本文 计算的流场结构与文献[5]中的计算结构一致。 通过计算得到,模型A的主汽阀出口处的静压力不均匀 度为0.24%,压力损失系数为0.48。流场分布的不均匀不仅 会影响主汽阀自身运行的稳定性,同时由于主汽阀与调节阀 直接相连的结构,不均匀的蒸汽来流将严霞降低调节阀的气 动性能。而且不均匀的来流还会表现出非定常特征,在某种 开度下将可能引发调节阀阀杆的自激振荡,造成阀杆断裂、 阀碟脱落等重大事故,由于篇幅所限,这里不予详细讨论。 基于此,在实际工程应用中已经对主汽阀的结构进行了改 进,即在腔体顶部加置分流挡板(如图7所示)以及在阀内安 装滤网(如图8所示)。 图7模型B主汽阀结构示意图 2.2模型曰内部流场分析 模型曰是在模型A结构的基础上,在主汽阀腔体的顶部 加置分流挡板,其几何尺寸和加装的位置均采用实际运行中 的主汽调节联合阀的数据。 图9分别给出-r模型曰主汽阀内1一l截面和喉部截面 图9模型B主汽阈截面流线图 同时,喉部截面上速度分布不均匀的情况得到了改善, 如图9(b)所示。在相同的进出口边界条件下。计算得到主 汽阀出口处的静压力不均匀度为0.2%,压力损失系数为 0.5。相对于模型A,不均匀度下降了15%,而压力损失只增 加了5%。由此可见。挡板的存在可以有效地抑制蒸汽来流 的分离现象,使得阀门出口的流场更加均匀。虽然会在一定 程度上造成压力损失,但是影响不大,即加置挡板的结构改 造是可行的。 2.3模型C内部流场分析 模型C是在模型占的基础上,在主汽阀腔体内安装滤 网。滤网在主蒸汽阀中的作用主要有以下两点:防止蒸汽中 的杂质通过阀门进入汽轮机,影响汽轮机的正常工作和避免 汽轮机通流部分的损坏;对蒸汽的整流作用,使蒸汽能够沿 径向均匀进入阀体,从而减小涡流损失。 实际滤网模型共有6 888个孔,总通流面积达到2651 Cllrl2。在对实体模型的网格划分中,滤网上滤孔的尺寸相对 于整体模型来说太小,若滤孔的网格尺度大,很容易产生畸 形单元,影响计算精度并导致计算不收敛。若网格尺度小, 总网格数量巨大,即便使用并行计算机也难以计算。因此, 必须将滤网进行简化。在保证通流面积不变的前提下,将滤 网的孔径放大,增大单孔的通流面积,将原6 888个孔减少至 1737个孔。可以预料由于计算中孔径增大、总孔数减小,将 使得计算的流阻比实际结构要小,流场的均匀性比实际结构 要差一些。因此实际的压力损失要比数值模拟的结果要大, 但是对于流场特性和损失机理的定性研究,影响不大。 万方数据 110 汽轮机技术 第51卷 图10分别给出了模型C的主汽阀内部l—l截面和喉 部截面的流线分布。如图10(n)所示,蒸汽来流经过滤网上 均匀分布的小孔后进入腔体。因此,相对于无滤网时的情况 (图4(b)和图9(n)),此时腔体两侧的流场分布比较均匀, 没有出现明显的分离现象。同时由于大部分蒸汽通过滤网 进入阀门腔体,只有少量蒸汽从腔体下部直接进入喉部通 道,因此减轻了喉部附近区域汽流之间的相互撞击,使得进 入调节阀的蒸汽流更加均匀稳定,如图lO(6)所示。 相对于模型A来说,不均匀度下降了73.28%,而损失也增大 了69%。 中科院工程热物理研究所曾对主汽阀滤网流动进行试 验研究,指出滤网的出现改变了阀腔中的流场分布,在一定 程度上抑制了“流动失稳”现象;主汽阀中滤网的存在虽然造 成了一定的压损,但对稳定阀门内部流场具有一定的作用。 