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流道設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)計(jì)算和分析，油泵壓力分別選擇為:升壓油泵入口壓力為0，升壓油泵出口壓力為0.25MPa，額定流量為5800L/min;額定轉(zhuǎn)速為1600r/min，該泵采用單級(jí)雙吸泵，按設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算其比轉(zhuǎn)速大約為140r/min，屬于高比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵。升壓油泵流道設(shè)計(jì)包括葉輪、吸入室和蝸殼流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)。吸入室為直錐管結(jié)構(gòu)。葉輪包括軸面流道和葉片繪形設(shè)計(jì)，依據(jù)幾何參數(shù)，采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件在各流面上繪形后組合成三元扭曲葉片。依據(jù)蝸殼設(shè)計(jì)的幾何參數(shù)，采用設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出蝸殼流道單線圖。

葉輪的三維幾何造型三維幾何造型是進(jìn)行數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，葉輪類零部件的幾何造型必須采用曲面造型技術(shù)。升壓油泵的葉輪為高比轉(zhuǎn)數(shù)離心三元葉輪，其葉片在空間上扭曲度大。在葉輪三維幾何造型時(shí)，應(yīng)該注意到葉片曲面的準(zhǔn)確性和光滑性問(wèn)題。

計(jì)算區(qū)域的有限體積網(wǎng)格化因升壓油泵放置在油箱中，油泵的計(jì)算區(qū)域以泵進(jìn)口斷面作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。油泵進(jìn)口斷面的壓力選取為0。升壓油泵葉輪的旋轉(zhuǎn)軸定義為z軸，雙吸葉輪中心對(duì)稱面取為z=0平面。在完成葉輪和蝸殼內(nèi)壁表面三維造型的基礎(chǔ)上，在GIMBIT中分別將其流動(dòng)區(qū)域作成空間的體，葉輪和蝸殼內(nèi)壁表面選擇為計(jì)算區(qū)域的固體表面。蝸殼的計(jì)算區(qū)域見圖6。

流場(chǎng)數(shù)值模擬工況基于前面的流場(chǎng)數(shù)值模擬分析計(jì)算，可以計(jì)算出油泵的相關(guān)性能參數(shù)。根據(jù)各計(jì)算工況的給定流量和進(jìn)口壓力，計(jì)算出油泵的進(jìn)出口壓力差、作用在葉輪上的壓力矩、流體摩擦力矩，從而預(yù)測(cè)油泵需要輸入的軸功率及流體動(dòng)力學(xué)效率等。為研究流道的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便更好掌握600MW機(jī)組升壓油泵內(nèi)部流場(chǎng)狀況。并與日立公司提供的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，以驗(yàn)證性能預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，其數(shù)值模擬工況與試驗(yàn)工況一致。

流場(chǎng)分布通過(guò)流場(chǎng)數(shù)值模擬，可以得到油泵內(nèi)部流場(chǎng)的靜壓、動(dòng)壓、流速大小及各分量矢量分布、流動(dòng)跡線及流體作用在油泵固體壁面上的壓力分布等。為了節(jié)省篇幅，僅給出Q=5729L/min、n=1568r/min流場(chǎng)工況的分布，其他流場(chǎng)工況的分布省略。各文件夾按流量命名，圖片為該流量工況下數(shù)值模擬計(jì)算后取得的壓力、速度矢量、流動(dòng)跡線分布。后面的性能預(yù)測(cè)計(jì)算是以這些數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)。

結(jié)論

對(duì)600MW機(jī)組的升壓泵進(jìn)行研究，采用目前該領(lǐng)域的先進(jìn)研究手段和技術(shù)，解決該類設(shè)備研制過(guò)程中所涉及的重要共性問(wèn)題。研究的大型機(jī)組能實(shí)現(xiàn)單機(jī)容量600MW機(jī)組及其配套產(chǎn)品的大部分部件國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)和制造。設(shè)計(jì)的“主油泵供油系統(tǒng)”的系統(tǒng)效率經(jīng)過(guò)計(jì)算和驗(yàn)證大于49%，大大高于傳統(tǒng)的“主油泵與射油器組成的供油系統(tǒng)”的效率。設(shè)計(jì)和優(yōu)化的升壓泵可用于超臨界參數(shù)及常規(guī)的600MW級(jí)的發(fā)電機(jī)型，可替代國(guó)外進(jìn)口的部分產(chǎn)品，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，600MW級(jí)機(jī)型仍為國(guó)內(nèi)主要發(fā)電機(jī)型，該研究對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)電設(shè)備制造技術(shù)和能源工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展有重要的參考意義和一定的應(yīng)用價(jià)值。

作者：楊林建朱英趙發(fā)單位：四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院東方汽輪機(jī)集團(tuán)公司