CN113981916A - 一种火核电厂排水口消能工 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火核电厂排水口消能工，用于明渠排水或侧向排水的箱涵出口消能，由消力池和消能导流坎组成，消能工沿水流方向左右对称，消能导流坎位于消力池出口，垂直于明渠或排水箱涵出口的水流方向，消力池侧墙顶高程低于消能导流坎顶高程。明渠或排水箱涵出水经消能工充分消能后，在消能工的消能和导流作用下，流速显著降低，可减小排水水域中水流的横向流速，有助于船舶的通航安全。

Description

一种火核电厂排水口消能工

技术领域

本发明属于能源工程领域，尤其涉及一种适用于距离航道、码头较近水域的火核电厂排水口消能工。

背景技术

火核电厂需要从江、河、湖、海等天然水体中吸取大量的水源为机组提供冷却，冷却工艺设备吸取废热使水温升高，再排入江、河、湖、海，这种冷却方式称为直流冷却。对1000MW火电汽轮机组而言，循环冷却水量约35～45m³/s，而核电机组循环水量是火电机组的1.2～1.5倍。如此大流量的冷却水排至天然水体，必须采取合适的消能措施，以减轻对受纳水域的冲刷强度。此外，对于有航运要求的区域，按照我国相关规范要求，水流横向流速应小于0.3 m/s，以免影响航运安全。目前，沿江滨海岸线利用率很高，大部分新建电厂已无充足岸线进行排水口布置，且工程水域都有通航或靠泊需要，对排水口消能提出了更高的要求。

目前常用的排水口体型主要包括顶升式蘑菇头排水口、侧向排水箱涵、明渠排水等。对于侧向排水箱涵或者明渠排水方式，通常需要在排水口处设置消力池型式的消能工，以降低水流流速，减小排水口水域河床/海床的冲刷和对附近通航的影响，由于排水流量大，往往需要较大的消力池体积，水下施工工程量大，工程造价高。此外，目前所使用的消力池通常为两侧高，尾部低，水流经过消能工消能后主流方向与原排水方向相同，如果在排水口垂向近距离范围内有航道，主流会垂直航道方向直冲航道，造成横向流速偏大，影响通航安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火核电厂排水口消能工，旨在解决上述背景技术中现有排水口体型所存在的各种不足之处。

本发明是这样实现的，一种火核电厂排水口消能工，所述消能工适于明渠排水或排水箱涵侧向排水方式；所述消能工包括消力池和阻挡在该消力池下游出口的消能导流坎。

优选地，所述消能导流坎的顶高程高于消力池侧墙0.3m以上，且所述消能导流坎长度大于所述消力池尾部宽度2m以上。

优选地，所述消力池两侧墙中心对称设置，侧墙单侧扩散角为8~10°。

优选地，所述消能导流坎主体为混凝土材质时，该消能导流坎在靠近消力池方向侧的坡度不小于1:0.5。

优选地，所述消能导流坎主体为抛石材质时，该消能导流坎在靠近消力池方向侧的坡度应不大于1:1.5。

优选地，所述消力池侧墙在远离其池内方向侧的坡度不大于1:10；所述消能导流坎在远离消力池方向侧的坡度不大于1:10。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果:

（1）本发明提出的消能工，在低水位时候（水位低于消能导流坎顶高程），水流在消力池尾部分两股向左右分流扩散，主流平行于航道，对航道的横向流速影响甚微；在高水位时（水位高于消能导流坎顶高程），水流在消力池尾部分三股流出，垂直出流方向左右两股，沿出流方向一股。消能工的消能和导流作用，使得排水至航道处的流量远小于总排水流量，且流速可以轻易控制在安全的横向流速以下，确保通航安全。

