维普资讯 http://www.cqvip.com 2006年第4期・PEARLRIVER人民珠江 改善大型泵站前池水流流态的试验研究 陈树容,邱静 (广东省水利水电科学研究院,广东广州 510610) 摘要:通过东深供水塘厦金湖泵站和莲湖泵站的水工模型试验研究,对大型泵站前池水流运动进行分析,提出了 有效改善前池水流流态的整流墩工程措施。消除了前池中的回流,使水流平稳、均匀、缓慢进入吸水流道,满足机 组各种组合工况运行的要求。 关键词:回流;正向;整流墩;流态;.32程措施 中图分类号:TV732.1 文献标识码:B 文章编号:1001.9235(2006)04.0015.03 通过东深供水工程塘厦金湖和莲湖泵站的水工模型试 验,对扩散型前池和分格扩散型前池型式的水流运动进行观 测、分析、研究,并进行流态改善措施的多方案比较,提出在 大型泵站在扩散型前池中增设整流墩改善流态的工程措施, 前池流态改善效果显著。 1塘厦金湖泵站 塘厦金湖抽水站为东深供水改造工程专用输水管道多 级联合运用工程的第四级抽水站,抽水站设计安装8台立式 混流泵,其中6台为工作泵、2台为备用泵。水泵单机流量为 l5 m3/s,抽水站设计总流量为90 m3/s,扬程为25 m。抽水站 进水池设计水位为21.00 m,最高水位为21.50 m,停机水位 为20.00 m。泵站底板高程为l2.70 m。 1.1原设计方案及试验结果 原设计泵站的梯形引水渠底宽b:8,2 m,边坡m=1 :1.5,底坡i=l:3 500;前池扩散角a:15.3。,池长L=70 m; 吸水流道长23 m,宽为6.1 m。 2I gait 图l原设计方案流速、流态分布图 试验观察到,在设计水位条件下,水泵开启6台机、抽水 流量为90 m3/s时,引水渠平均流速约为2.00 rn/s,引渠水流 进人前池未能向两侧扩散,出现两侧回流压迫主流的现象, 水流以较大的速度直达泵站流道进口。4、5、6号流道流速最 大值达0.98 rn/s,前池两侧为回流流态,2、3、7号流道水流斜 l§ 图2修改方案1流速、流态分布图 向进人,2、3、7号流道流速最大值达0.87 rn/s,最小值为 一b)修改方案2。在修改方案1的基础上增设导流墙措 施,形成分格扩散型前池(见图3)。 0.27 rn/s。各流道流速值偏大、流速不均匀。水泵安全稳定 运行要求流道流速为其平均流速0.3 rn/s以下,可见原设计 c)修改方案3。在修改方案1的基础上增设拦水坎。 d)推荐方案。在修改方案1的基础上增设3个三角形 整流墩,经对整流墩的体型尺寸进行比较试验,选取一个顶 角为120 ̄、底边长为12.5 m、高为2.8 m的等腰三角墩和两个 顶角为90 ̄、底边长为7.5 m、高2.5 m的直角等腰三角墩(见 图4)。 方案不能满足要求(见图1)。 1.2修改方案 a)修改方案l。将原设计前池加长至100 m,并增设10 m 长的进水池,这时引水渠与前池相连接的扩散角a=10.84 ̄ (见图2)。 收稿日期..2006-02.08 作者简介:陈树容,女,广东潮州人,主要从事水工模型试验研究。 l5 维普资讯 http://www.cqvip.com 开启条件的。修改方案3在前池设一道拦水坎,试验观 察到,当所设的拦水坎高度不足时,主流漫坎而过,前池两侧 仍有回流现象产生;当拦水坎的高度为3 m时,水流越坎跌 落渗混后,沿程正向流向泵站,但因水流越坎而过,进水池波 浪明显,流态不佳。受水闸低佛氏数消力池中布置辅助消能 墩的启示,试验在前池进口处布设两排消力墩,经不断地对 体型进行优化,形成推荐方案中的三角形整流墩组(见图4)。 0.0. 