并联循环泵站前池及吸水室整流优化.pdf
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1、 年 月 第 卷 第 期 王为术并联循环泵站前池及吸水室整流优化王为术?,甄娟,郭嘉伟,翟禹鑫,贺友才,黄幸(华北水利水电大学电力学院,河南 郑州 ;中建环能科技股份有限公司,四川成都 ;江西大唐国际抚州发电有限责任公司,江西 抚州 )收稿日期:;修回日期:;网络出版时间:网络出版地址:基金项目:河南省高校科技创新团队支持计划资助项目();河南省科技创新人才计划项目()第一作者简介:王为术(),男,重庆开县人,教授(通信作者,),主要从事多相流动传热教学与研究第二作者简介:甄娟(),女,甘肃天水人,硕士研究生(),主要从事流体机械、传热传质研究摘要:为溯源大型火电站循环泵顽固性振动原因,解决循
2、环水泵振动问题,采用数值模拟方法研究水泵振动及水流道流场规律,提出了多种改善前池与吸水室不良流态的整流方案 采用雷诺时均 方程结合 湍流模型,对原始工况和不同整流方案的水流流态进行 三维数值模拟,分析并选择了合适的整流工程措施 模拟结果表明:弧形进水流道与矩形前池的不规范设计形成的高速水流区及贴壁偏流情况是造成循环泵振动的主要原因 为消除循环水泵的顽固性振动问题,在前池采用弧状均流板的整流措施后,整个前池、吸水室与喇叭口附近的流态均得到了较好的改善,前池高速水流区减少,吸水室贴壁偏流情况基本消失,喇叭口区域流态均匀,循环水泵进水条件优秀 现场试验证明:在实施整流措施后,明显消除了机组振动,提高
3、了循环泵的运行效率 研究成果可为类似工程实例提供一定的理论指导和参考关键词:进水流道;水力特性;数值模拟;整流优化;循环泵振动中图分类号:文献标志码:文章编号:():王为术,甄娟,郭嘉伟,等 并联循环泵站前池及吸水室整流优化 排灌机械工程学报,():,(),():(),(,;,;,):,排灌机械工程学报第 卷 ,:;循环水系统是电厂供水系统中重要组成部分 ,通常由引水段、前池、吸水室构成,其中进水流道需组织流道内的水流顺直、稳定、均匀地进入吸水室 ,流道流态特征对循环水泵的能量特性、经济性和运行稳定性有显著影响 同时,前池中水流流态也直接影响循环泵的水力性能、运行效率和使用寿命 进水流道应避免
4、不良流态的产生,影响泵站的安全运行 工程实践研究表明,循环泵的水力性能与循环水流道设计有着密切的关系 研究了水电站压力前池的流动模式,介绍了压力前池速度分布和流态 等 提出了“”型导流墩、“”型导流墩、窄底孔、高宽底、导流墙等优化措施 等 提出了导流墩和压力板的防淤措施 营佳玮等 采用流体体积()模型,对某泵站前池流态及整流方案提出了优化措施 徐瑞兰等 采用立柱排列与前池侧壁边界型线调整相配合的方法对前池进行优化研究 等 基于物理模型试验和改进的流体体积模型研究方法,选择不同的整改措施优化泵站前池的流态 等 进行了非对称循环泵进水试验和数值研究,数值模拟获得涡流位置、结构和形状都与试验中观察到
5、的涡流有很好的一致性江西某电厂循环水系统自投运以来,部分循环水泵频繁出现振动问题且伴随水泵筒体螺栓断裂、导轴承偏磨等现象,经过多次对泵筒体进行加固与检修,但是改造效果表明循环泵振动未得到遏制 为溯源循环水泵振动原因,解决循环水泵振动问题,文中采用数值模拟方法研究水泵振动及水流道流场规律,提出多种优化整流方案,综合分析之后,选择施工量小,且整流效果最优的弧状导流板方案,最佳整流措施在该电厂成功实施,未有不良情况产生 数学模型 控制方程数值模拟计算控制方程基于雷诺时均 方程,并采用 模型使 方程得以封闭连续方程为 ,()式中:为 方向速度;(,)为坐标轴动量方程为 ()(),()式中:为液体密度,
6、;为压力 ;为水的运动黏性系数,;为涡黏性系数,;为沿 方向的质量力由于水流为单一介质的不可压缩流动,且本流道模型不需要考虑用户定义的源项 湍动能方程与耗散率输送方程为()(),()()()槡,()其中:,(),且,槡,()上述式中:为湍流动能,;为湍流耗散率,;为平均速度梯度产生的湍流动能;和 为常量;和 分别为 和 的湍流普朗特数 第 期王为术,等并联循环泵站前池及吸水室整流优化 物理模型根据流道设计数据和实地测量数据对比,尺寸误差很小,利用 软件,用原设计尺寸对循环水流道建立 三维几何模型,其俯视图与主视图如图 所示图 三维几何模型 循环水泵为立轴抽芯式、固定转速、固定叶片、单级斜流泵,
7、由立式感应电动机驱动 循环泵由壳体部分、叶轮、轴等组成,额定转速为 循环水系统运行为正常水位运行,单泵抽水量为 循环水泵安装及部分尺寸如图 所示图 循环泵安装示意图 网格模型用 软件进行网格划分 循环水流道远壁面区采用六面体结构化网格,边界以及流态剧烈变化处采用四面体非结构化网格,经网格无关性验证,选择 万网格模型进行循环水流道流态数值计算模拟 整体网格和局部加密的泵房中心截面网格如图 所示图 网格 边界条件进口采用质量流量入口条件,模拟 泵全开的情况 出口采用流量出口边界,即给定出口流量,以满足水泵抽水时的额定流量,不同工况的流量按照运行水泵的台数确定 固壁条件采用标准壁面函数 为模拟液面波
8、动和旋涡产生情况,进水口顶部与前池顶部均为自由液面,选择 模型,分别对两相的体积分数进行设置 循环水泵内的动叶部分均采用旋转参考系运动,旋转速度根据水泵运行工况参数设置 数值计算方法应用 软件,基于压力求解器,稳态求解,不考虑流体热质交换过程 数值计算模型采用 模型,求解的压力 速度耦合算法采用 算法,迎风差分格式进行隐式求解 水流在流动过程中有纵向运动,所以需要考虑重力对水流运动的影响,即设置重力加速度为 数值结果及分析 原始工况分析特征截面充分考虑了整个循环水流道水力特性及流态,分析各特征截面能全面概括水流道整体的流场及流态,图 为原设计工况下从池底算起 排灌机械工程学报第 卷 ,处特征截
9、面速度矢量图 处能反映池底距喇叭口的流场情况,处主要反映循环泵的入水情况,处主要反映弧状进水流道、前池及吸水室的整体流场,同时 可进一步反映流场对循环泵的影响图 沿水深方向速度矢量图 由图 可知,循环水经弧形水流道流入前池,由于弧形水流道角度接近直角,在前池入水口形成高速水流区,且因前池长度过短以及流入扩散角过大,无法使高速水流进行足够的缓冲,水流进入吸水室后依旧存在偏流现象以及高流速区 吸水室的水流分布存在明显偏差,两泵吸水室内高速水流紧贴内壁流动,导致单侧壁面水流速与水压过大;吸水室正对弧形水流道出水口,高速水流易对循环泵喇叭口前沿造成冲击 喇叭口位于池底 处,临近喇叭口处壁面水流存在脱壁
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