600MW汽輪機(jī)組主油泵葉輪的“流-固”耦合結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、主油泵作為汽輪機(jī)組供油系統(tǒng)的動力源和核心設(shè)備，其流體動力和結(jié)構(gòu)力學(xué)性能間接地對汽輪機(jī)組的運(yùn)行安全性和可靠性有非常大的影響。為了滿足大型汽輪機(jī)組油系統(tǒng)需要，這類主油泵工作壓力高達(dá)1.4～2.0MPa，葉輪轉(zhuǎn)速高達(dá)3000r/min。隨著汽輪機(jī)組單機(jī)容量的不斷增加和結(jié)構(gòu)尺寸的巨型化，對汽輪機(jī)組的油系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性要求越來越高，不僅要求主油泵具有高效率，而且要求流量大和對變工況的適應(yīng)性強(qiáng)，更要求在結(jié)構(gòu)上緊湊和高可靠性，也相應(yīng)地對主油泵的設(shè)

2、計和可靠性提出了更大的挑戰(zhàn)。 600MW汽輪機(jī)組是現(xiàn)階段及未來一段時期內(nèi)我國火電站和核電站的主力發(fā)機(jī)型，其油系統(tǒng)廣泛采用了“主油泵一油渦輪一升壓泵"系統(tǒng)。為了保證性能要求，目前國內(nèi)大型汽輪機(jī)制造廠在大型汽輪機(jī)配套的油系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備(如主油泵、油渦輪、升壓泵等)方面一般從國外進(jìn)口或引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)。本論文的課題結(jié)合我國600MW汽輪機(jī)主油泵及油渦輪國產(chǎn)化研制的要求，針對國內(nèi)自主創(chuàng)新開發(fā)出600MW級機(jī)型配套的主油泵產(chǎn)品需要解決的關(guān)鍵技

3、術(shù)之一：在高壓流體和高轉(zhuǎn)速工作下的葉輪的結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性及可靠性方面進(jìn)行研究。 本文在深入分析主油泵在油系統(tǒng)中的工作狀況及內(nèi)部流場流體動力學(xué)模型和結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，為了提高分析的可靠性，首先采用CFD(Computational Fluid Dynamics)軟件對主油泵進(jìn)行的全流道流場數(shù)值模擬，計算出作用在葉輪流道表面上的流體壓力分布。再將流場數(shù)值模擬結(jié)果傳遞給葉輪結(jié)構(gòu)分析，初步實現(xiàn)了采用“流-固”耦合結(jié)構(gòu)分析技術(shù)對主油泵

4、葉輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析和轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析。為了分析葉輪在空氣中和正常工作狀態(tài)的力學(xué)特性差異，分別對于葉輪在空氣和透平油兩種工作介質(zhì)中的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能進(jìn)行了計算?？紤]到工程實際情況，除對葉輪在正常轉(zhuǎn)速條件下進(jìn)行計算，還分別對于兩種工作介質(zhì)進(jìn)行超速120％的工況行了計算分析。通過對這些工況的計算分析，掌握了主油泵葉輪結(jié)構(gòu)的各項力學(xué)性能，如剛度、強(qiáng)度以及模態(tài)特性、自振頻率等。根據(jù)計算結(jié)果，驗證了該部件的工作可靠性，為保證主油泵在實際工作中能夠安全

5、運(yùn)行提供了依據(jù)，為600MW汽輪機(jī)組主油泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和新型主油泵的開發(fā)奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。本文結(jié)合600MW汽輪機(jī)組主油泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化的工程實際要求，應(yīng)用“流一固”耦合結(jié)構(gòu)分析技術(shù)對于在高壓流體和高轉(zhuǎn)速條件下工作的低比轉(zhuǎn)速雙吸離心主油泵葉輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性分析，解決了工程實際問題。并證明將“流-固”耦合仿真分析技術(shù)應(yīng)用于主油泵設(shè)計分析比不考慮流體作用的預(yù)測分析的精度高，這不僅有利于保證產(chǎn)品的可靠性，而且可以縮短研制周期，降低開發(fā)成本。研