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超临界锅炉给水泵在超临界火电机组给水系统中起着“心脏”的作用,是保证电站安全稳定、满负荷和高效率运行的主要设备。随着单元机组容量的增大,对大容量机组给水泵的安全性、可靠性、效率和检修要求越来越高。锅炉给水泵的事故和检修停机都会给电站带来重大经济损失,同时国内大量的超临界火力发电机组锅炉给水泵主要由整体进口或与外国厂商的合作生产,核心技术仍然掌握在外方手里。所以模拟其内部流动了解性能特性对实际运行具有指导意义,掌握国外先进技术总结其内部流动规律,可以为超临界锅炉给水泵的结构或设计的国产化改进提供一定的依据。
本课题以进口600MW超临界火电机组用锅炉给水泵CHTZ6/6为研究对象,应用Pro/ENGINEER三维造型软件对该泵三维流道的各个部件分别建立模型,组装得到四个流道模型实体:主流道模型Ⅰ;带泵腔的主流道模型Ⅱ;带单级前后口环间隙的主流道模型Ⅲ(这里任选第二级前后口环间隙);全流道模型Ⅳ。使用前处理软件Gambit完成对各模型部件网格划分和众多边界面的定义。利用大型并行计算机进行了前三种模型的全流场CFD模拟,分析其内部流动和力学特性并且预测各模型的外特性。
计算结果表明:数值模拟预测的各工况性能与实际运行值吻合良好,各个模型都比较准确的预测了不同工况下超临界锅炉给水泵内部的流动。将复杂腔体多级离心泵内流场的各流道部件分别建模,然后用耦合面连接进行全流场计算的方法可行。锅炉给水泵整体空间结构复杂,其内部流动具有复杂的流动特征。对主流道模型分析了各部分空间流道的流动特征,预测了内流场旋涡主要发生的区域,为抽头接管、导流板和各级空间流道的结构改进提供建议。
对比分析主流道模型、带泵腔模型和带间隙模型的各相同截面相同工况下的流动特征。分析各模型在各级叶轮处径向力分布的不同及相同特征。预测了各模型的外特性曲线以及计算了单级间隙泄漏量和容积效率。得到前后泵腔流道与单级间隙流道分别对主流道内部流动特性、力学特性和外特性的影响。对带泵腔主流道模型分析其误差产生原因,按不同流量工况分段采用对应的湍流模型拟合得到较准确的外特性曲线。同时比较了清水介质和高温高压的工作介质对超临界锅炉给水泵外特性的影响,从而验证了泵出厂试验时采用清水介质的可靠性。