三I詈l单位- 图3修改方案2流速、流态分布图 试验观察到水流在前三角形墩的作用下,往两侧扩散和从墩 顶漫过,两侧水流受60 ̄斜迎水墩面的导向,一部分水流折向 池壁再折向第二排三角形墩又折向池壁后进入前池;另一部 分水流折入第一和第二排墩之间,与从墩顶漫下的水流充分 渗混再经第二排三角墩。第二排三角墩作用与第一排相似。 水流经多次碰撞渗混后,能量降低,流速减慢。此时水流均 匀、正向、稳定、缓慢地流向进水池,进水池水面平静,各吸水 流道流速均匀,流速值在0.3 m/s左右,符合规范要求。当机 组不同组合运行时,前池优良流态保持不变。推荐方案形式 简单、工程量小。 单位m 2莲湖泵站 莲湖泵站为东深供水改造工程专用输水管道多级联合 图4推荐方案流速、流态分布图 1.3模型试验成果及分析 运用工程的第一个梯级泵站,泵站设计抽水流量为100 m3/s, 设8台立式混流泵,其中6台工作泵,2台备用泵,单机设计 流量为13.7 m3/s,设计净扬程为12.0 m,泵站进水池设计水 试验观察到,修改方案1在6台水泵同步启动时,进水 池水流正向均匀进入各吸水流道,但当水泵依次从右向左或 位为4.5 m,停机水位为3.5 m,泵站底板高程为一3.6 m。 2.1原设计方案及试验结果 原方案布置如图5,泵站的吸水建筑由10 m长的进水池 和116 m长的前池组成,前池上接矩形明渠,明渠上接双孔 反虹涵。试验表明,由于反虹涵出口明渠底高程为1.5 m,比 反虹涵进口底高程一1.8 m高3.3 m,在设计流量和设计正常 从左向右开启时,前池水流出现回流现象,最末开启的2、3 号机组水流斜向进入吸水流道,流道进口极不均匀,左侧为 较大流速的正向流,右侧为负向流,左侧的正向流与右侧的 负向流产生剪切,使流道内产生漩涡的现象,极易引起水泵 振动。为此种不稳定的流态,试验在前池内加设导流墙 (修改方案2),试验观察到,当导流墙长度大于2/3前池长度 且导流墙高度(平均高度6 m)与设计水位齐平,接近分格扩 水位工况下,反虹涵出口明渠的过流断面过小,致使该段明 渠内出现急流水跃,较大的流速使水流在进入扩散型前池时 得不到及时的扩散,产生或左或右的偏流,在左侧(或右侧) 散式前池,当水泵对称开启时,前池流态良好,水泵能获良好 的取水条件。分格扩散式前池工程量较大,运行过程受对称 产生较大范围的回流,泵站前缘横向流速达0.7~1、04 m/s, 流态与金湖泵站修改方案2相近(参见图2)。 图5原设计方案,修改方案1,推荐方案流速、流态分布图 2.2修改方案 降低至0.0 m,即比原方案降低了1.5 m(参见图5)。 a)修改方案1。把原设计方案反虹涵出口明渠底高程 16 b)修改方案2。在修改方案1的基础上,在桩号0~ 维普资讯 http://www.cqvip.com 125.6 m处加4个6、8、10、12 m各级长度的导流墩,墩高1.5、 有下凹现象出现,称此处的水深为收缩水深h 三角型整流 2、2.5、3 m,墩上加或不加1.4 m厚的叠梁。 墩组的第一个整流墩应布置于0~0.5 h..之间,该区间对水 c)推荐方案。借鉴金湖泵站试验研究的经验,结合莲湖 流的阻碍折射作用较强;视引水渠的流速范围为1.5~2.0 泵站的特点,经反复尝试,用1个边长10 m、高2.8 m的等边 m/s和前池底坡为0~1:1.5,第一个整流墩所取的顶角为60o 三角墩和两个边长8 m、高2.8 m的等边三角墩,在引渠出口 ~120 ̄。第二排整流墩取位于4.5~3.5 h 位置。整流墩的 处布置成三角形排列的方式(见图5)。 平面阻塞率约50%和墩高取1/2~2/3 h..时,三角型整流墩 2.3试验成果及分析 组对水流的消能和整流的效果最好,经整流墩组对水流的消 试验观察到,修改方案1反虹涵出口明渠底高程降低 能和调整流速分布,水流呈均匀、正向、缓慢流向泵站流态, 1.5 m后,过流断面相应增大,反虹涵出口明渠的流态得到改 泵站前缘水面平静几近静止状态,较大限度地满足水泵吸水 善,急流水跃消失,明渠出口处的平均流速约为1.70 m/s。 