工业汽轮机主油泵叶轮数值模拟_第1页
工业汽轮机主油泵叶轮数值模拟_第2页
工业汽轮机主油泵叶轮数值模拟_第3页
工业汽轮机主油泵叶轮数值模拟_第4页
工业汽轮机主油泵叶轮数值模拟_第5页
全文预览已结束

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

索言汔扮娥1DONGFANGTURBINEL9尹刚樊小平王显安吴方松东方汽轮机有限公司。四川德阳618000摘要主油泵是汽轮机组供油系统中的重要设备,其性能对汽轮发电机组的安全运行有决定性影响。文章针对桌12MW等级的主油泵进行三维数值模拟研究主油泵叶轮内流场分布情况和性能曲线,为汽轮机润滑油系统的设计和故障诊断提供了理论依据。关键词主油泵;叶轮;数值模拟NUMERICALSIMULATIONOFINDUSTRIAITURBINEMAINO_IPUMPR;LLERSIMPELLERYINGANG,FANXIAOPING,WANGXIANAN,WUFANGSONGDONGFANGTURBINECO,LTDDEYANGSICHUAN618000ABSTRACTMAINOILPUMPISTHEIMPORTANTEQUIPMENTINTURBINEOILSUPPLYSYSTEMTHEPERFORMANCEOFTHEMAINOILPUMPHASADECISIVEEFFECTONTHESAFEOPERATIONOFTHETURBOGENERATORUNITTHISPAPERNUMERICALLYSIMULATESSOME12MWTURBINEMAINOILPUMPSIMPELLER,STUDIESTHEFLUIDDISTRIBUTIONANDPERFORMANCECHARACTERISTICCURVEANDPROVIDSSOMETHEORETICALBASISFORTURBINEOILSYSTEMSDESIGNANDFAULTDIAGNOSISKEYWORDSMAIN0ILPUMP,IMPELLER,NUMERICALSIMULATION0引言目前我国汽轮机组多采用双射油器一主油泵的汽轮机润滑油系统。主油泵是汽轮机组供油系统中的重要设备其性能对汽轮机组的安全运行有决定性影响。工业汽轮机不仅要求主油泵具有大流量而且要求在较宽的运行工况范围内具有高效率、高稳定性和高可靠性。目前主油泵都是按照经验和实验数据进行设计许多主油泵生产后需要经过反复试验才能达到设计要求这样就提高了生产成本,延长了交货周期。本文就某台12MW机组的主油泵叶轮进行全三维数值模拟理论计算研究其内部流场分布情况及性能曲线为主油泵的设计及故障诊断提供一些理论依据作者简介尹刚1982一,男,下学硕士,主要从事_T业汽轮机概念设计T作。1OJ圣言汔论1L鬟DONGFANGTURBINE11叶轮几何参数叶轮直径为320MM,出口宽度20MM,叶片出口安装角为535。,叶片只数7。其结构示意图见图1。图1某主油泵叶轮图12三维建模及网格划分针对该主油泵叶轮模型采用PROE软件按11比例进行三维建模将其导入GAMBIT软件。考虑到模型结构的复杂性因此采用非结构化网格。并对部分区域网格进行加密。网格数量约60万。图2为主油泵叶轮的网格示意图图2主油泵叶轮网格21数学模型低比转速离心泵稳定运行中叶轮内部近似为三维定常不可压湍流流动存在尾涡和二次流等现象。RNGK一湍流模型适用于流曲率较大、涡旋流、旋转、带弯曲壁面流等复杂流动。考虑BOUSSINESQ粘性假设主油泵模拟采用RNGKS湍流模型。建立控制方程如式1所示。DIVPVDDIR删1式中一通用变量,取值为1、时,分别代表连续、动量;一速度矢量,分量为U、IT、;R厂扩散系数;S厂源项。具体的取值如表1所示表1式1扩散系数和源项的表达式雷话时均方程中笛有速度脉动动量的二R相关项,未知数个数多于方程的个数,为此本次定常计算采用RNGK一8湍流模型来封闭方程组。OKO_LOKOTIG一2一FB一鲁篙去簧GLGKO73JLJ其中湍动能生成项为C,2V,S一,吉等鼍为平均应变率常量,方程的模型系数如下CU0085CI142一CZ168OR07179OCO717922边界条件1进口边界条件采用速度进口,在计算区域的进口边界上给定基于泵工作流量的均匀初始速度,假定速度垂直于进口面。对于湍流计算入口湍流取值按水力直径大小及湍流强度给定5。2出EL边界条件取流动充分发展自由出流条件OUTFLOW。3壁面条件黏性流动边界采用无滑移固壁。湍流计算使用标准壁面函数法确定固壁附近流动本文分别对转速在3000DMIN,流量在1600、L800、2000、2300、2500LMIN。以及流量在1800URAIN,转速在2000、2500、2800、3000、3200、3300DMIN等多个工况进行了数值模拟得到了各个工况下主油泵叶轮内流场的分布情况。