从计算结果的比较可以看出,滤网大大改善了气流流动,稳 定了速度场。这一点与试验结果吻合,证明了数值模拟结果 的可信性。 3调节阀内部流场计算结果 图11、图12、图13分别为模型A、曰、C3种模型调节阀的 喉部区域蒸汽流动的速度矢量图。由于主汽阀与调节阀直 接连接,因此主汽阀出口的流场分布对于调节阀内的流场影 响很大。对于没有安装滤网的情况,即进入调节阀2的蒸汽 流很不均匀,调节阀的气动性能不理想。尤其是在喉部区 域,如图11和图12所示,可以清楚地看到在阀碟下部形成 图lo模型c主汽阀截面流线图 了漩涡。当在主汽阀内安装滤网后,进入调节阀的蒸汽流比 同样在相同的进出121条件下进行计算,结果显示此时主 较均匀,此时调节阀阀碟底部低压区内的漩涡现象得到明显 汽阀出121的静压力不均匀度为0.06%,损失系数则为0.81。 改善,如图13所示。阀门的运行更加稳定高效。 1模型A调节阀喉邵蒸汽速度矢量图图12模型B调节阀喉部蒸汽速度矢量图 图13 模型C调节阀喉邵蒸汽速度矢晕图 据了解,在实际运行生产过程中,高压主汽调节联合阀 的分析研究,探讨了分流挡板和滤网对阀门内部流场稳定性 (有挡板和滤网的结构)的总压力损失系数一般在4~5之 以及总压力损失的影响。同时计算分析了不同结构的主汽 间。而对模型C进行数值模拟得到的总压力损失为4.45,证 阀对于调节阀运行的影响。结果表明:挡板和滤网能够改善 明计算结果是合理可信的。但是,应该注意到,理论计算值 流场的不均匀性,对于阀门的稳定运行意义重大。此外,研 要比实际运行的经验值稍低,因为计算时对滤网进行了简 究表明,高压主汽调节联合阀的大部分损失均发生在调节阀 化。而同工况下,模型A和曰的总压力损失分别为4.57和 34,可见,在主汽阀内安装挡板和滤网对于整个联合阀的参考文献 压力损失没有太大的影响,但是可以明显改善阀内的蒸汽流 场。需要注意的是,流动的不均匀性将直接导致阀门的气动[1]陈洪溪,薛沐睿.亚临界和超I临界600MW机组高压调节阀组 性能变差,同时振动性能的影响更为巨大。如果发生振动失 气动特性分析[J].动力工程,1997,17(4):66—70 稳现象,伴随振动还将发出高频噪声,各种流场参数也会随 600MW汽轮机的阀门管理与调节特性[J]之产生剧烈的振荡,在实际运行中十分危险。因此在阀门的 汽轮机技术,2003,45(2):122—123 [4]周子筠.汽轮机头部流场数值模拟及结构改进[D].大连:大4结论连理工大学,2006. [5]徐克鹏,蔡虎,崔永强,蒋洪德.600MW汽轮机高压联合进 本文采用数值模拟的方法,对某600MW超超临界汽轮 汽阀内部流场的数值模拟[J].工程热物理学报,2001,22(5): 机高压主汽调节联合阀在额定工况下运行的流场进行了计 555—558. 算。针对3种不同结构的主汽阀内部流场特性进行了定性 万方数据 600MW超超临界汽轮机高压主汽调节联合阀内部流场的数值模 拟分析 作者: 董建华, DONGJian-hua, LIU Yan 作者单位: 董建华,DONG Jian-hua(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨,150046), 刘艳,LIU Yan(大 连理工大学,大连,116000) 刊名: 汽轮机技术 英文刊名: TURBINE TECHNOLOGY 2009,51(2)