（2）本发明提出的消能工，可以减小消力池体型，缩减工程造价，适用于布置空间小，排水口距离航道/码头较近的水域。通常水流在流出排水管后自然扩散角在8~10°左右，消能作用主要来源于水流的强紊动剪切层区和旋滚区，其它区域消能所占的比例有限。本发明将侧墙单侧扩散角限制在8~10°范围内，只保留了主要消能区，有效缩小了消力池体积。在降低工程造价的同时，使得排水工程可以布置在狭小空间内，满足消能和通航需要，使得涉水工程密集区的项目规划与建设变得可行。

附图说明

图1是本发明实施例中所涉及工程的布置示意图；

图2是本发明实施例中排水消能工优化设计过程中所涉及的模型布置图；

图3是本发明实施例中消力池的原设计方案示意图；

图4是本发明实施例中消力池的修改方案1示意图；

图5是本发明实施例中消力池的修改方案2示意图；

图6是本发明实施例中消力池的修改方案3示意图；

图7是本发明实施例中消力池的修改方案4示意图；

图8是本发明实施例中消力池的修改方案5示意图；

图9是原设计方案、设计低潮位下表层流场测量结果；

图10是原设计方案、设计低潮位下底层流场测量结果；

图11是原设计方案、97%低潮位下表层流场测量结果；

图12是原设计方案、97%低潮位下底层流场测量结果；

图13是修改方案1、设计低潮位下表层流场测量结果；

图14是修改方案1、设计低潮位下底层流场测量结果；

图15是修改方案1、97%低潮位下表层流场测量结果；

图16是修改方案1、97%低潮位下底层流场测量结果；

图17是修改方案2、设计低潮位下表层流场测量结果；

图18是修改方案2、设计低潮位下底层流场测量结果；

图19是修改方案2、97%低潮位下表层流场测量结果；

图20是修改方案2、97%低潮位下底层流场测量结果；

图21是修改方案3、设计低潮位下表层流场测量结果；

图22是修改方案3、设计低潮位下底层流场测量结果；

图23是修改方案3、97%低潮位下表层流场测量结果；

图24是修改方案3、97%低潮位下底层流场测量结果；

图25是修改方案4、设计低潮位下表层流场测量结果；

图26是修改方案4、设计低潮位下底层流场测量结果；

图27是修改方案4、97%低潮位下表层流场测量结果；

图28是修改方案5、设计低潮位下表层流场测量结果

图29是修改方案5、设计低潮位下底层流场测量结果；

图30是修改方案5、97%低潮位下表层流场测量结果；

图31为本发明火核电厂排水口消能工一实施方式的结构示意图；

图1~图30中的尺寸单位为米（m），图9~图30中箭头为方案实施后实际测量的流速大小和方向。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

某电厂循环水最大排水流量为28.862m³/s，采用排水箱涵侧向排水。在排水口箱涵出口正前方200m处（记为控制断面）有通航要求，为确保通航安全，必须采取消能措施，确保控制断面处的最大横向流速不超过0.3m/s。工程布置示意图如图1所示。

为了优化排水消能工设计方案，申请人采用正态物理模型进行试验研究，模型模 拟范围为顺排水口水流流向长约450m、宽约125m的矩形海域，几何比尺为

，模型布 置如图2所示。

海床高度为-4.5m，试验工况为设计低潮位（-2.34m）与97%低潮位（-3.45m）两个代表潮位。

现有技术中的原设计方案如图3所示，作为直接的比对，本发明对现有技术中的原设计方案进行修改，其中，修改方案1如图4所示，修改方案2如图5所示，修改方案3如图6所示，修改方案4为本发明所主张的方案1，如图7所示，修改方案5为本发明所主张的方案2，如图8所示。

各方案的具体参数和要点如下表1所示:

表1 消力池方案汇总

不同方案与工况下控制断面处的最大流速如下表2所示:

表2 不同方案与工况下控制断面处的最大流速（原型）

试验结果如图9~30所示。从图9～12试验结果可知，原设计方案消力池体型大，但是控制断面的流速仍达不到规定的要求。

修改方案4～5为本发明提出的新型消能工体型，消力池尾部变为新型的消能导流坎，坎高大于消力池侧墙，消力池体积长度仅为其他方案的1/3，节约了工程量，而且也满足了流速控制的要求，可以确保通航安全。

