超超临界百万千瓦汽轮机主调阀流场非稳态数值研究

超超临界百万千瓦汽轮机主调阀流场非稳态数值研究

朱奇

上海电气电站服务公司
201612

摘要：采用计算流体力学(CFD)商用Fluent软件，对某百万千瓦超超临界汽轮机主调阀系统（主汽阀和调节汽阀组成的进汽系统）正常运行时的蒸汽稳态流场和快速关闭时的非稳态流场进行了全三维数值计算及分析。结果表明：稳定工作状态下，阀门全开时的阀组总压损失约为进口总压的1.23%，其中调节汽阀损失占总损失的57.52%；主汽阀、调节汽阀都为快开特性的阀，它们的相对升程大于30%时流量基本不可调；采用Fluent中的动网格技术，计算分析了调节汽阀从全开到快速关闭的非稳态蒸汽的流动过程，计算给出了调节汽阀快速关闭时的行程、流量、阀后压力与关闭时间的动态曲线。

关键词：超临界汽轮机；主汽阀；调节汽阀；动网格；非定常流动；快速关闭

由于汽轮机进汽参数、容量、负荷的性质以及制造厂家的不同，汽轮机的主调阀配置、调节方式及结构型式也不同。目前，我国百万千瓦级超超临界汽轮机技术的来源主要有三家：东汽-日立型、哈汽-东芝型以及上汽-西门子型[1]，这三家百万千瓦级超超临界汽轮机的结构型式基本反映了当今世界上该容量等级机组的主要结构型式。

针对调节汽阀内流动损失及其相关问题的研究较多。Araki等[2]对文丘里式的汽轮机主汽阀的流动诱导振动进行了分析；GE[3]对汽轮机阀门内的流动与振动进行了探讨；Elliotte公司与DOW公司[4]对汽轮机汽阀振动的原因进行了研究，结果表明：阀杆的振动完全是由于流动的不稳定性造成的；Zhang[5]应用二维模型，对文丘里阀门的流动与振动的流固耦合问题进行了深入的研究；张大霖等[6]对前苏联200 MW汽轮机高压调节阀振动的原因进行了分析，并提出了改进措施；屠珊[7]以汽轮机常用的ＧＸ-1型调节阀为研究对象，通过在阀座喉部、阀座渐扩段等阀体内各关键部位设置测点，利用微小型高频动态压力传感器及其采集系统进行多工况和多方位的试验研究，并结合数值模拟深入分析了调节阀内复杂的流动特性；徐克鹏[8]采用模型实验和数值模拟手段对某600 MW汽轮机高压主汽调节阀的气动性能和振动性能进行了研究；王炜哲等[9]对某百万千瓦超超临界汽轮机主调阀全开情况

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