè)計(jì)和制作修改方案首先嘗試了在流道內(nèi)采取措施調(diào)整流態(tài),泵房前池和流道設(shè)置的目的是要保證水流能均勻但效果均不理想。后在前池分別設(shè)置三角墩和導(dǎo)流墻平穩(wěn)地進(jìn)入水泵吸水室，避免回流和渦流的產(chǎn)生，從等多方案比較發(fā)現(xiàn)，在二期工程前池內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流墻,而避免給水泵的正常運(yùn)行帶來不利的影響。將明渠水流導(dǎo)向二期進(jìn)水前池的右側(cè)，從而達(dá)到改善為保證研究建筑物上、下游過渡段的銜接能得到原方案主流從前池左側(cè)進(jìn)入、右側(cè)為大范圍回流的流較好的模擬，真實(shí)反映試驗(yàn)研究段本身可能出現(xiàn)的各態(tài)。經(jīng)過若干方案的試驗(yàn)驗(yàn)證，得到方案5和方案6種流態(tài)。根據(jù)某核電廠二期工程循環(huán)水泵房的引水明效果較好(見圖2、圖3)。渠、前池及泵房流道的具體布置確定模型的范圍(包括一、二期工程引水明渠、二期工程循環(huán)水泵的進(jìn)水前池、循環(huán)水泵吸水室及與其銜接的排水管的過渡段)，模型呈“丁”字狀(見圖1)。采用模型幾何比尺L4λ/=10，由此得模型各水力比尺21為:流速比尺λv=_ ll山Tλ/=3.16,流量比尺λo=λ著=316.23。本試驗(yàn)的渦流觀測(cè)采用日本機(jī)械工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(1984版)規(guī)定的表面渦的相似條件-3，即λv=(入1)22=1.59, λ。=(入)?2=158. 49。2原方案試驗(yàn)成果分析在99%低潮位下，一、二期工程同時(shí)供水和二期圖2方案5(注: 從左至右水泵編號(hào)為1"~6* )(單位: m)單獨(dú)供水工況對(duì)比試驗(yàn)表明:首先調(diào)整橋墩中心線與2個(gè)相鄰進(jìn)水孔隔墻中心1)同時(shí)向一、二期工程供水時(shí)，引水明渠和二期線對(duì)齊，用2條長(zhǎng)約101m和99m的導(dǎo)流墻將前池寬工程的進(jìn)水前池的斷面平均流速相對(duì)較大，受彎道水度均勻分為3個(gè)通道，導(dǎo)流墻頭部伸人明渠尾部與泵流的影響，二期泵房前池的進(jìn)流明顯不均勻，主流偏房相連。前池在導(dǎo)流墻的導(dǎo)流作用下，進(jìn)入3個(gè)通道，向左側(cè)進(jìn)人進(jìn)水流道前沿，并形成明顯的水面波動(dòng),前池大范圍的回流消失，3個(gè)小區(qū)域出現(xiàn)小回流，流前池的右側(cè)則形成大范圍的回流。進(jìn)水流道的進(jìn)口出道內(nèi)流態(tài)明顯改善，只在胸墻附近出現(xiàn)1 ~2級(jí)表面現(xiàn)斜向入流，且左右兩側(cè)明顯不均勻，導(dǎo)致吸水室內(nèi)渦，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。產(chǎn)生回流和旋渦，漩渦卷入水體的氣核可能會(huì)造成水泵的振動(dòng)”，直接影響水泵運(yùn)行效率，甚至影響水泵的安全運(yùn)行。.......9.92年2)僅對(duì)二期供水時(shí)前池回流范圍縮小至前池右側(cè)，強(qiáng)度較小，對(duì)泵房流態(tài)影響小，流道內(nèi)流態(tài)較穩(wěn)9.4 t86.. 16.白定，這也說明了-期工程引水對(duì)二期工程前池流態(tài)的影響是顯著存在的，而且這種影響與一期引水的流量、明渠內(nèi)的流速大小成正比。3修改方案效果分析由原方案的試驗(yàn)結(jié)果可知，二期工程循環(huán)水泵房流態(tài)受- -期工程引水影響較顯著，原有流道內(nèi)的整流中國(guó)煤化工難以改變前池的流態(tài)，也無法使吸水流道內(nèi)水流達(dá)到[HCN MHG: m)均均、平穩(wěn)、無渦的要求，必須調(diào)整前池流態(tài)，盡量與方案5相比，方案6導(dǎo)流墻縮短至91.9 m和減弱其回流強(qiáng)度、縮小回流范圍。因此，修改方案試89.8 m,工程量較節(jié)省。流道內(nèi)只在胸墻附近出現(xiàn)1驗(yàn)的重點(diǎn)為前池的整流工程方案。