在修改方案4～5中，优选地，当尾部消能导流坎为抛石时，消能导流坎迎水面边坡为1:1.5，在保证抛石的稳定性的同时增强消能效果；当尾部消能导流坎为混凝土浇筑时，消能导流坎迎水面边坡为1:0.5，较为陡峭的坡度可以增强消能效果。

在滨海电厂中，由于电厂排水还有大量浮游生物有机质、悬浮物和藻类植物的残骸，夹带大量泡沫，严重时，泡沫将聚集在排放口的数公里范围内，积聚时间较长，且不容易消散，对电厂附近的海域环境造成了不良影响。排水虹吸井和排水口消能工掺气是主要的泡沫来源。为避免消能工产生泡沫，本发明对设计方案进行了消泡论证，以缓坡出流的型式避免水流掺气产生泡沫。优选地，模型试验结果表明，为避免排水在消力池侧墙（如侧墙高出河床或海床）和消能导流坎背水侧由于跌流掺气而产生大量泡沫，造成视觉污染，背水面坡度消力池侧墙（如侧墙高出河床或海床）和消能导流坎背水向边坡应小于等于1:10。

基于上述试验，本发明公开了一种火核电厂排水口消能工，如图31所示，所述消能工适于明渠排水或排水箱涵1侧向排水方式；所述消能工包括消力池2和阻挡在该消力池的池内出水口上的消能导流坎4；其中，消能工沿水流方向左右对称，消能导流坎4位于消力池2出口，垂直于明渠或排水箱涵出口的水流方向，消力池侧墙3顶高程低于消能导流坎4顶高程。明渠或排水箱涵1出水经消能工充分消能后，受消能导流坎4的阻挡作用，消能导流坎4下游侧流速显著降低，可减小正对出水口水域中水流的横向流速，有助于船舶的通航安全。

相应的，基于上述试验结果得出的优化结论，所述消能导流坎4的顶高程高于消力池侧墙0.3m以上，且所述消能导流坎4长度大于所述消力池出水口宽度2m以上。优选地，所述消力池两侧墙3中心对称设置，侧墙单侧扩散角为8~10°。优选地，所述消能导流坎4主体为混凝土材质时，该消能导流坎4在靠近消力池方向侧的坡度不小于1:0.5。优选地，所述消能导流坎4主体为抛石材质时，该消能导流坎在靠近消力池方向侧的坡度应不大于1:1.5。优选地，所述消力池侧墙3在远离其池内方向侧的坡度不大于1:10；所述消能导流坎4在远离消力池方向侧的坡度不大于1:10。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种火核电厂排水口消能工，其特征在于，所述消能工适于明渠排水或排水箱涵（1）侧向排水方式；所述消能工包括消力池（2）和阻挡在该消力池下游出口的消能导流坎（4）。

2.如权利要求1所述的火核电厂排水口消能工，其特征在于，所述消能导流坎（4）的顶高程高于消力池侧墙（3）0.3m以上，且所述消能导流坎长度大于所述消力池（2）出水口宽度2m以上。

3.如权利要求1所述的火核电厂排水口消能工，其特征在于，所述消力池体型沿排水方向左右对称，且消力池侧墙（3）单侧扩散角为8~10°。

4.如权利要求1所述的火核电厂排水口消能工，其特征在于，所述消能导流坎（4）主体为混凝土材质时，该消能导流坎（4）在靠近消力池（2）方向侧的坡度不小于1:0.5。

5.如权利要求1所述的火核电厂排水口消能工，其特征在于，所述消能导流坎（4）主体为抛石材质时，该消能导流坎（4）在靠近消力池（2）方向侧的坡度不大于1:1.5。

6.如权利要求1所述的火核电厂排水口消能工，其特征在于，所述消力池侧墙（3）顶部向河床/海床过渡部分的坡度不大于1:10；

所述消能导流坎（4）在远离消力池方向侧的坡度不大于1:10。

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