热电厂机组油系统的热—流场平衡特性研究

论文摘要

油系统是热电厂的重要组成部分之一,担负着汽轮机组的润滑、冷却、控制和密封的作用,是保证汽轮机组能够正常运行关键的流体动力系统。单机600MW及以上机组的油系统多采用“主油泵、涡轮增压泵”供油系统,是由主油泵、增压泵、油涡轮、压力油管网、不同功能的阀门、发电机组的轴承、油箱、泄油管网、冷却器和各辅助油泵等组成的流体动力系统。作为热源的轴承在运行过程中会产生大量热量,如机组油系统设计过程中“热-流场”平衡计算不准确,冷却器选择不合理、流动参数控制不合理等将引起轴承、轴颈非正常磨损、“抱瓦”、“烧瓦”等常见事故,甚至造成整个转子报废的严重恶性事故。随着机组参数的升高和单机容量的不断增大,传统的油系统冷却计算方法已不能满足安全性要求,开展热-流场平衡特性研究对于优化设计油系统及提高运行过程中的可靠性都有着重要的意义。本文结合四川省科技支撑计划重点攻关项目（2008GZ0072）及东方汽轮机有限公司的600MW机组油系统方案优化的需要,针对大型汽轮发电机组油系统的“热-流场”平衡特性进行流体动力数值仿真探索研究。以东方汽轮机有限公司的600MW机组的油系统为实例,深入分析目前国内外大型汽轮发电机组油系统的特点。首先对油系统主要元件的流体动力和传热的数学建模进行研究,再对油系统的流体动力网络建模及仿真计算方法进行初步研究。根据工程需要,为了提高仿真结果的可靠性,利用商业软件Flowmaster2对600MW机组供油系统进行二次开发来实现油系统的“热-流场”平衡特性进行计算,初步实现了东方汽轮机600MW机组供油系统的“热-流场”数值仿真。针对机组启动过程和正常运行两种工况下对油系统采用瞬态和稳态仿真分析,仿真的结果与实际运行情况基本一致。通过仿真,可以显示所有元件的流量、节点的压力、温度等及主油泵、油涡轮、增压泵等动力元件的转速、转矩等,从而可以获得对油系统的热-流场平衡过程直接和全面的了解,同时也可获得对仿真元件瞬态和稳态两种工况下的性能曲线。通过东方汽轮机600MW机组供油系统的“热-流场”数值仿真表明:在机组启动过程中,随着汽轮机转子按启动规程加速到正常工况,其润滑油管路中轴承的入口压力达到了设计要求,各轴承能够保持在设计的温度下运行。同时压力油管路中主油泵、油涡轮增压泵、辅助油泵等动力系统可以进行良好的匹配工作以保证系统的压力和流量。在机组正常工况运行时,润滑油管路的冷油器和轴联冷却器的冷却能够平衡轴承等产生热量,可以保证油温的正常冷却,使得进入轴承的润滑油的压力、温度、流量能够达到设计要求。数值仿真结果与实际运行参数的吻合性较好,其精度满足工程实际要求。为设计方案的优化和流体动力元件的选择提供了技术依据,也为进一步实现热电厂机组油系统的热-流场特性仿真和系统优化设计奠定基础。本文的研究方法和技术路线亦可进一步推广应用到暖通空调和化工等大型复杂的流体动力系统设计中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及名称
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题名称
• 1.2 研究目的和意义
• 1.2.1 研究的目的
• 1.2.2 研究的意义
• 1.3 国内外热电厂油系统的技术现状和发展趋势
• 1.3.1 热电厂机组油系统的主要形式
• 1.3.2 国内外油系统的热-流场平衡特性研究的现状及发展趋势
• 1.3.3 油系统的热-流场平衡特性研究的关键技术
• 1.4 本文的主要研究内容和技术路线
• 2 热电厂机组油系统的流体流动与换热理论
• 2.1 热电厂机组油系统的工作原理及特点
• 2.2 工质的热力学特性
• 2.3 油系统数值仿真的基本原理与步骤
• 2.4 基于集总参数形式的机组油系统内部流动与换热理论
• 2.5 油系统主要元件的数学模型
• 2.5.1 管道元件的数学模型
• 2.5.2 主油泵、油涡轮增压泵等泵类元件的数学模型
• 2.5.3 阀门元件的数学模型
• 2.5.4 油箱元件的数学模型
• 2.5.5 冷油器元件的数学模型
• 2.5.6 轴承润滑系统元件的数学模型
• 2.5.7 液压马达油泵元件的数学模型
• 2.5.8 过滤网元件的数数学模型
• 3 东方汽轮机600MW机组油系统仿真的模型建立与算法分析
• 3.1 600MW机组油系统数学模型的简化
• 3.2 建立东方汽轮机600MW机组油系统仿真模型
• 3.2.1 油系统元件的选取
• 3.2.2 油系统闭路循环系统的网络模型
• 3.3 600MW机组油系统仿真模型参数的设定与仿真计算
• 3.3.1 各元件参数的计算与设定
• 3.3.2 各节点参数的设定
• 3.3.3 运行分析数据的设定与方法的选择
• 4 东方汽轮机600MW机组油系统热-流场平衡特性仿真结果与分析
• 4.1 启动过程系统的热-流场平衡特性仿真结果与分析
• 4.2 正常工况运行时系统热-流场平衡特性仿真结果与分析
• 5 结论与展望
• 5.1 本文主要工作的结论
• 5.2 后续主要工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