~2級(jí)表面渦，能夠滿足設(shè)計(jì)要求?！?1●2014年7月第7 期廣東水利水電No.7 Jul. 2014由各修改方案效果的對(duì)比可見，只有方案5和方會(huì)出現(xiàn)1~2級(jí)表面渦，表面渦距離水泵吸水口較遠(yuǎn),案6的整流方案能夠?qū)Χ诒梅窟M(jìn)水前池的水流流態(tài)不會(huì)對(duì)水泵運(yùn)行造成明顯影響，滿足設(shè)計(jì)要求。進(jìn)行較為有效的調(diào)整，使水流順著導(dǎo)墻較均勻地進(jìn)人綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較結(jié)果，選擇方案6為本次前進(jìn)水流道的進(jìn)口前沿。試驗(yàn)顯示:方案5、方案6效池整流工程的推薦方案。果相近，但方案6的導(dǎo)流墻比方案5短，工程量更節(jié)5各方 案水頭損失比較省。優(yōu)化方案6在前池內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流墻(長(zhǎng)度為91.5 m試驗(yàn)對(duì)引水明渠至泵房進(jìn)水口前沿的水頭損失進(jìn)和89.8 m,導(dǎo)流墻頂高程為-2.5 m)后,并結(jié)合吸水行了測(cè)量，該部分水頭損失包括明渠分流、橋墩、導(dǎo)流道內(nèi)的整流方案(采用一期工程的研究成果，在鼓流墻、前池沿程和局部損失。典型工況及典型水文組.形濾網(wǎng)出口擴(kuò)散段內(nèi)設(shè)置3個(gè)導(dǎo)流墩，導(dǎo)流墩的頂部合的水頭損失比較見表1，可見推薦方案前池的整流設(shè)置2根消渦梁)，水泵吸水流道內(nèi)流態(tài)平穩(wěn)、流速措施造成的水頭損失均很小。均勻，其面層回流強(qiáng)度較弱，只在靠近胸墻附近偶而表1各方案前池內(nèi)的水頭損失比較原方案推薦方案工況潮位泵房左側(cè)AH/m泵房右側(cè)AH/m二期工程單獨(dú)供水99%低潮位0.010. 010. 000.001%高潮位-0.010.030.02-期增加供水工況,同時(shí)平均低潮位/二期工程2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行平均高潮位-0.02△H-引水明渠至泵房進(jìn)水口前沿的水頭損失，-表示水位壅高。5推薦方案的試驗(yàn)成果分析5.2不同工況組合的流速和流態(tài)5.1渦流試驗(yàn)針對(duì)推薦方案中不同水位、不同的開機(jī)組合試驗(yàn)由于渦流流態(tài)在水工模型試驗(yàn)的“縮尺效應(yīng)”更為顯示:泵站流道最不利的工況為冬季99%低潮位下2顯著，1984年8本機(jī)械工程師協(xié)會(huì)制定的水泵進(jìn)水流臺(tái)循環(huán)水泵供1臺(tái)發(fā)電機(jī)組，這時(shí)的單泵流量較大。道試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中提出“對(duì)于模型整體流態(tài)應(yīng)該按照佛汝尤其是右側(cè)的4"、6* 泵開啟和5"、6*泵開啟組次，受德數(shù)相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)和運(yùn)行，對(duì)于表面渦流，模型流速彎道水流影響，右側(cè)通道較容易在轉(zhuǎn)彎后形成表面回應(yīng)該采用幾何比尺的0.2次方”[41。本次試驗(yàn)渦流模流流態(tài)，并在泵房進(jìn)口胸墻前形成因繞流引起的表面擬流量是普通組次流量的2倍。對(duì)單流道進(jìn)行了加大漩渦甚至渦帶。試驗(yàn)顯示:在該工況下，流道進(jìn)口前流量的渦流試驗(yàn)，觀測(cè)流道內(nèi)的水流流態(tài)，檢驗(yàn)推薦流速分布較均勻，回流、漩渦未對(duì)流道左右側(cè)進(jìn)口的方案的整流效果及其工程可行性。流量分配造成影響，而且，經(jīng)過攔污柵、鼓形濾網(wǎng)及加大流量渦流試驗(yàn)表明:水流經(jīng)胸墻和導(dǎo)流墩后鼓形濾網(wǎng)出口的導(dǎo)流墩調(diào)整后，流道內(nèi)流速分布較均進(jìn)入吸水流道，在胸墻后形成穩(wěn)定的水平軸向環(huán)流，勻。當(dāng)左側(cè)的1"、3"泵開啟和1"、2"泵開啟時(shí),左側(cè)在吸水室內(nèi)胸墻底高程以上的水流為負(fù)向流，胸墻底通道右側(cè)回流流態(tài)仍存在，但泵房進(jìn)口胸墻前的漩渦高程以下的中、下層基本為正向流。