流道设计

经过计算和分析，油泵压力分别选择为:升压油泵入口压力为0，升压油泵出口压力为0.25MPa，额定流量为5800L/min;额定转速为1600r/min，该泵采用单级双吸泵，按设计参数计算其比转速大约为140r/min，属于高比转数离心泵。升压油泵流道设计包括叶轮、吸入室和蜗壳流道系统设计。吸入室为直锥管结构。叶轮包括轴面流道和叶片绘形设计，依据几何参数，采用相应的设计软件在各流面上绘形后组合成三元扭曲叶片。依据蜗壳设计的几何参数，采用设计软件设计出蜗壳流道单线图。

叶轮的三维几何造型三维几何造型是进行数值模拟的基础，叶轮类零部件的几何造型必须采用曲面造型技术。升压油泵的叶轮为高比转数离心三元叶轮，其叶片在空间上扭曲度大。在叶轮三维几何造型时，应该注意到叶片曲面的准确性和光滑性问题。

计算区域的有限体积网格化因升压油泵放置在油箱中，油泵的计算区域以泵进口断面作为设计基准。油泵进口断面的压力选取为0。升压油泵叶轮的旋转轴定义为z轴，双吸叶轮中心对称面取为z=0平面。在完成叶轮和蜗壳内壁表面三维造型的基础上，在GIMBIT中分别将其流动区域作成空间的体，叶轮和蜗壳内壁表面选择为计算区域的固体表面。蜗壳的计算区域见图6。

流场数值模拟工况基于前面的流场数值模拟分析计算，可以计算出油泵的相关性能参数。根据各计算工况的给定流量和进口压力，计算出油泵的进出口压力差、作用在叶轮上的压力矩、流体摩擦力矩，从而预测油泵需要输入的轴功率及流体动力学效率等。为研究流道的优化设计，以便更好掌握600MW机组升压油泵内部流场状况。并与日立公司提供的试验结果对比，以验证性能预测的准确性，其数值模拟工况与试验工况一致。

流场分布通过流场数值模拟，可以得到油泵内部流场的静压、动压、流速大小及各分量矢量分布、流动迹线及流体作用在油泵固体壁面上的压力分布等。为了节省篇幅，仅给出Q=5729L/min、n=1568r/min流场工况的分布，其他流场工况的分布省略。各文件夹按流量命名，图片为该流量工况下数值模拟计算后取得的压力、速度矢量、流动迹线分布。后面的性能预测计算是以这些数值模拟计算结果为基础。

结论

对600MW机组的升压泵进行研究，采用目前该领域的先进研究手段和技术，解决该类设备研制过程中所涉及的重要共性问题。研究的大型机组能实现单机容量600MW机组及其配套产品的大部分部件国产化设计和制造。设计的“主油泵供油系统”的系统效率经过计算和验证大于49%，大大高于传统的“主油泵与射油器组成的供油系统”的效率。设计和优化的升压泵可用于超临界参数及常规的600MW级的发电机型，可替代国外进口的部分产品，产生较大的经济效益和社会效益。目前，600MW级机型仍为国内主要发电机型，该研究对国内发电设备制造技术和能源工业的进一步发展有重要的参考意义和一定的应用价值。

作者：杨林建朱英赵发单位：四川工程职业技术学院东方汽轮机集团公司