In general, the function of intake structure, whether it be a open channel, a fully wetted tunnel, a sump or a tank, is to supply an evenly distributed flow to a pump station. An even distribution of flow, characterized by strong local flow, can result in formation of surface or submerged vortices, and with certain low values of submergence, may introduce air into pump, causing a reduction of capacity and efficiency, an increase in vibration and additional noise. Uneven flow distribution can also increase or decrease the power consumption with a change in total developed head. To avoid these sump problems pump station designers are considered intake structure dimensions, such as approaching upstream, baffle size, sump width, width of pump cell and so on. From this background, flow characteristics of intake within sump are Investigated numerically to obtain the optimal sump design data. The sump model is designed in accordance with HI code.
n general, the function of intake structure, whether it be a open channel, a fully wetted tunnel, a sump or a tank, is to supply an evenly distributed flow to a pump station. An even distribution of flow, characterized by strong local flow, can result in formation of surface or submerged vortices, and with certain low values of submergence, may introduce air into pump, causing a reduction of capacity and efficiency, an increase in vibration and additional noise. Uneven flow distribution can also increase or decrease the power consumption with a change in total developed head. To avoid these sump problems pump station designers are considered intake structure dimensions, such as approaching upstream, baffle size, sump width, width of pump cell and so on. From this background, flow characteristics of intake within sump are investigated numerically to obtain the optimal sump design data. The sump model is designed in accordance with HI code.
Vortex and swirl occurring in a pump suction intake sump normally reduce the performance and disturb the safe operation of the circulation water pump in thermal power plants. This paper presents a case study of one particular intake sump design via a CFD analysis and a hydraulic model testing. The physical experiments and numerical analysis were performed under two flow and three level variation conditions. The vortex patterns around the pump suction pipe have been predicted by a commercial CFD code with the k-${\varepsilon}$ model. The model tests were conducted on a 1/10 model for a practical intake sump. The location, number and general pattern of the free surface vortex and submerged vortex predicted by CFD simulation were found to be a good agreement with those observed in the model testing.
Pump sump system or pumping stations are built to draw water from a source such as river and used for irrigation, thermal power plants etc. If pump sump is improperly shaped or sized, air entraining vortices or submerged vortices may develop. This may greatly affect pump operation if vortices grow to an appreciable extent. Moreover, the noise and vibration of the pump can be increased by the remaining of vortices in the pump flow passage. Therefore, the vortices in the pump flow passage have to be reduced for a good performance of pump sump station. In this study, the effect of pump intake leaning angle and flow rate on the pump sump internal flow has been investigated. There are three cases with different leaning angle. Moreover, a pipe type with elbow also has been studied. The flow rate with three classes of air entraining vortices has been examined and investigated by decreasing the water level. The result shows that the air entraining vortices easily occurs at the pump intake with large leaning angle. Moreover, the elbow type of the pump intake easily occurs air entraining vortices at the high flow rate (or velocity) in comparison to other pump intake type.
The head-capacity curves for pumps developed by the pump manufacturer are based on tests of a single pump operating in a semi-infinite basin with no close walls or floors and with no stray currents. Therefore, flow into the pump intake is with no vortices or swirling. However, pump station designers relying on these curves to define the operating conditions for the pump selected sometimes meet the reductions of capacity and efficiency, as well as the increase of vibration and additional noise, which were caused by air-entered flow in the pump station. From this background, the authors are carrying out a systematic study on the flow characteristics of intakes within a sump of pump station model. Multi-intake sump model with anti-submerged vortex device basin is designed and the characteristics of submerged vortex is investigated in the flow field by numerical simulation. In this study, a commercial CFD code is used to predict the vortex generation in the pump station accurately. The analysed results by CFD show that the vortex structure and effect of anti-submerged vortex device are different at each pump intake channel.
In this study the change of free surface vortex is represented at different times according to height of water and with or without curtain wall installation. The air volume fraction is investigated at each condition of water level and the influence about creation of vortex is analyzed. The height of sump intake is taken as 100mm and the water level is divided into 5 steps. The sump model is the TSJ model and the curtain wall is applied by HI standard of America. The results shows that the free surface vortex can be identified on the isotropic surface at air volume fraction 1%~5% and the vortices make an air column from the free surface to the sump intake and are created and destroyed repeatedly. In the higher water level, less air is absorbed into the intake pipe. After curtain wall installation, the suction rate of the air volume fraction is decreased by 6.7%. The result of the vortex motion according to time, works on a cycle.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제39권8호
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pp.849-855
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2015
A better flow condition for the intake of pump is provided by the sump pump that connects the forebay to the intake of the pump station. If the suction sump is improperly shaped or sized, air-entraining vortices or submerged vortices may develop. These phenomena may greatly affect pump operation if vortices become sufficiently large. Moreover, any remaining vortices in the pump flow passage may result in an increase in the noise and vibration of the pump. Therefore, the vortices in the pump flow passage must be reduced to achieve good pump sump station performance. In this study, the effect of suction pipe leaning angle on the pump sump's internal flow is investigated. Additionally, a pipe type with an elbow shape is investigated. The results show that the air entraining vortices occur under the condition of a water level ratio H/D = 1.31 for each suction pipe type.
In large pump station, vortex generation such as free-surface vortex and submerged vortex occurring around pump intake, or at bell-mouth inlet has been an important flow characteristics which should be considered always to keep away the suction of air-entrained or cavitated flow. In this study, a commercial CFD code was used to predict accurately the vortex generation for the specified intake design. These result shows the preliminary result of submerged vortex prediction for the Turbo-machinery Society of Japan Sump Test CFD standard model. At bottom wall, air volume fraction (red color) was found in a large scale to explain the submerged vortex generation at particular operation and configuration condition. And these indicate the free surface formation behind the bell mouth. Particularly, non-uniform approaching flow is a major parameter to govern the occurrence of the free-surface vortex. Futhermore the comparison between turbulence ($k-{\epsilon}$ & $k-{\omega}$ model) mode were executed in this study.
In general, the function of intake structure, whether it be a open channel, a fully wetted tunnel, a sump or a tank, is to supply an evenly distributed flow to a pump station. An even distribution of flow, characterized by strong local flow, can result in formation of surface or submerged vortices, and with certain low values of submergence, may introduce air into pump, causing a reduction of capacity and efficiency, an increase in vibration and additional noise. Unfortunately in order to design the sump station, the reasonable code or the standards weren't presented yet in Korea. Thus, some researchers had often referred the HI code, JSME code or CEN code to design the sump station. This study aims to prescribe the standard of sump design which were matched well the Korean pump station. Thus, the HI code and TSJ code would be interpreted fully to Korean language, the part of interpreted clauses of the western codes would be selected to compose the standard.
In order to suggest the methodology for achieving anti-vortex within multi pump intake well, the field test and CFD(Computational Fluid Dynamics) simulation were conducted. The filed test were carried out for domestic W_multi pump intake well according to usual operation condition through the naked observation. From the results, operating #4, #5, #8 and 9# pumps, the vortex and swirl occurred above #4 and #9 intake pipe within two wells. For qualitative analysis, a commercial CFD code, using sump model, was used to predict the vortex generation within the selected pump intake facility accurately. The analysed results by CFD show that the vortex structure and location are in accordance with the results of the field test.
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