流道內(nèi)無強(qiáng)回流出現(xiàn)的頻率明顯降低，強(qiáng)度亦有所減弱，泵房底孔處及誘導(dǎo)漩渦等較強(qiáng)剪切運(yùn)動(dòng)的流態(tài)，也沒有出現(xiàn)3級(jí)流速分中國(guó)煤化工流速對(duì)稱分布，基本以上漏斗渦。胸墻后吸水流道上層水流存在--定強(qiáng)度均均。MYHCNMHG1"、3"、4"、6*4臺(tái)水負(fù)向流，形成局部順時(shí)針回流，并有較小的水面渦,泵供2臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)，右側(cè)通道表面出現(xiàn)弱回流。但無空氣吸人。整個(gè)流道內(nèi)水面較為平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)受彎道水流影響，前池3個(gè)通道內(nèi)只出現(xiàn)局部小較大的波動(dòng)，也無水內(nèi)渦和底部渦出現(xiàn)。范圍的弱回流，但不會(huì)對(duì)流道內(nèi)的流態(tài)造成明顯的不●42.2014年7月第7 期吉紅香，等:某核電廠二期工程循環(huán)水泵房水流特性試驗(yàn)研究No.7 Jul. 2014利影響。通過吸水流道整流墩的整流作用，流道內(nèi)水參考文獻(xiàn):泵吸水口附近流態(tài)較為平穩(wěn)，流道內(nèi)無明顯渦體出現(xiàn)，[1] 吉紅香，邱靜，林美蘭，等某核電廠一期工程循環(huán)水?dāng)嗝媪魉俜植驾^均勻，可滿足循環(huán)水泵房吸水室的流泵房進(jìn)水流道物理模型試驗(yàn)研究[J].廣東水利水電,2010(10): 20-23.態(tài)要求。2] 吳持恭.水力學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2008.6結(jié)語核電廠循環(huán)水泵房本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流道試驗(yàn)與一[3]邱靜，杜涓，黃本勝，等汕尾發(fā)電廠循環(huán)水泵房前池及流道優(yōu)化研究[A]/中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)，《水動(dòng)力學(xué)研究與般水工模型試驗(yàn)相比，具有模型比尺小、水流邊界復(fù)進(jìn)展》編委會(huì)，中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)，等.第七屆全國(guó)水動(dòng)雜的特點(diǎn)。在前池設(shè)置導(dǎo)流墻能有效調(diào)整吸水室內(nèi)水力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第十九屆全國(guó)水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)文集:下流流態(tài)及流速分布，消除了循泵房吸水室內(nèi)的不良流冊(cè).2005.態(tài)，流道內(nèi)水流流速分布較為均勻。[4] 邱靜，杜涓，黃本勝，等.臺(tái)山發(fā)電廠一期工程循環(huán)水通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):盡管泵房本身是左右對(duì)稱布置,泵進(jìn)水流道水力性能試驗(yàn)研究[J].廣東水利水電,各個(gè)流道內(nèi)的設(shè)計(jì)也完全-一樣，但因前池進(jìn)水工況直接影響泵房流道內(nèi)的流態(tài)，在規(guī)劃該類物理模型時(shí)應(yīng)[5] 邱靜，黃東，黃本勝，等某大型泵站機(jī)組振動(dòng)原因分注意明渠和前池進(jìn)水的情況，結(jié)合前池流態(tài)進(jìn)行整體析及防振臨時(shí)工程措施[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電, 2004(12): 103- 105.模型試驗(yàn)。(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)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中國(guó)煤化工MHCNM HG●43●