1000MW直接空冷汽轮机组低压缸排汽管分析研究

论文摘要

电力是现代工业的基础,在国民经济中有很重要的地位,对电厂系统及各部件的研究有着重要的意义。电厂循环中需要用到大量的水,为了节约水资源,我国北方地区越来越重视直接空冷机组的运用。某公司生产的1000MW直接空冷汽轮机组的凝汽器布置于厂房外,汽轮机的排汽必须通过一段低压缸排汽管导入厂房外的空冷凝汽器。本文就这段低压缸排汽管的流场通流能力以及结构受力进行分析,计算结果可以为设计人员选取适当的流体参数、改善模型结构和判定模型的受力稳定性等提供参考。首先,本文运用FLUENT软件,就低压缸排汽管内的蒸汽流动进行了三维流场计算,得出了低压缸排汽管的流场分布特性以及在各种工况下整个低压缸排汽管的阻力系数、压力损失水平、流动速度分布等参数,从气动力学的角度研究了内部支撑结构对流场的阻碍作用,分析了低压区域的速度回流情况并给出了几种不同的改进意见,通过对低压缸排汽管原构造的改造和新的导流设备的添加,为增强各种流动工况下低压缸排汽管的通流能力发挥作用。其次,本文以低压缸排汽管的基本设计方案为基础,运用ANSYS软件,研究并建立了低压缸排汽管的结构模型。首先对低压缸排汽管的受力进行了校核计算,分析了在自身重力、管道的壳体内外压差、外接排汽管所受推力及力矩的作用下自身的应变和应力情况,校核其是否满足材料及结构的许用变形及许用应力,并对大变形和大应力区域作出相应的改进。其次还分析了各个约束部位的反力及反力矩,查看其是否影响整个结构的稳定性。最后,通过建立简化模型,对低压缸排汽管的热膨胀特性进行了研究,分析其在不同工作环境下的变形率是否超出整个结构许用变形的范围。分析的结果为促进结构改进,提高管道使用寿命提供依据。本文的研究工作在一定程度上为直接空冷汽轮机组的低压缸排汽管设计以及正常运行提供了建设性的意见。在设计上,可以优化结构,使得低压缸排汽管的气动性能得到改善,压力损失下降,经济效益提高,也可以使得低压缸排汽管的结构不产生损坏,安全性得到增强;在运行中,可以遵循本文所提供的建议,避免低压缸排汽管在经济性或安全性差的情况下使用,从而使得整个机组可以更安全、更经济的运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 课题提出的意义
• 1.2 国内外现状分析
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 低压缸排汽管通流能力分析
• 2.1 基本物理模型
• 2.1.1 连续性方程
• 2.1.2 动量方程
• 2.1.3 阻力系数
• 2.1.4 k-ε模型
• 2.2 FLUENT 软件简介
• 2.3 流场模型的建立与网格的特殊处理
• 2.4 边界条件设定
• 2.5 流场分析
• 2.5.1 入口速度30m/s 工况流场总压分析
• 2.5.2 入口速度30m/s 工况流场速度分析
• 2.5.3 各工况对比及总结
• 2.6 转角区域圆弧改进设计及计算分析
• 2.7 转角区域导流板改进设计及计算分析
• 2.7.1 添加导流板
• 2.7.2 导流板形状改进计算
• 2.7.3 导流板布置的改进计算分析
• 2.8 小结
• 第三章 低压缸排汽管结构分析
• 3.1 基本物理模型
• 3.1.1 工字梁弯曲应力
• 3.1.2 等效应力集中
• 3.1.3 强度校核
• 3.1.4 热膨胀分析
• 3.1.5 控制方程
• 3.2 结构模型的建立与单元选择
• 3.2.1 计算条件设置
• 3.2.2 压差分析与结构改进
• 3.2.3 低压缸排汽管仅受重力下受力分析
• 3.2.4 外接排汽管口受推力工况下低压缸排汽管应力与变形分析
• 3.2.5 外接排汽管口受力矩工况下低压缸排汽管应力与变形分析
• 3.2.6 推力和力矩作用下低压缸排汽管反力分析
• 3.2.7 各工况组合分析
• 3.2.8 低压缸排汽管热分析
• 3.3 小结
• 第四章 数据分析软件
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表的论文