【摘要】：爐水循環(huán)泵用于輸送高溫高壓爐水,是火電機(jī)組中鍋爐水循環(huán)的主要動力元件。爐水循環(huán)泵的性能和強(qiáng)度影響著鍋爐機(jī)組的效率以及泵機(jī)組的運行穩(wěn)定性。因此,研究爐水循環(huán)泵的性能及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,為改進(jìn)水力和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論指導(dǎo),對確保其穩(wěn)定運行具有重要的意義。本文以365WLB-965型爐水循環(huán)泵為研究對象,該泵是一種含導(dǎo)葉的單級單吸高溫高壓離心泵,輸送高溫高壓水(360℃,36.6MPa),主要承壓部件為半球形泵體,為保證更高的強(qiáng)度通過鍛造制造。泵的水力性能主要受到半球形泵體、導(dǎo)葉、葉輪的影響,結(jié)構(gòu)可靠性能主要受到介質(zhì)壓力和溫度的影響。在研究過程中,首先利用ANSYS CFX進(jìn)行穩(wěn)態(tài)場計算,得到泵全流場流動狀況;其次將穩(wěn)態(tài)場結(jié)果作為初始條件進(jìn)行瞬態(tài)場的計算,得到壓力脈動狀況;基于瞬態(tài)場的計算結(jié)果,利用workbench進(jìn)行溫度場和靜力場的計算,得到主要承壓部件泵體的溫度分布與受力情況;為改善導(dǎo)葉性能,利用正交試驗方法進(jìn)行導(dǎo)葉優(yōu)化設(shè)計,得到最優(yōu)設(shè)計參數(shù);考慮泵的實際安裝情況,改變泵體出口管角度進(jìn)行對比分析,得到泵在不同出口角下的性能。主要研究成果如下:1.進(jìn)行了爐水循環(huán)泵穩(wěn)態(tài)流場計算,對比分析了不同流量下的泵內(nèi)部流動狀況,觀察到葉輪、導(dǎo)葉內(nèi)部壓力場和速度場具有明顯梯度,導(dǎo)葉內(nèi)部流動較為紊亂,半球形泵體內(nèi)部存在大量的旋渦,且旋渦數(shù)量隨著球面半徑的減小而增多。隨著流量的增大,泵內(nèi)部流動更加穩(wěn)定。2.進(jìn)行了瞬態(tài)流場計算,從計算結(jié)果看出:(1)泵內(nèi)部壓力脈動主要是由動靜域交接作用、流體旋渦和流固間沖擊引起的。(2)葉輪和導(dǎo)葉內(nèi)部壓力脈動主頻分別為導(dǎo)葉和葉輪葉片數(shù)倍軸頻,越靠近葉輪與導(dǎo)葉相互作用處,各流域監(jiān)測點壓力脈動越大。(3)泵體內(nèi)流動受動靜域交接作用的影響逐漸降低和流體對泵體壁面沖擊的影響逐漸增大,其進(jìn)口處徑向位置壓力脈動幅度先減小后增大,泵體球面四個軸截面位置(兩兩相隔90度)中,靠近出口管處的上端脈動較小,其它三側(cè)相近,但泵體整體壓力脈動很小。3.利用正交法進(jìn)行導(dǎo)葉設(shè)計,得到9組導(dǎo)葉水力模型,通過對比泵水力性能和內(nèi)部流動狀況,同時對揚程和效率進(jìn)行極差分析和相對影響指數(shù)分析,得到最優(yōu)的設(shè)計參數(shù)導(dǎo)葉進(jìn)口安放角α3=16.2?,擴(kuò)散角?=8?,喉部面積F3=37×50mm2,優(yōu)化后的導(dǎo)葉相比于模型原導(dǎo)葉,流動中的旋渦大大減少,流動更為平滑規(guī)律,揚程及效率均有較大提高。4.實際狀況中泵的安裝具有不確定性問題,安裝與出口管角度有關(guān),針對此問題進(jìn)行探索分析,對四種不同出口管角度的泵體進(jìn)計算分析,對比四種狀況下的泵的水力性能、內(nèi)部流場和壓力脈動狀況對比表明:相比于其它三種放置角度,角度為130?時,揚程和效率均有小幅下降,出口管內(nèi)存在大量的死水區(qū),壓力脈動幅度較大,且沒有明顯的規(guī)律性,壓力脈動系數(shù)整體云圖略大于其它三種。由于大角度下的性能下降及流動不穩(wěn)定性較大,建議出口管放置角度不宜太大。5.利用ANSYS-workbench平臺中的steady-state thermal和static structural對泵體進(jìn)行了溫度場和靜力場進(jìn)行分析。結(jié)果表明:(1)泵體的溫度場距離隔熱層越遠(yuǎn),區(qū)域溫度越高,且熱流密度分布與溫度呈反比關(guān)系。(2)當(dāng)只考慮溫度載荷時,熱應(yīng)力受螺栓聯(lián)接處,即隔熱層與泵體交接位置的約束影響較大,此處應(yīng)力急劇變大,泵體熱變形梯度明顯,在約束端變形最小。(3)當(dāng)只考慮流體壓力時,進(jìn)出口管道處應(yīng)力較大,泵體變形在約束處最小,最大應(yīng)力隨流量的增大而減小。(4)溫度載荷和壓力載荷共同作用時,泵體約束端應(yīng)力急劇變大,泵體總應(yīng)力較熱應(yīng)力有所減小,總變形略大于熱變形,球面總變形及應(yīng)力分布均勻。(5)對比可知,三種情況下的泵體球面應(yīng)力和變形分布均勻,說明球形泵體耐高溫高壓能力強(qiáng),泵體的變形主要由熱變形主導(dǎo),而應(yīng)力主要由機(jī)械應(yīng)力主導(dǎo)。泵體球面總變形量在1.37mm以下,小于泵體與其相鄰部件之間的最小空隙5mm,不存在干涉,結(jié)構(gòu)體設(shè)計合理。
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【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM621.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2469369