濱海電廠循環水泵消波研究

韓建民

（浙江省電力設計院，杭州 310012）

濱海電廠循環水泵消波研究

韓建民

（浙江省電力設計院，杭州 310012）

針對濱海電廠波浪對循環水泵安全運行的影響及消波的重要性進行了分析，結合浙江某發電廠的工程實例，計算和分析了循環水泵進水流道幾種有效消波措施，并進行了技術經濟比較。選取進水前池內短暗溝消波方案進行了物理模型試驗驗證和優化，設計采用了能確保循環水泵安全運行且簡單易行的18 m短暗溝消波方案，以達到循環水泵穩定運行的目的。

循環水泵；消波；短暗溝；物理模型

0 引言

浙江某發電廠瀕臨東海，地處臺風頻發、波浪影響嚴重區域，裝機容量 2×1 000 MW，循環冷卻水采用海水直流循環供水系統，配置6臺大型斜流式循環水泵取水，單泵流量 10.78 m3/s，揚程17.8 m。循環水泵房附近海域開闊，外海波浪可直接影響泵房區域，最大波向波高達6.7 m，平均波高1.4 m，最大波長144 m，對大型循環水泵安全運行構成威脅。

1 波浪對循環水泵運行的影響

濱海電廠岸邊循環水泵房位于海邊，從海域近岸取水，水泵運行直接受到潮汐變化和波浪運動的影響，潮汐變化周期較長，變化緩慢，對水泵的運行影響不大，而波浪的波動周期較短，實測周期為十幾秒鐘，對水泵的影響較大。波浪傳遞到循環水泵房前，受循環水泵房迎水面建筑物阻擋，一部分被破碎消能，其余波能傳遞到循環水泵房內，引起循環水泵房內水面劇烈波動，波動的周期和幅度取決于外來波和傳入到循環水泵房吸水井內全波能的特性。循環水泵房吸水井內水面劇烈波動對循環水泵的安全運行主要帶來以下3種不利影響：

（1）引起循環水泵靜揚程驟變。

循環水泵房吸水井內水面在波能作用下發生短周期性驟變，循環水泵的靜揚程也隨之驟變，如果泵組的機械慣性能夠阻尼這種驟變，泵組的運行受影響較小。當泵組的機械慣性阻尼不了這種驟變時，泵組的運行工況發生快速變化，引起循環水泵運行特性發生急變，泵組的機械和傳動系統荷載也發生快速變化，材料易受到疲勞破壞。另外，電動機的電流和功率也隨之快速變化，運行不穩定，甚至可能造成電機過載。

（2）誘導循環水泵汽蝕。

如果循環水泵房吸水井內水面驟變幅度較大，在低潮位時，將造成吸水井內水位過低，導致葉輪的淹沒深度不夠、汽蝕余量不足，形成吸水漏斗和漩渦，空氣被吸入循環水泵，造成循環水泵效率降低，同時還會由于空氣泡被吸入而引起循環水泵葉輪的汽蝕，造成循環水泵被迫停運。

（3）導致振動和噪聲。

泵組的運行工況點驟變、泵的汽蝕等現象都是激振源，若泵組和泵房結構的固有頻率與某個激振源的激振頻率相耦合，會產生共振，嚴重時將影響泵組和循環水泵房的安全。

2 循環水泵房波浪控制標準

因波浪對循環水泵房和泵組可能產生危害，必須對傳輸至循環水泵房吸水井內的波能加以有效控制，以保證循環水泵房和泵組的運行安全。

國內外對此問題研究得還不夠深入，各國的控制標準也不盡相同，大多數國家要求泵房前沿因波浪引起的水位驟變不超過0.5 m，泵房吸水井內水位驟變幅度不大于0.3 m。

DLGJ 150-1999《火力發電廠循環水泵房進水流道及其布置設計技術規定》第2.1.1條規定：“吸水池水面波高不宜超過0.3 m”；DL/T 5339-2006《火力發電廠水工設計規范》第6.1.3條規定：“進水前池波浪波動幅度一般不宜超過0.3 m”；NB/T 25002-2011《核電廠海工構筑物設計規范》第7.3.2條及條文說明規定：“水泵房外的前池水面波動不宜超過0.5 m，水泵房進水池水面一般不宜超過0.3 m”。

綜合國內外各項標準，本項目消波按吸水池水面波動不超過0.3 m考慮。

3 循環水泵房布置

電廠海域前沿為運煤船舶進出和停靠的港池，設有2.8 km長的擋沙防波堤。為滿足取水水深及循環水泵消波要求，循環水泵房取水明渠布置在港池內，循環水泵房前池與取水明渠銜接，其北至東北方向有煤碼頭和擋沙防波堤，防波堤與取水明渠的軸線基本平行，其西至西南側為陸域。循環水泵房布置在港池岸邊，面朝港池，盡管東北側防波堤對偏北至東向的外海波浪有較好的掩護作用，但其東南側口門較寬、風區長，水深也較大，外海波浪經折射繞射后仍可傳播至泵房前沿，與當地小風區風浪疊加后最大波高仍有2.8 m，最大波長142.4 m，波浪仍將對循環水泵運行安全構成威脅。