图3图9为主油泵设计工况下即转速在300ORMIN,流量在1800LMIN的压力和速度分布情况31压力场分布图3主油泵叶轮某轴向截面静压力分布畦NG“FAN乞GT扮URBIN帐EL11DONL00图4主油泵叶轮粟轴向截面总压力分布从图3、图4可以看出,整个流道上随着叶轮转动,叶片对工质润滑油做功叶片不断地把能量传递给润滑油转轮叶片的压力面和吸力面上总压、静压从初端到末口都是随着半径的增大而逐渐升高。过渡平稳,分布合理。图5主油泵叶轮背面静压力分布图6主油泵叶轮正面静压力分布2LLILL;ILLLII;一,L7,|TT鍪12I簟“IT池IL兮搬ID0NGFANGTURBINE同时显而易见,图5、图6中,在叶轮的等半径位置上,叶片正面压力面和背面吸力面的压力分布是不相同的,叶片正面压力面1压力明显高于叶片背面吸力面压力。而且叶片进VI处两侧压差最大。在叶片背面靠近进VI处存在1,块低压区这是因为流体绕流叶片头部时流体加速转弯,流速加快。造成局部损失且流体动能与压能的相互转化致使该区域压力下降该处为汽蚀易发生部位这也与主油泵实际运行时易发生汽蚀的位置相吻合32速度场分布嵯图7主油泵叶轮内流场相对速度矢量图图8主油泵叶轮进口流场相对速度矢量图图7为叶轮内流场相对速度矢量图。从图上可看出叶轮进口速度明显小于出口速度总的来说变化的梯度较为平稳没有出现大的流动分离现象即在整个区域中相对流速从进口到出IST的值符合沿叶片方向与叶片平行分布的规律。同时在叶轮的相同半径处叶片正面压力面的相对速度大于叶轮背面吸力面。图8是图7的局部放大图从图上可清晰地看到叶轮进口流体对叶轮的冲击现场,从图上看冲击的幅度不大,表明叶轮在此工况下的运行状况比较良好不会造成流体激振,出现叶轮振动及噪音影响泵的寿命。33性能分析通过对叶轮流道流场的数值模拟可得到主油泵叶轮内部流场的静压、动压、流速及矢量分布、流动迹线及流体作用在油泵流道固体壁面上的压力分布等内特性。基于这些流场数值模拟结果,可以计算油泵的相关特性参数。根据各计算给定流量和进口压力计算出油泵的进出口压力差、作用在叶轮上的压力矩从而预测油泵需要输入的轴功率及流体动力学效率水力效率等。油泵需要输入的轴功率为PIMTO4油泵输出的流体动力学功率为POAPXQ5流体动力学效率水力效率为,】叼6L式中一流体动力学效率;主油泵的进出口压力差P一流量;一流体作用在叶轮固体壁面上的力产生绕旋转轴的力矩一叶轮旋转角速度。AP、Q、M、均可由CFD软件计算结果给出,根据以上数据可得到转速与扬程关系曲线、主油泵叶轮特性曲线。见图9、图10。山最图9流量1800LRAIN转速与扬程的关系曲线,“PB聃T_啦卅一00一;蔷50L_0L5002000250O流量1JMIN效率11扬程图10转速3000RMIN主油泵叶轮流动特性曲线从图上可以看出在进口流量不变的情况下,随着转速的提高,叶轮进出口的压力差扬程增大其变化规律符合二次方关系。在转速不变的情况下随着流量的增大,叶轮进出口的压力差逐渐减小在1800LMIN左右,压力差的变化趋势较为平稳说明其变工况条件下的适应能力较强但叶轮的流体动力学效率在流量16001800LMIN之间时逐渐增大流量大于1800LMIN后叶轮的流体动力学效率逐渐减小说明叶轮在设计流量属于最佳性能点1利用CFD软件计算采用RNGK一8湍流模型,SIMPLE算法得到的离心泵叶轮内部流态分布与理需言汔恰嵌1,LDONGFANGTURBINEILV论上人们预测的内部流态大体趋势一致。这显示出这种流动模拟的方法是可行的。2L2MW主油泵设计的流场分布合理。3CFD计算软件能够较准确地预测出油泵的性能精确计算出油泵内部的流场分布,还可以用绘制等值线、矢量图等直观方式来展现流道内流体的流动情况,弥补了试验的不足,从而缩短了主油泵设计的周期不仅提高了速度还节约了成本提高了经济效益。参考文献【1】许乃同大功率汽轮机组润滑油系统的可靠RIO动力工程学报,1992,123814【2】陶文铨数值传热学第二版【M】西安西安交通大学出版社2001【3王福军计算流体动力学分析M】北京清华大学出版社,20044VOORDEJV,DICKE,VIERENDEELSJ,ETA1PERFORMACEPREDICTIONOFCENTRIFUGALPUMPSWITHSTEADYANDUNSTEADYCFDMETHODSJADVANCESINFLUIDMECHANICSIV,2002,559568【5】唐辉,何枫离心泵内流场的数值模拟U1水泵技术,2002337【6FLUENTINC,FLUENTUSERSGUIDE【M1FLUENTINC,2003上接第4页汽轮机的效率直接决定了汽轮机的经济性围绕提高汽轮机进汽效率的理念文章改进了100MW核电汽轮机的进汽结构与传统进汽方式相比切向进汽能够有效降低进汽压损,提高效率。对高压进汽室进行气动分析表明,采用切向进汽的方式后改进后的切向进汽模型的总体气动性能相比最好,总压损失系数为018,与传统核电机组相比实现了进汽性能的优化提高了机

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论