基于CFD的超临界锅炉给水泵变工况模拟及轴向力预测
冀春俊;赵宝德;龚绍海;王平;张阳
【摘 要】本文利用当前公认的优秀CFD模拟软件ANSYS-CFX,对某1000MW超临界锅炉给水泵进行了设计转速下的变工况数值模拟,选用RNG-K-e湍流模型进行多级连算得到了较为详细的泵内流场数据.利用CFD软件计算压力场和经验公式相结合的方法,对给水泵的轴向力进行了预测计算,计算结果表明泵在变工况运行过程中的轴向力变化较大,准确预测轴向力对泵的稳定运行及平衡装置设计具有重要意义.本文基于CFD模拟与经验公式相结合计算轴向力的方法,可以对今后泵产品水力模型设计和泵轴向力预测研究提供一定的参考和指导. 【期刊名称】《水泵技术》 【年(卷),期】2013(000)003 【总页数】5页(P22-26)
【关键词】锅炉给水泵;超临界;变工况;CFD;轴向力;预测 【作 者】冀春俊;赵宝德;龚绍海;王平;张阳
【作者单位】大连理工大学能源与动力学院,116024;大连理工大学能源与动力学院,116024;沈阳鼓风机集团有限公司,110869;大连理工大学能源与动力学院,116024;沈阳鼓风机集团有限公司,110869 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术 · 2
2 ． 小 番 柱 采 2013 年第 3 期基于 CFD的超 临界锅 炉 给水泵变工况模拟及轴 向力 预测冀春俊1 赵 宝德 1龚绍海2 王 平 1 张 阳 2（1一大连理工大学能源与动力学院， 116024 ； 2- 沈阳鼓风机集团有限公司 ， 110869 ）摘要 ： 本文利用当前公认的优秀 CFD 模拟软件 ANSYS-CFX ， 对某 1000MW 超临界锅炉给水泵进行了设计转速下 的变工况数值模拟 ， 选用 RNG-K-e 湍流模型进行多级连算得到了较为详细的泵内流场数据。 利用 CFD 软件计算压力 场和经验公式相结合的方法 ， 对给水泵的轴向力进行了预测计算， 计算结果表明泵在变工况运行过程中的轴向力变化 较大，准确预测轴向力对泵的稳定运行及平衡装置设计具有重要意义。 本文基于 CFD 模拟与经验公式相结合计算轴向力的方法 ， 可以对今后泵产品水力模型设计和泵轴向力预测研究提供一定的参考和指导。关键词 ：锅炉给水泵超临界变工况CFD 轴向力 预测引 言随着我 国经济的发展和对节能环保要求 的提高 ，发 电机组朝着大功率 、 高参数发展 的趋势 已 经提上 电力建设 的 日程 ， 而对与之配套的辅机设 备大功率 、 高参数 、 超临界锅炉给水泵 的参数和 可靠性要求也越来越高 【 l】，这是我 国 目前高参数辅机设备 中亟待攻关国产化的设备之一。 在给水 泵的设计制造过程 中， 泵轴 向力预测 问题一直是困扰给水泵设计人员 的一个难题 【 2l以前采用经舡站’ ’ ，J ，图 1 给水泵几何平面图验公式进行计算 ， 但是计算值与实际值之间存在较大的差异 【 ， -4 】是水泵设计中需要解决 的问题之一 。 本文通过对某 1000MW 超临界锅炉给水泵进行设计转速下 的变工况多级连算的数值模拟 ， 较准确 的对泵 的变工况水力性能进行 了预测 ， 并 利用 CFD软件计算压力场和经验公式相结合的方法 ，对给水泵 的轴 向力进行预测计算 ， 为超临界 锅炉给水泵的设计制造提供一定的理论参考。 1泵设计工况 的数值模拟图 2 给水泵后 4 级整体三维几何模型图〔 ¨ ¨ fI·22．小 番 柱 采1赵 宝德2王平张阳1一大连理工大学能源与动力学院， 116024 ； 2- 沈阳鼓风机集团有限公司 ， 110869 ）摘要 ： 本文利用当前公认的优秀 CFD 模拟
软件 ANSYS-CFX ， 对某 1000MW 超临界锅炉给水泵进行了设计转速下的变工况数值模拟 ， 选用 RNG-K-e 湍流模型进行多级连算得到了较为详细的泵内流场数据。 利用 CFD 软件计算压力场和经验公式相结合的方法 ， 对给水泵的轴向力进行了预测计算， 计算结果表明泵在变工况运行过程中的轴向力变化较大，CFD轴向力预测引言发 电机组朝着大功率 、 高参数发展 的趋势 已经提上 电力建设 的 日程 ， 而对与之配套的辅机设备大功率 、 高参数 、 超临界锅炉给水泵 的参数和可靠性要求也越来越高 【 l】。在给水泵的设计制造过程 中， 泵轴 向力预测 问题一直是’ J图给水泵几何平面图之一本文通过对某 1000MW 超临界锅炉给水泵进行设计转速下 的变工况多级连算的数值模拟 ，较准确 的对泵 的变工况水力性能进行 了预测 ， 并利用 CFD对给水泵 的轴 向力进行预测计算 ， 为超临界锅炉给水泵的设计制造提供一定的理论参考。给水泵后 4 级整体三维几何模型图〔¨fI2013 年第 3 期 小 番 柱 采· 2
3 ． 1.1结构建模及网格划分离心泵是一种 内部流动十分复杂的离心式旋转机械 嘲从图 1 的几何平面 图可 以看出本文 中的 1000MW 超临界锅炉给水泵是一台首级双吸后 4级对称布置的卧式离心泵。 由于首级叶轮双向吸入 ， 轴 向力基本可 以 自平衡 ， 剩余轴 向力很小 ，对整体轴 向力影响有 限 ， 故此超临界锅炉给水泵 的轴 向力 主要来 自于后 4 级叶轮 自平衡后 的残余 轴 向力 。 为确定后 4 级 的轴 向力 ， 本文首先对泵 的后 4 级进行 4 级连算 的数值模拟 ， 以 了解机组 内部流动情况和 内部压力场 。 利用 Pro-E 三维造 型 软件对后 4 级 的整 机水力 通 流部分进行建模 ， 得到 了后 4 级 的整机三维几何模型 ， 泵后 4 级叶 轮 中，水 由第 2 级轴 向吸人 ， 经第 3 级后 由联接 管道转到背 向布置的第 4 级 ， 再经第 5 级后排 出 到蜗壳 ， 后 4 级的蜗壳均是双蜗舌 的螺旋式结构。 整体的三维结构如图 2 所示。根据三维模型 ， 结合模型本身的复杂性 ， 决 定采用 四 面体网格形式对泵 的后 4 级进行 网格划 分 ，ANSYS-CFX数值模拟软件采用基于
基于CFD的超临界锅炉给水泵变工况模拟及轴向力预测