4 循環水泵房消波措施

循環水泵房消波措施主要有長距離自流引水暗溝消波、循環水泵房進水閘門口潛孔消波、進水前池底部短暗溝消波等。

本項目波高較高、波長較長，進水閘門口潛孔厚度僅1 m，顯然達不到有效消波的要求，因此擬考慮長距離自流引水暗溝消波及進水前池底部短暗溝消波2種方案。

4.1 長距離自流引水暗溝消波方案

循環水通過淹沒式取水頭部取水，由引水暗溝自流進入循環水泵房，每臺機組設1個淹沒式取水頭部和1條引水暗溝，每條引水暗溝長度為100 m。水流從海底淹沒式取水頭部進入，水深較大，波浪在進水口處已大大減弱，引水暗溝長度較長，波浪難以傳入循環水泵房。采用NB/T 25002 -2011《核電廠海工構筑物設計規范》附錄K推薦公式，經消波計算，循環水泵房吸水井內的波高小于0.15 m，由于港池內每年淤積泥沙約0.5 m，需每年清淤，淹沒式取水頭部周圍清淤困難，取水頭部及自流暗溝需水下施工，施工難度大，本方案造價達6 000萬元以上。

圖1 進水前池底部短暗溝消波方案

4.2 進水前池底部短暗溝消波方案

在循環水泵房進水前池底部短暗溝消波是既簡單又經濟的方案，每個進水流道設1條引水短暗溝，布置在進水前池底部，如圖1所示。消波計算方法同上，考慮短暗溝流速要求，經初步優化計算可知，短暗溝斷面尺寸為6.8 m（寬）×2.3 m（高），長度約20 m，能使循環水泵房吸水井內的波高降至0.3 m以內。本方案只需在每臺循環水泵進水閘門口設置20 m長的短暗溝，布置在進水前池內，造價僅360萬元左右。

進水前池底部短暗溝消波方案造價較低，施工方便，運行維護簡單，因此，本項目的循環水泵房消波措施推薦采用該方案。

5 模型試驗驗證及優化

為確保循環水泵房消波效果及對暗溝長度進行優化，電廠委托河海大學海岸及海洋項目研究所進行物理模型試驗，對進水前池底部短暗溝消波方案進行驗證，并對17 m，18 m，20 m 3種短暗溝長度進行對比試驗，模型比尺為1∶30。在高水位時，進水短暗溝的頂板淹沒水下較深，波浪能量沿水深衰減較快，傳入循環水泵房內的波動能量也較小，循環水泵房內的波高都比較小。

經過循環水泵房波浪試驗，得到如下結論：

（1）短暗溝長20 m方案，在平均潮位及其以下各種低潮位與50年一遇風浪組合情況下，入射波高（口門波高）經暗溝胸墻、攔污柵、旋轉濾網、閘室等結構物的阻滯、收縮、擴散作用，波能有所損耗，波高小于0.30 m，沒有發現渦流及共振現象，能滿足循環水泵取水安全要求。

（2）針對不同長度的暗溝方案進行試驗，量測結果表明，短暗溝長度為18 m的方案也能夠滿足循環水泵房內波高不超過0.30 m的電廠循環水泵房使用要求，也沒有出現渦流及共振。若采用17 m暗溝長度，試驗結果表明，循環水泵房內的波動幅度已達到0.38 m，不能滿足電廠循環水泵房實際使用要求。

6 結論和建議

循環水泵是發電廠主要輔機設備之一，其安全運行直接關系到發電機組的運行。濱海電廠的波浪對循環水泵的安全運行構成威脅，需采取安全可靠的消波措施。

通過波浪對循環水泵的影響分析、消波措施的優化比較及物理模型試驗驗證，浙江某發電廠循環水泵房采用在進水前池設置長18 m的短暗溝消波方案，能滿足吸水井波高不超過0.30 m的循環水泵安全運行要求。電廠投運以來，循環水泵消波效果明顯，達到設計要求，循環水泵運行安全穩定。

[1]鄒志利.水波理論及其應用[M].北京∶科學出版社，2005.

[2]劉小波，曾琳，張文江.印尼巴齊丹燃煤電站波浪對泵房流道流態影響的試驗研究[J].黑龍江水專學報，2008，35（4）∶30-32.

[3]NB/T 25002-2011核電廠海工構筑物設計規范[S].北京：中國電力出版社，2011.

[4]DL/T 5339-2006火力發電廠水工設計規范[S].北京：中國電力出版社，2006.

（本文編輯：徐 晗）

Research on Wave Damping of Circulating Water Pump in Coastal Power Plants

HAN Jianmin
（Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China）

The paper analyzes impact of waves on safe operation of the circulating water pump in coastal power plants and the importance of wave damping.Combining with a power plant project in Zhejiang，the paper calculates and analyzes several effective measures of wave damping in inlet channel of circulating water pump and compares their technical and economic efficiency.The wave damping scheme for short blind ditch in the front pool is verified and optimized by physical model test.The simple and feasible wave damping scheme for eighteen-meter short blind ditch that can ensure operation safety of circulating water pump is adopted to make sure the pump can operate stably.

circulating water pump；wave damping；short blind ditch；physical model

TK222

B

1007-1881（2015）08-0049-03

2015-05-26

韓建民（1965），男，高級工程師，從事火電廠及變電站水工藝設計研究工作。