利用射流技术抽取厂房渗漏水的设计方案

2014-02-28

四川水利 2014年4期

(四川宜宾水利电力建筑勘测设计研究院，四川宜宾，644000)

1 概述

云贵桥水电站地处云南贵州交界处的格闹河上，设计水头H=102m，流量Q=34.6m3/s，装机容量为2×28MW的两台立式混流式机组，厂房结构为有压隧洞引水式地下厂房。

在施工过程中发现大量的山体渗水汇集，无出处，只能引入集水井中。由于集水井位置低于尾水位，无法自流排出，只有靠两台水泵长期轮流不停地抽水排至下游，仅此一项将耗费大量的能源。此部分渗水是经山体过滤的，清澈透明，若白白排掉实在可惜。另一情况是，该厂区暂未设计生活用水管路，需要寻找洁净水源，能否将该部分水源利用起来，同时又能降低抽水能耗，成为电站需要解决的问题之一。

在电站厂房内，机组技术供水设计为压力钢管取水经减压阀减压后获得，而设计用减压阀将压力钢管约1MPa压力的取水降为0.25MPa左右的工作压力，本身也是一个消耗能量的过程，这部分能源不利用也是长期白白浪费掉。

此外，机组检修期间，在主阀以下的压力钢管、蜗壳、尾水管排水，由于低于下游尾水位无法自流排出，均排往集水井，再经水泵抽到下游尾水出口，也要消耗部分能源。

经多方面考察论证，根据电站的实际情况，笔者认为，利用电站较高水头和压力钢管取水的有利条件，采用射流技术抽取渗漏水，并将其作为生活用水和部分技术供水。这样，既解决了渗漏水抽水耗能的问题，又能改善技术用水和生活用水的水质问题，还可作为检修期排水，应为一举多得的方案。

2 系统设计方案

实施射流技术抽取渗漏水方案，需要在原技术供水减压阀前端加一射流泵，射流泵出口接技术供水总管和厂区生活用水总管，出口压力P2调整为技术供水的工作压力0.15MPa～0.25MPa，流量Qc为技术供水所需流量和生活用水所需流量总和，约340m3/h。射流泵工作水入口端接原技术供水压力钢管取水管自动滤水器出口端，工作水压力为P1=1MPa，流量Q1由喷针调节，射流泵吸入口端接集水井渗漏水出口，入口真空压力Ps=-0.1MPa左右，流量Q2为需抽取渗漏水流量。

供水系统如图1所示。如需采用生活用水，需将污水和净水分别排放，可在渗漏水出口处做一隔离墙，与集水井其他空间隔离，形成污水区和净水区，以保证水质不被集水井中的其他污水污染。检修期间，通过四通阀转换将供水总管与排水总管相连，通过射流泵抽取集水井中的水直接排往下游。

图1 供水系统

3 射流泵工作原理

如图2所示，高压水以流量Q1由喷嘴高速射出时，连续带走了吸入室2内的空气，在吸入室内造成真空，被抽液体在大气压力作用下，以流量Q2由管5进入吸入室内，两股液体在混合管3中进行能量的传递和交换，使流速、压力统一，经扩散管4使部分动能转换为压能后，以一定流速由管道6输送出去。图2中，H1为喷嘴工作压力(水柱压力m)；H2为射流泵扬程(m)；Q1为工作液体流量(m3/s)：Q2为被抽液体流量(m3/s)；F1为喷嘴的断面积(m2)：F2为混合室断面积(m2)。

1—喷嘴；2—吸入室；3—混合室；4—扩散管；5—吸水管；6—压出管

图2射流泵工作原理

4 射流泵设计

射流泵的计算通常是按已知工作流量和扬程，以及实际需要抽吸的流量和扬程来确定各部分尺寸，常用试验数据和经验公式来进行计算。目前，这方面的公式与图表甚多，实际应用中因使用条件、加工精度等的差异，使用数据彼此出入较大，因此，实际采用时可按运行情况作适当调整。射流泵的工作性能一般可用参数α、β、m反映。表1为射流泵效率较高时(30%左右)，α、β、m之间的关系。

表1 射流泵α、β、m参数关系

该电站技术供水总流量为Q1+Q2=320m3/h，厂房渗漏水量约Q2=120m3/h，Q1=200m3/h，压力钢管水头H1=112m，射流泵排水扬程H2=25m，吸程4.57m。

按满足扬程计算：

Q1=Q2/1.007=120/1.007=119.17m3/h

按满足流量计算：

喷嘴断面，混合室断面计算：

由管嘴计算公式得知：

式中：φ—喷嘴的流量系数，取φ=0.95；

F1—喷嘴断面积(m2)

所以

混合断面面积：F2=F1/m=1570/0.378=4153mm2

喷嘴与混合管的距离：一般资料提出L2=(1～2)d1较为适合，故取L2=2×d1=90mm

混合管段长度L3：

混合管一般有圆柱形和圆锥形两种，经过试验对比，在技术条件相同的情况下，圆柱型混合管的效能普遍优于圆锥型混合管。这是因为圆柱型混合管较长，工作液体与被抽液体在其中能混合充分，能量传递也充分，因而效能较高，故采用圆柱型混合管。其长度一般试验资料推荐L3=(6～7)d2；故取L3=6×d2=437mm

扩散管长度L4及扩散锥角θ：

喷嘴长度L1：

射流泵效率：

吸入室的构造：应保证实现L2值的调整范围，同时吸水口位于喷口的后方，吸水口处被吸水的流速不能太大，务必使吸入室内真空值Hs<-0.07MPa，故取吸水管径为φ200mm，所设计的射流泵外形如图3所示。

喷嘴由一针阀控制工作流量，所设回流管及阀门用于调节出口端压力，当吸入口无液体时，射流泵可单纯作为减压阀使用来供给技术用水。

图3 射流泵外形设计

如装置电动可调式射流泵装置还可根据水电站上下游水位变化，通过电磁流量计、压力传感器采集数据，输入自动控制系统，经专用控制计算软件，对喷嘴针阀的开度进行调节，使它提供的出口压力及流量，可以满足不同发电负荷下水轮发电机组各种冷却器对水量和压力的要求，同时使射流泵在高效区及无汽蚀工况下运行。可调式射流泵装置具有下列优点；(1)调节范围大,能按电站水头变化，自动运行；(2)能耗较低；(3)可作为减压装置运行，提高了供水的可靠性。

5 结语

总体而言，对于技术供水设计从压力钢管或蜗壳取水的电站，由于本身需要减压至符合要求的水压，其间要消耗大量的能量，利用射流泵技术，既可以作为减压装置，获得所需的水压，又可以利用消耗的能源，抽取集水井中的积水，甚至还可重复利用排往集水井的技术用水，这的确是一个经济节能且值得推广的方案。图4为国内某厂生产的可调式射流泵外形图片，已应用于国内外多处中小型水电站的技术供排水系统，并取得了良好的效果。