60Hz机组的主油泵水力优化设计研究

论文摘要

主油泵作为火电厂和核电厂的汽轮机机组供油系统的核心设备之一,其性能对汽轮发电机组的安全运行有着决定性的影响。我国生产的大型汽轮机组配套的主油泵主要依靠引进技术,近年来国内在大型50Hz的汽轮机组配套的主油泵方面,通过自主攻关已基本实现国产化。随着市场的全球化加快,我国发电设备必须参与国际市场竞争,开发出口到国外60Hz的大型汽轮机组配套的主油泵已迫在眉睫。由于60Hz的汽轮机组主油泵的转速高达3600r/min,流体动力参数要求高,为了满足系统稳定性要求,p-Q曲线必须平坦,无论是在流体动力设计还是在结构安全方面都有一系列关键技术需要攻关。本文结合四川省科技支撑计划重点攻关项目（2008GZ0072）及中国东方电气集团东方汽轮机公司委托项目研究开发,针对东方汽轮机公司出口 60Hz的660MW汽轮机组主油泵研制过程中的流体动力设计方法及优化方面的关键技术问题进行研究。根据60Hz的660MW机组主油泵的.设计参数及性能要求,首先采用传统的设计方法初步确定流道的几何尺寸,按—元流动理论计算轴面流动和保角变换叶片绘型,实现叶轮初步设计,利用面积比法对蜗壳流道进行初步设计。对初步设计的主油泵流道,针对主油泵实际运行工况范围进行全流道多工况的定常流数值模拟计算和空化数值模拟计算,预测出能量特性和空化性能。对典型工况的流场分布进行分析,找出初步设计叶片的不足,确定优化方案。通过反求设计得到S1流面叶型,交互修改S1流面叶型几何形状,重新按流面上叶型生成叶片,再进行进行全流道多工况数值模拟计算和性能预测。根据预测结果判断是否达到设计要求和需要优化,如果需要优化,则反复该迭代过程,直到达到设计要求。通过“数值试验预测—修改S1流面叶型几何形状”的多次循环,实现60HZ的660MW机组主油泵的设计的水力优化设计。本文的方法已成功应用于东方汽轮机公司出口 60Hz的660MW汽轮机组主油泵实际工程中,为实现60Hz的大型汽轮机组配套的主油泵的国内自主研制和创新奠定了技术基础,也为类似的高转速、流量大、单级扬程高的离心泵的设计及优化提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 课题研究目的及意义
• 1.4 离心主油泵相关研究方法的发展
• 1.4.1 油系统中主油泵的发展
• 1.4.2 主油泵的研究现状及发展
• 1.5 课题研究的技术路线及主要研究内容
• 1.5.1 研究的技术路线
• 1.5.2 主要研究内容
• 2 60Hz主油泵的流体动力初步设计
• 2.1 60Hz主油泵的流体动力特性要求及设计目标
• 2.2 叶轮的流体动力初步设计方法
• 2.3 流道基本几何尺寸的计算
• 2.4 叶片绘型
• 2.5 蜗壳流体动力初步设计
• 2.5.1 主油泵蜗壳流体动力设计理论
• 2.5.2 基本参数的确定
• 3 主油泵全流道三维流场数值模拟与水力性能预测方法
• 3.1 主油泵内部流动控制方程及湍流模型
• 3.2 数值计算方法
• 3.2.1 基于有限体积法的控制方程的离散
• 3.2.2 主油泵叶轮与蜗壳的动静耦合方法
• 3.2.3 空化数值计算模型
• 3.2.4 边界条件
• 3.3 主油泵流通部件几何造型及网格离散
• 3.3.1 主油泵流动部件建模
• 3.3.2 主油泵流道区域的网格离散
• 3.5 主油泵的性能预测方法
• 3.5.1 能量特性预测
• 3.5.2 空化性能预测
• 4 初步设计的60Hz主油泵的流场数值模拟与性能分析
• 4.1 能量性能预测
• 4.2 叶轮水力特性数值计算结果及分析
• 4.3 叶轮空化特性分析
• 5 基于性能预测分析的叶片型线优化设计
• 5.1 基于bladegen的叶片流面几何反求
• 5.2 基于性能预测分析的叶片流面上型线修改
• 5.3 基于性能预测叶轮与蜗壳匹配优化
• 6 优化后的主油泵的数值模拟及性能预测
• 6.1 优化前后主油泵的能量性能比较
• 6.2 主油泵优化前后典型工况定常数值计算结果比较
• 6.2.1 主油泵优化后典型工况数值计算结果
• 6.2.2 优化前后典型工况数叶片表面压力分布比较
• 6.3 优化后主油泵的空化性能预测
• 7 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 致谢