的要求。 由于明渠出口的流速仍较大,进入扩散角为l2。的前池后,水 4结论 流得不到的扩散,而是集中顺右侧(或左侧)蜿蜒前行;而另 a)金湖和莲湖泵站原设计引水渠与前池问的衔接所取 一侧则产生大范围的回流,泵站前缘横向流速最大值达0.77 的扩散角偏大,出渠水流进入前池未能均匀扩散,水流在前 m/s,水流斜向进入吸水流道,诱发水泵吸入气体而降低水泵 池产生较大范围和一定强度的回流,水流斜向进入吸水流 的抽水量。 道,流道中水流紊乱,不满足水泵吸水的需要。 针对修改方案1存在的问题,以及产生问题的原因,试 b)对原设计扩散式前池增设三角形整流墩工程措施后, 验在明渠出口处设置多种组合的不同长度的导流墩和过水 消除了前池的回流流态,水流平稳、缓慢、均匀、正向进入各 叠梁,试验结果表明:导流墩和叠梁对前池流态改善的程度 吸水流道,满足了水泵吸水的流态要求。 达80%~90%左右,个别机组流道内仍有回流发生。通过借 c)金湖和莲湖两泵站,自2003年1月建成并通水以来, 鉴金湖泵站进口试验研究的经验,经反复尝试,得推荐方案 运行情况优良,验证了金湖和莲湖两泵站试验成果的正确 如图5布置。试验表明:推荐方案解决了修改方案1存在的 性。我国的夹马口、汾南、尊村二级、邙山等泵站,由于前池 不良流态问题,水流经三角形墩组的折流渗混后,能量降低, 回流流态消除不够充分、彻底,工程建成后,出现水泵吸水难 流速均匀。水流平顺稳定地到达进水池进入吸水流道。不 和机组振动等问题。金湖和莲湖泵站是泵站工程中成功的 论何种运行工况,前池无回流、偏流现象,各吸水流道进入正 例子,工程中整流墩形式简单、工程量少,对前池流态改善效 向低流速水流,满足水泵吸水的要求。 果好。 3整流墩组的体型及布置 (责任编辑:王艺) 金湖和莲湖泵站试验显示:水流从引渠注入前池,水面 (上接第6页) a)缺乏先进的技术设备。从各水文部门动用的先进水 4对今后工作的建议 文和咸潮测验仪器设备来看,仅在开测前应急购置了几套含 a)优化调整流域水文站网。加强受水利工程影响,以及 氯度监测仪器,绝大部分都用取水样再滴定化验的老方法测 、省(区)界水资源管理需要的水文站网建设,优化调整 成;仅在珠江下游及三角洲地区应用ADCP测验断面流量。 珠江流域水文站网。 由于先进的仪器设备不足,严重制约着珠江水文满足应急、 b)增加水文投入,提高水文监测和信息报送自动化水 快速的测报要求。 平,改变“人海战术”的落后面貌。依靠科技进步,采用先进 b)上、中游水文测报设施和仪器设备落后,条件艰苦,难 仪器设备,逐步建立水文站水文自动测报系统,把水文站建 以应对这次压咸补淡应急调水水文测报高标准的要求。 设成为“无人值守,有人看管”的新型水文站。 红水河都安站斜拉式水位自记设备精度不足,校测水位 c)加强受工程影响水文站和上游站枯水流量测验工作。 要走360多级台阶;南盘江天生桥(桠权)等站,枯季水位较 研究受工程影响的水文站流量测验方式和方法,研究上游枯 低使水位计无法自记水位,桂江京南水文站还需要人工观测 水期小流量情况下的测流方法。 水位。 d)加强珠三角网河区水文测验和枯季咸潮监测工作。 一些水文站缺乏夜间测流设备和经验:迁江水文站夜间 每年在洪、中、枯季进行一次同步水文测验,特别是加强主要 测流设备不足,照明用的探照灯功率太小,看不清河面情况, 河汊稀遇洪水和桔水的水沙监测。在磨刀门、沙湾水道、广 测流铅鱼几乎挂列过往船只,险些酿成事故;梧州水文站更 州水道等重点河道和口门控制断面建立咸潮自动监测 是从未在夜间测过流,为测到涨水段流量,1月27日夜晚测 站,加强咸潮监测。 两次流,临时增加设备,动用了分局机关人员,耗时费力。 (责任编辑:丁一) I7