韓建民

（浙江省電力設(shè)計院，杭州 310012）

濱海電廠循環(huán)水泵消波研究

韓建民

（浙江省電力設(shè)計院，杭州 310012）

針對濱海電廠波浪對循環(huán)水泵安全運(yùn)行的影響及消波的重要性進(jìn)行了分析，結(jié)合浙江某發(fā)電廠的工程實例，計算和分析了循環(huán)水泵進(jìn)水流道幾種有效消波措施，并進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。選取進(jìn)水前池內(nèi)短暗溝消波方案進(jìn)行了物理模型試驗驗證和優(yōu)化，設(shè)計采用了能確保循環(huán)水泵安全運(yùn)行且簡單易行的18 m短暗溝消波方案，以達(dá)到循環(huán)水泵穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

循環(huán)水泵；消波；短暗溝；物理模型

0 引言

浙江某發(fā)電廠瀕臨東海，地處臺風(fēng)頻發(fā)、波浪影響嚴(yán)重區(qū)域，裝機(jī)容量 2×1 000 MW，循環(huán)冷卻水采用海水直流循環(huán)供水系統(tǒng)，配置6臺大型斜流式循環(huán)水泵取水，單泵流量 10.78 m3/s，揚(yáng)程17.8 m。循環(huán)水泵房附近海域開闊，外海波浪可直接影響泵房區(qū)域，最大波向波高達(dá)6.7 m，平均波高1.4 m，最大波長144 m，對大型循環(huán)水泵安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

1 波浪對循環(huán)水泵運(yùn)行的影響

濱海電廠岸邊循環(huán)水泵房位于海邊，從海域近岸取水，水泵運(yùn)行直接受到潮汐變化和波浪運(yùn)動的影響，潮汐變化周期較長，變化緩慢，對水泵的運(yùn)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(huán)水泵房前，受循環(huán)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(huán)水泵房內(nèi)，引起循環(huán)水泵房內(nèi)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(huán)水泵房吸水井內(nèi)全波能的特性。循環(huán)水泵房吸水井內(nèi)水面劇烈波動對循環(huán)水泵的安全運(yùn)行主要帶來以下3種不利影響：

（1）引起循環(huán)水泵靜揚(yáng)程驟變。

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

（2）誘導(dǎo)循環(huán)水泵汽蝕。

如果循環(huán)水泵房吸水井內(nèi)水面驟變幅度較大，在低潮位時，將造成吸水井內(nèi)水位過低，導(dǎo)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(huán)水泵，造成循環(huán)水泵效率降低，同時還會由于空氣泡被吸入而引起循環(huán)水泵葉輪的汽蝕，造成循環(huán)水泵被迫停運(yùn)。

（3）導(dǎo)致振動和噪聲。

泵組的運(yùn)行工況點(diǎn)驟變、泵的汽蝕等現(xiàn)象都是激振源，若泵組和泵房結(jié)構(gòu)的固有頻率與某個激振源的激振頻率相耦合，會產(chǎn)生共振，嚴(yán)重時將影響泵組和循環(huán)水泵房的安全。

2 循環(huán)水泵房波浪控制標(biāo)準(zhǔn)

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

國內(nèi)外對此問題研究得還不夠深入，各國的控制標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，大多數(shù)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(nèi)水位驟變幅度不大于0.3 m。

DLGJ 150-1999《火力發(fā)電廠循環(huán)水泵房進(jìn)水流道及其布置設(shè)計技術(shù)規(guī)定》第2.1.1條規(guī)定：“吸水池水面波高不宜超過0.3 m”；DL/T 5339-2006《火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)范》第6.1.3條規(guī)定：“進(jìn)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(gòu)筑物設(shè)計規(guī)范》第7.3.2條及條文說明規(guī)定：“水泵房外的前池水面波動不宜超過0.5 m，水泵房進(jìn)水池水面一般不宜超過0.3 m”。

