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流道設計

經過計算和分析，油泵壓力分別選擇為:升壓油泵入口壓力為0，升壓油泵出口壓力為0.25MPa，額定流量為5800L/min;額定轉速為1600r/min，該泵采用單級雙吸泵，按設計參數計算其比轉速大約為140r/min，屬于高比轉數離心泵。升壓油泵流道設計包括葉輪、吸入室和蝸殼流道系統設計。吸入室為直錐管結構。葉輪包括軸面流道和葉片繪形設計，依據幾何參數，采用相應的設計軟件在各流面上繪形后組合成三元扭曲葉片。依據蝸殼設計的幾何參數，采用設計軟件設計出蝸殼流道單線圖。

葉輪的三維幾何造型三維幾何造型是進行數值模擬的基礎，葉輪類零部件的幾何造型必須采用曲面造型技術。升壓油泵的葉輪為高比轉數離心三元葉輪，其葉片在空間上扭曲度大。在葉輪三維幾何造型時，應該注意到葉片曲面的準確性和光滑性問題。

計算區域的有限體積網格化因升壓油泵放置在油箱中，油泵的計算區域以泵進口斷面作為設計基準。油泵進口斷面的壓力選取為0。升壓油泵葉輪的旋轉軸定義為z軸，雙吸葉輪中心對稱面取為z=0平面。在完成葉輪和蝸殼內壁表面三維造型的基礎上，在GIMBIT中分別將其流動區域作成空間的體，葉輪和蝸殼內壁表面選擇為計算區域的固體表面。蝸殼的計算區域見圖6。

流場數值模擬工況基于前面的流場數值模擬分析計算，可以計算出油泵的相關性能參數。根據各計算工況的給定流量和進口壓力，計算出油泵的進出口壓力差、作用在葉輪上的壓力矩、流體摩擦力矩，從而預測油泵需要輸入的軸功率及流體動力學效率等。為研究流道的優化設計，以便更好掌握600MW機組升壓油泵內部流場狀況。并與日立公司提供的試驗結果對比，以驗證性能預測的準確性，其數值模擬工況與試驗工況一致。

流場分布通過流場數值模擬，可以得到油泵內部流場的靜壓、動壓、流速大小及各分量矢量分布、流動跡線及流體作用在油泵固體壁面上的壓力分布等。為了節省篇幅，僅給出Q=5729L/min、n=1568r/min流場工況的分布，其他流場工況的分布省略。各文件夾按流量命名，圖片為該流量工況下數值模擬計算后取得的壓力、速度矢量、流動跡線分布。后面的性能預測計算是以這些數值模擬計算結果為基礎。

結論

對600MW機組的升壓泵進行研究，采用目前該領域的先進研究手段和技術，解決該類設備研制過程中所涉及的重要共性問題。研究的大型機組能實現單機容量600MW機組及其配套產品的大部分部件國產化設計和制造。設計的“主油泵供油系統”的系統效率經過計算和驗證大于49%，大大高于傳統的“主油泵與射油器組成的供油系統”的效率。設計和優化的升壓泵可用于超臨界參數及常規的600MW級的發電機型，可替代國外進口的部分產品，產生較大的經濟效益和社會效益。目前，600MW級機型仍為國內主要發電機型，該研究對國內發電設備制造技術和能源工業的進一步發展有重要的參考意義和一定的應用價值。

作者：楊林建朱英趙發單位：四川工程職業技術學院東方汽輪機集團公司