探索關于電站循環水泵進水流道水力特性及整流優化

徐文吉 劉艷鵬

摘要：在電站當中，循環水泵進水條件的變化會對于循環水泵的運行效率以及振動情況帶來直接的影響。循環水泵通常會被設置在電站、熱源或冷源等處。循環水泵設置于熱力站（熱力中心）、熱源或冷源等處。循環水泵的工作時制并非是將水調到更高處，而是使水在系統內周而復始地循環，克服環路的阻力損失，與建筑物的高度無直接關系，因此我們叫它循環水泵。本文就針對電站循環水泵進水流道水力特性進行了簡要的探討分析，并對其優化改造方案進行研究，通過研究，我們可以發現，當循環水流的到斜坡坡度較大時，水流的擴散和分布會受到阻礙，此時水流流動的速度較快，在斜坡的底部和進水渠處會因水流的流速而產生漩渦，泵吸水喇叭口截面水流存在不對稱的情況，從而引發偏流，泵進水情況也會因此而受到影響。如果可以采取科學合理的整流措施，既可促進水流循環，使水流的流速變得更為均勻，從而實現對于泵進水條件的改善。

關鍵詞：電站;循環水泵;進水流道;水力特性;整流優化

一、引言

火電廠循環水流道通常由三大部分組成，分別為引水段、前池以及進水池，之所以要構建循環水流通道，最主要的作用就是為了實現冷卻塔與泵房兩大部分的連接，從而充分改善水流的流態，營造更為優質的進水條件。流道內的水流受到進水條件的影響，如果長期存在漩渦、回流等不良情況，流道的水流也會因此而受到干擾，呈現出水流不均勻的現象，長此以往，還會干擾循環水泵的運行效率。不僅如此，一旦出現了震動和輕微的腐蝕現象，對于循環水泵所帶來的惡性影響是十分嚴重的。對于循環水流到水力性能以及內部流動進行系統的研究，我們通常會采取數值模擬以及物理模型試驗兩類方法。早在很久以前，在我國就已經有學者針對此類問題進行了深入的研究，并提出了合理的完善方法。但是值得注意的是，物理模型實驗法雖具備著一定的優勢性，但卻容易受到縮尺效應的干擾，因而相對來說數值模擬法更適合被應用于此類研究當中。

二、循環水流道的流場分析

循環水流道的特征截面通常需要依據整體的流道水力特性及流態進行設置。一般來說，當將水流引入道流道之內以后，無論是在斜坡腳處，還是擴散角處，水流的流通路徑都會有所擴大，水流流速最高的部分在水面表層，水面底層的就去與水面表層存在著一定的差異。當水流涌入斜坡段之后，如果存在擴散不均勻的現象，就會產生較大的漩渦。泵體的中心截面水流方向會出現混亂，此時泵進水的條件較差。不僅如此，泵體周邊的水流也會失去秩序，各個方位的流速均有不同，泵體周邊存在著較為明顯的漩渦，對比來看，流道內測所出現漩渦的更為突出。當喇叭口截面的水流出現不對稱現象時，水流偏流嚴重，會對于喇叭口處的進水情況造成影響。由此可見，在循環水流道之內，當水泵周邊出現漩渦時，對于進水口以及流場產生連帶影響，造成泵體震動，甚至會影響到水泵的使用效率。

三、喇叭口周圍的流場分析

之所以需要在水泵的出水口處安裝喇叭口，最主要的目的就是為了實現與出水管之間的連接。很多時候，為了有效減小水泵出水管所產生的水頭損失，所選取的出水管管徑通常要較水泵出的水口口徑更大一些。這時，喇叭口也就發揮了作用。通過在水泵的出水口部分安裝上喇叭口，然后再使其與管道連接，就相當于起到了水流漸變過渡運用，不致于產生較大的水頭損失。通過觀察喇叭口處截面的速度變化情況，我們可以了解到流速的大小及各處的不同流速。泵進水情況的變化通常由喇叭口周邊的流暢情況來決定，想要充分保障泵進水的情況，就應當從確保流速的均勻分布、限制流速的平均水平來入手。當喇叭口處截面出現異常時，同體周邊的流速會出現較為突出的不同。細致觀察水流速度，我們可以發現，流道外側的水流速度通常叫流道內側的水流速度更高些。如果水流在前池沒有經過充分擴散，即使逐漸流入水池，也會存在流速不均勻的情況，就會導致酮體周邊的水流流速不具備均勻性特質。如果存在水流流速較快的情況，水流對于泵體所產生的作用并不均勻，進水條件會因此而受到干擾，同時也會連帶著致使泵體受到不均勻的力的影響。

四、泵體附近的流速分布

我們這里所說的泵體附近包括泵體四周的每一個方位。在喇叭口截面周圍，一側的水流速度通常會大于對面一側，兩側受力存在明顯的差異，就會導致水流情況受到影響。在喇叭口截面以上的一部分去當中，同樣會存在泵體一側的水流速度遠高于另一側的情況，但其他方位的水流速度不會存在明顯的差異，因而另外兩個方位的受力情況大致均勻。在水下不同區域的泵體，與喇叭口附近截面相同，同樣是一側的受力情況高于另一側，久而久之就會造成水流不平衡。總體來看，問題周邊流速分布不均勻的情況即便是在不同區域也普遍存在，泵體因而難以獲得均勻的受力情況，在具體運行時，就會隨之而出現振動情況。

五、整流優化的應對措施分析

在應對運行振動問題時，通常會在循環水流道前的斜坡處運用整流優化措施。采取此那措施，即便難以完全消除沖擊波對于循環水流道造成的干擾，也可以有效削弱對于流態以及流速等方面所產生的不良影響。也就是說，通過科學合理的采取整流措施，可以達到削弱甚至是消除循環水流到平面旋流并且使流速的分布變得更加均勻，真正的發揮了整流的作用。具體來說，我們可以在流道的斜坡部分上方增設適宜大小的壓水板，并設置相應的均流板和導流敦。值得注意的是，均流板和導流墩分別設置在前池的入口處以及末尾處。

在運用了整流優化措施之后，泵體的進水情況明顯獲得了優化，水流的流速變得越來越均勻，水流的方向得到了校正，喇叭口區域的流態得到了控制，回流問題和漩渦問題得到了解決。細致觀察泵體周邊水流的流速情況，我們可以發現在運用的整流優化措施之后，我們前面所提到的泵體對應兩側流速的不均勻性得到了明顯的改觀，流速之間所存在的差異逐步減少，問題兩側的受力情況也越來越對稱，水流流速幾乎相同，泵體的受力情況基本處于平衡狀態。總體來看，整流優化措施發揮了極為突出的作用，對于泵體周圍的速度起到了改善作用，泵體的受力情況也逐步趨于平衡狀態，進水條件也得到了完善。

六、總結

綜上所述，電站循環水泵進水流道水力特性情況決定著整體系統的運行情況。但通常情況下，循環水泵進水流道的水力情況都會存在著一些問題，當循環水流道口擴散角和斜坡的坡度較大時，水流在流入斜坡段之后，由于未能得到均勻的擴散，其流速受到限制，表層流速較快，而下層流速卻難以得到提升，因而時常會出現漩渦情況。加之喇叭口兩側的水流情況也存在較大的差異，長此以往，偏流情況越來越突出，泵進水的條件也就自然難以得到保障。為解決此類問題，我們提出了一種整流優化策略，科學合理地采取此類腫瘤措施，可以削弱甚至是消除循環水流到運行過程中所存在的不良情況，能夠促進水流的均勻分布，實現對于循環水泵進水情況的優化與改善，值得推廣應用。

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