綜合國內(nèi)外各項標(biāo)準(zhǔn)，本項目消波按吸水池水面波動不超過0.3 m考慮。

3 循環(huán)水泵房布置

電廠海域前沿為運(yùn)煤船舶進(jìn)出和停靠的港池，設(shè)有2.8 km長的擋沙防波堤。為滿足取水水深及循環(huán)水泵消波要求，循環(huán)水泵房取水明渠布置在港池內(nèi)，循環(huán)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(cè)為陸域。循環(huán)水泵房布置在港池岸邊，面朝港池，盡管東北側(cè)防波堤對偏北至東向的外海波浪有較好的掩護(hù)作用，但其東南側(cè)口門較寬、風(fēng)區(qū)長，水深也較大，外海波浪經(jīng)折射繞射后仍可傳播至泵房前沿，與當(dāng)?shù)匦★L(fēng)區(qū)風(fēng)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(huán)水泵運(yùn)行安全構(gòu)成威脅。

4 循環(huán)水泵房消波措施

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

本項目波高較高、波長較長，進(jìn)水閘門口潛孔厚度僅1 m，顯然達(dá)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(jìn)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(huán)水通過淹沒式取水頭部取水，由引水暗溝自流進(jìn)入循環(huán)水泵房，每臺機(jī)組設(shè)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(jìn)入，水深較大，波浪在進(jìn)水口處已大大減弱，引水暗溝長度較長，波浪難以傳入循環(huán)水泵房。采用NB/T 25002 -2011《核電廠海工構(gòu)筑物設(shè)計規(guī)范》附錄K推薦公式，經(jīng)消波計算，循環(huán)水泵房吸水井內(nèi)的波高小于0.15 m，由于港池內(nèi)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(dá)6 000萬元以上。

圖1 進(jìn)水前池底部短暗溝消波方案

4.2 進(jìn)水前池底部短暗溝消波方案

在循環(huán)水泵房進(jìn)水前池底部短暗溝消波是既簡單又經(jīng)濟(jì)的方案，每個進(jìn)水流道設(shè)1條引水短暗溝，布置在進(jìn)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(jīng)初步優(yōu)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(huán)水泵房吸水井內(nèi)的波高降至0.3 m以內(nèi)。本方案只需在每臺循環(huán)水泵進(jìn)水閘門口設(shè)置20 m長的短暗溝，布置在進(jìn)水前池內(nèi)，造價僅360萬元左右。

進(jìn)水前池底部短暗溝消波方案造價較低，施工方便，運(yùn)行維護(hù)簡單，因此，本項目的循環(huán)水泵房消波措施推薦采用該方案。

5 模型試驗驗證及優(yōu)化

為確保循環(huán)水泵房消波效果及對暗溝長度進(jìn)行優(yōu)化，電廠委托河海大學(xué)海岸及海洋項目研究所進(jìn)行物理模型試驗，對進(jìn)水前池底部短暗溝消波方案進(jìn)行驗證，并對17 m，18 m，20 m 3種短暗溝長度進(jìn)行對比試驗，模型比尺為1∶30。在高水位時，進(jìn)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(huán)水泵房內(nèi)的波動能量也較小，循環(huán)水泵房內(nèi)的波高都比較小。

經(jīng)過循環(huán)水泵房波浪試驗，得到如下結(jié)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(fēng)浪組合情況下，入射波高（口門波高）經(jīng)暗溝胸墻、攔污柵、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、閘室等結(jié)構(gòu)物的阻滯、收縮、擴(kuò)散作用，波能有所損耗，波高小于0.30 m，沒有發(fā)現(xiàn)渦流及共振現(xiàn)象，能滿足循環(huán)水泵取水安全要求。

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

6 結(jié)論和建議

循環(huán)水泵是發(fā)電廠主要輔機(jī)設(shè)備之一，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。濱海電廠的波浪對循環(huán)水泵的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，需采取安全可靠的消波措施。

通過波浪對循環(huán)水泵的影響分析、消波措施的優(yōu)化比較及物理模型試驗驗證，浙江某發(fā)電廠循環(huán)水泵房采用在進(jìn)水前池設(shè)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(huán)水泵安全運(yùn)行要求。電廠投運(yùn)以來，循環(huán)水泵消波效果明顯，達(dá)到設(shè)計要求，循環(huán)水泵運(yùn)行安全穩(wěn)定。

[1]鄒志利.水波理論及其應(yīng)用[M].北京∶科學(xué)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(tài)影響的試驗研究[J].黑龍江水專學(xué)報，2008，35（4）∶30-32.

[3]NB/T 25002-2011核電廠海工構(gòu)筑物設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2011.

[4]DL/T 5339-2006火力發(fā)電廠水工設(shè)計規(guī)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(shè)計研究工作。